基于MCGS和PLC的物料分揀監(jiān)控系統(tǒng)

范昭君

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，陜西 西安 710300）

基于MCGS和PLC的物料分揀監(jiān)控系統(tǒng)

范昭君

（陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，陜西 西安 710300）

針對物料分揀系統(tǒng)的控制要求，采用西門子S7-200PLC、變頻器和人機界面實現(xiàn)物料分揀系統(tǒng)的全自動監(jiān)控。經(jīng)過對物料分揀系統(tǒng)的實驗測試，證明該系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性和實時性，能夠滿足監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

物料分揀系統(tǒng)；S7-200PLC；人機界面

隨著工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器（PLC）、變頻器和人機界面越來越廣泛的應用于自動生產(chǎn)線上，如汽車裝配、零件加工生產(chǎn)、化工生產(chǎn)等領(lǐng)域。其中，物料分揀系統(tǒng)是自動生產(chǎn)線上的一道重要的工序，其主要任務是對不同類型的物料或者工件分類統(tǒng)計。

本文主要利用亞龍YL335B自動生產(chǎn)線物料分揀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，搭配光電傳感器、金屬傳感器和光纖傳感器，編寫PLC程序，實現(xiàn)物料分揀系統(tǒng)對白色工件、黑色工件和金屬工件的自動分揀功能。在整個控制過程中，通過PLC與人機界面的通信功能，在人機界面上直接控制分揀單元的啟動和停止，并將工作狀態(tài)信息顯示到觸摸屏上，同時還可以實現(xiàn)變頻器頻率的給定和對不同工件的計數(shù)及工件的清零功能。

1 物料分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 物料分揀單元的結(jié)構(gòu)

物料分揀系統(tǒng)工作目標是完成對已加工的白色塑料工件、黑色塑料工件和金屬工件的分揀，其主要組成包括：傳送機構(gòu)、分揀機構(gòu)、變頻器、傳感器模塊（金屬傳感器、光纖傳感器和光電傳感器）、傳動帶驅(qū)動機構(gòu)、電磁閥組、PLC模塊、接線端口、按鈕/指示燈模塊及底板等。分揀控制系統(tǒng)的機械組成如圖1所示。

圖1 分揀控制系統(tǒng)的機械組成

1.2 物料分揀系統(tǒng)的工作任務

1.2.1 物料分揀單元PLC主要工作任務

物料分揀單元的PLC主要工作任務如下所示：

（1）在確保氣源接通和設(shè)備上電的情況下，如果物料分揀系統(tǒng)的三個推料氣缸均處于縮回位置，則表示設(shè)備已經(jīng)準備就緒，“正常工作指示燈”常亮。

（2）如果設(shè)備已經(jīng)準備就緒，此時按下啟動按鈕，“設(shè)備運行指示燈”常亮，系統(tǒng)正常啟動。當入料口光電傳感器檢測到有工件時，變頻器立即啟動，驅(qū)動電動機以選定頻率的速度（頻率：30Hz～50Hz），將工件傳送到分揀區(qū)。如果工件是金屬工件，則該工件被傳送到1號滑槽中間，并被推桿1推入1號槽中，金屬工件的個數(shù)加1，并在觸摸屏上顯示；白色塑料工件和黑色塑料工件分別推入2號槽和3號槽中，原理與金屬工件相同。

（3）在物料分揀系統(tǒng)運行的過程當中，若按下停止按鈕，該系統(tǒng)在運行完本工作周期后停止運行。

1.2.2 物料分揀系統(tǒng)人機界面包含內(nèi)容

物料分揀系統(tǒng)人機界面的包含的內(nèi)容如下：

（1）狀態(tài)指示燈：正常工作指示燈、設(shè)備運行指示燈及單機/全線指示；

（2）按鈕：清零累計按鈕、啟動及停止按鈕；

（3）切換旋鈕：單機/全線切換旋鈕；

（4）數(shù)據(jù)輸入：變頻器頻率的設(shè)置（30Hz～50Hz）；

（5）數(shù)據(jù)輸出的顯示：白色塑料工件的累計、黑色塑料工件的累計及金屬工件的累計。

1.3 物料分揀單元的I/O分配

物料分揀系統(tǒng)變頻器的頻率由人機界面給定，該頻率是一個隨機數(shù)，需由PLC通過D/A變換方式向變頻器輸入模擬量的頻率指令，用以實現(xiàn)電機速

表1 分揀單元PLC的I/O信號表

1.4 物料分揀系統(tǒng)的順序流程圖

物料分揀系統(tǒng)的工作目標是完成白色塑料工件、黑色塑料工件和金屬工件的分類統(tǒng)計，其主要編程思路如下所示：

（1）程序編寫中采用高速計數(shù)器，目的由其當前值HC0確定工件的具體位置，與存儲在指定變量存儲器的特定位置數(shù)據(jù)進行比較，用以確定程序的流向。其中特定位置數(shù)據(jù)包括以下四個：

一是，傳送帶進料口到金屬傳感器的脈沖數(shù)存儲于VD14中，數(shù)值為1 824；

二是，傳送帶進料口到推桿1的脈沖數(shù)存儲于VD18中，數(shù)值為2 600；

三是，傳送帶進料口到推桿2的脈沖數(shù)存儲于VD22中，數(shù)值為4 084；

四是，傳送帶進料口到推桿3的脈沖數(shù)存儲于VD26，數(shù)值為 5 444；

（2）根據(jù)金屬傳感器和光纖傳感器的狀態(tài)，判斷工件的具體屬性，用以確定程序的流向；

（3）根據(jù)分揀的任務要求和工件的具體屬性，使得相應的推料氣缸動作，把工件送入相應的滑槽并給工件計數(shù)。現(xiàn)給出物料分揀系統(tǒng)的順序流程圖，如圖2所示。

2 人機界面

2.1 TPC7062KS觸摸屏

物料分揀系統(tǒng)的人機界面選用昆侖通泰研發(fā)的人機界面TPC7062KS，它是一款在實時多任務嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE環(huán)境中運行，MCGS嵌入式組態(tài)軟件。TPC7062KS觸摸屏采用7英寸高亮度TFT液晶顯示屏，其分辨率為800×480，四線電阻式觸摸屏，觸摸屏的分辨率為1 024×1 024。

圖2 物料分揀系統(tǒng)的順序流程圖

2.2 TPC7062KS觸摸屏與S7-200PLC之間的通訊

作為專門工控軟件的MCGS組態(tài)軟件只有與相應硬件設(shè)備進行通信，才能實現(xiàn)其對物料分揀系統(tǒng)的監(jiān)控。實現(xiàn)MCGS組態(tài)軟件與S7-200PLC之間的通訊，首先必須設(shè)置好MCGS中所調(diào)用設(shè)備的屬性及完成各變量之間的連接。“通用串口設(shè)備”設(shè)置屬性如圖3所示。

圖3 通用串口設(shè)置界面

2.3 MCGS上位機監(jiān)控畫面的設(shè)計

MCGS監(jiān)控組態(tài)設(shè)計包含以下幾個方面的內(nèi)容：監(jiān)控界面設(shè)計、策略組態(tài)設(shè)計、定義數(shù)據(jù)變量、動畫連接。在設(shè)計時，首先建立一個新的工程，并將其命名為“物料分揀系統(tǒng)監(jiān)控界面”，然后利用MCGS組態(tài)軟件提供的元件庫和基本繪圖工具對“物料分揀系統(tǒng)監(jiān)控界面”進行組態(tài)設(shè)計，分揀系統(tǒng)監(jiān)控界面效果圖如圖4所示。

圖4 物料分揀系統(tǒng)監(jiān)控界面

MCGS監(jiān)控系統(tǒng)的核心是建立實時數(shù)據(jù)庫，實時數(shù)據(jù)庫是由數(shù)據(jù)變量組成的，物料分揀監(jiān)控系統(tǒng)所建立的數(shù)據(jù)變量分配表如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)變量分配表

3 結(jié)束語

本文介紹了物料分揀系統(tǒng)的組成和功能，根據(jù)其控制要求設(shè)計PLC控制程序，采用昆侖通泰研發(fā)的人機交互界面TPC7062KS，簡單直觀。實驗表明，結(jié)合PLC、變頻器和人機界面設(shè)計的物料分揀系統(tǒng)程序可讀性強、使用方面，觸摸屏界面友好，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，達到控制的要求。

[1]呂景泉.自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].北京:中國鐵道出版社，2009.

[2]廖常初.PLC編程及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2003.

[3]張文明，華祖銀.嵌入式組態(tài)控制技術(shù)[M].北京:中國鐵道出版社，2011.

[4]袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[5]趙全利，李會萍，賈 磊.S7-200 PLC基礎(chǔ)及應用[M].北京:機械工業(yè)出版社，2010.

[6]吳迎春，徐連強，張家驊.觸摸屏和PLC在物料分揀系統(tǒng)中的應用[J].機械制造與自動化，2012，42(02):171-173.

The MaterialSorting ControlSystem based on MCGS and PLC

FAN Zhao-jun
(Shaanxi Institute of Technology，Xi'an 710300，China)

A design of thematerial sorting system was presented in this paper,which based on S7-200PLC，Inverter and HMI.The laboratory test indicates that thismaterialsorting system can satisfy the requirementof the controlsystem and it is stable and reliable.

thematerialsorting controlsystem；S7-200PLC；HMI

TP273

B

1672-545X（2014）04-0101-03

2014-01-08

范昭君（1987—），女，助教，碩士，研究方向為智能機器人。度的連續(xù)調(diào)整。而S7-224 XPAC/DC/RLY主單元集成有2路模擬量輸入，1路模擬量輸出，有兩個RS-485通信口，可滿足D/A變換的編程要求，同時S7-224 XP共有10點繼電器輸出和14點輸入，可以滿足物料分揀系統(tǒng)的要求。物料分揀系統(tǒng)的I/O分配如表1所示。