材料分拣装置的可编程控制系统设计

华侨大学学报(自然科学版)

JournalofHuaqiaoUniversity(NaturalScience)

Vol.26　No.4　

Oct.2005　

文章编号　100025013(2005)0420442203　

材料分拣装置的可编程控制系统设计

蒋　少　茵

(华侨大学机电及自动化学院,福建泉州362021)

摘要　利用可编程控制器(PLC),设计成本低、效率高的材料自动分拣装置.以PLC为主控制器,结合气动装

置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣1系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求.关键词　可编程控制器,分拣装置,控制系统,传感器,定位控制中图分类号　TP273+.5;TH69

文献标识码　A

物料分拣采用可编程控制器PLC进行控制,能连续、大批量地分拣货物,分拣误差率低且劳动强度大大降低,可显著提高劳动生产率.而且,分拣系统能灵活地与其他物流设备无缝连接,实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理.其设计采用标准化、模块化的组装,具有系统布局灵活,维护、检修方便等特点,受场地原因影响不大.同时,只要根据不同的分拣对象,对本系统稍加修改即可实现要求.

1　材料分拣装置结构及总体方案设计材料分拣装置的结构示意图,如图1所示.它采用台式结构,内置电源,有步进电机、汽缸、电磁阀、旋转编码器、气动减压器、滤清器、气压指示等部件,可与各类气源相连接.选用颜色识别传感器及对不同材料敏感的电容式和电感式传感器,分别固定在网板上,且允许重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装.材料分拣装置能实现如下3种基本功能1(1)分拣出金属与非金属1(2)分拣某一颜色块1(3)分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块.

系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类.当待测物体经下料装置送入传送带后,依次接受各种传感器检测.

如果被某种传感器测中,通过相应的气动装置将其推入料箱;否则,继续前行.其控制要求有如下9个方面.(1)系统送电后,光电编码器便可发生所需的脉冲.(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)当电感传感器检测到金属物料时,推汽缸1动作将待

图1　材料分拣装置结构示意图

测物料推入下料槽.(5)当电容传感器检测到非金属物料时,

推汽缸2动作将待测物料推入下料槽.(6)当颜色传感器检测到材料为某一颜色时,推汽缸3动作将待测物料推入下料槽.(7)其他物料被送到SD位置时,汽缸4动作将待测物料推入下料槽.(8)汽缸运行应有动作限位保护.(9)下料槽内无下料时,延时后自动停机.

2　硬件设计

系统的硬件结构框图,如图2所示.其工作过程是开启电源,步进电机运行并驱动传输带,下料传感

收稿日期　2005203209　

　作者简介　蒋少茵(19632),女,讲师,主要从事机电控制的研究.E2mail:shao2004qi@yahoo.com.cn

第4期　　　　　　　　　　　　蒋少茵:材料分拣装置的可编程控制系统设计443

器检测下料槽内是否有物料.若无物料,延时后自动停止并等待上料;当下料槽内有物料时,系统自动运行.首先,下料传感器发送信号给PLC,并转送给推汽缸.经过一定时间,下料汽缸依次将物料推至传输带.当物料由传输带传输时,光电编码器发脉冲开始进行计数,电机运行,实现定位控制.当电感传感器检测到物料为金属物料时,发出反馈信号给PLC,由PLC控制推汽缸1动作,将物料推到卸料斗.当推汽缸电磁阀运行到限位时,电磁阀复位,恢复原状态.此时,电机重新工作驱动传输带到下一位置1同理,可通过相应传感器分拣相应的物料.2.1　系统关键技术〔1～3〕

图2　系统的硬件结构框图

2.1.1　确定I/O点数　根据控制要求,输入应该有6个传感器信号,包括电感传感器、电容传感器、颜

色传感器、预留传感器(可根据要求设置),以及检测下料的传感器和计数传感器.相应地,有相应的5个汽缸运动位置信号,每个汽缸有动作限位和回位限位,共计10个信号.输出包括控制电动机运行的接触器,以及5个控制汽缸动作的电磁阀.共需I/O点22个,其中16个输入,6个输出.2.1.2　PLC的选择　由于该材料分拣装置的控制为开关量控制,且所需的I/O点数不多.因此,选择

一般的小型机即可满足控制要求.本系统选择的PLC机型为三菱Fxos型.

2.1.3　建立I/O地址分配表　根据所选择的PLC机型,对PLC的I/O点分配编号.系统的I/O分配

表,如表1所示.通过I/O的连接,即可实现PLC对分拣装置的控制1

表1　分拣系统面板的I/O分配

输

入部分

SFW1SFW2SFW3SFW4SFW5SBW3

汽缸1动作限位汽缸2动作限位汽缸3动作限位汽缸4动作限位下料汽缸动作限位汽缸3回位限位汽缸4回位限位下料汽缸回位限位预留传感器

下料传感器(判断下料有无)计数传感器(光电编码器)

X0000X0001X0002X0003X0004X012X013X014X015X016X017

输入部分

SASCSBSBW1SBW2YV1

电感传感器颜色传感器电容传感器汽缸1回位限位汽缸2回位限位汽缸1电磁阀汽缸2电磁阀汽缸3电磁阀汽缸4电磁阀下料汽缸电磁阀

电动机

X0005X0006X0007X010X011Y000Y001Y002Y003Y004Y005

输入部分

SBW4SBW5SDSNUCP

输出部分

YV2YV3YV4YV5M

2.2　检测元件与执行装置的选择

21211　旋转编码器　旋转编码器是与步进电机连接在一起,在本系统中可用来作为控制系统的计数器

并提供脉冲输入.它转化为位移量,可对传输带上的物料进行位置控制.传送至相应的传感器时,发出信号到PLC,以进行分拣,也可用来控制步进电机的转速.本文选用E6A22CW5C旋转编码器.

21212　电感传感器〔4,5〕　电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器,用来检测金属物体.它由LC高频振荡器和放大处理电路组成,利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时,使物体

内部产生涡流.这个涡流反作用于接近开关,使接近开关振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化.由此,可识别出有无金属物体接近,进而控制开关的通或断.本文选用M18X1X40电感传感器.

21213　电容传感器　电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器,是一种接近式开关.它的测量

头通常是构成电容器的一个极板,而另一个极板是待测物体的本身.当物体移向接近开关时,物体和接近开关的介电常数发生变化,使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.由此,便可控制开关的接通和关断.本装置中电容传感器是用于检测非金属物料,选用E2K2X8ME1电容传感器.

21214　颜色传感器　选用OMRON公司生产的,型号为E3S2VS1E4颜色传感器.此传感器为RGB(红绿蓝)颜色传感器,可检测目标物体对三基色的反射比率,从而鉴别物体颜色.

21215　步进电机　步进电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行,与旋转编码器连接在一起.

可以通过控制脉冲个数,来控制角位移量,从而达到准确定位的目的.同时,可以通过控制脉冲频率来控

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制电机转动的速度,达到调速的目的.步进电机选用的型号为42BYGH101.

3　软件设计

根据系统控制要求,可画出如图3所示的系统软件流程图.该系统可选择连续或单次运行工作状

态.若为连续运行状态,则系统软件设计流程图中的汽缸4动作后,程序再转到开始;若为单次运行,则

图3　系统软件流程图

汽缸4动作后停机.如果需要,该系统可在分拣的同时对分拣的材料进行数量的统计,这只需在各汽缸

动作的同时累计即可.应用高速计数器编制程序,可以实现系统的定位控制功能.用高速计数器计数步进电机转过的圈数,来确定物料到达传感器的距离,实现定位功能.定位时,电机停转,计数器清零,传感器开始工作,对物料进行分拣处理1在汽缸1～3动作后,电机重新运行,高速计数器也重新计数.如果相应的传感器没有检测到物体,则电机重新运行,高速计数器也重新计数,继续运行到下一位置.如果只对材料的某一特性进行分拣,比如只分拣金属和非金属,则只需对传感器的安放或程序进行修改即可.

4　结束语

本系统采用的可编程控制器,只要结合不同的传感器,比如根据材料的属性、尺寸的大小、物体的颜色等选择相应的传感器,就可对不同的物料进行分拣,具有广泛的应用前景.

参　　考　　文　　献

1　杨公源.可编程控制器(PLC)原理与应用[M].北京:电子工业出版社,20041106～1782　常斗南.可编程控制器原理、应用、实验[M].北京:机械工业出版社,1998124～241

3　施敏芳1可编程控制器在生产流水线控制系统中的应用[J].华侨大学学报(自然科学版),1995,16(3):300～3074　樊尚春.传感器技术及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,20041230～2685　王伯雄.测试技术基础[M].北京:清华大学出版社,20031180～279

TheDesignofPLCSystemoftheAutomaticMaterialSortingDeviceJiangShaoyin

(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,HuaqiaoUniversity,362021,Quanzhou,China)

Abstract　Thedesignofanautomaticsortingdevicewithlowcostandhighefficiencyispresentedinthepaper,whichre2gardsprogrammablelogiccontroller(PLC)asthemastercontrollerandcombinespneumaticdevice,sensingtechnology,positioncontrolandothertechnologytoimplementautomaticselectingoftheproductslive.Thedeviceischaracteristicofhighautomation,steadyrunning,highprecisionandeasycontrol,whichcanfulfilltherequirementaccordingtodifferentsituationswithlittlemodifications.

Keywords　programmablelogiccontroller,sortingdevice,controlsystem,sensors,positioncontrol