基于THJDME—1型設備的物料分揀系統設計

【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設計。采用三菱FX2N-48MRPLC控制系統，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的流程，利用GXDeveloper編程軟件實現物料分揀的程序設計，對三種不同物料進行自動分揀。本系統具有較高的可靠性和穩定性，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

物料自動分揀系統隨著現代化進程的發展，在現代生產行業中的作用越來越重要。物料自動分揀系統的優勢在于可以減少勞動力，為企業節省人員開支。

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的工作過程、硬件和軟件組成及實現，并給出系統實訓臺硬件結構、系統工作流程圖。

二、分揀設備及內容介紹

THJDME-1型設備是一種最為典型的機電一體化產品。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。

物料分揀系統對于企業和工廠來說是至關重要的，加工好的產品進入最后包裝或分揀環節時就是通過物料分揀系統來完成的，產品會被傳送帶運送，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傳感器調節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。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。

5.分揀機構

分揀機構是系統的重要組成部分，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角度，通過給定的脈沖頻率控制機械手旋轉的速度。

（二）物料分揀結構框圖

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，按下啟動按鈕，系統開始工作，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（機械手右轉的歷程是由交流電機指令根據實際距離調試設定的）；機械手右轉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后手臂上升、縮回，機械手左轉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構，黑色塑料物料在皮帶一直正轉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，系統停止工作。

（二）工作流程圖

物料分揀系統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

本系統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，利用轉移條件，如傳感器信號或計時器信號把狀態轉移到下一個狀態。

編寫的程序通過串行接口RS232下載到PLC中，PLC根據要求對變頻器、電磁閥等執行機構發出控制信號。同時PLC運行狀態、傳感器檢測信號都會傳送到上位機中，對系統實時運行狀態進行監控。通過監控狀態可以容易發現程序錯誤或硬件錯誤，方便程序修改。

五、結語

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，通過實驗調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。在實際的生產中，可以完成對不同產品的分揀，并且本系統的通用性很強。系統的工作時間是連續的，提高生產速度。物料分揀的速度和精度得到了很大的調高，具有很好的實際應用價值。系統是由PLC控制，可以隨著實際生產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與實際企業生產線的環境非常相近，這也為職業類院校的學生使用本系統平臺進行教學時使學生在學校就能體會到實際工作環境。

參考文獻

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

作者簡介：劉健（1986.06—），女，漢族，吉林長春人，碩士研究生，助教，研究方向：自動化。