机电一体化技术在物料检测分拣系统中的设计与应用

王亚敏 李喜林 唐山工业职业技术学院

一、机电一体化概述

机电一体化技术又称机械电子学，融合了电工技术、电子技术、PLC技术、传感器技术、液压与气动技术、变频调速技术等为一体的学科，在实际的生活中得到了充分的利用，现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备，如生产流水线、全自动洗衣机等，这些设备均与人们的生产、生活息息相关[1]。

二、物料检测分拣单元概述

物料检测分拣单元为自动化生产线中的一个产品检验环节，具体检测分拣流程为：当生产过程经过选料和加料后，进入加盖和拧盖单元，拧盖完成后的瓶子经过物料分拣单元进行合格与否的检测，并根据检测结果进行分拣，将不合格的产品推出到辅皮带，合格产品经主皮带传送至传动带末端。本单元的结构如图1所示。主输送带功能是输送物料瓶进入龙门检测机构，其前端采用回归反射传感器检测瓶盖是否拧紧；两侧光纤对射传感器检测瓶子内部颗粒是否符合要求，顶部两个光纤检测用来区分白盖和黑盖；拧盖不合格或颗粒不合格的瓶子被分拣机构推送到辅皮带；合格的瓶子被输送到皮带末端。

图1 检测分拣单元结构

三、检测分拣单元的硬件设计

（一）对射传感器设置

物料瓶盖是否拧紧采用HE-3R61型检测传感器，灵敏度可以根据要求自行调节。为了检测是否拧紧，传感器的安装位置非常重要，由于瓶盖是否拧紧，决定了整个物料的高度不相同，可以通过调节传感器上下位置，要求安装比正常拧紧的灌装物料高1mm左右，确保当拧紧瓶盖的物料瓶通过时未遮挡光路，传感器不输出信号；未拧紧瓶盖的瓶子通过时能够遮挡传感器的反射光路并准确无误动作，并输出信号，安装效果如图2所示。

图2 传感器安装位置

（二）气动元件的调节

当系统检测到不合格瓶子时，传感器检测到瓶子经过气动单元时，通过双轴气缸将物料推至辅皮带，即废品皮带，为了检测气缸的伸出和缩回，在气缸上配套一个磁性开关，磁性开关安装于分拣气缸的后限位，即当气缸缩回时，磁性开关有信号并输出，通过调节节流阀，可控制进出气大小，使推料气缸调节至最佳的运动状态。

（三）功能要求

手动将放有3颗物料并旋紧白色瓶盖的物料瓶放置到该单元起始端；当进料检测传感器检测到有物料瓶且旋紧检测传感器无动作，经过检测装置时，龙门灯带绿色常亮，物料瓶即被输送到主输送带的末端，出料检测传感器动作，主输送带停止，龙门灯带绿色熄灭，人工拿走物料瓶。

手动将放有2或者4颗物料并旋紧瓶盖的物料瓶放置到该单元起始端；当进料检测传感器检测到有物料瓶且旋紧检测传感器无动作，经过检测装置时，龙门灯带红色闪烁（f=2 Hz），物料瓶经过不合格到位检测传感器时，传感器动作，触发分拣气缸电磁阀得电同时红色灯停止闪烁，当到达分拣气缸位置时即被推到辅输送带上。

手动将放有3颗物料并未旋紧瓶盖的物料瓶放置到该单元起始端；当进料检测传感器检测到有物料瓶且旋紧检测传感器动作，经过检测装置时，龙门灯带红灯常亮，物料瓶经过不合格到位检测传感器时，传感器动作，触发分拣气缸电磁阀得电同时红灯熄灭，当到达分拣气缸位置时即被推到辅输送带上。

（四）PLC的选择及程序设计

该物料检测分拣单元使用三菱FX2N系列PLC，由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行快、全面补充了通信功能、适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，可以为你的工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。

编程调试前，将物料检测分拣单元按设备分成3大模块：复位子程序P1，运行子程序P2，停止子程序P3，通讯子程序P0；各模块之间通过自己的交换信号，连接成一个完整的单元控制程序检测分拣控制流程。

（五）单元单机调试步骤

根据控制流程要求，检查各部分功能，单机自动运行主要包括主皮带、辅助皮带、龙门检测能否正常运行。

四、结语

该系统主要是对传感器的应用与PLC对气动元件的控制。系统具有识别判断功能和数据传输功能。在设计过程中，需要对电气I/O控制原理图的理解和接线，根据传感器的功能要求调整合适位置；还涉及到了执行元件的应用工作原理、传感器的应用等机电一体化技术，经试验证明，该系统运行平稳可靠，效果良好，可供饮料、医药、食品等行业的自动检测分拣系统借鉴使用。