小型材料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計

劉輝 陳琴

摘要：本文闡述了松下電工生產(chǎn)的一種小型PLC，運(yùn)用編程實現(xiàn)對材料自動分揀控制。本分揀裝置涵蓋了PLC、氣動、傳感器、位置控制等技術(shù)，在生產(chǎn)實踐中性能更加穩(wěn)定，大大降低了故障率.取得了滿意的結(jié)果，在中小型企業(yè)中具有較高的推廣價值。

關(guān)鍵詞：可編程控制器 材料分揀 硬件及軟件設(shè)計

1 概述

隨著社會的發(fā)展，市場競爭越來越激烈，各大生產(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，尤其是需要進(jìn)行材料分揀的企業(yè)，在產(chǎn)品質(zhì)量檢測和運(yùn)輸過程中需要進(jìn)行分類。以往采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，材料的自動分揀已成為企業(yè)的首要選擇?，F(xiàn)在我們采用光電掃描、圖像識別、機(jī)械篩選、傳感器等多種形式，利用PLC技術(shù)設(shè)計了一種成本低，效率高的材料自動分揀裝置，在分揀過程中取得了較好的控制效果。該裝置采用了小型可編程控制器（PLC）來實現(xiàn)材料分揀系統(tǒng)控制，經(jīng)過調(diào)試，運(yùn)行穩(wěn)定，精度高，易控制，并且具有體積小、功能強(qiáng)、外形美觀和價格經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

2 硬件部分

2.1 材料分揀系統(tǒng) 分揀系統(tǒng)的主要任務(wù)是把要分揀的物品按類、品種或地址等進(jìn)行分離，并把已分離的物品送到指定位置。該材料分揀裝置涵蓋了PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容，是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備的微縮模型，可完成傳感器、交流電機(jī)控制，光電編碼器、PLC編程及編程調(diào)試、計算機(jī)組態(tài)監(jiān)控、氣動等方面的綜合應(yīng)用設(shè)計訓(xùn)練，并配置了計算機(jī)監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了計算機(jī)上位監(jiān)控。內(nèi)置電源，配裝FP1系列主機(jī)，轉(zhuǎn)接面板上設(shè)計了可與其它PLC或單片機(jī)連接的轉(zhuǎn)接口，并選用了顏色識別傳感器及不同材質(zhì)敏感的電容式和電感式傳感器，分別被固定在網(wǎng)板上。

主要技術(shù)參數(shù)：輸入電壓：交流220V、50Hz（帶保護(hù)地三芯插座）；氣源：0.2MPa-0.85MPa；外形尺寸：800*

500*300mm。使用方法：①氣源由二聯(lián)體左側(cè)進(jìn)氣口連接6氣管，另一端接至氣源；②當(dāng)選用外部PLC時，可通過轉(zhuǎn)接板與I/O接口連接；③編制程序；④接通電源；⑤將料塊放入豎井式料槽；⑥運(yùn)行方式：有料時自動運(yùn)行，無料時走完一個行程自動停機(jī)。

2.2 硬件功能 FP1的功能：FP1是日本松下電工生產(chǎn)的小型PLC產(chǎn)品，它集CPU、I/O、通信等諸多功能模塊為一體，具有體積小，功能強(qiáng)，性能價格比高等特點(diǎn)。它適用于單機(jī)、小規(guī)?？刂?，在機(jī)床、紡機(jī)、電梯控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，適合我國國情，特別適合在中小企業(yè)中推廣應(yīng)用。光電編碼器：光電編碼器主要應(yīng)用于檢測角度位置，也可通過機(jī)械聯(lián)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動來檢測線性位置。隨著光刻技術(shù)的飛速發(fā)展該產(chǎn)品的精度以及其他技術(shù)指標(biāo)獲得大幅度的提高。[3]常見的類型主要有：單相輸出、正交AB相增量脈沖輸出、絕對值格雷碼輸出、原點(diǎn)輸出、防濺、防水、防油、耐震動、抗沖擊等等。光電編碼器已成為檢測旋轉(zhuǎn)角度和線性位置的最為重要的工具。高速計數(shù)器：是PLC計數(shù)器中常用的一種，它是PLC中一個特殊I/O單元，是處理頻率較高數(shù)字信號的智能模塊，它自身帶有一個微處理器和系統(tǒng)程序[1]。

3 軟件部分

3.1 設(shè)計原理——位置控制技術(shù) 如何精確地確定材料的位置，是材料分揀系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的問題。在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、用電機(jī)傳動的物料傳送系統(tǒng)及其它如棉紡織廠抓棉機(jī)等應(yīng)用設(shè)備上，往往應(yīng)用可靠性較高的PLC來進(jìn)行電機(jī)軸的位置控制，不少PLC產(chǎn)品都配置軸定位模塊，來專門控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。但這種方式的成本一般都很高[2]。目前的PLC本身大都帶有RS232/RS485標(biāo)準(zhǔn)串口和高速計數(shù)器或可擴(kuò)展的高速計數(shù)器模塊，高速計數(shù)器模塊可用作位置反饋的檢測元件，交流電機(jī)的變頻控制器基本上也都支持RS485串行通訊，因此我們的材料分揀系統(tǒng)也完全可以充分利用PLC強(qiáng)大的控制能力，結(jié)合高速計數(shù)的方法來實現(xiàn)電機(jī)軸的精確定位控制。

3.2 程序調(diào)試 系統(tǒng)上電后，可編程序控制器（PLC）首先啟動輸送帶，上料傳感器檢測料槽有無材料，若無料，輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)一個周期后自動停止等待上料；當(dāng)料槽有料時，上料傳感器輸出信號給PLC，PLC控制輸送帶繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時控制上料氣動閥進(jìn)行上料，每次上料時間間隔可以進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)定為分揀某種顏色的金屬或非金屬材料時，由程序記憶各傳感器的狀態(tài)，完成分揀任務(wù)。不同檢測體的修正系數(shù)見右圖。

PLC的最大特點(diǎn)是采用易學(xué)易懂的梯形圖編制程序，梯形圖符號和定義與繼電器展開圖完全一致，用PLC設(shè)計自控應(yīng)用系統(tǒng)無需掌握復(fù)雜的計算機(jī)硬件原理就可編程實現(xiàn)，靈活方便。在此只給出分揀鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和非金屬某一顏色材料的程序。若需要分揀金屬某一顏色材料，只需用程序記憶前一材料傳感器的檢測狀態(tài)即可。

4 結(jié)束語

通過以上程序設(shè)計，基本上達(dá)到了預(yù)期的控制要求。材料只有根據(jù)不同的情況，對系統(tǒng)稍加改動才能實現(xiàn)運(yùn)行穩(wěn)定，精度高，易控制的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]李歧強(qiáng)，錢積新，金萍.自動分揀系統(tǒng)中分揀數(shù)據(jù)的同步跟蹤與裝箱單的實時打印[J].機(jī)械與電子，1998（3）.

[2]張有東，趙金憲.PLC材料自動分揀系統(tǒng)的研究[J].煤炭技術(shù)，2002，21（7）.

[3]吳志剛.光電編碼器的原理與應(yīng)用.浙江冶金，2001，2（1）.

作者簡介：

劉輝 （1972-），男，湖北廣水人，湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院實驗師，主要研究方向：機(jī)電一體化；陳琴（1981-），女，湖北孝感人，孝感學(xué)院新技術(shù)學(xué)院，講師，主要研究方向：機(jī)電一體化。