小型材料分拣系统的硬件设计

刘辉 陈琴

摘要：本文阐述了松下电工生产的一种小型PLC，运用编程实现对材料自动分拣控制。本分拣装置涵盖了PLC、气动、传感器、位置控制等技术，在生产实践中性能更加稳定，大大降低了故障率.取得了满意的结果，在中小型企业中具有较高的推广价值。

关键词：可编程控制器 材料分拣 硬件及软件设计

1 概述

随着社会的发展，市场竞争越来越激烈，各大生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其是需要进行材料分拣的企业，在产品质量检测和运输过程中需要进行分类。以往采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，材料的自动分拣已成为企业的首要选择。现在我们采用光电扫描、图像识别、机械筛选、传感器等多种形式，利用PLC技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在分拣过程中取得了较好的控制效果。该装置采用了小型可编程控制器（PLC）来实现材料分拣系统控制，经过调试，运行稳定，精度高，易控制，并且具有体积小、功能强、外形美观和价格经济等优点。

2 硬件部分

2.1 材料分拣系统 分拣系统的主要任务是把要分拣的物品按类、品种或地址等进行分离，并把已分离的物品送到指定位置。该材料分拣装置涵盖了PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，是实际工业现场生产设备的微缩模型，可完成传感器、交流电机控制，光电编码器、PLC编程及编程调试、计算机组态监控、气动等方面的综合应用设计训练，并配置了计算机监控软件，实现了计算机上位监控。内置电源，配装FP1系列主机，转接面板上设计了可与其它PLC或单片机连接的转接口，并选用了颜色识别传感器及不同材质敏感的电容式和电感式传感器，分别被固定在网板上。

主要技术参数：输入电压：交流220V、50Hz（带保护地三芯插座）；气源：0.2MPa-0.85MPa；外形尺寸：800*

500*300mm。使用方法：①气源由二联体左侧进气口连接6气管，另一端接至气源；②当选用外部PLC时，可通过转接板与I/O接口连接；③编制程序；④接通电源；⑤将料块放入竖井式料槽；⑥运行方式：有料时自动运行，无料时走完一个行程自动停机。

2.2 硬件功能 FP1的功能：FP1是日本松下电工生产的小型PLC产品，它集CPU、I/O、通信等诸多功能模块为一体，具有体积小，功能强，性能价格比高等特点。它适用于单机、小规模控制，在机床、纺机、电梯控制等领域得到了广泛的应用，适合我国国情，特别适合在中小企业中推广应用。光电编码器：光电编码器主要应用于检测角度位置，也可通过机械联动转换成直线运动来检测线性位置。随着光刻技术的飞速发展该产品的精度以及其他技术指标获得大幅度的提高。[3]常见的类型主要有：单相输出、正交AB相增量脉冲输出、绝对值格雷码输出、原点输出、防溅、防水、防油、耐震动、抗冲击等等。光电编码器已成为检测旋转角度和线性位置的最为重要的工具。高速计数器：是PLC计数器中常用的一种，它是PLC中一个特殊I/O单元，是处理频率较高数字信号的智能模块，它自身带有一个微处理器和系统程序[1]。

3 软件部分

3.1 设计原理——位置控制技术 如何精确地确定材料的位置，是材料分拣系统中非常关键的问题。在经济型数控机床、用电机传动的物料传送系统及其它如棉纺织厂抓棉机等应用设备上，往往应用可靠性较高的PLC来进行电机轴的位置控制，不少PLC产品都配置轴定位模块，来专门控制电机的运转。但这种方式的成本一般都很高[2]。目前的PLC本身大都带有RS232/RS485标准串口和高速计数器或可扩展的高速计数器模块，高速计数器模块可用作位置反馈的检测元件，交流电机的变频控制器基本上也都支持RS485串行通讯，因此我们的材料分拣系统也完全可以充分利用PLC强大的控制能力，结合高速计数的方法来实现电机轴的精确定位控制。

3.2 程序调试 系统上电后，可编程序控制器（PLC）首先启动输送带，上料传感器检测料槽有无材料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止等待上料；当料槽有料时，上料传感器输出信号给PLC，PLC控制输送带继续运转，同时控制上料气动阀进行上料，每次上料时间间隔可以进行调整。当系统设定为分拣某种颜色的金属或非金属材料时，由程序记忆各传感器的状态，完成分拣任务。不同检测体的修正系数见右图。

PLC的最大特点是采用易学易懂的梯形图编制程序，梯形图符号和定义与继电器展开图完全一致，用PLC设计自控应用系统无需掌握复杂的计算机硬件原理就可编程实现，灵活方便。在此只给出分拣铁质、铝质和非金属某一颜色材料的程序。若需要分拣金属某一颜色材料，只需用程序记忆前一材料传感器的检测状态即可。

4 结束语

通过以上程序设计，基本上达到了预期的控制要求。材料只有根据不同的情况，对系统稍加改动才能实现运行稳定，精度高，易控制的要求。

参考文献：

[1]李歧强，钱积新，金萍.自动分拣系统中分拣数据的同步跟踪与装箱单的实时打印[J].机械与电子，1998（3）.

[2]张有东，赵金宪.PLC材料自动分拣系统的研究[J].煤炭技术，2002，21（7）.

[3]吴志刚.光电编码器的原理与应用.浙江冶金，2001，2（1）.

作者简介：

刘辉 （1972-），男，湖北广水人，湖北职业技术学院实验师，主要研究方向：机电一体化；陈琴（1981-），女，湖北孝感人，孝感学院新技术学院，讲师，主要研究方向：机电一体化。