李基有 傅沈文 崔楠 林奕水

【摘要】可編程序邏輯控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC）主要是為現(xiàn)場(chǎng)控制而設(shè)計(jì)，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，由于具有良好的適應(yīng)性和可擴(kuò)展能力，而得到越來(lái)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(jìng)爭(zhēng)能力差，為提高企業(yè)效率，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(wèn)題，本文利用PLC技術(shù)，結(jié)合氣動(dòng)、傳感器和位置控制等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種成本低、效率高的材料自動(dòng)分揀裝置。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)分揀裝置可以將不同材質(zhì)的物料進(jìn)行分揀，搬運(yùn)。為高校的教學(xué)與科研提供了一個(gè)系統(tǒng)的操作平臺(tái)。

【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(guò)去采用的人工分揀或半機(jī)械分揀方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、速度慢、效率低導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本高競(jìng)爭(zhēng)力差。隨著機(jī)械自動(dòng)化水平的不斷提高， 自動(dòng)分揀技術(shù)在物品分揀中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)能力的唯一選擇，既減少人力資源的浪費(fèi)，又減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還提高生產(chǎn)效率，大大加強(qiáng)產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化。[2]

本文設(shè)計(jì)的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)、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(yùn)行；各類(lèi)傳感器實(shí)現(xiàn)材料的檢測(cè)、姿勢(shì)的判別等。在對(duì)物料自動(dòng)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(jì)整個(gè)系統(tǒng)控制部分與傳動(dòng)部分連接，結(jié)合PLC梯形圖分析了程序設(shè)計(jì)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(jiǎn)稱(chēng)PLC）是專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，是微機(jī)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(jī)械觸點(diǎn)的接線(xiàn)復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)。

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?；締卧ㄖ鳈C(jī)）有FX0、FX0S、FX0N、FX2N等9個(gè)系列。每個(gè)系列又有14、16、32、48等不同輸入輸出點(diǎn)數(shù)的機(jī)型，每個(gè)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?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品——Fx2n-48MT，它屬于小型整體式PLC，有24個(gè)輸入點(diǎn)和24個(gè)輸出點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要。

3、物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

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(pán)式機(jī)械手等功能模塊以及配套的電氣控制系統(tǒng)、氣動(dòng)回路組成。

生產(chǎn)過(guò)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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下快速將工件向前輸送。工件傳送到達(dá)檢測(cè)區(qū)域后，由安裝在輸送帶兩邊的傳感器對(duì)送過(guò)來(lái)的工件進(jìn)行位置放置、材質(zhì)及顏色檢測(cè)。當(dāng)傳感器辨別經(jīng)過(guò)的工件為（反面放置的工件）不合格品時(shí)，不合格處理裝置（推桿裝置）動(dòng)作，把工件推進(jìn)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(guò)檢測(cè)區(qū)域后，由機(jī)械手根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果分別進(jìn)行自動(dòng)分揀。

3.2 系統(tǒng)模塊及關(guān)鍵技術(shù)分析

3.2.1送料機(jī)構(gòu)模塊

該模塊由雙聯(lián)氣缸、儲(chǔ)料倉(cāng)、光纖傳感器組成。圓形物料堆放于儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)光纖傳感器檢測(cè)到有工件時(shí)，雙軸快速?gòu)?fù)位氣缸模塊根據(jù)PLC的指令，自動(dòng)將圓形工件推送到變頻輸送帶上。

3.2.2 物料檢測(cè)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(cè)區(qū)域時(shí)，電容傳感器對(duì)工件進(jìn)行姿勢(shì)的判別、金屬傳感器對(duì)工件的材質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。本系統(tǒng)的工件姿勢(shì)判別功能是由電容傳感器對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)的，當(dāng)輸送帶將工件送到檢測(cè)區(qū)時(shí)，無(wú)論工件是正常放置還是反向放置，電容傳感器都會(huì)動(dòng)作，因此我們可以通過(guò)電容傳感器接通的連續(xù)時(shí)間判斷工件的姿勢(shì)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(duì)金屬材質(zhì)動(dòng)作，非金屬材質(zhì)不動(dòng)作。因此，在本系統(tǒng)中，如果電感傳感器動(dòng)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(shì)判別傳感器檢測(cè)到工件旋轉(zhuǎn)的姿勢(shì)錯(cuò)誤。PLC程序驅(qū)動(dòng)推料氣缸快速伸出，將當(dāng)前工件推到回收箱內(nèi)進(jìn)行回收加工處理。

3.2.4 吸盤(pán)式龍門(mén)機(jī)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(shí)，末端電容接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到工件到位，并將信號(hào)反饋給PLC。吸盤(pán)式龍門(mén)機(jī)械手在PLC程序的驅(qū)動(dòng)下，Y軸氣缸下降，真空吸盤(pán)將工件吸住，最后由X軸氣缸移至指定的位置分類(lèi)。

4、物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中，首先按照系統(tǒng)功能要求，畫(huà)出如圖3所示的系統(tǒng)流程框圖，然后進(jìn)行PLC內(nèi)部寄存器的配置，再細(xì)化流程圖，按照不同的功能要求編寫(xiě)功能模塊。在該生產(chǎn)線(xiàn)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(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)性?xún)r(jià)比高，很適合中小企業(yè)及教學(xué)教儀選用。

參考文獻(xiàn)：

1、楊瑩 邵瑛 林滔 等 可編程控制器案例教程 機(jī)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(dòng)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(jì) 電子世界 2012年3月

4、周曉旭 基于PLC 和組態(tài)軟件的自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)備開(kāi)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(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)的研制[J] 江蘇大學(xué) 2012年12月

作者簡(jiǎn)介：

李基有（1987-）男，廣東陽(yáng)春人，本科 學(xué)士，助理實(shí)驗(yàn)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?yàn)殡娮与姎饪刂疲?/p>

崔楠（1970-），女，廣西桂林人，工程師，研究方向?yàn)殡娮油ㄐ牛?/p>

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

項(xiàng)目來(lái)源：光伏發(fā)電并入智能電網(wǎng)的探索 2013年度院級(jí)課題 xyyb1324