基于PLC控制系统的材料自动分拣装置设计

张春梅

摘要 本设计中采用PLC控制系统，并融合传感器技术和气动技术。应用模块化组装将软件和硬件紧密结合，使用场地和环境不受限制，系统布局人性化使用方便且后期检修、维护操作简单，对于金属铁和铝及物料颜色可精准检测，并可根据需要与其他装载设备联合使用，能对物料信息合理分装、管理，分拣偏差小且成本低，可大大提升劳动生产率。

【关键词】PLC 传感器 检测识别 自动分拣

1 前言

作为生产贸易大国，许多流水线式的工厂需要大量操作工，人工成本很高且人工少，分拣工作也是流水线工作环节之一且很关键，但是因为分拣速度受限导致生产效率很低，进而影响企业的利润和生产力。科学技术不断发展，在工厂流水线工人越来越紧缺，找到代替人工的方法是工厂企业的必经改革之路，自动分拣装置应运而生既能做到安全生产又可以昼夜运转提高产量。通过PLC控制技术开发的自动分拣装置，不仅高效而且价位低廉，将硬件和软件有效连接，运转操作简单，在后期使用中如有异常可将硬件和软件部分分别检测，是代替人工分拣的有力设备。

2 PLC控制器的简介

2.1 PLC控制器的定义

可编程控制器（简称PLC）将继电器控制和计算机程序操作相结合，以微处理器CPU为核心，融合自动化技术、计算机技术和通信技术为一体。随着科技的发展技术的提升，设备的控制能力不断加强，除了以上功能外还具有逻辑运算、控制模拟量等多项功能。

2.2 PLC控制器的结构

（1）核心部分中央处理器（CPU）一一包括控制电路、运算器和寄存器三个部分。硬件结构包括地址总线、数据总線、控制总线、存储部分和输入输出接口部分。CPU的主要功用是将指令从存储器读出且执行再继续取指令并及时处理中断。

（2）存储器。存储器是用来存放数据的，如系统程序、用户程序以及工作数据等。

（3）输入、输出接口电路一一是设备和其他外设的连接部分，在PLC和外设之间传递信息。

（4）电源单元。该部分的作用是把外部电压转换成内部工作电压以备使用，电压额定值是220V交流电压，使用中电源电压会有+10%～-15%的波动。

（5）编程单元。该单元是设计人员和机器的对话平台，通过程序编译赋予设备语言执行待执行的功能。位置分三种，直接安装再PLC机器上形成一体，也有通过传输线从PLC机器上引出做外设，还有直接远离PLC机器接到输入输出端口控制站。

2.3 PLC的工作原理

PLC的工作方式是循环扫描，程序在设备中是按先后顺序存放，CPU就按从第一条指令按顺序执行，执行到结束符指令再重新返回到第一条继续执行如此循坏反复。这种工作模式是串行工作，程序执行逻辑性更强，但速度稍慢。

2.4 本设计中PLC型号和仿真软件介绍

设计中应用视图化编程软件STEP7-Micro/WIN32西门子S7-200系列可以在个人计算该软件基于Windows操作系统且不限版本，将仿真软件S7-PLCISM集成在STEP7硬件中，模拟设备执行用户程序的过程。

2.5 分拣装置功能

（1）分拣出金属和非金属;

（2）分拣某一颜色块;

（3）分拣出金属中某一颜色块;

（4）分拣出非金属中某一颜色块;

（5）分拣出金属和非金属混合材料中的某一颜色块;

（6）分拣颜色为红、绿、蓝;

（7）分拣材料为铁、铝、塑料。

2.6 分拣装置控制要求

（1）系统送电后，光电编码器发生所需脉冲：

（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行;

（3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出;

（4）电感传感器检测到铁Fe时推动汽缸l工作;

（5）电容传感器检测到铝Al时推动汽缸2工作;

（6）颜色传感器检测到材料颜色时推动汽缸3工作;

（7）剩余物料送到SD区域时推动汽缸4工作;

（8）汽缸运行应有动作限位保护;

（9）下料槽内无下料时，延时后自动停。

4 分拣装置的设计

本文设计是基于轨道台式分拣系统的模型。功能主要包含检测材料、识别材料、分拣材料三个方面。这里只以金属铁、铝、颜色检测为例。

4.1 物料检测识别系统

4.1.1 物料检测传感器

分拣的前提是物料检测识别。不同的传感器可以识别不同的材料，用于检测的传感器有电感传感器、光纤传感器。电感传感器主要用于金属材料的检测，当金属材料接近时就可以通过感应信号检测到目标并发出输出信号。光纤传感器主要用于物料颜色的检测，其原理是用光导纤维将发射器发出的光线导向检测点，再把光电信号用光纤引向接收器进而实现检测过程。光纤感应器SC识别白色光纤传感器SD识别黑色。

4.1.2 物料识别过程

（1）单一物料检测。单一物料检测如黑白颜色和金属物，逐一检测后再循环检测。首先在光纤传感器sc附近加一个定时器，设置时间为物料从传感器右到左所用的时间，再给物料设置标签，如白色物料标签，黑色物料标签，金属物料标签，执行循环识别程序，就可以实现逐一检测，一次完整检测后定时器自动清零再循环，如此反复。

（2）连续两个物料组合判断。多个物料检测相对于单一物料检测复杂的多，可以采用对连续物料组合分析的方法，通过产生的脉冲信号进行检测，如同色两个物料可产生2个脉冲，不同色两个物料可以产生4个脉冲，不同色两个物料再加上金属物料共3个物料可以产生6个脉冲，将脉冲信号分别送给X5-X7再输出检测信号。

4.2 分拣装置设计

4.2.1 检测点定位和工作原理

（1）检测点的定位。

1接通电源，在颜色传感器下方的传送带上放好某一颜色的材料，将电位器调节完成观测窗口的指示灯，如果两个灯同时发光，这个发光点就是材料颜色检出点。

2.在电感传感器下方的传送带上，放好金属铁的材料，调节传感器两个旋钮，使传感器上下浮动，当传感器上端的指示灯亮时就检出铁质材料。

3在电容传感器下方的传送带上，放好金属铝的材料，调节传感器两个旋钮，使传感器上下动作，当传感器上端的指示灯亮时就检出铝质材料。

（2）自动分拣装置工作原理。

设备通电后，可编程序控制器输送带动作，首先下料传感器会自动检测料槽物料情况，如果料槽中没有物料，输送带自动运转一个周期而停止等待下料;如果料槽中有物料，物料检测器SN会输出信号给可编程控制器，PLC接收到信号使输送带启动并持续运转，同时操控气动阀5继续下料，下料的频率可以依据需要进行调整，物料传感器SA是电感传感器用于檢测金属铁，当料槽中有铁物料时SA会输出信号给PLC，PLC启动气动阀1将铁物料拣出;物料传感器SB是电容传感器用于检测铝质物料，当料槽中有铝制物料时SB会发出信号给PLC，PLC启动气动阀2动作选出铝物料;物料传感器SC是颜色传感器，如果检测出物料颜色是待检颜色，PLC控制气动阀3动作选出该色物料。图1为分拣装置结构图，图2分拣机构平面图。

4.3 1/0分配表

如表1所示。

5 总结

本设计中采用PLC控制系统，并融合传感器技术和气动技术。应用模块化组装将软件和硬件紧密结合，使用场地和环境不受限制，系统布局人性化使用方便且后期检修、维护操作简单，对于金属铁和铝及物料颜色可精准检测，并可根据需要与其他装载设备联合使用，能对物料信息合理分装、管理，分拣偏差小且成本低，可大大提升劳动生产率。

参考文献

[l]路金星.可编程控制器简介，可编程控制器应用实训[D].中央广播电视大学，2007.

[2]蒋蕊聪.自动分拣系统[J].中国储运，2007，11：76-78.

[3]郭爱芳，王恒迪，传感器原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2007： 281-290.