基于PLC控制的物料自动分拣系统设计

基于PLC控制的物料自动分拣系统设计

李基有傅沈文崔楠林奕水

广东农工商职业技术学院机电系李基有傅沈文崔楠林奕水

摘要：可编程序逻辑控制器（简称为PLC）主要是为现场控制而设计，是一种数字运算操作的电子系统，由于具有良好的适应性和可扩展能力，而得到越来越广泛的应用。传统的物料分拣企业，一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，为提高企业效率，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，本文利用PLC技术，结合气动、传感器和位置控制等技术，设计了一种成本低、效率高的材料自动分拣装置。本文设计的自动分拣装置可以将不同材质的物料进行分拣，搬运。为高校的教学与科研提供了一个系统的操作平台。

关键词：PLC；物料分拣；传感器

1、引言在工业生产应用中成品或者半成品工件的分拣是流水作业的重要组成部份。过去采用的人工分拣或半机械分拣方法劳动强度大、速度慢、效率低导致企业生产成本高竞争力差。随着机械自动化水平的不断提高，自动分拣技术在物品分拣中的应用越来越广泛，已成为企业提高竞争能力的唯一选择，既减少人力资源的浪费，又减轻工人的劳动强度，还提高生产效率，大大加强产品生产的自动化。[2]本文设计的物料自动分拣系统是一个机、电、气集合的综合体，系统的程序主要由三菱FX-2N系列PLC控制；由变频器及传感器控制输送带运行；各类传感器实现材料的检测、姿势的判别等。在对物料自动分拣系统使用的PLC及控制技术分析的基础上，提出电气控制系统的总体方案，设计整个系统控制部分与传动部分连接，结合PLC梯形图分析了程序设计思路与主要控制功能。

2、FX系列PLC原理及应用2.1PLC概述可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，简称PLC）是专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作电子系统，是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。

2.2PLC的选型FX系统是三菱PLC产品中的最大家族成员。基本单元（主机）有FX0、FX0S、FX0N、FX2N等9个系列。每个系列又有14、16、32、48等不同输入输出点数的机型，每个系列还有继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出三种输出形式。

该控制系统采用三菱公司生产的一款性价比较高的产品——Fx2n-48MT，它属于小型整体式PLC，有24个输入点和24个输出点，能够满足控制系统设计的需要。

3、物料自动分拣系统的硬件设计3.1系统的组成及功能分拣系统主要由送料装置、输送带、不合格品处理装置（推杆）和吸盘式机械手等功能模块以及配套的电气控制系统、气动回路组成。

生产过程中，物料经间歇式送料装置依次放置在输送带上，输送带在变频电动机的驱动下快速将工件向前输送。工件传送到达检测区域后，由安装在输送带两边的传感器对送过来的工件进行位置放置、材质及颜色检测。当传感器辨别经过的工件为（反面放置的工件）不合格品时，不合格处理装置（推杆装置）动作，把工件推进指定的回收箱。若为合格放置的工件（包含白色金属、黑色金属及白色塑料工件）经过检测区域后，由机械手根据检测的结果分别进行自动分拣。

3.2系统模块及关键技术分析3.2.1送料机构模块该模块由双联气缸、储料仓、光纤传感器组成。圆形物料堆放于储料仓内，当检测光纤传感器检测到有工件时，双轴快速复位气缸模块根据PLC的指令，自动将圆形工件推送到变频输送带上。

3.2.2物料检测模块该模块主要由光电接近传感器、金属传感器以及电容式传感器组成。

工作原理：当变频输送带将工件传送到检测区域时，电容传感器对工件进行姿势的判别、金属传感器对工件的材质进行检测。本系统的工件姿势判别功能是由电容传感器对其进行检测的，当输送带将工件送到检测区时，无论工件是正常放置还是反向放置，电容传感器都会动作，因此我们可以通过电容传感器接通的连续时间判断工件的姿势是否正确。

材质判别采用电感传感器，根据电涡流式电感传感器的工作原理可知，电感传感器对金属材质动作，非金属材质不动作。

因此，在本系统中，如果电感传感器动作，系统则判读为金属材质工件，反之则为非金属工件。

3.2.3推料模块功能：当姿势判别传感器检测到工件旋转的姿势错误。PLC程序驱动推料气缸快速伸出，将当前工件推到回收箱内进行回收加工处理。

3.2.4吸盘式龙门机械手组成：该模块由X轴（磁性耦合气缸）、Y轴（单轴气缸）、真空技术模块、缓冲气缸、以及定位、限位传感器组成。

功能：当输送带将工件传送到输送带末端时，末端电容接近开关检测到工件到位，并将信号反馈给PLC。吸盘式龙门机械手在PLC程序的驱动下，Y轴气缸下降，真空吸盘将工件吸住，最后由X轴气缸移至指定的位置分类。

4、物料自动分拣系统的软件设计在软件设计中，首先按照系统功能要求，画出如图3所示的系统流程框图，然后进行PLC内部寄存器的配置，再细化流程图，按照不同的功能要求编写功能模块。在该生产线控制中选取的是日本三菱FX-2N系列PLC。该系列PLC属于具有硬件配置全，可扩展性好等优点，同时性价比高，很适合中小企业及教学教仪选用。

参考文献：[1]杨莹邵瑛林滔等可编程控制器案例教程机械工业出版社2008年1月[2]刘巧红刘广瑞基于PLC控制的模块化自动分拣系统控制系统2009年8月[3]陈振伟陈玉宝刘淑芳基于PLC的部件分拣控制设计电子世界2012年3月[4]周晓旭基于PLC和组态软件的自动生产线设备开发数字技术与应用2012年7月[5]孙怀荣.基于PLC控制的自动化生产线系统的研制[J]江苏大学2012年12月作者简介：李基有（1987-）男，广东阳春人，本科学士，助理实验师，主要研究领域：电工电气控制；傅沈文（1967-）女，江西高安人，副教授，研究方向为电子电气控制；崔楠（1970-），女，广西桂林人，工程师，研究方向为电子通信；林奕水（1980-），男，硕士，主要研究领域：计算机网络与信息安全。

项目来源：光伏发电并入智能电网的探索2013年度院级课题xyyb1324