PLC控制金属塑料自动分拣系统设计方案

摘要

本论文论述了运用PLC控制技术结合气动技术、传感器技术、光电感应器的

应用、气缸的应用和位置控制技术等，并运用PLC的硬件设计以及软件编程，来

实现对金属和塑料两种材料进行自动分拣的控制装置。该系统的通用性极强，可

靠性好，程序开发简朴，可适应进行材料分拣生产线的需求。

目前自动分拣已逐渐成为主流，这种装置是由接受分拣指示情报日勺控制装

置、计算机网络，把抵达分拣位置的货品送到别处的H勺搬送装置。由于所有采用

机械自动作业，因此，分拣处理能力很好，分拣分类数量也较多。

关键词：PLC,金属，塑料分拣，梯形图编程

目录

绪论

第一章自动分拣系统简介及设计

1自动分拣系统的J简介

2方案设计

第二章硬件电路设计

1总体构造及原理分析

2传感器日勺工作原理

2.1电感式传感器

2.2电容式传感器

3三相异步电机日勺工作原理

4电磁阀日勺工作原理

5光电感应器的工作原理

6气缸的作用

第三章可编程控制器

1PLC的J选择

2PLC日勺构造及工作原理

3PLC输入、输出口日勺分派

4自动分拣装置输入、输出接线图

5系统控制流程图

6系统控制的梯形图

结束语

道谢

参照文献

民经济的各个领域，本系统是运用可编程控制器（PLC）控制金属、

塑料自动分拣装置，以PLC为主控制器，结合气动装置、传感技术、

位置控制等技术，实现现场控制产品的自动分拣。系统具有自动化程

度高、运行稳定、精度高、易控制的特点，可根据不同样对象，广泛

应用于生活的各个场所。

第一章自动分拣系统的简介及设计

1自动分拣系统的简介

自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置及分拣道口构成。控

制装置日勺作用是识别、接受和处理分拣信号，根据分拣信号日勺规定指示分类装置、

按材料性质自动分类。这些分拣需求可以通过不同样方式，如可通过条形码扫描、

色码扫描、键盘输入、重量检测、语音识别、高度检测及形状识别等方式，输入

到分拣控制系统中去，根据对这些分拣信号判断，来决定某一种材料该进入哪一

种分拣道口。

分类装置的I作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相似分拣信号日勺材

料通过该装置时，该装置动作，使变化在输送装置上的运行方向进入其他输送机

或进入分拣道口。分类装置日勺种类诸多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支

式几种，不同样口勺装置对分拣材料性质等将不完全相似的规定。

输送装置的重要泡成部分是传送带或输送机，其重要作用是使待分拣材料

通过控制装置、分类装置，并输送装置日勺两侧，一般要连接若干分拣道口，使分

好类的材料滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。

分拣道口是已分冻商品脱离主输送机（或主传送带）进入集货区域的通道，

一般由钢带、皮带、滚筒等构成滑道，使商品从主输送装置滑向集货站台，在那

里由工作人员将该道口日勺所有商品集中后或是入库储存，或是组配装车并进行配

送作业。

以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制及对应的人工

处理环节构成一种完整日勺自动分拣系统。

2方案设计思绪

PLC控制金属塑料自动分拣日勺装置，具有较高的能动性。采用光电感应器

来控制识别金属和塑料日勺材料性质，控制系统中加入气缸，采用推出式日勺分类金

属和塑料，再用传送带来传送，在传送带同侧有两个分拣道口，运用气缸将金属

和塑料推出各自日勺分拣道口，而每个气缸欧J动作时有光电感应器所鉴别出的信号

来控制日勺，此控制系统日勺控制原理如下：

（1）由按钮SB4作系统的待机控制，按下SB4,系统进入待机状态；若此时各

部件处在复位状态，待机指示灯（绿色）发光。只有在待机指示灯（绿色）正常

发光后，系统才能开始下料运行。待机指示灯（绿色）只作系统通电后按下SB4

的待机状态指示灯用，系统运行后应熄灭。

（2）由按钮SB5作系统正常停止控制。按下SB5,系统立即提醒停止下料（红

色指示灯发光），同步系统在完毕传送带上日勺工件分拣后停机。

（3）下料时，规定工件每隔2s下料一次（每次下料一种），以保证工件的分拣。

每次下料后，停止下料指示灯（红色）都会发光，每次发光2s后熄灭；红色指

示灯熄灭的同步下料指示灯（黄色）发光，提醒可如下料。但若在黄色指示灯发

光3s后仍未下料，黄色指示灯就会发生闪烁（每秒闪光2次），以提醒缺料，直

至下料后才恢复正常指示。

第二章硬件电路设计

1总体构造及原理分析

机和气缸等元器件构成。

原理

感应磁耀分析:

当

光电感

应器⑴

检测到

工件后，三相异步电动机给传送带提供动力,传送带带动工件开始运动，光

电感应器检测到的是金属材料时，如图II位置的I电感式传感器接受信号，气

缸A动作将金属工件推向出料口，当检测到口勺是塑料材料时，图中III位置H勺

电容式传感器接受信号，使气缸B动作，将塑料工件推向出料口。依次反复,

将构成金属、塑料H勺自动分拣系统

2传感器的工作原理

2.1电感式传感器

电感式靠近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。它

由LC高频振荡器和放大处理电路构成，运用金属物体在靠近这个能产生电磁场

的振荡感应时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于靠近开关，使靠近开关

振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。由此，可识别出行无金属物体靠近,

进而控制开关的通或断。本系统选用M18X1X40DC电感传感器，原理图如下:

此类传感器日勺长处：

（1）无活动触点、可靠度高、寿命长；

（2）辨别率高、敏捷度高；

（3）线性度高、反复性好，测量范围大；

（4）无输入时有零位输出电压，引起测量误差；

（5）合用于低频动态测量。

2.2电容式传感器

电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器，是一种靠近式开关。它H勺测

量头一般是构成电容器日勺一种极板，而另一种极板是待测物体的自身。当物体移

向靠近开关时，物体和靠近开关日勺介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路

状态也随之发生变化。由此，便可控制开关日勺接通和关断。原理图如图

电容式传感器日勺感应由两个同轴金属电极阂成，这两个电极构成一种电

容，串联在RC振荡回路内。电源接通时，RC振荡器不振荡，当一种目日勺朝着电

容器的电极靠近时，电容器的容量增长，使振荡器开始振荡，通过后级电路日勺处

理,将停振和振荡两种信号转换成开关信号，从而起到检测有无物体存在的目的。

该传感器能检测金属物体，也能检测非金属物体，对金属物体可以获得最大日勺动

作距离，对非金属物体动作距离决定于材料的介电系数，介电系数越大，获得欧I

动作距离越大.当一种目日勺靠近时，电容式传感器的电流消耗随之增长“本系统

选用的是E2K-X8ME1电容式传感潜，原理图如下：

感应电极具备屏障罐

开

曾

关

FV/节

铝材

■输

震荡变

料冲处

换

弋

电路理

J测电

容

此类传感器的长处:

(1)测量范围大，敏捷度高。

(2)质量小，动态响应快，固有频率高，高频特性。

(3)稳定性好，过我能力大。

(4)构造简朴，对环境适应性强。

3三相异步电动机的工作原理

三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能口勺电力拖动装置。它重要由

定子、转子和它们之间的气隙构成。当给电动机口勺三相定子绕组（各相差120

度电角度）通入三相交流电源后，将产生一种旋转磁场。该旋转磁场切割转子绕

组，在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流H勺转子导体在定

子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电动机转轴上形成电磁转矩，使转子朝

着旋转磁场旋转H勺方向旋转。

对称三相绕组通旋转磁场

三相交流电能

入对称三相电流（磁场能量）

转子绕组在磁场

磁场绕组切割转

中受到电磁力的一1转子绕组中产e和i

子绕组

作用

转子旋转起来输出机械能量机械负载旋转起

当向三相定子绕组中通入对称的三相交流电时，就产生了一种以同步转速

m沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以r.l转

速旋转，转子导体开始时是静止日勺，故转子导体切割定子旋转磁场而产生感应电

动势（感应电动势的方向用右手定则鉴定）。由于导体两端被短路环短接，在感

应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感应电流。

转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力日勺方向用左手定则鉴定），

电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

三相交流异步电动机具有构造简朴、运行可靠、价格廉价、过载能力强及使

用、安装、维护以便等长处，被广泛应用于各个领域。

系统选用JOH80~355小型三相异步电动机,此类电动机为0.75~315KW外壳

为封闭式，可防止灰尘、水滴侵入，用于无特殊规定的多种机械设备和运送机械

等。

4电磁阀的工作原理

电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气

动。

电磁阀是用于控制气体流动方向日勺，自动分拣装置一般都由气缸控制，因此

用到电磁阀。

工作原理

电磁阀里有密闭的腔，不同样位置开有通孔，每个孔都通向不同样的气管，控中

间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过

控制阀体的移动来档住或漏出不同样的排气的孔，而进气孔是常开的，气体就会

进入不同样日勺排气管，然后通过气体的压力来推进气缸日勺活塞，活塞又带动活塞

杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。

5光电感应器的工作原理

光电传感器H勺构成

光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。

光电传感器在一般状况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接受器和检

测电路。

发送器对准目欧I发射光束，发射日勺光束一般来源于半导体光源，发光二极管

（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者变化脉冲宽度。接受器有光电

二极管或光电三极管构成。在接受器的I前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在

其背面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

此外，光电传感器日勺构造元件中尚有发射板和光导纤维。

6气缸日勺作用及工作原理

1》气缸作用

1.引导活塞在其中进行直线往复运动的）圆筒形金属机件。工质在发动机气缸

中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提

高压力。涡轮机、旋转活塞式发动机等欧I壳体一般也称“气缸”。

2.气缸的应用领域：印刷（张力控制）、半导体（点焊机、芯片研磨）、自动

化控制、机器人等等。

3.气压传动中将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件。气缸有作

往复直线运动的和作往复摆动的两类。

2》气缸工作原理

气缸的运动速度重要由所驱动的工作机构的需要来决定。

规定速度缓慢、平稳时，宜采用气液阻尼缸或采用节流调速。节流调速的方

式有：排气节流和进气节流。排气节流重要用于水平安装推力载荷中；进气节流

重要用于垂直安装升举载荷中。用缓冲气缸可使缸在行程终点不发生冲击现象，

一般缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时，缓冲效果才明显。假如速度高，行程终

端往往会产生冲击。

设计中重要是通过直动性气缸将金属与塑料推入对应H勺斜槽中。

第三章可编程控制器

1PLC日勺选择

可编程控制器一般也简称为可编程控制器，英文缩写为PC或PLC,是以微处

理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用

的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、程序设计简朴、灵活通用、维护

以便等一系列的长处，尤其是它日勺高可靠性和较强的适应恶劣工业环境的能力，

更是得到J'顾客日勺好评，因而在冶金、能源、化工、交通、电力等领域中得到了

越来越广泛日勺应用，成为现代控制H勺三大支柱（PLC、机器人和CAD/CAM）之一。

•设计中选用的PLC为：

名称:三菱PLC

型号：FX2N

・选用三菱PLCFX2N的意义

1）、构造灵活

不受环境的限制，有电即可组建网络，同步可以灵活扩展接入端匚数

量，使资源保持较高的运用率，在移动性方面可与WLAN媲美。

2）、范围广

无所不在欧I电力线网络也是这种技术的I优势。虽然无线网络可以做到

不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设N多种AP才能满足需求，并且

同样不能避而信号盲区时存在。面电力线是最基础日勺网络，它日勺规模之大，

是其他任何网络无法比拟欧J。由此，运行商就可以轻松地把这种网络接入

服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，

将给互联网普及带来极大的发展空间。终端顾客只需要插上电力猫，就可

以实现因特网接入，电视频道接受节目，打或者是可视。

3）、低成本

充足运用既有H勺低压配电网络基础设施，无需任何布线，节省了资源。

无需挖沟和穿墙打洞，防止了对建筑物、公用设施、家庭装潢日勺破坏，同

步也节省了人力。相对老式日勺组网技术，PLC成本更低，工期短，可扩展性

和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网日勺地方，其包月使用费用

一般为50-80元/月左右，这样的价格和诸多地方的ADSL包月相持平。

4）、合用面广

PLC作为运用电力线组网日勺一种接入技术，提供宽带网络“最终一公

里”的处理方案，广泛合用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领

域。它是运用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大的便捷性，只要

在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享有4.5〜45Mbps

的高速网络接入，来浏览网页、拨打，和观看在线电影，从而实现

集数据、语音、视频，以及电力于一体日勺“四网合一”。

综上所述，三菱PLCFX2N-32MR是此设计（金属、塑料分拣装置自动化控制

系统）日勺最佳选择。

2PLC日勺构造及工作原理

1》、PLC日勺基本构造

世界各国生产的可编程控制器外观各异，但作为工业控制的计算机，其

硬件构造都大体相似,重要由中央处理器（PLC）.存储器（RAM、ROM）、输

入、输出器件（I/O接口）电源及编程设备几大部分构成。

2》、PLC日勺工作原理

可编程控制器的工作原理与计算机的工作原理基本上是一致H勺，可以简朴地体现

为在系统程序的管理下，通过运行应用程序完毕顾客任务。但个人计算机与PLC

日勺工作方式有所不同样，计算机一般采用等待命令的工作方式，如常见H勺键盘扫

描方式或I/O扫描方式，当键盘有键按下或I/O口有信号输入时，中断转入对应

日勺子程序；而PLC在确定了工作任务、装入了专月程序后成为一种专用机，它采

用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是以循环扫描方式完

毕。

3PLC输入、输出口日勺分派

输入端：输出端：

X0——SB4（待机控制）Y0—-HL2（绿灯：待机提醒）

XI——SB5（停机控制）Y1—-HL3（红灯：严禁下料提醒）

X2—一金属检测Y2—-HL1（黄灯：容许下料提醒）

X3—一塑料检测Y3—一三相异步电动机

X5—一检测下料装置Y4—一气缸1

Y5—一气缸2

4自动分拣装置输入、输出接线图

待机控制

停机控制

卜.料检测

金属检测

塑料检测

5系统控制流程图

（待机控制）X0

（待机指示绿灯YO=ON）

S1

（满足条件MO=DN）

下料检测XZ

（停机控制）X1---

X2（下料检测）

塑料

分拣金属分拣

M2。-----M20传送带工件检测__M20-----M20

-X4（塑料检测）、/入3（金属检测）

V\y

S20S30S20S30

6系统控制梯形图

T

YOOoO-

U

Y00gQ_

TY2

00Xoo5

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MOO3

kPfiQ

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Y001o

END

结束语

本设计所采用日勺日本三菱可编程控制器的硬件配置和程序设计是完全可行

时，在实际控制中，由于PLC产品自身具有可靠性高、灵活性强、对工作环境无

规定和抗干扰性能好等诸多长处，使之完全可以将操作人员从恶劣日勺现场环境中

解放出来，因而深受顾客欢迎。同步采用PLC控制金属塑料日勺自动分拣。该控制

系统可