第11期2020年6月无线互联科技
Wireless Internet Technology
No.11June，2020
基于工业机器人与PLC的物料分拣
教学实训平台设计
王德璋
（轻工职业技术学院， 乌鲁木齐 830021）
摘 要：文章基于PLC与工业机器人技术，针对物料分拣教学实训平台进行研究设计。首先，阐述了教学实训平台的整体结
构与工作流程；其次，对教学实训平台进行硬件与软件的设计，具体为工业机器人与PLC模块、电动控制模块、气动控制模块以及软件控制；最后，围绕教学实训平台提出实验设计。该实训平台具备实用性，可以很好地促进教学课程的顺利开展，为学生综合实训能力的提升起到了有效的推动作用。关键词：工业机器人；PLC；物料分拣；实训随着科学技术的飞速发展，机电一体化技术的应用领域始运作，将物料推送到颜色下料槽中。（5）当感应器检测愈加广泛，为人们的工作与生活提供了极大的便捷。越来越到物料为非金属材质时，相应的气缸开始运作，将物料推多的机电一体化平台出现在学生的实习训练环节，通过实际送到非金属下料槽中。（6）如果在操作过程中出现故障，要教学实训来提升学生的能力与积累经验。当前，多数教学实马上按急停按钮。（7）物料分拣结束后要按停止按钮。训平台普遍存在一些缺点，如综合性较低且实现功能单一，2 教学实训平台的硬件与软件设计无法有效满足学生的实训需求。基于此，文章将可编程逻辑教学实训平台采用台式结构进行设计，采用异步电动机控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技术与工业作为输送带的驱动机构，在网孔板上固定传感器装置。此外，机器人相结合，并且融合液压气动控制、传感器技术、PLC实训平台的操作主要由气动装置与电气装置来实现，其中，自动控制技术以及机电传动控制等方面的知识，针对教学实电动部分依靠智能控制装置与传感器之间的配合来完成，并训平台进行设计与实验，以使学生的实训环节更加科学、合且需要对气动装置与电动装置等发出指令，才能实现平台根理，帮助学生拓展知识面，对现代化教学设备实践性与先进据物料属性选择推料方式。具体结构情况如图2所示。性的提升具有重要意义[1-2]。
1 教学实训平台的结构及工作流程1.1 整体结构
在设计环节采用台式构造模式对教学实训平台进行设计，主要包括电源、主控制面板、感应器、气缸以及PLC自动控制等装置。鉴于该实训平台的实际工作需求，选择三菱PLC装置，整体结构如图1所示。学生可以根据组态软件进行人机交互控制，同时，根据按钮与触摸屏对实训平台的系统进行控制。1.2 工作流程
教学实训平台的实际运行流程：（1）给平台通电启动实训平台。（2）将需要分拣的物料投放到传输带上，向感应区域进行输送。（3）当感应器检测到物料为金属材质时，
注：4/5/6均为五通电磁阀；7/8/9均为回位限位器；10/11/11均为气缸限位器；
相应的气缸开始运作，将物料推送
13为电容传感器；14为颜色传感器；15为电感传感器；16/17/18均为下料槽。
到金属下料槽中。（4）当感应器检图1 物料分拣实训平台整体结构测到物料为白色时，相应的气缸开
作者简介：王德璋（1963— ），男，江苏泰兴人，副，副教授，学士；研究方向：物理学，电工电子。
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无线互联科技·设计分析
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图2 教学实训平台硬件结构
2.1 工业机器人与PLC模块
当前，市场中的工业机器人品牌较多，不同品牌机器人的操作流程与实现效果也存在差异，因此，要贴合学生的实训需求来选择工业机器人，该实训平台最终选择ABB工业机器人负责物料的码垛与搬运工作。在PLC的选择中，市场中应用效果较好的有西门子、三菱以及东芝等品牌，在选择时也需要根据物料分拣实训台的流程与功能需求来考虑。本次设计的教学实训平台在端口处搭载了控制装置，并且保证控制信号装置的状态为开关量，进而将输出端与输入端的状态调整至最佳。所以，在对各型PLC装置的价格与性能等因素进行综合考虑后，选择FX2n-32MR的PLC作为实训平台的控制主机，该装置具有16个输出端与16个输入端，可以有效满足实训平台的功能需求。2.2 电动控制模块
在针对教学实训平台的电动控制环节进行设计时，电能的交换工作由强电电路负责，以为平台电路的稳定性提供保障，具体由接触器、熔断器、电动机以及热继电器等装置组成。平台电器元件的控制工作由控制电路装置负责，具体由接触器、开关以及热继电器组成。该实训平台的主电路情况如图3所示。
Y80M1-4，该电动机具有性价比高且轻便的优势，可以有效满足试验台的要求。FUI代表熔断器，当平台电流异常导致温度升高时，熔断器会自动断开，会对教学实训平台进行保护，以免其他装置受到短路问题的影响。本次设计采取双接触器模式，在一个接触器发生故障时，另一个接触器可以马上替代其进行工作，保证电动机的稳定状态[3-5]。2.3 气动控制模块
教学实训平台的气动装置主要由执行部件与控制装置组成，负责对气动装置进行控制的为五通电磁阀，该元件可以准确执行指令，并且经过过滤减压阀与手阀开关的传输，达到电磁阀组，以此来对各气动元件进行控制。气动控制装置作业原理如图4所示。
图4 气动控制装置作业原理
图3 教学实训平台主电路
为保证平台的稳定性与安全性，主电路需要具备良好的短路保护与过载保护功能。由于该实训平台需要在操作环节融合控制实验与机电传动，因此，选择的电动机型号为
在对教学实训平台的实际功能效果进行实验时，首先，
接通电源，通过异步电机为传输带提供转动力，当自动感应装置发现传输带上有物料时，便会开始运转；当物料运输到相应位置时，电容传感器会针对物料的性质进行检测，并将信息传输至PLC控制器中，电子阀会根据指令执行推料工作。其次，当运动幅度达到限位器位置时，电磁换向阀会恢复到原来的位置，使推料缸回到原位，便完成了一次推料作业。指定颜色材料与金属材料装置的运作规律也是一样。2.4 教学实训平台的软件设计
在启动平台后，X000功能便会被激活，此时急停功能X001与停止功能X002都处于非作业状态，保证3个气缸的位置处于回位限位状态，也就是X011，X012，X013保持正常的运行状态，同时，还要保证热继电器FR2正常，如果传送带不运作，则说明存在故障情况。物料分拣实训平台的顺序功能如图5所示。
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图5 物料分拣实训平台顺序功能
当实训平台装置正常运行时，需要传感器。PLC装置与
物料分拣装置相互配合，根据物料性质选择合适的推料方式，当装置接到相应的命令，便会开展推料工作。具体流程：将物料推送至下料槽区域，最终传送到1号仓库；如果物料的性质为指定的颜色物料，则指定颜色物料推料装置便会接到相应的命令，开展推料工作。具体流程：将物料推送至滑槽，并且传动到2号仓库；如果物料的性质为金属时，则金属推料装置则会接到相应的命令，将物料推送至滑槽处以及3号仓库。当平台分拣过程中出现问题，需要及时进行急停，停止传送带的运作，在此过程中还要防止物料被抛出。
3 实验设计
根据物料分拣教学实训平台的构成与特点，可以设计以下教学实验。
（1）重点针对教学实训平台的电容感应器进行实验，可以根据各类材质的物料进行，能够判定出平台的系统识别能力，让学生了解到传感技术的应用原理，以进一步深化对传感器相关知识的理解。
（2）针对物料分拣平台的机电传动装置进行实验，根据平台的实际运行情况绘制相关的作业图，以帮助学生在实践中夯实理论基础。
（3）针对物料分拣平台的气动控制装置进行实验，通过对运行状态下气动控制元件的作业形式进行观察，来认识常用的气动元件，熟悉每一种气动元件所具备的功能与优势，以帮助学生明确了解气动控制装置的执行流程。
（4）针对物料分拣平台进行PLC编程实验，使用编程软件对实验平台的控制程序进行编辑，来实现对试验台的运作方式与节奏进行控制，对当前的分拣模式进行调整优化，以提升学生的编程经验，锻炼学生编译能力与逻辑思维。4 结语
为满足学生实训环节的多元化需求，本研究将PLC与机器人控制等现代化技术相结合，设计出物料分拣教学实训平台，在实践应用中具备以下优势：（1）融合机电控制与传动技术、传感器技术、组态交互技术、液压气动技术以及PLC自动控制技术，可以有效满足高职院校学生的综合性教学任务。（2）集多功能于一身，可以解决传统教学平台的功能单一问题，为多学科提供多元化教学服务，使平台的应用效果更强。（3）嵌入了现代技术，在实际操作中可进行按钮与触摸的双通道控制，体现出平台的创新性与先进性，有效促进了高职院校学生综合能力的提升。
[参考文献]
[1]李基有，傅沈文.基于PLC控制的多传感器物料自动分拣系统设计[J].广东农工商职业技术学院学报，2016（2）：59-62.[2]殷美琳，徐云蛟，崔岩.基于PLC的物料分拣传送控制系统的设计与实现[J].电脑知识与技术（学术版），2019（5）：276-277.[3]孔令超.基于PLC的物料分拣机械手控制系统设计[J].江西电力职业技术学院学报，2019（5）：233-234.[4]熊征伟，章鸿.一种基于PLC的多功能智能分拣机自动控制系统设计与应用[J].机械与电子，2019（5）：78-79.[5]刘勇.浅析基于S7-200PLC的材料分拣设备的硬件配置概述[J].科技尚品，2016（4）：134-136.
Design of material sorting teaching training platform based on industrial robot and PLC
Wang Dezhang
（Xinjiang Industry Technical College, Urumqi 830021, China）
Based on PLC and industrial robot technology, this paper studies and designs the teaching and training platform of material Abstract：
sorting. Firstly, the whole structure and working process of the teaching and training platform are described. Secondly, the hardware and software of the teaching and training platform are designed, including industrial robot and PLC module, electric control module, pneumatic control module and software control module. Finally, the experimental design is put forward around the teaching and training platform. The training platform is practical, can promote the smooth development of teaching courses, and play an effective role in promoting the comprehensive training ability of students.
industrial robot; programmable logic controller; material sorting; trainingKey words：
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