PLC在材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用

付 偉

FU Wei

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，柳州 545002）

0 引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈，因此各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力差，材料的自動(dòng)分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對(duì)上述問題，利用 PLC 技術(shù)設(shè)計(jì)了一種成本低，效率高的材料自動(dòng)分揀裝置，在材料分揀過程中取得了較好的控制效果。

物料分揀采用可編程控制器PLC 進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場(chǎng)地原因影響不大。同時(shí)，只要根據(jù)不同的分揀對(duì)象，對(duì)本系統(tǒng)稍加修改即可實(shí)現(xiàn)要求。特別是對(duì)現(xiàn)有材料分揀企業(yè)中，對(duì)不同重量的材料進(jìn)行分揀成為很多企業(yè)需要解決的問題，本文設(shè)計(jì)了一套基于PLC的材料分揀系統(tǒng)，可以有效的解決該問題。

1 材料分揀裝置工作原理

圖1為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中，SBW為氣缸回程限位，SFW為氣缸動(dòng)作限位，SA/SB/SC/SD為壓力傳感器（測(cè)量不同材料的質(zhì)量），SN下料傳感器。本材料分

圖1 材料分揀裝置結(jié)構(gòu)示意圖

揀系統(tǒng)[1]輸入電壓：AC200～240V（帶保護(hù)地三芯插座）、消耗功率：250W、環(huán)境溫度范圍：-5℃～40℃、氣源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa。它采用臺(tái)式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置電源，有步進(jìn)電機(jī)、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動(dòng)減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用壓力傳感器對(duì)不同材料進(jìn)行測(cè)量，壓力傳感器固定在網(wǎng)板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網(wǎng)板不同區(qū)域安裝。

系統(tǒng)上電后，可編程序控制器首先控制啟動(dòng)輸送帶，下料傳感器SN檢測(cè)料槽有無物料，若無料，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期后自動(dòng)停止等待下料；當(dāng)料槽有料時(shí)，下料傳感器輸出信號(hào)給 PLC，PLC 控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)控制氣動(dòng)閥5進(jìn)行下料，每次下料時(shí)間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。物料傳感器 SA/SB/SC/SD為壓力傳感器，主要測(cè)量不同材料的重量，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為當(dāng)材料重量0.1-1Kg時(shí)，反饋信號(hào)送 PLC，由 PLC 控制氣動(dòng)閥1動(dòng)作選出該物料；當(dāng)檢測(cè)出物料重量為1-2Kg時(shí)，反饋信號(hào)送 PLC, PLC控制氣動(dòng)閥2動(dòng)作選出該物料；當(dāng)檢測(cè)出物料重量為2-3Kg時(shí)，反饋信號(hào)送 PLC,PLC控制氣動(dòng)閥3動(dòng)作選出該物料；當(dāng)檢測(cè)出物料重量為3-4Kg時(shí)，反饋信號(hào)送 PLC, PLC控制氣動(dòng)閥4動(dòng)作選出該物料。

2 材料分揀裝置硬件設(shè)計(jì)

PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)被控制對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，選擇合適的PLC類型[2]，并分配I/O點(diǎn)。

該材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示。

圖2 材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)控制要求，輸入應(yīng)該有2個(gè)開關(guān)信號(hào)，6個(gè)傳感器信號(hào)，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、備用傳感器，以及檢測(cè)下料的傳感器和計(jì)數(shù)傳感器。相應(yīng)地，有5個(gè)汽缸運(yùn)動(dòng)位置信號(hào)，每個(gè)汽缸有動(dòng)作限位和回位限位，共計(jì)10個(gè)信號(hào)。輸出包括控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的接觸器，以及5個(gè)控制汽缸動(dòng)作的電磁閥。共需I/O點(diǎn)22個(gè)，其中18個(gè)輸入，6個(gè)輸出。根據(jù)上面所確定的I/O點(diǎn)數(shù)，且該材料分揀裝置的控制為開關(guān)量控制。因此，選擇一般的小型機(jī)即可滿足控制要求。本系統(tǒng)選用三菱公司的FX2N系列FX2N-48MR型PLC。它有24個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)，滿足本系統(tǒng)的要求。

傳感器是一種吸收或者提取、轉(zhuǎn)換和傳送信息的器件。力的測(cè)試方法分為兩種：一種是直接比較法，即把待測(cè)力與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較，這種方法簡(jiǎn)單易行，并且可以獲得較高精度，但是卻只適合力的靜態(tài)測(cè)量；另一種方法就是用間接比較法，將待測(cè)力通過力傳感器轉(zhuǎn)換為其他物理量，然后進(jìn)行信號(hào)的處理以及模數(shù)轉(zhuǎn)換，這種尤其適合動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

在傳感器的選用方面必須要靈敏度好，且能滿足我們的測(cè)量要求，因而選用了北京瑞利威爾科技發(fā)展有限公司研制的RL-BK-3型拉壓力傳感器。它采用國際流行的雙梁式或剪切S梁結(jié)構(gòu)，拉、壓輸出對(duì)稱性好，精度高，量程范圍廣，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝使用方便。廣泛用于機(jī)電結(jié)合秤、吊鉤秤、料斗秤、包裝秤等各種測(cè)力、稱重系統(tǒng)。

其外形尺寸圖如圖3所示。

圖3 BK-3壓力傳感器外形尺寸圖

其主要技術(shù)指標(biāo)包括：

靈敏度：1～ 2mV/V；直線性：0.05%F ·S；重復(fù)性：0.05%F ·S

滯后：0.05%F ·S；工作溫度：-10℃～+60℃；允許過負(fù)荷：120%F ·S

根據(jù)所選擇的PLC型號(hào)，對(duì)本系統(tǒng)中PLC的輸入輸出端子進(jìn)行分配[3]，系統(tǒng)的I/O點(diǎn)設(shè)置以及PLC的輸入輸出接線端子圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)PLC輸入輸出接線端子圖

3 材料分揀裝置軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個(gè)設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序[4]，可畫出程序流程圖，如圖5所示。

圖5 控制系統(tǒng)流程圖

該系統(tǒng)可選擇連續(xù)或單次運(yùn)行工作狀態(tài)。若為連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖中的汽缸4 動(dòng)作后，程序再轉(zhuǎn)到開始；若為單次運(yùn)行，則汽缸4 動(dòng)作后停機(jī)。如果需要，該系統(tǒng)可在分揀的同時(shí)對(duì)分揀的材料進(jìn)行數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，這只需在各汽缸動(dòng)作的同時(shí)累計(jì)即可。應(yīng)用高速計(jì)數(shù)器編制程序，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的定位控制功能。用高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達(dá)傳感器的距離，實(shí)現(xiàn)定位功能。定位時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器清零，傳感器開始工作，對(duì)物料進(jìn)行分揀處理。在汽缸1～3動(dòng)作后，電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)。如果相應(yīng)的傳感器沒有檢測(cè)到物體，則電機(jī)重新運(yùn)行，高速計(jì)數(shù)器也重新計(jì)數(shù)，繼續(xù)運(yùn)行到下一位置。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用三菱公司的可編程控制器FX2N-48MR設(shè)計(jì)了一套材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)，結(jié)合壓力傳感器，對(duì)材料的重量進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)材料的重量進(jìn)行分揀，具有廣泛的應(yīng)用前景。物料分揀采用可編程控制器PLC進(jìn)行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。而且，分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流設(shè)備無縫連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料實(shí)物流、物料信息流的分配和管理。其設(shè)計(jì)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝，具有系統(tǒng)布局靈活，維護(hù)、檢修方便等特點(diǎn)，受場(chǎng)地原因影響不大。

[1] 張萬忠. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

[2] 蔣少茵. 材料分揀裝置的可編程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2005, 26(4).

[3] Z周天沛. PLC在材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī), 2009. 22(5).

[4] 張有東, 等. PLC材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的研究[J]. 煤炭技術(shù),2002. 21(7).