基于组态技术的材料分拣系统总体设计

1概述

以往，在工厂对材料分拣这个环节上，一直采用的是人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，利用PLC技术设计了一种成本低，效率高的材料自动分拣装置，在材料分拣过程中取得了较好的控制效果。

本次设计的材料分拣系统是在分拣系统的应用日渐广泛的情形下设计的。而PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等特点，因此系统具有较好的控制效果和较高的稳定性。这样的系统能很大程度上提高生产效率。在生产效率日益被关注的今天，它必然能在各个行业得到应用。

本次设计的分拣系统能将不同材质，不同颜色的材料分离出来。在用本设计的系统对他进行监控后可以清晰的看到每个材料被分拣以及反映出系统没有材料时系统自动停止的整个过程。 2硬件系统总体方案的设计 2.1系统功能要求

材料分拣装置根据材料的不同来进行分拣，材料分拣装置的主要功能如下： （1）分拣出铁质材料 （2）分拣出铝质材料 （3）分拣出木质材料

（4）分拣出非金属中某一颜色块 2.2系统的控制要求

材料分拣系统是利用各种传感器对待测材料进行检测并分类。根据选用的传感器类型的不同，可分辨出铁、铝、木，并能分辨出某种颜色。当待测物体经下料装置送入传送带后，依次接受各种传感器检测。如果被某种传感器测中，通过相应的气动装置将其推入料箱；否则，继续前行。其控制要求有如下9个方面：

（1）系统送电后，光电编码器便可发生所需的脉冲。 （2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行。 （3）有物料时，下料汽缸动作，将物料送出。 （4）当电感传感器检测到铁质物料时，推气缸1动作将待测物料推入下料槽。 （5）当电容传感器检测到铝质物料时，推气缸2动作将待测物料推入下料槽。 （6）当颜色传感器检测到材料为某一颜色时，推气缸3动作将待测物料推入下料槽。

（7）其他物料被送到SD位置时，推气缸4动作将待测物料推入下料槽。 （8）汽缸运行应有动作限位保护。

（9）下料槽内无下料时，延时后自动停机。 2.3系统的设计

整个控制系统有气动部分和电气部分两大部分组成。 气动部分：气动减压器、气缸、气压指示等部分组成。

电气部分：电源，步进电机、电磁阀、旋转编码器、电感传感器、电容传感器、颜色传感器、光电传感器等组成。

材料分拣装置的硬件设计图如图2-1所示。

物料传感器1 程 控物料传感器2 制器 物料传感器3 气动阀3 气动阀2 下料传感器 可 编 输送带及上料气动阀 气动阀1 空气压缩机 图2- 1 系统硬件设计图

系统上电后，步进电机运行并驱动输送带，下料传感器SN检测下料槽内是否有无物料，若无料，输送带运转一个周期后自动停止并等待下料；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，并转送给推气缸。经过一定时间，下料气缸依次将物料推至输送带，每次下料时间间隔可以进行调整。当物料由输送带输送时，光电编码器发脉冲开始进行计数，电机运行，实现定位控制。物料传感器 SA为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送 PLC，由 PLC 控制推气缸 1 动作选出该物料；物料传感器SB为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送 PLC，PLC控制推气缸 2 动作选出该物料；物料传感器 SC 为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC 控制推气缸 3 动作选出该物料。物料传感器SD为备用传感器。每次当推气缸电磁阀运行到限位时，电磁阀复位，恢复原状态。此时，电机重新工作驱动传输带到下一位置。 3系统软件设计方案

软件方案设计中最重要的环节是软件结构的设计，好的软件结构可以提高程序运行的效率及可靠性，降低软件开发的复杂度，并且有利于功能的扩展。所以，好的软件结构设计是软件设计成功的基础。

为了提高软件设计的可靠性，可从以下几个方面来保证[4]: (l)规范化设计

软件设计过程中，不规范错误占软件错误的主要部分。在设计过程中，对用自然语言描述需解决的任务，采用严格、数学化或逻辑化语言描述，得到规范的设计说明。本系统的软件设计主要采用流程图来描述整个系统的功能。提出规范后，对其进行论证，以便使其更加合理。

(2)可靠的程序设计方法 在软件设计过程中，主要采用递归程序设计和结构化程序设计等方法。递归程序设计特点:具有良好的程序结构，概念清晰、简捷易懂，并易于证明，是

构造可靠程序的重要方法。 (3)程序验证

可靠的程序设计可减少软件故障的发生，但不能避免它。程序验证通过检查程序与其说明的符合性来发现故障和消除故障。在本课题中主要采用程序的正确性来进行验证。

(4)消除干扰

除采取硬件抗干扰措施外，可采取一定的软件抗干扰措施，减少由于干扰所产生的错误。如数据的平滑滤波等。

(5)增加试运行时间

软件中的错误不可避免。随着软件的使用，故障将不断出现。经过测试及纠正，从而减少故障。完成后的软件进行长时间试运行，运行中记录发生的故障，进行分析、找出原因加以改正。

使用中注意无规律偶发故障，要对此进行分析与鉴别，区别该故障是系统本身有错还是偶然干扰。在使用中，会出现一些不易发现的问题，对此进行分析，并加以解决。

在本设计中，软件的设计包括PLC的编程和组态软件脚本程序的编写。其中PLC程序设计用于控制硬件系统的的执行，组态软件脚本程序用于组态动画界面的运行策略。

3.1 PLC程序设计

PLC程序设计流程图如图2-2

开始 N 下料汽缸是否回位？ 光电码盘发脉冲 电机运行，皮带开始转动 Y 下料槽内是否有料？ Y 加计数到预定值 N 计数到预定值自动停机 下料汽缸开始动作 Y 推汽缸1动作 SA检测到物体？ N Y 推汽缸2动作 SB检测到物体？ N 推汽缸3动作 Y SC检测到物体？ N推汽缸4动作 下料槽中是否有料？ Y

停止 图2- 2 PLC程序流程图

N

3.2组态软件脚本程序的设计

组态软件脚本程序是组态软件中的一种内置编程语言引擎。当某些控制和计算任务通过常规组态方法难以实现时，通过使用脚本语言，能够增强整个系统的灵活性，解决其常规组态方法难以解决的问题。应用在运行策略中，把整个脚本程序作为一个策略功能块执行。

本设计的策略组态分为：启动策略、退出策略和循环策略。启动策略设定为系统启动时运行、退出策略设定为退出前运行。而循环策略是组态动画的核心，又分为物块移动、传感器指示灯的动作、停止项。物块移动脚本程序作用是设定物块按一定方式运行，传感器指示灯动作脚本程序作用是设定指示灯在合适的时候指示气缸的动作，停止项作用是当按钮按下时，动画界面模拟模拟系统暂停工作的状态。 4本文小结

本章对系统总体设计方案进行了几个方面的分析与研究:

首先，本章概括性地说明了系统的主要作用及特点、优点和要实现的功能;然后阐述了硬件系统的设计方案;最后，详细叙述了软件系统的设计方案、设计模块和设计重点。