張繪敏

（河南化工職業(yè)學院 機械電子系，河南 鄭州452000）

1 物料分揀系統(tǒng)方案及元件選型

物料輸送分揀系統(tǒng)由于它能有效地解決生產(chǎn)分揀過程人工作業(yè) 運行成本高、效率低等弊病，所以應用越來越廣泛。物料分揀采用可編程控制器PLC進行控制，能連續(xù)、大批量地分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強度大大降低，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。PLC控制分揀裝置涵蓋了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。應用這些技術(shù)可以設(shè)計不同類型材料的自動分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強，程序開發(fā)簡單，可適應進行材料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。

1.1 物料分揀系統(tǒng)的控制要求

該分揀系統(tǒng)的部分部件位置及其名稱如圖1所示。控制要求如下：按下啟動按鈕，運行指示燈亮，圓盤電機轉(zhuǎn)動，送工件至料臺，若4s內(nèi)檢測不到物料，紅燈閃爍系統(tǒng)停止。若檢測到物料，圓盤電機停止并驅(qū)動機械手運行，懸臂伸伸出到位后，手臂下降，抓取物料后手臂上升，懸臂縮回，機械手轉(zhuǎn)至右極限，懸臂伸出，手臂下降，若進料口無物料手爪松開使夾持的物料落入進料口后，機械手返回到原點繼續(xù)重復以前的動作。輸送皮帶進料口檢測到工件后，三相電動機啟動并以30HZ的頻率正向高速運行，對物料進行分揀。傳感器接到金屬信號后，驅(qū)動氣缸Ⅰ伸出將其推入1槽；按同樣的順序，氣缸Ⅱ?qū)咨芰贤迫?槽，氣缸Ⅲ把黑色塑料推入3槽。當氣缸將工件推入槽內(nèi)，輸送帶上無工件時，三相電動機以10HZ頻率正向低速運行，下一個工件到達重新分揀。

圖1 分揀系統(tǒng)的部件位置

設(shè)備運行中如按下停止按鈕，圓盤電機立即停止，機械手將完成當前的搬運后回到原位停止，分揀裝置必須完成工件的分揀后才停止，運行指示燈滅。設(shè)備運行過程中如出現(xiàn)緊急情況，可按下急停開關(guān)，所有裝置都停止運行，蜂鳴器響，急停開關(guān)復位后，蜂鳴器停止報警。如要啟動設(shè)備，再按下啟動按鈕，設(shè)備接著急停時的工作進行。如遇突然斷電，設(shè)備停止，但機械手夾持的工件不能掉下，恢復供電后，設(shè)備接著斷電前的狀態(tài)運行。

1.2 物料分揀系統(tǒng)元件選型

在物料分揀系統(tǒng)中，需要確定PLC、傳感器和變頻器的型號。

（1）PLC的選擇。此設(shè)計中選用三菱FX2N系列的PLC。

（2）傳感器的選擇。本系統(tǒng)共用到7個傳感器：料臺和傳送帶落料口處物料檢測用光電傳感器；機械手左擺右擺的傳感器可用鐵接近限位傳感器；檢測金屬、白色和黑色物料分別選用電感傳感器、光纖傳感器和光電傳感器。系統(tǒng)中的7個氣缸除擺動氣缸外，其他檢測氣缸伸出或縮回到位的傳感器都選用磁性開關(guān)。

（3）變頻器的選擇。變頻器選用三菱FR-E740變頻器。

2 物料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計

（1）PLC的I/O分配。系統(tǒng)的輸入信號主要有21個輸入信號，17個輸出信號。因三菱FX2N系列PLC的I/O端口必須保留一定的裕量，一般為10%，因此擇的PLC型號為三菱FX2N-48MRPLC，具體輸入輸出信號分配如下表1所示。

表1 PLC的I/O分配表

（2）物料搬運系統(tǒng)電氣控制原理圖。根據(jù)PLC的I/O分配分析，可以畫出PLC電氣控制原理圖。設(shè)計的系統(tǒng)電氣控制原理圖如2所示。

圖2 物料搬運系統(tǒng)電氣控制原理圖

3 軟件設(shè)計

3.1 物料分揀機構(gòu)的工作流程圖

送料機構(gòu)工作流程如圖3所示，機械手搬運機構(gòu)工作流程如圖4所示，傳送及分揀機構(gòu)流程如圖5所示。

圖3 送料機構(gòu)流程圖

圖4 機械手搬運流程圖

圖5 傳送及分揀流程圖

3.2 梯形圖的功能與實現(xiàn)

本系統(tǒng)屬于典型的順序控制，故程序設(shè)計主要采用狀態(tài)編程思想編程。

（1）4S內(nèi)能否檢測到物料的設(shè)計。在判斷4S內(nèi)能否檢測到物料的狀態(tài)中通過選擇性分支來對兩種不同的情況加以處理。

（2）機械手搬運過程的設(shè)計。選取中間狀態(tài)的不同狀態(tài)繼電器表達搬運過程，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移條件采用用于檢測相應氣缸動作到位的磁性開關(guān)或限位傳感器來實現(xiàn)。

（3）掉電保持功能的設(shè)計。設(shè)計中的狀態(tài)繼電器選用具有掉電保持功能的軟元件，從而滿足了系統(tǒng)掉電保持的要求。

（4）系統(tǒng)的停止設(shè)計。設(shè)計中將停止輔助繼電器M810放置在機械手搬運和物料分揀的結(jié)束狀態(tài)中，最終達到了控制要求。急停輔助繼電器M820的常閉加到每個狀態(tài)的驅(qū)動主線路上，達到了出現(xiàn)緊急狀況按下急停按鈕所有動作都停止的功能。

3.3 部分程序運行仿真與調(diào)試

圖6 4秒內(nèi)無物料紅燈閃爍

圖7 三相交流異步電動機正向高速

按下啟動按鈕后4秒內(nèi)沒有檢測到物料，則系統(tǒng)停止紅燈閃爍，按下停止按鈕紅燈停止閃爍，具體如圖6所示。當物料到達傳送帶進料口后三相交流異步電動機開始正向高速運轉(zhuǎn)如圖7所示。

4 結(jié)語

PLC控制的物料分揀系統(tǒng)的設(shè)計，以三菱FX2N-48MR PLC為主控制器，通過硬件設(shè)計和軟件編程、程序仿真調(diào)試實現(xiàn)對金屬和不同顏色物料的自動分揀。該系統(tǒng)通用性強，可靠性好，程序開發(fā)簡單，可在其基礎(chǔ)上對物品分揀的種類與分揀的性能進行拓展及完善，使其適用于各行各業(yè)實際生產(chǎn)中的物料分揀，實現(xiàn)分揀線全自動化，提高生產(chǎn)效率。

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