機(jī)電一體化技術(shù)在物料檢測分揀系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王亞敏 李喜林 唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

一、機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化技術(shù)又稱機(jī)械電子學(xué)，融合了電工技術(shù)、電子技術(shù)、PLC技術(shù)、傳感器技術(shù)、液壓與氣動技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)等為一體的學(xué)科，在實(shí)際的生活中得到了充分的利用，現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎可以說都是機(jī)電一體化的設(shè)備，如生產(chǎn)流水線、全自動洗衣機(jī)等，這些設(shè)備均與人們的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)[1]。

二、物料檢測分揀單元概述

物料檢測分揀單元為自動化生產(chǎn)線中的一個產(chǎn)品檢驗(yàn)環(huán)節(jié)，具體檢測分揀流程為：當(dāng)生產(chǎn)過程經(jīng)過選料和加料后，進(jìn)入加蓋和擰蓋單元，擰蓋完成后的瓶子經(jīng)過物料分揀單元進(jìn)行合格與否的檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行分揀，將不合格的產(chǎn)品推出到輔皮帶，合格產(chǎn)品經(jīng)主皮帶傳送至傳動帶末端。本單元的結(jié)構(gòu)如圖1所示。主輸送帶功能是輸送物料瓶進(jìn)入龍門檢測機(jī)構(gòu)，其前端采用回歸反射傳感器檢測瓶蓋是否擰緊；兩側(cè)光纖對射傳感器檢測瓶子內(nèi)部顆粒是否符合要求，頂部兩個光纖檢測用來區(qū)分白蓋和黑蓋；擰蓋不合格或顆粒不合格的瓶子被分揀機(jī)構(gòu)推送到輔皮帶；合格的瓶子被輸送到皮帶末端。

圖1 檢測分揀單元結(jié)構(gòu)

三、檢測分揀單元的硬件設(shè)計(jì)

（一）對射傳感器設(shè)置

物料瓶蓋是否擰緊采用HE-3R61型檢測傳感器，靈敏度可以根據(jù)要求自行調(diào)節(jié)。為了檢測是否擰緊，傳感器的安裝位置非常重要，由于瓶蓋是否擰緊，決定了整個物料的高度不相同，可以通過調(diào)節(jié)傳感器上下位置，要求安裝比正常擰緊的灌裝物料高1mm左右，確保當(dāng)擰緊瓶蓋的物料瓶通過時未遮擋光路，傳感器不輸出信號；未擰緊瓶蓋的瓶子通過時能夠遮擋傳感器的反射光路并準(zhǔn)確無誤動作，并輸出信號，安裝效果如圖2所示。

圖2 傳感器安裝位置

（二）氣動元件的調(diào)節(jié)

當(dāng)系統(tǒng)檢測到不合格瓶子時，傳感器檢測到瓶子經(jīng)過氣動單元時，通過雙軸氣缸將物料推至輔皮帶，即廢品皮帶，為了檢測氣缸的伸出和縮回，在氣缸上配套一個磁性開關(guān)，磁性開關(guān)安裝于分揀氣缸的后限位，即當(dāng)氣缸縮回時，磁性開關(guān)有信號并輸出，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥，可控制進(jìn)出氣大小，使推料氣缸調(diào)節(jié)至最佳的運(yùn)動狀態(tài)。

（三）功能要求

手動將放有3顆物料并旋緊白色瓶蓋的物料瓶放置到該單元起始端；當(dāng)進(jìn)料檢測傳感器檢測到有物料瓶且旋緊檢測傳感器無動作，經(jīng)過檢測裝置時，龍門燈帶綠色常亮，物料瓶即被輸送到主輸送帶的末端，出料檢測傳感器動作，主輸送帶停止，龍門燈帶綠色熄滅，人工拿走物料瓶。

手動將放有2或者4顆物料并旋緊瓶蓋的物料瓶放置到該單元起始端；當(dāng)進(jìn)料檢測傳感器檢測到有物料瓶且旋緊檢測傳感器無動作，經(jīng)過檢測裝置時，龍門燈帶紅色閃爍（f=2 Hz），物料瓶經(jīng)過不合格到位檢測傳感器時，傳感器動作，觸發(fā)分揀氣缸電磁閥得電同時紅色燈停止閃爍，當(dāng)?shù)竭_(dá)分揀氣缸位置時即被推到輔輸送帶上。

手動將放有3顆物料并未旋緊瓶蓋的物料瓶放置到該單元起始端；當(dāng)進(jìn)料檢測傳感器檢測到有物料瓶且旋緊檢測傳感器動作，經(jīng)過檢測裝置時，龍門燈帶紅燈常亮，物料瓶經(jīng)過不合格到位檢測傳感器時，傳感器動作，觸發(fā)分揀氣缸電磁閥得電同時紅燈熄滅，當(dāng)?shù)竭_(dá)分揀氣缸位置時即被推到輔輸送帶上。

（四）PLC的選擇及程序設(shè)計(jì)

該物料檢測分揀單元使用三菱FX2N系列PLC，由于FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，可以為你的工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。

編程調(diào)試前，將物料檢測分揀單元按設(shè)備分成3大模塊：復(fù)位子程序P1，運(yùn)行子程序P2，停止子程序P3，通訊子程序P0；各模塊之間通過自己的交換信號，連接成一個完整的單元控制程序檢測分揀控制流程。

（五）單元單機(jī)調(diào)試步驟

根據(jù)控制流程要求，檢查各部分功能，單機(jī)自動運(yùn)行主要包括主皮帶、輔助皮帶、龍門檢測能否正常運(yùn)行。

四、結(jié)語

該系統(tǒng)主要是對傳感器的應(yīng)用與PLC對氣動元件的控制。系統(tǒng)具有識別判斷功能和數(shù)據(jù)傳輸功能。在設(shè)計(jì)過程中，需要對電氣I/O控制原理圖的理解和接線，根據(jù)傳感器的功能要求調(diào)整合適位置；還涉及到了執(zhí)行元件的應(yīng)用工作原理、傳感器的應(yīng)用等機(jī)電一體化技術(shù)，經(jīng)試驗(yàn)證明，該系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠，效果良好，可供飲料、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的自動檢測分揀系統(tǒng)借鑒使用。