基于PLC的塑料瓶分类控制系统

中图分类号：TM921文献标识码： A

摘要：介绍了一种基于西门子S2-700 PLC控制器，采用分流、传感、光谱分析等方法实现的塑料瓶分类控制系统。阐述了整个控制系统的工作方式及其实际中遇到的具体困难的解决方法、通过实际分析表明，采用这种系统分类塑料瓶的方法是环保可行的。

引言

塑料瓶分类控制系统是目前在工业塑料分类应用十分普遍的控制系统，在废旧塑料目前还很少被循环使用的情况下，很有必要对它们属于哪种聚合物进行分类。手工分类劳动强大大且费用高，而且对劳动人员的身体伤害程度又大。随着人力物力的紧张趋势，传统的方法必定要遭到淘汰。本文就是在这样的情况下，提出对传统塑料瓶分类设备的改进措施。

该系统主要采用一台西门子PLC作为主控制器，若干个伺服驱动器、伺服电机、模拟模块集于一体的智能塑料瓶分类系统，分为自动模式和手动模式。

1、塑料分类控制系统

系统结构

该系统主要包括分流设备、传输设备、检测设备、输出设备。

1.1分流设备

分流设备主要是由传输带和分解设备组成，传输设备因其分流量大，考虑到电源功率的问题，采用恒定速度传送，传输带要尽量多设置分流机构，以保证塑料瓶最终可以一个接一个到达传输设备，而不是一起到达传输设备，分流传输带分流形式一般根据实际设备的外观情况设置为两种类型，如下图，方框指的是传输带，而且标明有传输带的传输方向，图2的黑色挡板把传输带的塑料瓶分成两路，图3黑色挡板把传输带的塑料瓶分成三路黑色挡板左低右高，以保证三个方向都能分流到塑料瓶，其中从右向左的传输带在空间上处于从左向右传输带的下方。

1.2传输设备

传输设备在本系统有两层，可以根据供应塑料瓶的实际情况增加或减少，可以手动也可以自动。在总的系统结构中，每一层都会有两对光纤传感器，光纤传感器的特点是灵敏度高，准确度强，性能稳定，受环境影响小，非常适合本系统比较恶劣的环境，本系统采用的欧姆龙数显光纤传感器，使用前应根据实际情况调节以保证系统能够准确识别塑料瓶到达的位置，传输设备的最终目的是让塑料瓶能够按照等间距的形式输送给检测设备。

传输的过程中会遇到一般的问题，比如两个塑料瓶距离太近，或者距离太远，针对这样的情况，本系统也给出了相应的措施，即使用软件和硬件相结合的方式来操作。

在总系统传输设备中，灰色背景表示的是传输带，分别由伺服电机进行控制，下面针对刚才提出的两种情况进行解决，其中只以一条传输带来说明，两条传输带或者两条以上的方法类似。

当两个塑料瓶距离太近的时候，如图4所示，塑料瓶A遇到光纤传感器①时，由于在前进方向没有塑料瓶继续前进，在塑料瓶A没有走完传输带2时，这个时候传输带停止运行，塑料瓶B是不能继续前进的，以保持塑料瓶最终到达检测设备的距离，当塑料瓶A走到传感器②的时候，继续前进，同时传输带1启动，以此就能保证塑料瓶之间的距离。

当两个塑料瓶距离太远的时候，塑料瓶A传输到光纤传感器②时，塑料瓶B此时还没有到达光纤传感器①，这时，传输带2停止运行，等待直到塑料瓶B到达光纤传感器①再次启动，此种情况也保证了塑料瓶之间的距离。

两层同时启动时，还需要在软件上实现传输设备的输出控制，因为同一时间运行一个传输带输出瓶子。

1.3检测设备

检测环节是本系统技术最难实现的环节，本系统采用激光诱导击穿光谱法，基本的塑料完全可以用此方法分类，数据量处理大，需要高速的计算机来在短时间内识别一种材质的塑料瓶。

传输设备传输来的塑料瓶是等间距的，因此在检测软件程序实现上相对容易了很多，只需要根据塑料瓶的间距和传输带的速度就可以计算出检测设备每次识别塑料瓶的指令周期。

当使用两条或者两条以上的传输设备的时候，在软件上要保证这若干条传输设备输出塑料瓶的顺序，保证塑料瓶的等间距。

1.4输出设备

输出设备由伺服电机和PLC控制系统组成。检测设备鉴别到什么类型的塑料瓶，系统就会给西门子PLC处理器发送一个指令，让处理器等待相应的时间，然后去执行相应的伺服电机，从而能够准确的把不同的材质输送到不同的地方。

2、塑料分类控制系统的硬件配置和软件设计

2.1 硬件配置

系统采用西门子S7-200PLC作为下位机采集现场的书籍，使用modbus作为通讯模块，模拟量输入模块选用EM231，伺服电机选用台达品牌，整个系统用触摸屏控制，采用组态软件编写相应的界面程序，实际中系统要达到保护措施，必须加以很多的保护电路，功率问题也是一个必须要考虑的重要环节。

2.2 软件设计

软件设计主要设计到传输设备的塑料瓶距离处理问题，检测设备反馈到处理器的数据，输出设备及时处理所识别到的塑料瓶到对应的位置，系统的控制流程图如下：

3、结束语

通过利用S7-200PLC和组态WINCC对塑料瓶分类控制系统进行控制，提高了塑料瓶分类的效率，降低了分类成本。设计的传输带应用方法不仅解决了所遇到的问题，而且极大的改善了系统控制的精度。在传输设备可以根据工作量增加传输带设备，相应的需要在硬件和软件都要进一步地修改，实际情况还要受限于分流设备和检测设备的相互影响，增加的传输带条数要以整个系统稳定为前提。目前，该系统已经应用于番禺某公司，系统运行稳定，每天分类塑料瓶可以达到20吨。

参考文献：

[1]刘凯. 激光诱导击穿光谱在塑料分类中的应用. 2011 光谱学与光谱分析

[2]蔡小亮，罗益民，孙峰. 基于PLC和WINCC的智能双腔监测换热器. 2011. 化工自动化及仪表

[3]廖常初.PLC编程及应用（第3版）2008. 机械工业出版社

[4]梁宇峰，罗益民，张媛媛. 基于S7-300PLC的循环水站控制系统. 2014. 仪表技术与传感器