基于THJDME—1型设备的物料分拣系统设计

【摘要】本文主要介绍了基于学校实训设备THJDME-1型光电一体化实训台的物料分拣系统设计。采用三菱FX2N-48MRPLC控制系统，机械手夹取物料，交流电机带动皮带输送物料，电磁阀控制气缸分拣物料。通过分析物料分拣系统的流程，利用GXDeveloper编程软件实现物料分拣的程序设计，对三种不同物料进行自动分拣。本系统具有较高的可靠性和稳定性，实用推广型强。

【关键词】THJDME-1；物料分拣；机械手

【中图分类号】TH-39；TP273 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2017）31-0283-02

一、绪论

物料自动分拣系统随着现代化进程的发展，在现代生产行业中的作用越来越重要。物料自动分拣系统的优势在于可以减少劳动力，为企业节省人员开支。

本文主要是介绍在THJDME-1型机电一体化设备上物料分拣系统的工作过程、硬件和软件组成及实现，并给出系统实训台硬件结构、系统工作流程图。

二、分拣设备及内容介绍

THJDME-1型设备是一种最为典型的机电一体化产品。装置主要由上料机构、PLC、搬运机械手机构、变频器、物件分拣、按钮、输送皮带、传感器和电磁阀等组成。

物料分拣系统对于企业和工厂来说是至关重要的，加工好的产品进入最后包装或分拣环节时就是通过物料分拣系统来完成的，产品会被传送带运送，物料在传送带运送的过程中，检测传感器分别出不同的物料时，对应的分拣电磁阀工作驱动分拣机构将不同的物料推进指定的料槽。

三、硬件设计

物料分拣系统的硬件组成主要分为控制器、传感器、传送带、机械手等部分。

（一）硬件结构组成

1.控制器

控制器选择的是三菱FX2N-48MRPLC，这款PLC主要的特点是应用广，价格较低，而且易操作，控制起来比较简单。

2.传感器

传感器是有两个光电传感器，位置分别在料槽1的上方与料槽2的上方。料槽1的传感器主要用来检测金属物料，料槽2传感器调节成主要用来检测白色物料。当两个传感器都没检测到物料时，判定为黑色物料。

3.变频器

选用的是三菱FR-E740变频器。主要完成皮带能够以不同的速度运行，可以节省电。

4.传送机构

传送机构的主要作用是将物料运送到相应的位置，为分拣做准备。传送机构主要选择了三菱变频器与交流电机带动皮带。当入料检测光电传感器检测到有物料时，交流电机带动皮带高速正转。物料在被运送的过程中，物料检测传感器、料槽一和料槽二传感器会检测物料。如果没有物料，皮带则以低速正转。

5.分拣机构

分拣机构是系统的重要组成部分，主要有料筒，推料气缸、机械手，导料气缸等构成。机械手主要由气动手爪、双导杆气缸、单杆气缸、电感传感器、磁性传感器、多种类型电磁阀、交流电机及驱动器组成。机械手由步进电动机带动，通过脉冲的多少控制机械手旋转角度，通过给定的脉冲频率控制机械手旋转的速度。

（二）物料分拣结构框图

四、软件设计

（一）工作过程

1.上料，首先所有设备都处于初始状态，按下启动按钮，系统开始工作，皮带以低速正向运行。当物料检测光电传感器有信号时，说明料筒里有物料，物料推出气缸动作，将物料推出。

2.搬运，当物料推出传感器有信号时，机械手会夹取物料。具体步骤为：机械手会旋转到物料存放料台上方；当机械手基准传感器有信号检测到机械手到位；悬臂伸出，伸出限位传感器检测到信号后；手臂下降，下降限位传感器检测到信号后延时1S，延时是为了使机械手更稳的夹取物料；1S计时时间到气爪夹紧夹取物料；加紧传感器有信号手臂上升；提升限位传感器检测到信号后悬臂缩回；缩回限位传感器检测到信号后机械手右转（机械手右转的历程是由交流电机指令根据实际距离调试设定的）；机械手右转到入料口上方时悬臂伸出；伸出限位传感器检测到信号后；手臂下降，下降限位传感器检测到信号后延时1S，1S计时时间到气爪松开物料；工件被放入皮带输送机进料口内后手臂上升、缩回，机械手左转回原位后再重复以上过程。

3.传送，机械手将物料运送到入料口上方，松手物料进入入料口。入料检测传感器检测到信号时，皮带由低速运行变成高速运行，方向同样是正向，将物料运送到不同的料槽口。

4.分拣，物料被传送带传送过程中，当物料经过两个料槽上方的传感器时会接受到信号。金属物料由推料气缸推入料槽1；白色塑料物料导料气缸导入料槽2；如图1所示传送带装置末端设置的是一个弧形倒料结构，黑色塑料物料在皮带一直正转的情况下可由装置最后的固定弧形导料装置进入料槽3。

当三种物料都被气缸分拣到料槽中时，完成一次分拣工作，等待下一个物料重复上述动作。

5.按下停止按钮，系统停止工作。

（二）工作流程图

物料分拣系统流程的具体情况如图3所示。

（三）物料分拣PLC的I/O分配表

设备的硬件接口与PLC具体的I/O分配情况如表1所示。

（四）软件实现

本系统的编程指令选择步进指令，这种编程指令使得整个设备的工作流程变得通俗易懂，并且编写程序的思路清晰，有利于程序的调试和修改。利用步进指令编写程序，只要将上述任务4.1中提到的工作过程分解成不同的状态，利用转移条件，如传感器信号或计时器信号把状态转移到下一个状态。

编写的程序通过串行接口RS232下载到PLC中，PLC根据要求对变频器、电磁阀等执行机构发出控制信号。同时PLC运行状态、传感器检测信号都会传送到上位机中，对系统实时运行状态进行监控。通过监控状态可以容易发现程序错误或硬件错误，方便程序修改。

五、结语

本文设计了一个基于THJDME-1机电一体化设备的分物料分拣系统，通过实验调试证明可以准确的将三种不同物料分拣到不同的料槽里面。在实际的生产中，可以完成对不同产品的分拣，并且本系统的通用性很强。系统的工作时间是连续的，提高生产速度。物料分拣的速度和精度得到了很大的调高，具有很好的实际应用价值。系统是由PLC控制，可以随着实际生产的不同需求进行改变，易操作，方便实用。同时，也为在THJDME-1机电一体化设备物料分拣系统与实际企业生产线的环境非常相近，這也为职业类院校的学生使用本系统平台进行教学时使学生在学校就能体会到实际工作环境。

参考文献

[1]陈海龙.基于PLC的物料自动分拣系统设计[J].自动化与仪器仪表，2017，（10）：94-98.

[2]刘杰.基于可编程控制器的分拣张志设计与实现[J].西南师范大学学报，2014，（7）.

[3]张绘敏.基于三菱PLC控制的物料分拣系统设计与实现[J].时代农机，2015（12）：28-31.

作者简介：刘健（1986.06—），女，汉族，吉林长春人，硕士研究生，助教，研究方向：自动化。