小型材料分揀系統的硬件設計

劉輝 陳琴

摘要：本文闡述了松下電工生產的一種小型PLC，運用編程實現對材料自動分揀控制。本分揀裝置涵蓋了PLC、氣動、傳感器、位置控制等技術，在生產實踐中性能更加穩定，大大降低了故障率.取得了滿意的結果，在中小型企業中具有較高的推廣價值。

關鍵詞：可編程控制器 材料分揀 硬件及軟件設計

1 概述

隨著社會的發展，市場競爭越來越激烈，各大生產企業都迫切地需要改進生產技術，提高生產效率，尤其是需要進行材料分揀的企業，在產品質量檢測和運輸過程中需要進行分類。以往采用人工分揀的方法，致使生產效率低，生產成本高，材料的自動分揀已成為企業的首要選擇。現在我們采用光電掃描、圖像識別、機械篩選、傳感器等多種形式，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，在分揀過程中取得了較好的控制效果。該裝置采用了小型可編程控制器（PLC）來實現材料分揀系統控制，經過調試，運行穩定，精度高，易控制，并且具有體積小、功能強、外形美觀和價格經濟等優點。

2 硬件部分

2.1 材料分揀系統 分揀系統的主要任務是把要分揀的物品按類、品種或地址等進行分離，并把已分離的物品送到指定位置。該材料分揀裝置涵蓋了PLC技術、氣動技術、傳感器技術、位置控制技術等內容，是實際工業現場生產設備的微縮模型，可完成傳感器、交流電機控制，光電編碼器、PLC編程及編程調試、計算機組態監控、氣動等方面的綜合應用設計訓練，并配置了計算機監控軟件，實現了計算機上位監控。內置電源，配裝FP1系列主機，轉接面板上設計了可與其它PLC或單片機連接的轉接口，并選用了顏色識別傳感器及不同材質敏感的電容式和電感式傳感器，分別被固定在網板上。

主要技術參數：輸入電壓：交流220V、50Hz（帶保護地三芯插座）；氣源：0.2MPa-0.85MPa；外形尺寸：800*

500*300mm。使用方法：①氣源由二聯體左側進氣口連接6氣管，另一端接至氣源；②當選用外部PLC時，可通過轉接板與I/O接口連接；③編制程序；④接通電源；⑤將料塊放入豎井式料槽；⑥運行方式：有料時自動運行，無料時走完一個行程自動停機。

2.2 硬件功能 FP1的功能：FP1是日本松下電工生產的小型PLC產品，它集CPU、I/O、通信等諸多功能模塊為一體，具有體積小，功能強，性能價格比高等特點。它適用于單機、小規模控制，在機床、紡機、電梯控制等領域得到了廣泛的應用，適合我國國情，特別適合在中小企業中推廣應用。光電編碼器：光電編碼器主要應用于檢測角度位置，也可通過機械聯動轉換成直線運動來檢測線性位置。隨著光刻技術的飛速發展該產品的精度以及其他技術指標獲得大幅度的提高。[3]常見的類型主要有：單相輸出、正交AB相增量脈沖輸出、絕對值格雷碼輸出、原點輸出、防濺、防水、防油、耐震動、抗沖擊等等。光電編碼器已成為檢測旋轉角度和線性位置的最為重要的工具。高速計數器：是PLC計數器中常用的一種，它是PLC中一個特殊I/O單元，是處理頻率較高數字信號的智能模塊，它自身帶有一個微處理器和系統程序[1]。

3 軟件部分

3.1 設計原理——位置控制技術 如何精確地確定材料的位置，是材料分揀系統中非常關鍵的問題。在經濟型數控機床、用電機傳動的物料傳送系統及其它如棉紡織廠抓棉機等應用設備上，往往應用可靠性較高的PLC來進行電機軸的位置控制，不少PLC產品都配置軸定位模塊，來專門控制電機的運轉。但這種方式的成本一般都很高[2]。目前的PLC本身大都帶有RS232/RS485標準串口和高速計數器或可擴展的高速計數器模塊，高速計數器模塊可用作位置反饋的檢測元件，交流電機的變頻控制器基本上也都支持RS485串行通訊，因此我們的材料分揀系統也完全可以充分利用PLC強大的控制能力，結合高速計數的方法來實現電機軸的精確定位控制。

3.2 程序調試 系統上電后，可編程序控制器（PLC）首先啟動輸送帶，上料傳感器檢測料槽有無材料，若無料，輸送帶運轉一個周期后自動停止等待上料；當料槽有料時，上料傳感器輸出信號給PLC，PLC控制輸送帶繼續運轉，同時控制上料氣動閥進行上料，每次上料時間間隔可以進行調整。當系統設定為分揀某種顏色的金屬或非金屬材料時，由程序記憶各傳感器的狀態，完成分揀任務。不同檢測體的修正系數見右圖。

PLC的最大特點是采用易學易懂的梯形圖編制程序，梯形圖符號和定義與繼電器展開圖完全一致，用PLC設計自控應用系統無需掌握復雜的計算機硬件原理就可編程實現，靈活方便。在此只給出分揀鐵質、鋁質和非金屬某一顏色材料的程序。若需要分揀金屬某一顏色材料，只需用程序記憶前一材料傳感器的檢測狀態即可。

4 結束語

通過以上程序設計，基本上達到了預期的控制要求。材料只有根據不同的情況，對系統稍加改動才能實現運行穩定，精度高，易控制的要求。

參考文獻：

[1]李歧強，錢積新，金萍.自動分揀系統中分揀數據的同步跟蹤與裝箱單的實時打印[J].機械與電子，1998（3）.

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

[3]吳志剛.光電編碼器的原理與應用.浙江冶金，2001，2（1）.

作者簡介：

劉輝 （1972-），男，湖北廣水人，湖北職業技術學院實驗師，主要研究方向：機電一體化；陳琴（1981-），女，湖北孝感人，孝感學院新技術學院，講師，主要研究方向：機電一體化。