彭一航，陳 思，黃遠(yuǎn)民

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528137）

PLC和觸摸屏技術(shù)在產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)中的應(yīng)用*

彭一航，陳 思，黃遠(yuǎn)民

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528137）

采用西門子PLC技術(shù)，配合使用觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)分裝：通過上料裝置將產(chǎn)品傳送到傳送帶上，在傳輸過程中通過傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)不同產(chǎn)品的顏色及材質(zhì)的辨別，在傳送帶終端機(jī)械手將產(chǎn)品抓取到運(yùn)料小車上，根據(jù)傳感器辨別結(jié)果，運(yùn)料小車將運(yùn)行到不同的用于存儲(chǔ)產(chǎn)品的工位上，將產(chǎn)品打出。實(shí)踐表明，該自動(dòng)分裝系統(tǒng)運(yùn)行可靠，分裝誤差率低，由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到了顯著提高，具有一定的實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。

PLC；觸摸屏；傳感器；機(jī)械手

隨著社會(huì)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇，自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展水平往往成為決定企業(yè)是否能在競(jìng)爭(zhēng)中取勝的關(guān)鍵因素之一。產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)，取代了傳統(tǒng)的人工分裝和機(jī)械分裝，提高了企業(yè)的生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本的投入。本文應(yīng)用PLC技術(shù)和觸摸屏技術(shù)，針對(duì)不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)了分裝系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)連續(xù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分裝[1]

1 分裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)主要由物料的上料單元、輸送檢測(cè)單元、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)抓取單元、物料傳送存儲(chǔ)單元、觸摸屏操作單元等組成，如圖1所示。

首先，物料的上料單元結(jié)構(gòu)主要由推料氣缸、井式儲(chǔ)料庫(kù)、（光電、磁性）傳感器、安裝支架等組成。其主要功能是完成將儲(chǔ)料庫(kù)內(nèi)的物料推送至傳送帶上。

輸送檢測(cè)單元由三相異步電動(dòng)機(jī)、編碼器、（色標(biāo)、電感及電容）傳感器、傳送帶等組成。主要完成將上料單元推出的物料進(jìn)行識(shí)別并輸送至皮帶輸送線末端。

機(jī)械手搬運(yùn)單元由氣動(dòng)手爪、導(dǎo)桿氣缸、磁性傳感器、旋轉(zhuǎn)氣缸等組成。主要完成將皮帶輸送線末端的物料搬運(yùn)至運(yùn)料小車上[2]。

物料傳送倉(cāng)儲(chǔ)單元由步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、推料氣缸、磁性傳感器、運(yùn)料小車、貨臺(tái)等組成。主要完成將不同的物料分揀至不同的貨臺(tái)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

觸摸屏單元由步科觸摸屏組成。主要完成對(duì)系統(tǒng)的復(fù)位、啟動(dòng)、停止控制，并統(tǒng)計(jì)物料個(gè)數(shù)。

2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)啟動(dòng)前，先按“復(fù)位”按鈕，待系統(tǒng)回至原位，按下“啟動(dòng)”按鈕，推料氣缸將井式工件庫(kù)的物料推送至皮帶輸送線上，皮帶輸送線把物料運(yùn)送至皮帶輸送線末端并通過傳感器完成對(duì)物料的識(shí)別，機(jī)械手把皮帶輸送線末端的物料搬運(yùn)至運(yùn)料小車上，運(yùn)料小車根據(jù)皮帶輸送檢測(cè)單元檢測(cè)到的物料識(shí)別信息，把物料運(yùn)送至相應(yīng)的貨臺(tái)位置，然后推料氣缸把物料推到貨臺(tái)上。整個(gè)工作流程通過觸摸屏顯示或操作。

3 主要硬件的選用

基于西門子PLC和觸摸屏的產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)的硬件主要由西門子PLC控制模塊、變頻器模塊（MM420）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、觸摸屏模塊（MT4300C）等組成。

3.1 西門子PLC控制模塊[3-4]

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)線的控制要求，本文自動(dòng)分裝系統(tǒng)的控制單元選用西門子CPU226CN PLC作為控制器，該LC控制模塊能夠滿足系統(tǒng)需要的I/O點(diǎn)數(shù)，且具有PTO脈沖串輸出功能，可以完成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。圖2所示為西門子PLC和觸摸屏的物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)外部接線圖。

3.2 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊[5]

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊主要包括步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。選用型號(hào)為42J1834-810的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，其步距角為1.8°。通過Q0.0發(fā)射的脈沖個(gè)數(shù)和頻率來控制步進(jìn)電機(jī)，從而調(diào)整運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)的距離和速度。用Q0.1來控制運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)方向。

選用Microstep Driver的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，型號(hào)為M415B。該驅(qū)動(dòng)器提供了6個(gè)撥碼開關(guān)，用于設(shè)置電流級(jí)細(xì)分。SW1～SW3用于設(shè)置電流，SW4～SW6用于設(shè)置細(xì)分，其電流及細(xì)分設(shè)置如表1。

圖2 物料自動(dòng)分揀系統(tǒng)外部接線圖

表1 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電流及細(xì)分設(shè)置

3.3 變頻模塊

本文選用西門子公司的MM420變頻器，達(dá)到實(shí)現(xiàn)調(diào)速和節(jié)能的目的。當(dāng)位于儲(chǔ)料庫(kù)的下方的光電傳感器檢測(cè)到物料時(shí)，推料氣缸動(dòng)作，變頻器接受PLC發(fā)出的啟動(dòng)信號(hào)，以30 Hz頻率工作，三相交流異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，從而帶動(dòng)傳送帶運(yùn)送物料。當(dāng)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有物料經(jīng)過時(shí)，把檢測(cè)的信號(hào)傳給PLC，由PLC進(jìn)行物料的判別。對(duì)MM420的變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如表2所示。

表2 MM 420變頻器主要參數(shù)設(shè)置

3.4 觸摸屏模塊

選用步科公司的MT4300C觸摸屏。在觸摸屏上設(shè)置“復(fù)位”、“啟動(dòng)”、“停止”按鈕，用于代替實(shí)體按鍵，并可對(duì)搬運(yùn)的物料個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。觸摸屏界面如圖3所示。

圖3 觸摸屏界面

4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，完成產(chǎn)品自動(dòng)分裝系統(tǒng)的控制程序設(shè)計(jì)，主要包括推料、輸送檢測(cè)、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)抓放料及存儲(chǔ)程序段。存儲(chǔ)程序段主要包括分裝程序段、Q0.0輸出脈沖子程序及停止輸出脈沖子程序，即為本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，下面著重圍繞該程序段進(jìn)行討論其程序設(shè)計(jì)。

4.1 分裝程序設(shè)計(jì)

通過控制Q0.0的脈沖個(gè)數(shù)即可控制運(yùn)料小車運(yùn)行的距離，在編程的時(shí)候只要對(duì)應(yīng)的貨臺(tái)設(shè)置對(duì)應(yīng)的脈沖個(gè)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)料小車精確控制。

因本系統(tǒng)使用的步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分的設(shè)置為8，則步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖個(gè)數(shù)為360/(1.8/8)=1 600。步進(jìn)電機(jī)的主動(dòng)軸的周長(zhǎng)為94 mm，即：

當(dāng)運(yùn)料小車運(yùn)行至指點(diǎn)位置后，通過SM66.7（Q0.0的PTO狀態(tài)位）判斷運(yùn)料小車是否運(yùn)行到位。到位后，推料氣缸推料。推完料后回到步進(jìn)原點(diǎn)。

4.2 啟動(dòng)與停止Q0.0輸出脈沖子程序設(shè)計(jì)

通過PTO編程，定義輸出脈沖，運(yùn)用脈沖輸出指令PLS，可讓Q0.0輸出脈沖串，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，從而完成運(yùn)料小車運(yùn)動(dòng)。

設(shè)置PTO控制字SM67為16#00，執(zhí)行PLS指令，停止Q0.0輸出脈沖信號(hào)，即終止步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用西門子PLC技術(shù)，配合使用觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)分裝。詳細(xì)介紹了自動(dòng)分裝系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主要硬件的選用和系統(tǒng)主要程序設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明，該自動(dòng)分裝系統(tǒng)運(yùn)行可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同顏色和不同材質(zhì)產(chǎn)品的辨別，分裝誤差率低，由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，勞動(dòng)生產(chǎn)率得到了顯著提高，具有一定的實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值。

［1］李庭貴.基于西門子PLC和變頻器的物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2013（6）：93-96.

［2］于昊.PLC在材料自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤炭技術(shù)，2011，34（12）：31-32.

［3］彭一航.基于西門子PLC技術(shù)的機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.價(jià)值工程，2014（21）：51-52.

［4］陽勝峰，吳志敏.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應(yīng)用教程：第二版［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2013.

［5］羅庚興，寧玉珊.基于PLC的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2007，36（10）：66-67.

PLC and Touch Screen Technology in the Products Automatic Loading System

PENG Yi-hang，CHEN Si，HUANG Yuan-min
（Foshan Polytechnic，F(xiàn)oshan528137，China）

Using the technology of Siemens PLC，and with the use of touch screen for manual or automatic control to realize automatic of packaging products.Products will be sent to the conveyor belt through the feeding device，in the process of transmission through the sensor to realize the products of different color and texture discrimination，in the terminal of the conveyor belt mainpulator products will be crawling into the carriage，according to the sensor identification results，material transport trolley will run to a different station for storage products will be made.Practice shows that，the automatic loading system is reliable，the loading error rate is low，due to the realization of automation，reduce the labor intensity of workers，labor productivity has been greatly improved，has certain practical reference value.

PLC；touch screen；sensor；mainpulator

TP27

A

1009－9492(2015)10－0080－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.020

彭一航，男，1985年生，山東菏澤人，碩士。研究領(lǐng)域：電氣自動(dòng)化技術(shù)。已發(fā)表論文5篇。

(編輯：向 飛)

*院級(jí)教學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目（編號(hào)：2013JG-021）

2015－04－01