【摘要】本文主要介紹了基于學校實訓設備THJDME-1型光電一體化實訓臺的物料分揀系統(tǒng)設計。采用三菱FX2N-48MRPLC控制系統(tǒng)，機械手夾取物料，交流電機帶動皮帶輸送物料，電磁閥控制氣缸分揀物料。通過分析物料分揀系統(tǒng)的流程，利用GXDeveloper編程軟件實現(xiàn)物料分揀的程序設計，對三種不同物料進行自動分揀。本系統(tǒng)具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，實用推廣型強。

【關鍵詞】THJDME-1；物料分揀；機械手

【中圖分類號】TH-39；TP273 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）31-0283-02

一、緒論

物料自動分揀系統(tǒng)隨著現(xiàn)代化進程的發(fā)展，在現(xiàn)代生產(chǎn)行業(yè)中的作用越來越重要。物料自動分揀系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以減少勞動力，為企業(yè)節(jié)省人員開支。

本文主要是介紹在THJDME-1型機電一體化設備上物料分揀系統(tǒng)的工作過程、硬件和軟件組成及實現(xiàn)，并給出系統(tǒng)實訓臺硬件結(jié)構、系統(tǒng)工作流程圖。

二、分揀設備及內(nèi)容介紹

THJDME-1型設備是一種最為典型的機電一體化產(chǎn)品。裝置主要由上料機構、PLC、搬運機械手機構、變頻器、物件分揀、按鈕、輸送皮帶、傳感器和電磁閥等組成。

物料分揀系統(tǒng)對于企業(yè)和工廠來說是至關重要的，加工好的產(chǎn)品進入最后包裝或分揀環(huán)節(jié)時就是通過物料分揀系統(tǒng)來完成的，產(chǎn)品會被傳送帶運送，物料在傳送帶運送的過程中，檢測傳感器分別出不同的物料時，對應的分揀電磁閥工作驅(qū)動分揀機構將不同的物料推進指定的料槽。

三、硬件設計

物料分揀系統(tǒng)的硬件組成主要分為控制器、傳感器、傳送帶、機械手等部分。

（一）硬件結(jié)構組成

1.控制器

控制器選擇的是三菱FX2N-48MRPLC，這款PLC主要的特點是應用廣，價格較低，而且易操作，控制起來比較簡單。

2.傳感器

傳感器是有兩個光電傳感器，位置分別在料槽1的上方與料槽2的上方。料槽1的傳感器主要用來檢測金屬物料，料槽2傳感器調(diào)節(jié)成主要用來檢測白色物料。當兩個傳感器都沒檢測到物料時，判定為黑色物料。

3.變頻器

選用的是三菱FR-E740變頻器。主要完成皮帶能夠以不同的速度運行，可以節(jié)省電。

4.傳送機構

傳送機構的主要作用是將物料運送到相應的位置，為分揀做準備。傳送機構主要選擇了三菱變頻器與交流電機帶動皮帶。當入料檢測光電傳感器檢測到有物料時，交流電機帶動皮帶高速正轉(zhuǎn)。物料在被運送的過程中，物料檢測傳感器、料槽一和料槽二傳感器會檢測物料。如果沒有物料，皮帶則以低速正轉(zhuǎn)。

5.分揀機構

分揀機構是系統(tǒng)的重要組成部分，主要有料筒，推料氣缸、機械手，導料氣缸等構成。機械手主要由氣動手爪、雙導桿氣缸、單桿氣缸、電感傳感器、磁性傳感器、多種類型電磁閥、交流電機及驅(qū)動器組成。機械手由步進電動機帶動，通過脈沖的多少控制機械手旋轉(zhuǎn)角度，通過給定的脈沖頻率控制機械手旋轉(zhuǎn)的速度。

（二）物料分揀結(jié)構框圖

四、軟件設計

（一）工作過程

1.上料，首先所有設備都處于初始狀態(tài)，按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，皮帶以低速正向運行。當物料檢測光電傳感器有信號時，說明料筒里有物料，物料推出氣缸動作，將物料推出。

2.搬運，當物料推出傳感器有信號時，機械手會夾取物料。具體步驟為：機械手會旋轉(zhuǎn)到物料存放料臺上方；當機械手基準傳感器有信號檢測到機械手到位；懸臂伸出，伸出限位傳感器檢測到信號后；手臂下降，下降限位傳感器檢測到信號后延時1S，延時是為了使機械手更穩(wěn)的夾取物料；1S計時時間到氣爪夾緊夾取物料；加緊傳感器有信號手臂上升；提升限位傳感器檢測到信號后懸臂縮回；縮回限位傳感器檢測到信號后機械手右轉(zhuǎn)（機械手右轉(zhuǎn)的歷程是由交流電機指令根據(jù)實際距離調(diào)試設定的）；機械手右轉(zhuǎn)到入料口上方時懸臂伸出；伸出限位傳感器檢測到信號后；手臂下降，下降限位傳感器檢測到信號后延時1S，1S計時時間到氣爪松開物料；工件被放入皮帶輸送機進料口內(nèi)后手臂上升、縮回，機械手左轉(zhuǎn)回原位后再重復以上過程。

3.傳送，機械手將物料運送到入料口上方，松手物料進入入料口。入料檢測傳感器檢測到信號時，皮帶由低速運行變成高速運行，方向同樣是正向，將物料運送到不同的料槽口。

4.分揀，物料被傳送帶傳送過程中，當物料經(jīng)過兩個料槽上方的傳感器時會接受到信號。金屬物料由推料氣缸推入料槽1；白色塑料物料導料氣缸導入料槽2；如圖1所示傳送帶裝置末端設置的是一個弧形倒料結(jié)構，黑色塑料物料在皮帶一直正轉(zhuǎn)的情況下可由裝置最后的固定弧形導料裝置進入料槽3。

當三種物料都被氣缸分揀到料槽中時，完成一次分揀工作，等待下一個物料重復上述動作。

5.按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。

（二）工作流程圖

物料分揀系統(tǒng)流程的具體情況如圖3所示。

（三）物料分揀PLC的I/O分配表

設備的硬件接口與PLC具體的I/O分配情況如表1所示。

（四）軟件實現(xiàn)

本系統(tǒng)的編程指令選擇步進指令，這種編程指令使得整個設備的工作流程變得通俗易懂，并且編寫程序的思路清晰，有利于程序的調(diào)試和修改。利用步進指令編寫程序，只要將上述任務4.1中提到的工作過程分解成不同的狀態(tài)，利用轉(zhuǎn)移條件，如傳感器信號或計時器信號把狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一個狀態(tài)。

編寫的程序通過串行接口RS232下載到PLC中，PLC根據(jù)要求對變頻器、電磁閥等執(zhí)行機構發(fā)出控制信號。同時PLC運行狀態(tài)、傳感器檢測信號都會傳送到上位機中，對系統(tǒng)實時運行狀態(tài)進行監(jiān)控。通過監(jiān)控狀態(tài)可以容易發(fā)現(xiàn)程序錯誤或硬件錯誤，方便程序修改。

五、結(jié)語

本文設計了一個基于THJDME-1機電一體化設備的分物料分揀系統(tǒng)，通過實驗調(diào)試證明可以準確的將三種不同物料分揀到不同的料槽里面。在實際的生產(chǎn)中，可以完成對不同產(chǎn)品的分揀，并且本系統(tǒng)的通用性很強。系統(tǒng)的工作時間是連續(xù)的，提高生產(chǎn)速度。物料分揀的速度和精度得到了很大的調(diào)高，具有很好的實際應用價值。系統(tǒng)是由PLC控制，可以隨著實際生產(chǎn)的不同需求進行改變，易操作，方便實用。同時，也為在THJDME-1機電一體化設備物料分揀系統(tǒng)與實際企業(yè)生產(chǎn)線的環(huán)境非常相近，這也為職業(yè)類院校的學生使用本系統(tǒng)平臺進行教學時使學生在學校就能體會到實際工作環(huán)境。

參考文獻

[1]陳海龍.基于PLC的物料自動分揀系統(tǒng)設計[J].自動化與儀器儀表，2017，（10）：94-98.

[2]劉杰.基于可編程控制器的分揀張志設計與實現(xiàn)[J].西南師范大學學報，2014，（7）.

[3]張繪敏.基于三菱PLC控制的物料分揀系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].時代農(nóng)機，2015（12）：28-31.

作者簡介：劉?。?986.06—），女，漢族，吉林長春人，碩士研究生，助教，研究方向：自動化。