基于PLC分拣装置系统设计
一、设计要求：
根据当前PLC控制系统的发展和自动控制的理论，设计出了一个基于PLC 的材料分拣装置控制系统。系统利用PLC控制编程，自动控制材料分拣。
二、设计作用与目的:
实现了利用PLC控制编程技术对材料进行自动控制分拣。电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），分拣系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，系统具有数据采集准确、可靠性高及系统成本低等优点。采用模块化的程序设计方法，大量采用代码重用，减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计,实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。该系统具有稳定可靠、性价比高、可扩展性强、警示明显、设计人性化等优点。
三、PLC材料分拣系统的硬件设计
3.1 PLC自动分拣控制系统工作原理
本文所设计的PLC材料分拣系统采用推块式分拣机的台式结构，有竖井式材料输入料槽，滑板式产品输出料槽口。同时，输送带作为传动结构，为了方便较快速度的启动和停止，用异步交流电机驱动；对不同材质的三种传感器分别固定在网孔板上；为了保证整个系统的安全性又加了一个光电传感器。整个控制系统有气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。气动部分由空气压缩机、气缸、气瓶、气压指示表、分水过滤器、冷却器、减压阀、配气器、等部件组成；电气部分由PLC、铁检测传感器、铝检测传感器、颜色检测传感器、光电传感器、异步交流电机、开关、电源等部件组成；硬件部分由传送带异步电动机、传送带、底座、支架等组成。材料分捡系统工作原理示意图如图3.1所示。
111012349876图3.1材料分捡系统工作原理示意图
1—气瓶 2—PLC 3—料槽 4—电源 5—电机
6—料槽传感器 7—料仓气缸 8—皮带 9—仓库 10—气缸 11—传感器 其工作过程是开启电源，气动系统开始工作，系统进入自检状态。下料传感器检测下料槽内是否有物料，若没有物料，延时后自动等待上料；当下料槽内有物料时，系统自动运行。首先，下料传感器发送信号给PLC，PLC传送信号给下料气缸。经过一定时间，下
5
料汽缸将物料推至传送带。当物料在传送带传送时，PLC计数器开始计数，电机开始运行。当传感器检测到物料为铁金属时，发出反馈信号给PLC，由PLC控制气缸一动作，将物料推到料仓。当气缸电磁阀运行到后限位开关时，电磁阀复位，回到原状态。同理，可通过相应传感器分拣相应的物料。系统的结构图如图3.2所示。
下料传感器 铁检测传感器 铝检测传感器 颜色料传感器 光电检测传感器 P L C 输送带和下料气缸 铁出料气缸 铝出料气缸 塑料出料气缸 其他出料气缸 空气压缩机
图3.2 系统结构图
3.2 系统的硬件组成
系统由气动部件、电气部件和硬件三大部分组成。
3.3系统主电路设计
系统是全自动的运行方式。在系统开始工作前需要人工合上刀闸开关，然后手动启动系统的电源开关。系统开始运行，进入自检状态，当有物料进入料槽时，系统开始自动运行；当料槽中没有物料时，系统进入自检状态，等待物料再次进入料槽，然后自动运行。系统需要停止工作时，需要人工切断系统电源，然后再切断主电源。自动运行方式是由一台可编程序控制器（PLC）来控制整个系统自动运行，系统根据传感器传出的信号执行事先编译好程序[3]。
系统主电路图和结构图如图3.3所示。
QL1L2L3NFU1KM1FR1FR2M13~M23~图3.3 系统主电路图
在图3.3中，M1为传送带提供动力的异步电动机，M2为空气压缩机。FU1为主电路的熔断器，起短路保护的作用。当电路发生短路时，通过熔体的电流使其发热，当达到熔化温度时自行熔断，从而分段电路。接触器KM1控制电动机M1的运行。当接触器收到PLC为1的信号时，接触器闭合，电动机就可以启动运行。FR1、FR2分别为电机过载保护用的热继电器，电动机一旦出现长时间过载自动切断电路。并能购随过载程度而改变动作时间的继电器，充分发挥了电动机的过载能力，保证电动机的正常启动和运转。
3.4系统气压传动装置设计
3.4.1气源装置
气源装置是为气动系统提供具有一定压力和足够流量、满足一定净化程度的压缩空气的能源装置,它是气动系统的重要组成部分[8]。气源装置包括气压产生、压缩空气净化与储存、压力稳定和传输管道等装置，这些设备一般布置于压缩空气站内，作为整个工厂或车间的同一气源，气源装置结构见图3.4。
图2.8中，电动机带动空气压缩机旋转，经吸气口的空气过滤器将大气中的空气吸入[9]。冷却器将压缩空气降温冷却，使高温汽化的水、油凝结分离。油水分离器将冷凝出来的水
滴、油滴、杂质等分离并排出系统。储气罐用以压缩空气、稳定压缩空气的压力，并除去其中的部分油、水等杂质，储气罐输出的压缩空气可用于不同空气质量要求的气动系统。
气压表空气压缩机冷却剂油水分离器储气罐出气口图3.4气源装置结构图
3.4.2气压发生装置
气压发生装置包括正压发生装置和负压发生装置，正压发生装置为空气压缩机。这也正是本系统所使用的气压发生装置。
空气压缩机属于正压发生装置，它是将机械能转换成气体压力的能量转换装置，提供高于大气压力的气压。排气压力低于0.2MPa的一般称为风机（低于0.015MPa的称为通风机，0.015—0.2MPa的称为鼓风机），它们用于通风系统。排气压力高于0.2MPa的习惯上成为压缩机，气动系统中通常采用压缩机提供气源。气动系统中多数气动元件都是在高于大气压力下工作的，用这些元件组成的启动系统称为正压系统。 下面介绍常用的活塞式空气压缩机的工作原理：
气压传动系统中最常用的是往复活塞式空气压缩机，其工作原理如图3.5所示，当电动机带动曲柄7旋转时，通过连杆6、滑块5和活塞4的传递转换，使活塞3在气缸2内作往复运动。当活塞向右移动时，缸内左腔密封容积逐渐增大，使其中的气压低于大气压，吸气阀8被外界大气压力顶开，空气在大气压力作用下进入气缸内，形成吸气过程；当活塞向左移动时，缸内左腔密封容积逐渐减小，空气受压使气压升高，将吸气阀关闭，形成压缩过程；当缸内压缩空气压力升至高于输气管路中压力时，排气阀1顶开，压缩空气排入输气管路，形成排气过程。活塞式空气压缩机的优点是结构简单，使用寿命长，容易实