基于PLC的物料分拣系统设计.docx

基于PLC的物料分拣系统设计刘旺才吴强夏令史艳施国文[摘要]PLC作为一种智能化、可靠性强的工业控制设备，在自动控制领域得到了广泛的应用。以自动供料单元、电操作手提取单元、工件检测单元、成品分装单元四个MPS为载体，介绍了基于三菱PLC的自动分拣单元的设计。自动分拣线四个单元间需协调工作，以供料单元为主站，采用N∶N网络通信方式完成各单元之间的通信。同时，各单元的实时运行情况通过触摸屏进行监控，以达到实时掌握自动线运行状况的目的。[关键词]PLC;自动分拣;N∶N网络通信;触摸屏[中图分类号]TP273[文献标志码]A[文章编号]2096-0603（2019）33-0104-04一、引言自动化是指机器设备、系统或过程在没有人或者较少人的直接参与下，按照人设定的工艺要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现预期的目标的过程。由自动供料单元、提取单元和检测单元及成品分拣单元组成的自动化分拣系统，解决了人类简单而重复、单调的操作。系统配以触摸屏单元，可以实时监控自动线的运行情况。本设计采用工业级器件和机电一体化专业技术标准设计，不仅可以做自动线使用，也可以对企业一线工程技术人员进行技能培训，具有较大的现实意义。二、物料分拣系统硬件设计（一）系统的整体设计本系统由4个MPS（模块化生产单元）组成，分别是：自动供料单元、检测单元、电操作手单元和成品分拣单元。为实现系统的柔性化生产和组合的灵活性，它们均被统一安装在MPS单元小车上，底车紧凑，可移动。工作单元可以方便地安装到底车上。底车侧面和背面相应的通孔用于有序的电缆布置。因底车结构对称，两侧都提供了操作面板、间隔板和抽屉的安装可能。在系统上电各MPS都初始化完毕后，一旦供料站单元对射式传感器检测到有物料，物料被自动推出，检测站对物料进行填充或正反检测，检测完毕后由电操作手单元进行处理或直接送往成品分装单元进行整理分类。其整体结构如图1所示。（二）系统硬件设计本系统硬件部分包含PC机、PLC、传感器、电磁阀、执行气缸、直流电机及触摸屏。其控制关系如图2所示。本系统各MPS上的传感器，根据其检测对象属性的不同，选用了多种类型的传感器。颜色辨别采用漫反射光电传感器，它利用物体表面对光线反射作用来感应物体，可检测所有材质的物体，可通过调节灵敏度开关来检测不同颜色物体。金属材质物料检测采用电感式接近开关，即霍尔传感器，检测距离一般在8mm以内，只能感应金属物料。电感传感器是依据电涡流的原理工作，对金属材料可以吸收振荡，然后输出信号。磁性感应开关用于检测气缸活塞杆位置，用于判断气缸伸缩是否到位。所有传感器均采用PNP型。根据MPS上的传感器类型及执行机构的额定电压、各单元上输入、输出的总点数，在PLC选型时，选择可以自由配置源型或漏型输入的、由Mitsubishi公司生产的FX3U-32M型PLC。同时检测单元由于需要检测物料的高度，故还需配备模拟量点数不少于2AI和1AO的模拟量模块。在进行MPS控制板制作时，需对PLC电源电路进行保护设计。由于MPS上与控制板及控制面板相连接的接口为简便的即插即学智能化C接口，因此在进行控制板设计时，要通过数字量交叉电缆（两端都配有Syslink插头）与工作站进行连接。本设计用于控制气缸的控制阀采用FESTO公司生产的阀岛（ValveIsland）。阀岛集电气系统、气动系统于一体，功能集成，结构紧凑，可独立安装，使用灵活。阀岛对工作气源的要求较高，如气源过脏，阀岛内的阀片容易积累杂质，影响阀片工作，导致阀片损坏。同时，阀岛的电、气分离设计又使得阀岛便于维修。为了便于测试系统在安装完成后接线是否正确，本设计中引入了数字、模拟量仿真盒。仿真盒有一个SysLink插座，可与PLC控制板连接控制工作过程，同时仿真盒还可以模拟和显示模拟量信号（0-10V）。三、物料分拣系统软件设计（一）系统功能设计系統由多个MPS组成，因此在设计系统功能时，除了多个MPS之间的自动运行模式，还为每个MPS单独设定了手动模式，通过控制面板上的钥匙开关进行各MPS模式切换。手动模式下，各站可以进行各自调试，如通过仿真盒与MPS的连接测试I/O点是否连接正确、模拟量是否正确输出、各传感器及限位开关是否到位。自动模式下，整套系统自动运行，由供料单元提供工件，检测单元进行工件高度检测、电操作手单元挑出不符合要求的工件，并将之置于斜槽中，符合要求的工件进入分装单元，分装单元对工件的材质、颜色进行检测并分别存储至不同滑槽。MPS控制面板及系统整体工作流程如图3、4所示。（二）关键站软件流程设计及技术分析本设计中检测单元测量功能是将工件从工序上取出，以将其放到测量台上，测其高度。传送带将这些工件传送到转动提升模块处。通过一个提升摆动动作，该工件被放置在反射光传感器下，之后工件返回工序中。根