【正文】 詳細敘述了一種基于PLC的材料分揀裝置設(shè)計及自動控制編程，以及怎樣通過PLC程序設(shè)計來實現(xiàn)材料分揀和自動控制。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的看著系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是順應(yīng)著一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。目前已有許多企業(yè)采用先進控制器對傳統(tǒng)接觸控制進行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自動控制程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障。自動化物流系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于煙草、制造、家電、醫(yī)藥、食品、圖書等領(lǐng)域。國內(nèi)廠商應(yīng)采取國內(nèi)集成、國外配套的合作思路，充分利用合作方在高端產(chǎn)品、關(guān)鍵設(shè)備上技術(shù)先進成熟的優(yōu)勢，迅速實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高整個物流系統(tǒng)的技術(shù)含量和技術(shù)水平。工藝設(shè)計中最重要的是了解用戶的實際需求，不同的行業(yè)和用戶對物流的需求有著較大的差異，這是一種個性化的服務(wù)，應(yīng)不斷拓展創(chuàng)新?？梢钥隙?，隨著物流大環(huán)境的逐步改善，科學技術(shù)日新月異的進步，特別是感測技術(shù)、電子標簽及計算機控制技術(shù)等的引入使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。隨著商業(yè)配送物流的快速發(fā)展，配送中心對自動分揀機將會有更多需求，分揀技術(shù)水平和設(shè)備性能將會有較大提高。值得一提的是對于小件物品的分揀技術(shù)和設(shè)備近幾年發(fā)展較快，主要集中在卷煙配送行業(yè)，從電子標簽揀選模式到立式、通道式分發(fā)機半自動分揀，甚至全自動補貨、分揀、裝箱，技術(shù)和設(shè)備都更新很快，目前各供應(yīng)商仍以高速分揀、高度自動化的方向快速發(fā)展。 材料分揀裝置工作過程概述如圖11 所示為本分揀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。物料傳感器 SA為電感傳感器，當檢測出物料為鐵質(zhì)物料時，反饋信號送 PLC，由 PLC 控制氣動閥 1 動作選出該物料；物料傳感器SB為電容傳感器，當檢測出物料為鋁質(zhì)物料時，反饋信號送 PLC, PLC控制氣動閥 2 動作選出該物料；物料傳感器 SC 為顏色傳感器，當檢測出物料的顏色為待檢測顏色時，PLC 控制氣動閥 3 動作選出該物料。 功能要求 材料分揀裝置應(yīng)實現(xiàn)基本功能如下 （1）分揀出金屬和非金屬（2）分揀某一顏色塊（3）分揀出金屬中某一顏色塊（4）分揀出非金屬中某一顏色塊（5）分揀出金屬中某一顏色塊和非金屬中某一顏色塊 系統(tǒng)的控制要求系統(tǒng)利用各種傳感器對待測材料進行檢測并分類。同時，輸送帶作為傳動結(jié)構(gòu)，為了方便較快速度的啟動和停止，用異步交流電機驅(qū)動；對不同材質(zhì)的三種傳感器分別固定在網(wǎng)孔板上；為了保證整個系統(tǒng)的安全性又加了一個光電傳感器。下料傳感器檢測下料槽內(nèi)是否有物料，若沒有物料，延時后自動等待上料；當下料槽內(nèi)有物料時，系統(tǒng)自動運行。當傳感器檢測到物料為鐵金屬時，發(fā)出反饋信號給PLC，由PLC控制氣缸一動作，將物料推到料倉。 系統(tǒng)硬件配置PLC 1臺底座1個啟動開關(guān)1個光電傳感器2個鐵傳感器1個電機2個鋁傳感器1個氣缸5個顏色傳感器1個限位開關(guān)10個氣瓶1個皮帶1條電源1個氣壓傳動裝置1套系統(tǒng)是全自動的運行方式。自動運行方式是由一臺可編程序控制器（PLC）來控制整個系統(tǒng)自動運行，系統(tǒng)根據(jù)傳感器傳出的信號執(zhí)行事先編譯好程序[3]。當電路發(fā)生短路時，通過熔體的電流使其發(fā)熱，當達到熔化溫度時自行熔斷，從而分段電路。并能購隨過載程度而改變動作時間的繼電器，充分發(fā)揮了電動機的過載能力，保證電動機的正常啟動和運轉(zhuǎn)。這種串行工作過程稱為PLC的掃描工作方式。 （2）PLC的優(yōu)點：可靠性高，抗干擾能力強；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強；配套齊全，功能完善，適用性強；易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎；系統(tǒng)的設(shè)計，工作量小，維護方便，容易改造；設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短?！　【唧w的控制對象，具體選擇：根據(jù)不同的設(shè)計任務(wù)，來選擇PLC的機型。在此情況下，PLC的選擇應(yīng)著重考慮PLC的性能價格比，選擇可靠性高，功能相當，負載能力合適，經(jīng)濟實惠的PLC。利用霍爾元件做成的開關(guān)，叫做霍爾開關(guān)[5]。 霍爾接近開關(guān)的工作原理圖當通過金屬體的磁通過變化時，就會在導(dǎo)體中產(chǎn)生感生電流，這種電流在導(dǎo)體中是自行閉合的，這就是所謂電渦流[6]。置于這一磁場中的金屬導(dǎo)體就產(chǎn)生電渦流I2，電渦流也將產(chǎn)生一個新磁場H2，H2與H1方向相反，因而抵消部分原磁場，使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化。線圈與導(dǎo)體間存在一個互感M，它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。 鋁傳感器開關(guān)原理圖我們所看到的物體顏色，實際上是物體表面吸收了照射到它上面，白光(日光)中的一部分有色成分之后，反射出的另一部分有色光在人眼中的反應(yīng)[7]。高分辨率顏色傳感器TCS230，是我們常用的顏色傳感器。利用被檢測物體對光束的遮光或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體的有無。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。 氣壓傳動裝置選用氣源裝置是為氣動系統(tǒng)提供具有一定壓力和足夠流量、滿足一定凈化程度的壓縮空氣的能源裝置,它是氣動系統(tǒng)的重要組成部分[8]。油水分離器將冷凝出來的水滴、油滴、雜質(zhì)等分離并排出系統(tǒng)?？諝鈮嚎s機屬于正壓發(fā)生裝置，它是將機械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力的能量轉(zhuǎn)換裝置，提供高于大氣壓力的氣壓。下面介紹常用的活塞式空氣壓縮機的工作原理：氣壓傳動系統(tǒng)中最常用的是往復(fù)活塞式空氣壓縮機，當電動機帶動曲柄7旋轉(zhuǎn)時，通過連桿滑塊5和活塞4的傳遞轉(zhuǎn)換，使活塞3在氣缸2內(nèi)作往復(fù)運動。因冷卻介質(zhì)為水，它的冷卻效率高，常用于中型和大型壓縮機。在冷卻器上應(yīng)安裝溫度計以監(jiān)測工作情況。 有些氣動回路需要依靠回路中壓力的變化來實現(xiàn)控制兩個執(zhí)行元件的順序動作，所用的這種閥就是順序閥。它是一種根據(jù)運動部件的行程位置而切換電路工作狀態(tài)的控制電器。機床撞塊壓下推桿時，其常閉觸頭分開，而常開觸頭閉合；當撞塊離開推桿時，觸頭在彈簧力作用下恢復(fù)原來狀態(tài)。其主要由熔體和安裝熔體的絕緣管(絕緣座)組成。由于系統(tǒng)容量較小，系統(tǒng)容量主要是電動機，故選用RCIA系列熔斷器。所以系統(tǒng)中電機選用為異步電機，因為系統(tǒng)容量較小所以選用電機為STMS90S系列。(5) 氣缸碰到后限位開關(guān)停止后退時，計數(shù)器減一。(9) PLC判斷計數(shù)器是否為零，是零的話，系統(tǒng)復(fù)位；不為零的時候在料倉光電傳感器有信號的時候下料氣缸動作；下料氣缸沒有信號的時候返回傳動帶電機，執(zhí)行下一步操作。(13)當光電傳感器檢測到物料通過的時候，氣缸四開始動作，把物料推到四號料倉中；當氣缸碰到前限位開關(guān)的時候，氣缸停止前進，開始后退；當氣缸碰到后限位開關(guān)的時候停止后退。 系統(tǒng)的流程圖 系統(tǒng)I/O分配I/ 所示，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，系統(tǒng)的五個傳感器需要五個輸入口，十個限位開關(guān)需要10個輸入口，輸出口分別分配給一個傳送帶電機和五個氣缸共需要6個輸出口。功能表圖一般主要有步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件和動作組成。由于本系統(tǒng)選擇的PLC型號為FX2N32MR001[14]，所以本系統(tǒng)編程用仿照STL指令編寫程序，程序：根據(jù)所繪流程圖，在STEP7Micro/WIN40軟件中編寫梯形圖程序。下面對所編寫梯形圖作簡要的介紹：（1）以上為主程序，為之后電動機得電做好準備。其中設(shè)定預(yù)置值為50，當計數(shù)至50時，調(diào)用中斷程序。初始狀態(tài)為閉合，初始狀態(tài)為關(guān)斷。利用對PLC軟件的設(shè)計,實現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機的啟動和停止。因為在程序設(shè)計過程中，難免會有疏漏的地方，因此在將PLC連接到現(xiàn)場設(shè)備之前，必需進行軟件測試，以排除程序中的錯誤，同時也為整體調(diào)試打好基礎(chǔ)，縮短整體調(diào)試的周期?？梢愿鶕?jù)功能表圖，在適當?shù)臅r候用開關(guān)或按鈕來模擬實際的反饋信號，如限位開關(guān)觸點的接通和斷開。 如果程序中某些定時器或計數(shù)器的設(shè)定值過大，為了縮短調(diào)試時間，可以在調(diào)試時將它們減小，模擬調(diào)試結(jié)束后再寫入它們的實際設(shè)定值。全部調(diào)試通過后，經(jīng)過一段時間的考驗，系統(tǒng)就可以投入實際的運行了。（注：順時針旋轉(zhuǎn)檢測色溫向低端移動，否則反之） 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試應(yīng)首先按控制要求將電源、外部電路與輸入輸出端子連接好，然后裝載程序于PLC中，運行PLC進行調(diào)試。把PLC控制單元的工作方式設(shè)置為“RUN”開始運行。調(diào)試中多數(shù)是控制程序問題。按照控制要求在指定輸入端輸入信號，觀察輸出指示燈的狀態(tài)，若輸出不符合要求，則查找原因，并排除之。，然后用萬能表測模擬量I/O點之間的電壓，看是否按照規(guī)定的結(jié)果運行。 調(diào)試結(jié)果系統(tǒng)按照給定的時間函數(shù)循環(huán)運行，如下圖41所示，由此說明系統(tǒng)設(shè)計合理可靠，此設(shè)計符合設(shè)計要求。干擾源及干擾一般分類：影響PLC控制系統(tǒng)的干擾源與一般影響工業(yè)控制設(shè)備的干擾源一樣，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，這些電荷劇烈移動的部位就是噪聲源，即干擾源。輻射干擾與現(xiàn)場設(shè)備布置及設(shè)備所產(chǎn)生的電磁場大小，特別是頻率有關(guān)，一般通過設(shè)置屏蔽電纜和PLC局部屏蔽及高壓泄放元件進行保護。PLC系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。（2）來自信號線引入的干擾 與PLC控制系統(tǒng)連接的各類信號傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會有外部干擾信號侵入。這都屬于PLC制造廠對系統(tǒng)內(nèi)部進行電磁兼容設(shè)計的內(nèi)容，比較復(fù)雜，作為應(yīng)用部門是無法改變，可不必過多考慮，但要選擇具有較多應(yīng)用實績或經(jīng)過考驗的系統(tǒng)。1．設(shè)備選型在選擇國外進口產(chǎn)品要注意：我國是采用220V高內(nèi)阻電網(wǎng)制式，而歐美地區(qū)是110V低內(nèi)阻電網(wǎng)。另外還必須利用軟件手段，進一步提高系統(tǒng)的安全可靠性。此外，位保證電網(wǎng)饋點不中斷，可采用在線式不間斷供電電源（UPS）供電，提高供電的安全可靠性。3．硬件濾波及軟件抗干擾措施信號在接入計算機前，在信號線與地間并接電容，以減少共模干擾；在信號兩極間加裝濾波器可減少差模干擾。如不可能，也可與其他盤板共用接地系統(tǒng)，但須用自己的接地線直接與公共接地極相連。當然，一臺PLC的I/O單元如果有的分散在較遠的現(xiàn)場（超過100m），是可以分開接地的。接地線一般最長不超過20m，PLC接地系統(tǒng)的接地電阻一般應(yīng)小于4ΩPLC控制系統(tǒng)中的干擾是一個十分復(fù)雜的問題，因此在抗干擾設(shè)計中應(yīng)綜合考慮各方面的因素，合理有效地抑制抗干擾，對有些干擾情況還需做具體分析，采取對癥下藥的方法，才能夠使PLC控制系統(tǒng)正常工作。但同時也存在一些不足，在本系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，考慮到電機的啟動、運行、調(diào)速和制動的特性，可以加入變頻器，系統(tǒng)中由PLC完成數(shù)據(jù)的采集和對變頻器、電機等設(shè)備的控制任務(wù)。3．通過這幾個月的學習，我深刻體會到了理論和實際結(jié)合的重要性，在我四年的大學生活中，學校為我們的學習提供了非常舒適的學習環(huán)境，通過畢業(yè)設(shè)計，使我有充分的機會來鍛煉自己的實際應(yīng)用知識的能力，使我有機會把書本的理論知識與實際操作結(jié)合在一起。隨著自動化物流的應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛，由于行業(yè)及用戶需求的個性化差異，導(dǎo)致相關(guān)物流裝備及其技術(shù)將進入一個重要的快速發(fā)展期，且應(yīng)朝著安全、效率、可靠、環(huán)保等方向發(fā)展。 現(xiàn)代物流配送中，高科技的應(yīng)用為作業(yè)效率和質(zhì)量的提高提供了堅實的技術(shù)保證。參考文獻 [1]] 北京：機械工業(yè)出版社，2004.[2] 張萬忠、劉明芹. 電器與PLC控制技術(shù)[M]. 化學工業(yè)出版社,2003年.[3] 廖常初. 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