基于PLC 与变频器的皮带输送与分拣系统❋

龚勤慧

（1.泸州职业技术学院，四川 泸州 646005；2.泸州市工程机械智能优化设计重点实验室，四川 泸州 646005）

0 引言

21世纪，随着工业自动化、信息化、规模化发展，产品和商品种类大幅增加，对分拣系统提出更高要求。传统的分拣系统由于信息化和自动化程度较低，分拣过程繁琐、效率低下、成本较高，已难以适应和满足大规模生产和现代物流业发展需求。大量研究表明，物流中心的分拣作业时间一般占到物流中心作业时间的60%以上，而分拣成本也占到整个物流成本的40%［1］。目前，国内分拣系统大多采用继电器控制，数字化程度很低、故障率高，造成物流成本居高不下［2］。为了降低成本，提高市场竞争力，一些企业开始引进效率更高的分拣系统，尤其是对信息化和自动化程度较高的分拣系统的需求紧迫。

针对上述问题和社会发展需求，本文利用PLC作为主控制器，结合气动装置、传感器检测等技术进行皮带输送与分拣系统的硬件设计和软件设计，实现分拣系统的高度机械化、自动化。该系统能够连续、大批量地分拣货物，具有分拣速度快、误差率小、劳动强度低的特点，对提高整体生产效率、加快商品流转速度、节约人力成本、提升经济效益具有重要作用［3］。

1 系统总体设计

1.1 系统结构设计

皮带输送与分拣系统结构如图1所示。它包括皮带输送线、旋转气缸、分拣料槽、三相异步电动机、磁性传感器、光纤传感器及电磁阀等。其主要功能是实现对物料的输送、分拣。

1.2 系统工作原理及功能

当入料口检测到物料时，三相交流异步电机正转带动皮带开始输送工件，料槽1电感式传感器检测金属物料，有金属物料经过时推料气缸动作，将金属物料推入1号料槽；料槽2光纤传感器检测白色物料，有白色物料经过时旋转气缸动作，将白色物料导入2号料槽；当物料为黑色物料时直接导入3号料槽。具体工作流程如图2所示。

图1 皮带输送与分拣系统结构图

图2 皮带输送与分拣系统工作流程图

2 系统硬件设计

2.1 PLC控制模块

PLC具有可靠性高、抗干扰能力强 、维护方便等特点［4］。西门子PLC由于具有高的可靠性、丰富的指令集、强大的通讯能力和丰富的扩展模块等优点，特别适合各种场合的检测、监控。因此，本文选用西门子S7-200系列的CPU226CN作为控制器，结合扩展模块EM222用于皮带输送与分拣系统的控制。系统硬件接线图如图3所示。

图3 皮带输送与分拣系统的PLC硬件接线图

2.2 变频器模块与PLC连接

采用西门子MM420变频器，三相380V供电，输出功率0.75kW。由PLC控制变频器带动三相异步电机运行实现皮带输送功能，使得皮带上有工件时，电机才运行；工件输送到位即刻停止。试验结果表明，采用变频器调速，使电机加减速时间缩短，运行更平稳，节能效果更显著，设备效率也大大提高，设备维护维修费用明显降低，经济效益提高［5］。

2.3 气动控制模块

气动控制系统是该工作单元的执行机构，通过PLC控制实现各执行机构的逻辑控制功能。气动控制原理见图4。图4中，由单向电控气阀控制，使推料气缸将物料推入料槽。在检测到有白色物料时，导料气缸将导料块旋转到相应的位置。

3 系统软件设计

3.1 I/O口分配

皮带输送与分拣系统PLC控制的I/O端口分配如表1所示。

3.2 程序设计

皮带输送与分拣系统软件控制流程图如图5所示。

4 结语

本文详细介绍皮带输送与分拣系统的总体结构、硬件设计和软件设计。重点阐述采用西门子S7-200系列的CPU226CN和EM222扩展模块作为控制器，启动变频器控制三相异步电动机驱动传送带转动完成物料的输送，通过不同的传感器检测辨识物料类型，通过相应的气缸动作把物料送入不同的分拣槽，实现物料自动分拣任务。通过应用表明，本文设计的皮带输送与分拣系统采用变频器控制异步电动机，能实现分拣系统对物料的分拣，而且系统更省电、节能、安全可靠［6］。该系统能实现高度机械化、自动化，可提高整体生产效率、节约人力成本、提高经济效益。

图4 皮带输送与分拣系统气动控制原理图

表1 皮带输送与分拣系统I/O端口分配表

图5 皮带输送与分拣系统程序控制流程图

本系统以皮带输送与分拣系统为研究对象，其方法、原理和技术可扩展到烟草加工、食品加工、配送中心、产品包装等行业，具有一定的工程实际意义和实用价值，具有广阔的应用前景。

［1］许有胜.自动分拣系统及其应用.物流技术与应用［J］.2003（3）：33-39.

［2］张玲莉.基于PLC控制的自动识别分拣系统设计［J］.自动化技术与应用，2010，29（5）：110-111.

［3］黄启明.自动化分拣系统及其应用前景［J］.物流技术，2000（5）：33-35.

［4］王强，张明珠.材料自动分拣系统中的PLC应用研究［J］.首都师范大学学报（自然科学版），2011，32（6）：5-8.

［5］张道松.变频器节能探析［J］.科技传播，2012（3）：74.

［6］张孝红.变频器节能作用概述［J］.节能技术，2010，28（6）：573-575.