基于PLC控制的物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計

李基有 傅沈文 崔楠 林奕水

【摘要】可編程序邏輯控制器（簡稱為PLC）主要是為現(xiàn)場控制而設(shè)計，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，由于具有良好的適應(yīng)性和可擴展能力，而得到越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的物料分揀企業(yè)，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)的競爭能力差，為提高企業(yè)效率，材料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對上述問題，本文利用PLC技術(shù)，結(jié)合氣動、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計了一種成本低、效率高的材料自動分揀裝置。本文設(shè)計的自動分揀裝置可以將不同材質(zhì)的物料進行分揀，搬運。為高校的教學(xué)與科研提供了一個系統(tǒng)的操作平臺。

【關(guān)鍵詞】 PLC；物料分揀；傳感器；

1、 引言

在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中成品或者半成品工件的分揀是流水作業(yè)的重要組成部份。過去采用的人工分揀或半機械分揀方法勞動強度大、速度慢、效率低導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本高競爭力差。隨著機械自動化水平的不斷提高， 自動分揀技術(shù)在物品分揀中的應(yīng)用越來越廣泛，已成為企業(yè)提高競爭能力的唯一選擇，既減少人力資源的浪費，又減輕工人的勞動強度，還提高生產(chǎn)效率，大大加強產(chǎn)品生產(chǎn)的自動化。[2]

本文設(shè)計的物料自動分揀系統(tǒng)是一個機、電、氣集合的綜合體，系統(tǒng)的程序主要由三菱FX-2N系列PLC控制；由變頻器及傳感器控制輸送帶運行；各類傳感器實現(xiàn)材料的檢測、姿勢的判別等。在對物料自動分揀系統(tǒng)使用的PLC及控制技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出電氣控制系統(tǒng)的總體方案，設(shè)計整個系統(tǒng)控制部分與傳動部分連接，結(jié)合PLC梯形圖分析了程序設(shè)計思路與主要控制功能。

2、FX系列PLC原理及應(yīng)用

2.1 PLC概述

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)，是微機技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點。

2.2 PLC的選型

FX系統(tǒng)是三菱PLC產(chǎn)品中的最大家族成員。基本單元（主機）有FX0、FX0S、FX0N、FX2N等9個系列。每個系列又有14、16、32、48等不同輸入輸出點數(shù)的機型，每個系列還有繼電器輸出、晶體管輸出、晶閘管輸出三種輸出形式。

該控制系統(tǒng)采用三菱公司生產(chǎn)的一款性價比較高的產(chǎn)品——Fx2n-48MT，它屬于小型整體式PLC，有24個輸入點和24個輸出點，能夠滿足控制系統(tǒng)設(shè)計的需要。

3、物料自動分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)的組成及功能

分揀系統(tǒng)主要由送料裝置、輸送帶、不合格品處理裝置（推桿）和吸盤式機械手等功能模塊以及配套的電氣控制系統(tǒng)、氣動回路組成。

生產(chǎn)過程中，物料經(jīng)間歇式送料裝置依次放置在輸送帶上，輸送帶在變頻電動機的驅(qū)動下快速將工件向前輸送。工件傳送到達檢測區(qū)域后，由安裝在輸送帶兩邊的傳感器對送過來的工件進行位置放置、材質(zhì)及顏色檢測。當(dāng)傳感器辨別經(jīng)過的工件為（反面放置的工件）不合格品時，不合格處理裝置（推桿裝置）動作，把工件推進指定的回收箱。若為合格放置的工件 （包含白色金屬、黑色金屬及白色塑料工件）經(jīng)過檢測區(qū)域后，由機械手根據(jù)檢測的結(jié)果分別進行自動分揀。

3.2 系統(tǒng)模塊及關(guān)鍵技術(shù)分析

3.2.1送料機構(gòu)模塊

該模塊由雙聯(lián)氣缸、儲料倉、光纖傳感器組成。圓形物料堆放于儲料倉內(nèi)，當(dāng)檢測光纖傳感器檢測到有工件時，雙軸快速復(fù)位氣缸模塊根據(jù)PLC的指令，自動將圓形工件推送到變頻輸送帶上。

3.2.2 物料檢測模塊

該模塊主要由光電接近傳感器、金屬傳感器以及電容式傳感器組成。

工作原理：當(dāng)變頻輸送帶將工件傳送到檢測區(qū)域時，電容傳感器對工件進行姿勢的判別、金屬傳感器對工件的材質(zhì)進行檢測。本系統(tǒng)的工件姿勢判別功能是由電容傳感器對其進行檢測的，當(dāng)輸送帶將工件送到檢測區(qū)時，無論工件是正常放置還是反向放置，電容傳感器都會動作，因此我們可以通過電容傳感器接通的連續(xù)時間判斷工件的姿勢是否正確。

材質(zhì)判別采用電感傳感器，根據(jù)電渦流式電感傳感器的工作原理可知，電感傳感器對金屬材質(zhì)動作，非金屬材質(zhì)不動作。因此，在本系統(tǒng)中，如果電感傳感器動作，系統(tǒng)則判讀為金屬材質(zhì)工件，反之則為非金屬工件。

3.2.3 推料模塊

功能：當(dāng)姿勢判別傳感器檢測到工件旋轉(zhuǎn)的姿勢錯誤。PLC程序驅(qū)動推料氣缸快速伸出，將當(dāng)前工件推到回收箱內(nèi)進行回收加工處理。

3.2.4 吸盤式龍門機械手

組成：該模塊由X軸（磁性耦合氣缸）、Y軸（單軸氣缸）、真空技術(shù)模塊、緩沖氣缸、以及定位、限位傳感器組成。

功能：當(dāng)輸送帶將工件傳送到輸送帶末端時，末端電容接近開關(guān)檢測到工件到位，并將信號反饋給PLC。吸盤式龍門機械手在PLC程序的驅(qū)動下，Y軸氣缸下降，真空吸盤將工件吸住，最后由X軸氣缸移至指定的位置分類。

4、物料自動分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計

在軟件設(shè)計中，首先按照系統(tǒng)功能要求，畫出如圖3所示的系統(tǒng)流程框圖，然后進行PLC內(nèi)部寄存器的配置，再細化流程圖，按照不同的功能要求編寫功能模塊。在該生產(chǎn)線控制中選取的是日本三菱FX-2N系列PLC。該系列PLC屬于具有硬件配置全，可擴展性好等優(yōu)點，同時性價比高，很適合中小企業(yè)及教學(xué)教儀選用。

參考文獻：

1、楊瑩 邵瑛 林滔 等 可編程控制器案例教程 機械工業(yè)出版社 2008年1月

2、劉巧紅 劉廣瑞 基于PLC 控制的模塊化自動分揀系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 2009年8月

3、陳振偉 陳玉寶 劉淑芳 基于PLC的部件分揀控制設(shè)計 電子世界 2012年3月

4、周曉旭 基于PLC 和組態(tài)軟件的自動生產(chǎn)線設(shè)備開發(fā) 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用 2012年7月

5、 孫懷榮. 基于PLC控制的自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的研制[J] 江蘇大學(xué) 2012年12月

作者簡介：

李基有（1987-）男，廣東陽春人，本科 學(xué)士，助理實驗師，主要研究領(lǐng)域：電工電氣控制；

傅沈文（1967-）女，江西高安人 ，副教授，研究方向為電子電氣控制；

崔楠（1970-），女，廣西桂林人，工程師，研究方向為電子通信；

林奕水（1980-），男，碩士，主要研究領(lǐng)域：計算機網(wǎng)絡(luò)與信息安全。

項目來源：光伏發(fā)電并入智能電網(wǎng)的探索 2013年度院級課題 xyyb1324