基于PLC控制系統(tǒng)的材料自動分揀裝置設(shè)計

張春梅

摘要 本設(shè)計中采用PLC控制系統(tǒng)，并融合傳感器技術(shù)和氣動技術(shù)。應(yīng)用模塊化組裝將軟件和硬件緊密結(jié)合，使用場地和環(huán)境不受限制，系統(tǒng)布局人性化使用方便且后期檢修、維護(hù)操作簡單，對于金屬鐵和鋁及物料顏色可精準(zhǔn)檢測，并可根據(jù)需要與其他裝載設(shè)備聯(lián)合使用，能對物料信息合理分裝、管理，分揀偏差小且成本低，可大大提升勞動生產(chǎn)率。

【關(guān)鍵詞】PLC 傳感器 檢測識別 自動分揀

1 前言

作為生產(chǎn)貿(mào)易大國，許多流水線式的工廠需要大量操作工，人工成本很高且人工少，分揀工作也是流水線工作環(huán)節(jié)之一且很關(guān)鍵，但是因為分揀速度受限導(dǎo)致生產(chǎn)效率很低，進(jìn)而影響企業(yè)的利潤和生產(chǎn)力?？茖W(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，在工廠流水線工人越來越緊缺，找到代替人工的方法是工廠企業(yè)的必經(jīng)改革之路，自動分揀裝置應(yīng)運(yùn)而生既能做到安全生產(chǎn)又可以晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)提高產(chǎn)量。通過PLC控制技術(shù)開發(fā)的自動分揀裝置，不僅高效而且價位低廉，將硬件和軟件有效連接，運(yùn)轉(zhuǎn)操作簡單，在后期使用中如有異?？蓪⒂布蛙浖糠址謩e檢測，是代替人工分揀的有力設(shè)備。

2 PLC控制器的簡介

2.1 PLC控制器的定義

可編程控制器（簡稱PLC）將繼電器控制和計算機(jī)程序操作相結(jié)合，以微處理器CPU為核心，融合自動化技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為一體。隨著科技的發(fā)展技術(shù)的提升，設(shè)備的控制能力不斷加強(qiáng)，除了以上功能外還具有邏輯運(yùn)算、控制模擬量等多項功能。

2.2 PLC控制器的結(jié)構(gòu)

（1）核心部分中央處理器（CPU）一一包括控制電路、運(yùn)算器和寄存器三個部分。硬件結(jié)構(gòu)包括地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線、存儲部分和輸入輸出接口部分。CPU的主要功用是將指令從存儲器讀出且執(zhí)行再繼續(xù)取指令并及時處理中斷。

（2）存儲器。存儲器是用來存放數(shù)據(jù)的，如系統(tǒng)程序、用戶程序以及工作數(shù)據(jù)等。

（3）輸入、輸出接口電路一一是設(shè)備和其他外設(shè)的連接部分，在PLC和外設(shè)之間傳遞信息。

（4）電源單元。該部分的作用是把外部電壓轉(zhuǎn)換成內(nèi)部工作電壓以備使用，電壓額定值是220V交流電壓，使用中電源電壓會有+10%～-15%的波動。

（5）編程單元。該單元是設(shè)計人員和機(jī)器的對話平臺，通過程序編譯賦予設(shè)備語言執(zhí)行待執(zhí)行的功能。位置分三種，直接安裝再PLC機(jī)器上形成一體，也有通過傳輸線從PLC機(jī)器上引出做外設(shè)，還有直接遠(yuǎn)離PLC機(jī)器接到輸入輸出端口控制站。

2.3 PLC的工作原理

PLC的工作方式是循環(huán)掃描，程序在設(shè)備中是按先后順序存放，CPU就按從第一條指令按順序執(zhí)行，執(zhí)行到結(jié)束符指令再重新返回到第一條繼續(xù)執(zhí)行如此循壞反復(fù)。這種工作模式是串行工作，程序執(zhí)行邏輯性更強(qiáng)，但速度稍慢。

2.4 本設(shè)計中PLC型號和仿真軟件介紹

設(shè)計中應(yīng)用視圖化編程軟件STEP7-Micro/WIN32西門子S7-200系列可以在個人計算該軟件基于Windows操作系統(tǒng)且不限版本，將仿真軟件S7-PLCISM集成在STEP7硬件中，模擬設(shè)備執(zhí)行用戶程序的過程。

2.5 分揀裝置功能

（1）分揀出金屬和非金屬;

（2）分揀某一顏色塊;

（3）分揀出金屬中某一顏色塊;

（4）分揀出非金屬中某一顏色塊;

（5）分揀出金屬和非金屬混合材料中的某一顏色塊;

（6）分揀顏色為紅、綠、藍(lán);

（7）分揀材料為鐵、鋁、塑料。

2.6 分揀裝置控制要求

（1）系統(tǒng)送電后，光電編碼器發(fā)生所需脈沖：

（2）電機(jī)運(yùn)行，帶動傳輸帶傳送物體向前運(yùn)行;

（3）有物料時，下料汽缸動作，將物料送出;

（4）電感傳感器檢測到鐵Fe時推動汽缸l工作;

（5）電容傳感器檢測到鋁Al時推動汽缸2工作;

（6）顏色傳感器檢測到材料顏色時推動汽缸3工作;

（7）剩余物料送到SD區(qū)域時推動汽缸4工作;

（8）汽缸運(yùn)行應(yīng)有動作限位保護(hù);

（9）下料槽內(nèi)無下料時，延時后自動停。

4 分揀裝置的設(shè)計

本文設(shè)計是基于軌道臺式分揀系統(tǒng)的模型。功能主要包含檢測材料、識別材料、分揀材料三個方面。這里只以金屬鐵、鋁、顏色檢測為例。

4.1 物料檢測識別系統(tǒng)

4.1.1 物料檢測傳感器

分揀的前提是物料檢測識別。不同的傳感器可以識別不同的材料，用于檢測的傳感器有電感傳感器、光纖傳感器。電感傳感器主要用于金屬材料的檢測，當(dāng)金屬材料接近時就可以通過感應(yīng)信號檢測到目標(biāo)并發(fā)出輸出信號。光纖傳感器主要用于物料顏色的檢測，其原理是用光導(dǎo)纖維將發(fā)射器發(fā)出的光線導(dǎo)向檢測點(diǎn)，再把光電信號用光纖引向接收器進(jìn)而實現(xiàn)檢測過程。光纖感應(yīng)器SC識別白色光纖傳感器SD識別黑色。

4.1.2 物料識別過程

（1）單一物料檢測。單一物料檢測如黑白顏色和金屬物，逐一檢測后再循環(huán)檢測。首先在光纖傳感器sc附近加一個定時器，設(shè)置時間為物料從傳感器右到左所用的時間，再給物料設(shè)置標(biāo)簽，如白色物料標(biāo)簽，黑色物料標(biāo)簽，金屬物料標(biāo)簽，執(zhí)行循環(huán)識別程序，就可以實現(xiàn)逐一檢測，一次完整檢測后定時器自動清零再循環(huán)，如此反復(fù)。

（2）連續(xù)兩個物料組合判斷。多個物料檢測相對于單一物料檢測復(fù)雜的多，可以采用對連續(xù)物料組合分析的方法，通過產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行檢測，如同色兩個物料可產(chǎn)生2個脈沖，不同色兩個物料可以產(chǎn)生4個脈沖，不同色兩個物料再加上金屬物料共3個物料可以產(chǎn)生6個脈沖，將脈沖信號分別送給X5-X7再輸出檢測信號。

4.2 分揀裝置設(shè)計

4.2.1 檢測點(diǎn)定位和工作原理

（1）檢測點(diǎn)的定位。

1接通電源，在顏色傳感器下方的傳送帶上放好某一顏色的材料，將電位器調(diào)節(jié)完成觀測窗口的指示燈，如果兩個燈同時發(fā)光，這個發(fā)光點(diǎn)就是材料顏色檢出點(diǎn)。

2.在電感傳感器下方的傳送帶上，放好金屬鐵的材料，調(diào)節(jié)傳感器兩個旋鈕，使傳感器上下浮動，當(dāng)傳感器上端的指示燈亮?xí)r就檢出鐵質(zhì)材料。

3在電容傳感器下方的傳送帶上，放好金屬鋁的材料，調(diào)節(jié)傳感器兩個旋鈕，使傳感器上下動作，當(dāng)傳感器上端的指示燈亮?xí)r就檢出鋁質(zhì)材料。

（2）自動分揀裝置工作原理。

設(shè)備通電后，可編程序控制器輸送帶動作，首先下料傳感器會自動檢測料槽物料情況，如果料槽中沒有物料，輸送帶自動運(yùn)轉(zhuǎn)一個周期而停止等待下料;如果料槽中有物料，物料檢測器SN會輸出信號給可編程控制器，PLC接收到信號使輸送帶啟動并持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時操控氣動閥5繼續(xù)下料，下料的頻率可以依據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，物料傳感器SA是電感傳感器用于檢測金屬鐵，當(dāng)料槽中有鐵物料時SA會輸出信號給PLC，PLC啟動氣動閥1將鐵物料揀出;物料傳感器SB是電容傳感器用于檢測鋁質(zhì)物料，當(dāng)料槽中有鋁制物料時SB會發(fā)出信號給PLC，PLC啟動氣動閥2動作選出鋁物料;物料傳感器SC是顏色傳感器，如果檢測出物料顏色是待檢顏色，PLC控制氣動閥3動作選出該色物料。圖1為分揀裝置結(jié)構(gòu)圖，圖2分揀機(jī)構(gòu)平面圖。

4.3 1/0分配表

如表1所示。

5 總結(jié)

本設(shè)計中采用PLC控制系統(tǒng)，并融合傳感器技術(shù)和氣動技術(shù)。應(yīng)用模塊化組裝將軟件和硬件緊密結(jié)合，使用場地和環(huán)境不受限制，系統(tǒng)布局人性化使用方便且后期檢修、維護(hù)操作簡單，對于金屬鐵和鋁及物料顏色可精準(zhǔn)檢測，并可根據(jù)需要與其他裝載設(shè)備聯(lián)合使用，能對物料信息合理分裝、管理，分揀偏差小且成本低，可大大提升勞動生產(chǎn)率。

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