基于PLC控制的物料自動分揀系統設計

李基有 傅沈文 崔楠 林奕水

【摘要】可編程序邏輯控制器（簡稱為PLC）主要是為現場控制而設計，是一種數字運算操作的電子系統，由于具有良好的適應性和可擴展能力，而得到越來越廣泛的應用。傳統的物料分揀企業，一直采用人工分揀的方法，致使生產效率低，生產成本高，企業的競爭能力差，為提高企業效率，材料的自動分揀已成為企業的唯一選擇。針對上述問題，本文利用PLC技術，結合氣動、傳感器和位置控制等技術，設計了一種成本低、效率高的材料自動分揀裝置。本文設計的自動分揀裝置可以將不同材質的物料進行分揀，搬運。為高校的教學與科研提供了一個系統的操作平臺。

【關鍵詞】 PLC；物料分揀；傳感器；

1、 引言

在工業生產應用中成品或者半成品工件的分揀是流水作業的重要組成部份。過去采用的人工分揀或半機械分揀方法勞動強度大、速度慢、效率低導致企業生產成本高競爭力差。隨著機械自動化水平的不斷提高， 自動分揀技術在物品分揀中的應用越來越廣泛，已成為企業提高競爭能力的唯一選擇，既減少人力資源的浪費，又減輕工人的勞動強度，還提高生產效率，大大加強產品生產的自動化。[2]

本文設計的物料自動分揀系統是一個機、電、氣集合的綜合體，系統的程序主要由三菱FX-2N系列PLC控制；由變頻器及傳感器控制輸送帶運行；各類傳感器實現材料的檢測、姿勢的判別等。在對物料自動分揀系統使用的PLC及控制技術分析的基礎上，提出電氣控制系統的總體方案，設計整個系統控制部分與傳動部分連接，結合PLC梯形圖分析了程序設計思路與主要控制功能。

2、FX系列PLC原理及應用

2.1 PLC概述

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）是專為在工業環境下應用而設計的數字運算操作電子系統，是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點。

2.2 PLC的選型

FX系統是三菱PLC產品中的最大家族成員。基本單元（主機）有FX0、FX0S、FX0N、FX2N等9個系列。每個系列又有14、16、32、48等不同輸入輸出點數的機型，每個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。

該控制系統采用三菱公司生產的一款性價比較高的產品——Fx2n-48MT，它屬于小型整體式PLC，有24個輸入點和24個輸出點，能夠滿足控制系統設計的需要。

3、物料自動分揀系統的硬件設計

3.1 系統的組成及功能

分揀系統主要由送料裝置、輸送帶、不合格品處理裝置（推桿）和吸盤式機械手等功能模塊以及配套的電氣控制系統、氣動回路組成。

生產過程中，物料經間歇式送料裝置依次放置在輸送帶上，輸送帶在變頻電動機的驅動下快速將工件向前輸送。工件傳送到達檢測區域后，由安裝在輸送帶兩邊的傳感器對送過來的工件進行位置放置、材質及顏色檢測。當傳感器辨別經過的工件為（反面放置的工件）不合格品時，不合格處理裝置（推桿裝置）動作，把工件推進指定的回收箱。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）經過檢測區域后，由機械手根據檢測的結果分別進行自動分揀。

3.2 系統模塊及關鍵技術分析

3.2.1送料機構模塊

該模塊由雙聯氣缸、儲料倉、光纖傳感器組成。圓形物料堆放于儲料倉內，當檢測光纖傳感器檢測到有工件時，雙軸快速復位氣缸模塊根據PLC的指令，自動將圓形工件推送到變頻輸送帶上。

3.2.2 物料檢測模塊

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：當變頻輸送帶將工件傳送到檢測區域時，電容傳感器對工件進行姿勢的判別、金屬傳感器對工件的材質進行檢測。本系統的工件姿勢判別功能是由電容傳感器對其進行檢測的，當輸送帶將工件送到檢測區時，無論工件是正常放置還是反向放置，電容傳感器都會動作，因此我們可以通過電容傳感器接通的連續時間判斷工件的姿勢是否正確。

材質判別采用電感傳感器，根據電渦流式電感傳感器的工作原理可知，電感傳感器對金屬材質動作，非金屬材質不動作。因此，在本系統中，如果電感傳感器動作，系統則判讀為金屬材質工件，反之則為非金屬工件。

3.2.3 推料模塊

功能：當姿勢判別傳感器檢測到工件旋轉的姿勢錯誤。PLC程序驅動推料氣缸快速伸出，將當前工件推到回收箱內進行回收加工處理。

3.2.4 吸盤式龍門機械手

組成：該模塊由X軸（磁性耦合氣缸）、Y軸（單軸氣缸）、真空技術模塊、緩沖氣缸、以及定位、限位傳感器組成。

功能：當輸送帶將工件傳送到輸送帶末端時，末端電容接近開關檢測到工件到位，并將信號反饋給PLC。吸盤式龍門機械手在PLC程序的驅動下，Y軸氣缸下降，真空吸盤將工件吸住，最后由X軸氣缸移至指定的位置分類。

4、物料自動分揀系統的軟件設計

在軟件設計中，首先按照系統功能要求，畫出如圖3所示的系統流程框圖，然后進行PLC內部寄存器的配置，再細化流程圖，按照不同的功能要求編寫功能模塊。在該生產線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，可擴展性好等優點，同時性價比高，很適合中小企業及教學教儀選用。

參考文獻：

1、楊瑩 邵瑛 林滔 等 可編程控制器案例教程 機械工業出版社 2008年1月

2、劉巧紅 劉廣瑞 基于PLC 控制的模塊化自動分揀系統 控制系統 2009年8月

3、陳振偉 陳玉寶 劉淑芳 基于PLC的部件分揀控制設計 電子世界 2012年3月

4、周曉旭 基于PLC 和組態軟件的自動生產線設備開發 數字技術與應用 2012年7月

5、 孫懷榮. 基于PLC控制的自動化生產線系統的研制[J] 江蘇大學 2012年12月

作者簡介：

李基有（1987-）男，廣東陽春人，本科 學士，助理實驗師，主要研究領域：電工電氣控制；

傅沈文（1967-）女，江西高安人 ，副教授，研究方向為電子電氣控制；

崔楠（1970-），女，廣西桂林人，工程師，研究方向為電子通信；

林奕水（1980-），男，碩士，主要研究領域：計算機網絡與信息安全。

項目來源：光伏發電并入智能電網的探索 2013年度院級課題 xyyb1324