機床零件自動分揀配送控制系統研究

關桂齊 楊松山 劉國梁 高陽

本文針對重型機床廠機床零件自動分揀配送控制系統進行了深入的研究。本系統采用SICK激光條碼與PLC可編程控制器相結合組成自動分揀配送系統。通過對零件條碼進行掃描檢測，S7-300將該條碼信息讀取到SFC14，再通過SFC15發送至S7-200，系統可完成零件對不同車間、不同機床的自動分揀與配送。該自動分揀控制系統能夠實現零件從倉庫與機床間快速、準確的分揀與配送全過程，可提高機床制造廠生產效率和管理水平。

機械零件自動分揀配送系統是重型機床制造廠現代化水平的重要標志，其自動化程度的高低會影響機床廠的生產效率和管理水平。過去一直沿用的人工手推加天吊才能將零件從庫中運到機床附近，這種做法工作效率低，勞動強度大，存在安全隱患。機床零件自動分揀配送系統的分揀、配送主要由人工來完成，工作效率較低，尚存在安全隱患。針對機床制造廠存在的上述問題，我們提出了機床零件自動分揀配送控制系統，該自動分揀配送控制系統能夠實現零件從倉庫與機床間快速、準確的分揀與配送全過程。該系統由可編程序控制器PLCS7-200/300、CMF400-CLV420激光條碼及ProfiBUS-DP現場總線控制系統組成，并對該控制系統進行了實驗研究，同時取得了階段性成果。

一、系統構成與工作原理

（一）、自動化系統組成

自動分揀配送控制系統包括倉儲單元、傳送單元、分揀單元、出庫單元、分揀單元以及控制裝置，自動分揀配送控制系統組成如圖1所示[1]。

（二）、控制系統

控制系統由可編程程序控制器S7-200/300、SICK通訊卡CMF400、激光條碼CLV420及計算機組成，通過硬件組態設置EM277、CMF400屬性，將各參數正確調整后下載到S7-300中[2]，其中CMF地址為3，S7-200地址分別為35和45，Profibus-DP通訊控制系統如圖2所示。

控制系統工作原理。該系統通過S7-300接受SICK-CLV420激光條碼掃描信息，并對該信息進行分析判斷處理后，發送至S7-200，由S7-200執行相應的控制程序，并發出控制指令，控制相應的傳送帶與分揀機構按照要求進行運轉。

非零庫存運行過程。零件經光電傳感器檢測后，由主令開關向S7-200發出指令，S7-200執行程序驅動入庫滾針軌道，由SICK-CLV420條碼對商品進行入庫檢測，通過分揀裝置，將零件送入不同的螺旋存儲單元；當某臺機床需要零件時，工作人員就地發出指令，螺旋倉庫可自動將零件出庫；經過分揀控制，不同的零件再經過SICK-CLV420條碼機進行出庫檢測，SICK條碼機識別后，反饋給S7-300；S7-300判斷后將信息發送至分揀單元，再由S7-200執行分揀程序即可完成分揀動作。

零庫存運行過程。當機床需要零件量較大時，系統會選擇快速傳送通道，即零庫存傳送方式。該方式零件的運行將不需要通過倉儲單元，直接傳送到分揀軌道進行出庫檢測，這樣就可以快速的為車間提供所需零件，如圖3所示。

二、軟件設計

該系統的控制程序由S7-300主站程序，S7-200和SICK-CMF400從站程序組成。SICK-CLV420激光條碼作為檢測識別裝置，在ProfiBUS-DP通訊網絡中，S7-300完成整個系統的控制。

（一）自動出庫控制程序

在倉儲單元S7-200程序中，I0.1、I0.2為主令按鈕，用于對系統發出中斷請求指令；I0.3、I0.4、I0.5、I0.6為光電傳感器；Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3為傳送帶電機；Q0.4、Q0.5為指示燈；I0.0為急停按鈕。當系統運行時，指示燈被點亮，工作人員發出對某零件的中斷請求指令，該指令發送至S7-200后[3]，出庫電機開始運轉，將零件傳送至檢測軌道，位于檢測軌道上方的SICK-CLV420條碼被觸發，完成零件條碼識別，并將該信息傳遞至S7-300，出庫控制梯形圖程序如圖4所示，S7-300信息控制程序如圖5所示。

（二）自動分揀控制程序

在分揀單元S7-200程序中，I0.3、I0.4為光電傳感器；Q0.0、Q0.1為傳送電機；I0.2為急停按鈕。程序中通過計數器與定時器，S7-300以及SICK-CLV420條碼，可以實現對不同零件的準確分揀。當系統運行時，SICK激光條碼對零件的條碼進行識別后將信息發送至S7-300，S7-300通過程序判斷零件的類別后，再將指令發送給S7-200，S7-200接收到S7-300的指令后，按程序運行即可自動將零件按要求分揀，分揀控制部分程序如圖5所示[4]。

（三）ProfiBUS-DP通信程序

在SICK系統中進行CMF400-CLV420屬性設置[5]，對標準13位條碼進行參數設置，選定32位數據傳送格式；在S7-300中激活SFC14、SFC15功能塊，編寫如圖6所示通信程序，并將此程序下載S7-300中。

該實驗研究對ProfiBUS-DP現場總線通信技術進行了研究開發，并成功的將該技術應用于重型機床廠機床零件自動分揀配送控制。該系統利用可編程控制器與激光條碼相結合，實現了零件自動入庫、自動出庫和自動分揀。重力螺旋立體倉庫改變了傳統的設計理念，巧妙地利用了商品自身重力，實現了無動力出庫過程；分揀裝置很好的完成了商品的分揀過程，將復雜的動作過程變得簡單、快捷。由以上實驗研究結果表明：ProfiBUS-DP現場總線通信技術與SICK-CMF400-CLV420激光條碼技術相結合，該項技術可以推廣到機械制造、商品包裝、物流生產線等領域。

（作者單位：1.齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司中件事業部；2.東北石油大學機械科學與工程學院）

[1]李紹炎.自動機與自動線[M]，北京：清華大學出版社，2006

[2]胡仁喜，張紅松，劉昌麗.SolidWorks機械設計工程實踐[M]，北京：科學出版社，2007

[3]崔堅，李佳.西門子工業網絡通訊指南[M]，北京：機械工業出版社，2004

[4]高鴻斌，孔美靜，赫孟合.西門子PLC與工業控制網絡應用[M]，北京：電子工業出版社，2006

[5]德國SICK公司.CMF400-CLV420激光條碼手冊，網址：www.sick.net.cn.