PLC在材料自動分揀系統中的應用

付 偉

FU Wei

（柳州職業技術學院，柳州 545002）

0 引言

隨著社會的不斷發展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產企業都迫切地需要改進生產技術，提高生產效率，尤其在需要進行材料分揀的企業，以往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，材料的自動分揀已成為企業的唯一選擇。針對上述問題，利用 PLC 技術設計了一種成本低，效率高的材料自動分揀裝置，在材料分揀過程中取得了較好的控制效果。

物料分揀采用可編程控制器PLC 進行控制，能連續、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率。而且，分揀系統能靈活地與其他物流設備無縫連接，實現對物料實物流、物料信息流的分配和管理。其設計采用標準化、模塊化的組裝，具有系統布局靈活，維護、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。同時，只要根據不同的分揀對象，對本系統稍加修改即可實現要求。特別是對現有材料分揀企業中，對不同重量的材料進行分揀成為很多企業需要解決的問題，本文設計了一套基于PLC的材料分揀系統，可以有效的解決該問題。

1 材料分揀裝置工作原理

圖1為本分揀裝置的結構示意圖。

圖1中，SBW為氣缸回程限位，SFW為氣缸動作限位，SA/SB/SC/SD為壓力傳感器（測量不同材料的質量），SN下料傳感器。本材料分

圖1 材料分揀裝置結構示意圖

揀系統[1]輸入電壓：AC200～240V（帶保護地三芯插座）、消耗功率：250W、環境溫度范圍：-5℃～40℃、氣源：大于0.2MPa切小于0.85Mpa。它采用臺式結構，內置電源，有步進電機、汽缸、電磁閥、旋轉編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件，可與各類氣源相連接。選用壓力傳感器對不同材料進行測量，壓力傳感器固定在網板上，且允許重新安裝傳感器排列位置或選擇網板不同區域安裝。

系統上電后，可編程序控制器首先控制啟動輸送帶，下料傳感器SN檢測料槽有無物料，若無料，輸送帶運轉一個周期后自動停止等待下料；當料槽有料時，下料傳感器輸出信號給 PLC，PLC 控制輸送帶繼續運轉，同時控制氣動閥5進行下料，每次下料時間間隔可以進行調整。物料傳感器 SA/SB/SC/SD為壓力傳感器，主要測量不同材料的重量，本系統設計為當材料重量0.1-1Kg時，反饋信號送 PLC，由 PLC 控制氣動閥1動作選出該物料；當檢測出物料重量為1-2Kg時，反饋信號送 PLC, PLC控制氣動閥2動作選出該物料；當檢測出物料重量為2-3Kg時，反饋信號送 PLC,PLC控制氣動閥3動作選出該物料；當檢測出物料重量為3-4Kg時，反饋信號送 PLC, PLC控制氣動閥4動作選出該物料。

2 材料分揀裝置硬件設計

PLC控制系統的硬件設計，主要是根據被控制對象對PLC控制系統的功能要求，確定系統所需的用戶輸入、輸出設備，選擇合適的PLC類型[2]，并分配I/O點。

該材料自動分揀系統硬件結構框圖，如圖2所示。

圖2 材料自動分揀系統硬件結構框圖

根據控制要求，輸入應該有2個開關信號，6個傳感器信號，包括電感傳感器、電容傳感器、顏色傳感器、備用傳感器，以及檢測下料的傳感器和計數傳感器。相應地，有5個汽缸運動位置信號，每個汽缸有動作限位和回位限位，共計10個信號。輸出包括控制電動機運行的接觸器，以及5個控制汽缸動作的電磁閥。共需I/O點22個，其中18個輸入，6個輸出。根據上面所確定的I/O點數，且該材料分揀裝置的控制為開關量控制。因此，選擇一般的小型機即可滿足控制要求。本系統選用三菱公司的FX2N系列FX2N-48MR型PLC。它有24個輸入點，24個輸出點，滿足本系統的要求。

傳感器是一種吸收或者提取、轉換和傳送信息的器件。力的測試方法分為兩種：一種是直接比較法，即把待測力與基準量進行比較，這種方法簡單易行，并且可以獲得較高精度，但是卻只適合力的靜態測量；另一種方法就是用間接比較法，將待測力通過力傳感器轉換為其他物理量，然后進行信號的處理以及模數轉換，這種尤其適合動態檢測。

在傳感器的選用方面必須要靈敏度好，且能滿足我們的測量要求，因而選用了北京瑞利威爾科技發展有限公司研制的RL-BK-3型拉壓力傳感器。它采用國際流行的雙梁式或剪切S梁結構，拉、壓輸出對稱性好，精度高，量程范圍廣，結構緊湊，安裝使用方便。廣泛用于機電結合秤、吊鉤秤、料斗秤、包裝秤等各種測力、稱重系統。

其外形尺寸圖如圖3所示。

圖3 BK-3壓力傳感器外形尺寸圖

其主要技術指標包括：

靈敏度：1～ 2mV/V；直線性：0.05%F ·S；重復性：0.05%F ·S

滯后：0.05%F ·S；工作溫度：-10℃～+60℃；允許過負荷：120%F ·S

根據所選擇的PLC型號，對本系統中PLC的輸入輸出端子進行分配[3]，系統的I/O點設置以及PLC的輸入輸出接線端子圖如圖4所示。

圖4 系統PLC輸入輸出接線端子圖

3 材料分揀裝置軟件設計

根據系統生產工藝的要求，分析各個設備的操作內容和操作順序[4]，可畫出程序流程圖，如圖5所示。

圖5 控制系統流程圖

該系統可選擇連續或單次運行工作狀態。若為連續運行狀態，則系統軟件設計流程圖中的汽缸4 動作后，程序再轉到開始；若為單次運行，則汽缸4 動作后停機。如果需要，該系統可在分揀的同時對分揀的材料進行數量的統計，這只需在各汽缸動作的同時累計即可。應用高速計數器編制程序，可以實現系統的定位控制功能。用高速計數器計數步進電機轉過的圈數，來確定物料到達傳感器的距離，實現定位功能。定位時，電機停轉，計數器清零，傳感器開始工作，對物料進行分揀處理。在汽缸1～3動作后，電機重新運行，高速計數器也重新計數。如果相應的傳感器沒有檢測到物體，則電機重新運行，高速計數器也重新計數，繼續運行到下一位置。

4 結束語

本系統采用三菱公司的可編程控制器FX2N-48MR設計了一套材料自動分揀系統，結合壓力傳感器，對材料的重量進行檢測，根據材料的重量進行分揀，具有廣泛的應用前景。物料分揀采用可編程控制器PLC進行控制，能連續、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率。而且，分揀系統能靈活地與其他物流設備無縫連接，實現對物料實物流、物料信息流的分配和管理。其設計采用標準化、模塊化的組裝，具有系統布局靈活，維護、檢修方便等特點，受場地原因影響不大。

[1] 張萬忠. 可編程控制器應用技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2005.

[2] 蔣少茵. 材料分揀裝置的可編程控制系統設計[J]. 華僑大學學報(自然科學版), 2005, 26(4).

[3] Z周天沛. PLC在材料自動分揀系統中的應用[J]. 工業控制計算機, 2009. 22(5).

[4] 張有東, 等. PLC材料自動分揀系統的研究[J]. 煤炭技術,2002. 21(7).