基于PLC的物件分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊曉武 李干蓉 張葉茂 李勁松

（1.銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院工學(xué)院，貴州銅仁554300；2.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083；3.南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣西南寧530008）

0 引言

分揀系統(tǒng)是隨著工業(yè)發(fā)展而產(chǎn)生的，它經(jīng)歷了人工分揀、機(jī)械分揀和自動(dòng)分揀三個(gè)階段，不同的階段其性能不一樣[1]。為滿足高性能、高標(biāo)準(zhǔn)和高效率的物件分揀需求，本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC控制技術(shù)的分布式分揀系統(tǒng)。

1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

本物料分揀系統(tǒng)由控制設(shè)備、分類設(shè)備、輸送設(shè)備及分揀通道口四大部分構(gòu)成，如圖1所示。其中，控制設(shè)備的作用是判別、接收和處理分揀信號(hào)。分類設(shè)備的作用是根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示，當(dāng)具有相同分揀信號(hào)的商品經(jīng)過(guò)分類設(shè)備時(shí)，分類設(shè)備動(dòng)作，改變物件在輸送裝置上的運(yùn)行方向，使其進(jìn)入其他指定的輸送機(jī)或分揀通道口。輸送裝置的主要組成部分是傳送帶或輸送機(jī)，其功能是使待分揀物件通過(guò)控制裝置、分類裝置，并傳送至指定分揀通道口，使分好類的物件自動(dòng)滑入主輸送機(jī)（或主傳送帶），以便進(jìn)行后續(xù)作業(yè)[2-3]。分揀通道口是已分揀商品脫離主輸送機(jī)（或主傳送帶）進(jìn)入集貨區(qū)域的通道，一般由鋼帶、皮帶、滾筒等組成滑道[4]。

圖1 基于PLC的物料分揀系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)任務(wù)描述

啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，供物料源信號(hào)處接收到啟動(dòng)信號(hào)并開(kāi)始供料，通過(guò)傳送帶進(jìn)行傳送。傳送帶安裝有三種不同功能的壓力傳感器，分別為大壓力信號(hào)、中壓力信號(hào)和小壓力信號(hào)，根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的壓力值的大小可判別物料的大小，紅燈亮?xí)r表示大壓力信號(hào)，此時(shí)物料為大號(hào)物料，黃燈亮?xí)r則表示中號(hào)物料，綠燈亮?xí)r為小號(hào)物料，物料自動(dòng)進(jìn)入設(shè)定的目的地，實(shí)現(xiàn)物件的有效分揀及自動(dòng)控制。

3 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 PLC的I/O點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)配置

本文選擇西門(mén)子S7-300的緊湊型CPU312C，該CPU具有集成的數(shù)字量和模擬量I/O，滿足本控制系統(tǒng)的性能要求。三種不同物件大小的確認(rèn)實(shí)施過(guò)程為：采用常開(kāi)觸點(diǎn)I0.0辨別小壓力物件，小工件必然通過(guò)觸點(diǎn)I0.0；采用常開(kāi)觸點(diǎn)I0.1辨別中等壓力物件，但要避免小工件通過(guò)，使用常開(kāi)觸點(diǎn)I0.1與常閉I0.0觸點(diǎn)串接在梯形圖編程語(yǔ)言中來(lái)確認(rèn)中等壓力物件；使用常開(kāi)觸點(diǎn)I0.2與常閉I0.0觸點(diǎn)和I0.1串接在梯形圖編程語(yǔ)言中來(lái)辨別大壓力物件。

3.2 分揀系統(tǒng)順序功能圖的設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，基于PLC的物件分揀控制系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 分揀系統(tǒng)順序功能圖

其中，M0.0為初始化步，等待SM0.1上電運(yùn)行；以M0.0步為前提，與常開(kāi)觸點(diǎn)I1.0進(jìn)行串聯(lián)配置，其中，I1.0設(shè)置為控制系統(tǒng)的保護(hù)開(kāi)關(guān)，滿足條件時(shí)，進(jìn)入到步M0.1，此時(shí)機(jī)器人和主傳送帶同時(shí)運(yùn)行，以Q0.0觸點(diǎn)表示機(jī)器人將物件搬運(yùn)至用輸出觸點(diǎn)Q0.1來(lái)表示的傳送帶上，整個(gè)工作過(guò)程，主傳送帶始終處在運(yùn)行狀態(tài)，直至待分揀物件全部傳送完成；M0.2步為小壓力物件，這一步運(yùn)行的前提為上步M0.1與常開(kāi)觸點(diǎn)I0.0串接閉合，這步有兩個(gè)動(dòng)作——Q0.2為綠燈亮和傳送帶Q1.0運(yùn)行，通過(guò)傳感器觸點(diǎn)I1.1后傳送到小物件指定的分配位置；M0.3步為中等壓力物件，這一步運(yùn)行的前提為上步M0.1與常開(kāi)觸點(diǎn)I0.1和常閉觸點(diǎn)I0.0串接閉合，這步有兩個(gè)動(dòng)作——Q0.3為黃燈亮和傳送帶Q1.1運(yùn)行，通過(guò)傳感器觸點(diǎn)I1.2后傳送到指定的位置；M0.4步為大壓力物件，這一步運(yùn)行的前提為上步M0.1與常開(kāi)觸點(diǎn)I0.2和常閉觸點(diǎn)I0.1串接閉合，這步有兩個(gè)動(dòng)作——Q0.4為紅燈亮和傳送帶Q1.2運(yùn)行，通過(guò)傳感器觸點(diǎn)I1.3后傳送到指定的位置。用C0表示完成了一次物件的全部分揀，即任務(wù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，等待下一次上電運(yùn)行；否則，不斷實(shí)施循環(huán)分揀過(guò)程直至完成分揀任務(wù)為止。

3.3 分揀系統(tǒng)梯形圖的設(shè)計(jì)仿真

根據(jù)分揀系統(tǒng)順序功能圖，以啟、保、停三個(gè)基本功能電路為基礎(chǔ)將其轉(zhuǎn)換為梯形圖，如圖3所示，這里選擇了中等壓力物件實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)行程序轉(zhuǎn)換，其他步轉(zhuǎn)換過(guò)程相類似，這里就不再贅述。

圖3 中等壓力物件梯形圖編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)

仿真結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的正確性和穩(wěn)定性，能夠解決物件分揀系統(tǒng)中的連續(xù)批量分揀問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種利用PLC控制的物件分揀系統(tǒng)，可以持續(xù)、批量地分揀物件，該系統(tǒng)還可與其他設(shè)備有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)其他的任務(wù)，且設(shè)計(jì)方案具有一定的普適性和可修改性。