基于PLC控制的全自动物料分拣系统设计 

物料自动分拣的PLC程序图

自动化生产控制的自动分拣和传送控制系统，能对已加工的工件进行分拣和传输，该系统可由传送带与机械手配合组成物料自动分拣控制。

    自动分拣控制系统是工业自动控制及现代物流系统的重要组成部分，实现物料同时进行多口多层连续的分拣。自动化、信息化以及方便的系统集成是目前物流行业控制系统发展的趋势。

    自动分拣控制系统的电气控制部分由上位计算机、传感器、光电控制器以及变频器、电动机及继电器控制部分等构成。

    自动分拣系统的主要特点如下。

    (1)能连续、大批量地分拣货物。由于采用流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时，由于自动分拣系统单位时间分拣件数多，比用人工高几十倍，或者更高，大大提高了劳动效率，减小了劳动强度。

    (2)分拣误差率极低。自动分拣系统的分拣误差靠光电传感器和接近开关，减少了分拣的误差。

    (3)能最大限度地减少人员的使用。分拣作业本身并不需要使用人员，人员的使用仅局限于系统出现故障和手动调试时。

    (4)运输皮带与变频器配合可选择最合适的输送速度。

    以下是一个简单的物料传送及分拣系统，由传送系统和分拣系统组成。传送系统由机械手完成工件的抓取和转移；分拣系统由传送带输送并对不同要求的工件进行区别、分类和拣出。此系统结合传感器和位置控制等技术，并运用梯形图编程，实现对铝块及白色、蓝色两种塑料块共3种材料的自动分拣，该系统通用性强，可靠性好，程序开发简单，可适应进行材料分拣生产线的需求。其系统结构如图6-64所示。

    图6-64    物料分拣系统结构图

    一、控制要求

    1．机械手传送系统

    由3台直流电动机拖动。通过3台电动机的正反转切换来控制机械臂的上下、左右及水平旋转运动，且均为恒压、恒速控制。机械手由电磁铁的通电、断电完成对工件的吸取和释放动作。

    (1)初始状态。机械手电磁铁处于放置工件位置（料盘）上方，机械臂位于上限、左限（伸出）位置。整个系统启动时机械手应优先检测初始状态，并保证处于初始位置。

    (2)抓取转移工件。当有符合要求的工件到达传送带左端时，机械手开始工作。从初始位置逆时针旋转到被抓工件上方，下降至下限位，吸取工件，停留1s，上升至上限位，顺时针旋转至机械手料盘正上方，下降至下限位，释放工件，停留1s，返回初始位置。为避免意外发生，从机械手吸合工件到释放至料盘期间，传送系统不响应停止信号。

    (3)工件返回重拣。当需要把被机械手转移的工件取回重新分拣时，机械手首先在废品料盘中吸取工件，然后按照同上述相反的过程把工件放回到皮带终端（传送带左端），然后机械手返回到初始位置。

    2．工件分拣系统

    系统由变频器控制的三相异步电动机拖动，可实现正反转变换，有高速(对应频率50Hz)、中速（对应频率30Hz）和低速(对应频率15Hz)3种速度，从而控制皮带传送速度的快慢。

    系统包括5个传感检测位置，从右至左分别为：接近开关（感应金属工件）、颜色分辩传感器（感应白色工件，对蓝色不敏感）、位置A光电开关、位置B光电开关、位置C光电开关。

    系统有4个工件放置区域：投料区、A拣出区、B拣出区、皮带终端。具体控制要求如下。

    (1)变速控制。当传送带正转，被检测区域中没有检测到任何工件时，电机以高速运行。反之电机以低速运行。当传送带反转时，电机工作在中速30Hz，即变频器的X1、X2同时接通。加速、减速时间分别为2s、1s。

    (2)材质分拣。当金属工件通过接近开关时被感知，那么该工件到达光电开关A处，推杆A把金属工件推入A拣出区。同时该区计数器加1。

    (3)颜色分拣。当白色工件通过颜色传感器时被感知，那么该工件到达光电开关B处，推杆B把白色工件推入B拣出区。同时该区计数器加1。

    (4)废品分拣。当废品（蓝色工件）到来时，接近开关和颜色传感器均无感应，那么该工件作为废品运送到位置C处的光电开关时，延时1s后传送带停止，等待机械手来把工件抓走，等待重新加工。

    (5)工件放置。投放工件时应在投料区内，并且要等前一个工件越过标志线后才能放第二个工件。工件随机、连续摆放，没有个数限制。

    (6)工件包装。当A拣出区或B拣出区内达到4只工件时，即相应的拣出区计数器累计数值等于4时，传送带停止（暂停），等待包装，等待5s后包装完毕，传送带继续按照暂停前的状态运行（同时该计数器清零）。

    (7)工件转移。被分拣工件中混杂着的废品（蓝色）到达皮带终端时需要停止传送，此状态也为暂停状态，当机械手把其转移到废品料盘，且返回初始位置后，暂停状态结束，传送带继续暂停前的状态运行。

    (8)返回重拣。当需要把废品区的工件返回到传送带上重新进行分拣时，先按下重拣按钮，此时蜂鸣器长鸣，提示不得在投料区投放工件，等传送带把已经在皮带上的料分拣完毕后，机械手执行工件返回重拣动作。当工件被机械手放回到皮带终端后1s，传送带以反向中速运行，把该工件送回到投料区（光电开关D感应到）后停止，然后立即转换为正向高速，进入正常分拣程序。

    (9)启停控制。按下启动按钮时系统启动，但需等待机械手检测并回到初始状态后，传送带才开始高速运行，等待检测工件。按下停止按钮时，如果机械手吸合工件并正在转移的过程中不响应该停止信号，须等工件安全释放到料盘时（或从料盘转移到皮带终端后）才可停止整个传送系统。

    3．结合系统进行PLC的输入/输出点分配及系统控制接线和变频器参数的设定

    (1)I/O分配表如表6-17所示。

    表6-17    物料分拣系统PLC控制I/O分配表

    (2)物料分拣控制系统接线图如图6-65所示。

    图6-65    物料分拣系统控制接线图

    (3)物料分拣系统控制PLC参考程序如图6-66~图6-73所示。

    图6-66    物料分拣系统控制参考梯形图(1)

    图6-67    物料分拣系统控制参考梯形图(2)

    图6-68    物料分拣系统控制参考梯形图(3)

    图6-69    物料分拣系统控制参考梯形图(4)

    图6-70    物料分拣系统控制参考梯形图(5)

    图6-71    物料分拣系统控制参考梯形图(6)

    图6-72    物料分拣系统控制参考梯形图(7)

    图6-73    物料分拣系统控制参考梯形图(8)

    (4)按物料传送要求进行变频器参数设定，如表6-18和表6-19所示。

    表6-18    物料传送运行参数表

    表6-19    运行状态与接线端子对照表

    二、系统的安装接线及运行调试

    (1)首先将主电路和控制回路按图6-65进行连线，并与实际操作中情况相结合。

    (2)经检查无误后方可通电。

    (3)在通电后不要急于运行，应先检查各电气设备的连接是否正常，然后进行单一设备的逐个调试。

    (4)按照系统要求进行变频器参数的设置。

    (5)按照系统要求进行PLC程序的编写并传入PLC内，进行模拟运行调试，观察输入和输出点是否和要求一致。

    (6)对整个系统统一调试，包括安全和运行的稳定性。

    (7)当按下启动按钮SBI时，系统启动，但需等待机械手检测并回到初始状态后，传送带才开始高速运行，等待检测工件，当检测到工件时传送带低速运行，当按下重拣按钮SB3时，进行物料重拣，系统控制将按照所设定好的程序运行。

    (8)按下停止按钮SB2时，物料分拣系统停止，如果机械手吸合工件并正在转移的过程中，不响应该停止信号，须等工件安全释放到料盘时（或从料盘转移到皮带终端后）才可停止整个传送系统。