基于PLC控制系統的材料自動分揀裝置設計

張春梅

摘要 本設計中采用PLC控制系統，并融合傳感器技術和氣動技術。應用模塊化組裝將軟件和硬件緊密結合，使用場地和環境不受限制，系統布局人性化使用方便且后期檢修、維護操作簡單，對于金屬鐵和鋁及物料顏色可精準檢測，并可根據需要與其他裝載設備聯合使用，能對物料信息合理分裝、管理，分揀偏差小且成本低，可大大提升勞動生產率。

【關鍵詞】PLC 傳感器 檢測識別 自動分揀

1 前言

作為生產貿易大國，許多流水線式的工廠需要大量操作工，人工成本很高且人工少，分揀工作也是流水線工作環節之一且很關鍵，但是因為分揀速度受限導致生產效率很低，進而影響企業的利潤和生產力。科學技術不斷發展，在工廠流水線工人越來越緊缺，找到代替人工的方法是工廠企業的必經改革之路，自動分揀裝置應運而生既能做到安全生產又可以晝夜運轉提高產量。通過PLC控制技術開發的自動分揀裝置，不僅高效而且價位低廉，將硬件和軟件有效連接，運轉操作簡單，在后期使用中如有異常可將硬件和軟件部分分別檢測，是代替人工分揀的有力設備。

2 PLC控制器的簡介

2.1 PLC控制器的定義

可編程控制器（簡稱PLC）將繼電器控制和計算機程序操作相結合，以微處理器CPU為核心，融合自動化技術、計算機技術和通信技術為一體。隨著科技的發展技術的提升，設備的控制能力不斷加強，除了以上功能外還具有邏輯運算、控制模擬量等多項功能。

2.2 PLC控制器的結構

（1）核心部分中央處理器（CPU）一一包括控制電路、運算器和寄存器三個部分。硬件結構包括地址總線、數據總線、控制總線、存儲部分和輸入輸出接口部分。CPU的主要功用是將指令從存儲器讀出且執行再繼續取指令并及時處理中斷。

（2）存儲器。存儲器是用來存放數據的，如系統程序、用戶程序以及工作數據等。

（3）輸入、輸出接口電路一一是設備和其他外設的連接部分，在PLC和外設之間傳遞信息。

（4）電源單元。該部分的作用是把外部電壓轉換成內部工作電壓以備使用，電壓額定值是220V交流電壓，使用中電源電壓會有+10%～-15%的波動。

（5）編程單元。該單元是設計人員和機器的對話平臺，通過程序編譯賦予設備語言執行待執行的功能。位置分三種，直接安裝再PLC機器上形成一體，也有通過傳輸線從PLC機器上引出做外設，還有直接遠離PLC機器接到輸入輸出端口控制站。

2.3 PLC的工作原理

PLC的工作方式是循環掃描，程序在設備中是按先后順序存放，CPU就按從第一條指令按順序執行，執行到結束符指令再重新返回到第一條繼續執行如此循壞反復。這種工作模式是串行工作，程序執行邏輯性更強，但速度稍慢。

2.4 本設計中PLC型號和仿真軟件介紹

設計中應用視圖化編程軟件STEP7-Micro/WIN32西門子S7-200系列可以在個人計算該軟件基于Windows操作系統且不限版本，將仿真軟件S7-PLCISM集成在STEP7硬件中，模擬設備執行用戶程序的過程。

2.5 分揀裝置功能

（1）分揀出金屬和非金屬;

（2）分揀某一顏色塊;

（3）分揀出金屬中某一顏色塊;

（4）分揀出非金屬中某一顏色塊;

（5）分揀出金屬和非金屬混合材料中的某一顏色塊;

（6）分揀顏色為紅、綠、藍;

（7）分揀材料為鐵、鋁、塑料。

2.6 分揀裝置控制要求

（1）系統送電后，光電編碼器發生所需脈沖：

（2）電機運行，帶動傳輸帶傳送物體向前運行;

（3）有物料時，下料汽缸動作，將物料送出;

（4）電感傳感器檢測到鐵Fe時推動汽缸l工作;

（5）電容傳感器檢測到鋁Al時推動汽缸2工作;

（6）顏色傳感器檢測到材料顏色時推動汽缸3工作;

（7）剩余物料送到SD區域時推動汽缸4工作;

（8）汽缸運行應有動作限位保護;

（9）下料槽內無下料時，延時后自動停。

4 分揀裝置的設計

本文設計是基于軌道臺式分揀系統的模型。功能主要包含檢測材料、識別材料、分揀材料三個方面。這里只以金屬鐵、鋁、顏色檢測為例。

4.1 物料檢測識別系統

4.1.1 物料檢測傳感器

分揀的前提是物料檢測識別。不同的傳感器可以識別不同的材料，用于檢測的傳感器有電感傳感器、光纖傳感器。電感傳感器主要用于金屬材料的檢測，當金屬材料接近時就可以通過感應信號檢測到目標并發出輸出信號。光纖傳感器主要用于物料顏色的檢測，其原理是用光導纖維將發射器發出的光線導向檢測點，再把光電信號用光纖引向接收器進而實現檢測過程。光纖感應器SC識別白色光纖傳感器SD識別黑色。

4.1.2 物料識別過程

（1）單一物料檢測。單一物料檢測如黑白顏色和金屬物，逐一檢測后再循環檢測。首先在光纖傳感器sc附近加一個定時器，設置時間為物料從傳感器右到左所用的時間，再給物料設置標簽，如白色物料標簽，黑色物料標簽，金屬物料標簽，執行循環識別程序，就可以實現逐一檢測，一次完整檢測后定時器自動清零再循環，如此反復。

（2）連續兩個物料組合判斷。多個物料檢測相對于單一物料檢測復雜的多，可以采用對連續物料組合分析的方法，通過產生的脈沖信號進行檢測，如同色兩個物料可產生2個脈沖，不同色兩個物料可以產生4個脈沖，不同色兩個物料再加上金屬物料共3個物料可以產生6個脈沖，將脈沖信號分別送給X5-X7再輸出檢測信號。

4.2 分揀裝置設計

4.2.1 檢測點定位和工作原理

（1）檢測點的定位。

1接通電源，在顏色傳感器下方的傳送帶上放好某一顏色的材料，將電位器調節完成觀測窗口的指示燈，如果兩個燈同時發光，這個發光點就是材料顏色檢出點。

2.在電感傳感器下方的傳送帶上，放好金屬鐵的材料，調節傳感器兩個旋鈕，使傳感器上下浮動，當傳感器上端的指示燈亮時就檢出鐵質材料。

3在電容傳感器下方的傳送帶上，放好金屬鋁的材料，調節傳感器兩個旋鈕，使傳感器上下動作，當傳感器上端的指示燈亮時就檢出鋁質材料。

（2）自動分揀裝置工作原理。

設備通電后，可編程序控制器輸送帶動作，首先下料傳感器會自動檢測料槽物料情況，如果料槽中沒有物料，輸送帶自動運轉一個周期而停止等待下料;如果料槽中有物料，物料檢測器SN會輸出信號給可編程控制器，PLC接收到信號使輸送帶啟動并持續運轉，同時操控氣動閥5繼續下料，下料的頻率可以依據需要進行調整，物料傳感器SA是電感傳感器用于檢測金屬鐵，當料槽中有鐵物料時SA會輸出信號給PLC，PLC啟動氣動閥1將鐵物料揀出;物料傳感器SB是電容傳感器用于檢測鋁質物料，當料槽中有鋁制物料時SB會發出信號給PLC，PLC啟動氣動閥2動作選出鋁物料;物料傳感器SC是顏色傳感器，如果檢測出物料顏色是待檢顏色，PLC控制氣動閥3動作選出該色物料。圖1為分揀裝置結構圖，圖2分揀機構平面圖。

4.3 1/0分配表

如表1所示。

5 總結

本設計中采用PLC控制系統，并融合傳感器技術和氣動技術。應用模塊化組裝將軟件和硬件緊密結合，使用場地和環境不受限制，系統布局人性化使用方便且后期檢修、維護操作簡單，對于金屬鐵和鋁及物料顏色可精準檢測，并可根據需要與其他裝載設備聯合使用，能對物料信息合理分裝、管理，分揀偏差小且成本低，可大大提升勞動生產率。

參考文獻

[l]路金星.可編程控制器簡介，可編程控制器應用實訓[D].中央廣播電視大學，2007.

[2]蔣蕊聰.自動分揀系統[J].中國儲運，2007，11：76-78.

[3]郭愛芳，王恒迪，傳感器原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2007： 281-290.