基于PLC控制的生產線自動分揀系統探討

摘要：PLC作為智能化、可靠性強的工業控制設備，在生產線控制中得到了廣泛應用。文章利用兩臺PLC主從站與變頻器、觸摸屏的數據交換通信，實現生產線物料自動分揀與姿勢調整的工作過程以及過程中的實時控制、模擬顯示、故障報警。

關鍵詞：PLC控制;自動分揀;變頻器;觸摸屏;分揀機械手 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP274 文章編號：1009-2374（2015）02-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0121

分揀系統最初一直采用人力分揀的方式，通過人工分揀、搬運工料完成工料的分類和提取，這種分揀方式效率低下，生產成本高，而且可靠性不高，無法滿足企業工件分揀對速度和準確性的要求。隨著社會的不斷發展與進步，市場競爭的逐步激烈，各個生產企業迫切提高生產技術和生產效率，自動分揀系統代替了人工分揀方式，在工業分揀作業中應用越來越廣泛。目前大多數的分揀系統采用繼電器進行控制，存在可靠性差、故障率高的缺陷，為了進一步改進生產線的自動分揀技術，實現智能化、數字化的作業要求，在原有自動分揀系統的基礎上，本文設計出一種采用PLC控制的自動分揀系統，對于實現生產線工料分揀的自動化、提高生產效率有著重要的意義。

1 自動分揀系統的總體構成

1.1 系統工藝流程

整個自動分揀系統主要包括以下四個功能：工料自動提取、自動檢測、工料分類和自動存入倉庫。對應自動分揀系統各功能的機械部分分別是：變頻調速的長距離傳送帶、傳感器檢測模塊、分揀機械手和貨物自動出庫部分。分揀過程如下：（1）分揀機械手提取從生產線傳送帶上送過來的工件;（2）檢測工件的類型并進行分類;（3）用分揀機械手將其擺放到對應的工件物料箱里。

1.2 各部分具體實現

待分揀的工件都存放于工件庫中，當工件需要進行分揀處理時，自動分揀系統會利用機械手將工件提取至傳送帶上，這就是上料。傳送帶將工件進行輸送的過程中，工件會經過一系列的傳感器，傳感器檢測到工件的屬性，比如顏色、材質、重量等需要分類的指標要求，并把相應的屬性信號傳給控制系統，為下一步分類提供依據，做好準備。根據傳感器傳出的屬性信號，利用機械手將工件分別運送到指定的存儲位置，實現分類入庫。

2 PLC控制系統的設計

基于PLC的生產線自動分揀系統可實現物料自動分揀與姿勢調整，整個工作過程中，都由控制系統進行實時控制、模擬顯示、故障報警等。

2.1 控制系統的硬件結構

在硬件結構上，控制系統由兩臺PLC主從站、變頻器、觸摸屏等構成。系統通訊的結構如圖1所示：

圖1

PLC主從站、變頻器以及觸摸屏之間有著密不可分的聯系，PLC主從站作為控制系統的核心，對整個自動分揀系統進行梯形圖編程主控，變頻器則是主要對傳送帶進行調速控制，觸摸屏則實現人機交互，通過觸摸控制對工件作業現場進行實時監控和相應動作。CPU模塊與現場輸入輸出元件和設備連接通過I/O模塊，即信號模塊完成，用戶可以根據輸入輸出設備選擇相應的I/O模塊。

2.2 控制系統的軟件設計

2.2.1 控制系統的大致流程如圖2所示。

2.2.2 控制系統的程序控制邏輯主要包括以下三種控制過程：

（1）傳送帶變頻調速控制。變頻器是以改變電機工作電源的頻率來控制交流電動機的電力控制設備，在此系統中用于調節傳送帶的速度。PLC的輸出端子為變頻器提供了多段運行的信號，即通過PLC控制變頻器的RL、RM、RH以及STF端子與SD端子的通斷。工件經過光電傳感器時，會被檢測到，傳送帶開始工作，電動機運行速度頻率為30Hz，經過5秒之后變為45Hz速度下運行，再經過5秒后轉為20Hz速度運行，如果在運行過程中按下停止按鈕，電動機會即刻停止運轉。

圖2

根據控制的要求進行變頻器的參數設定，變頻器除了設定基本參數外，還需要設定工作模式選擇和多段速設定等參數。

ALLC：1 " " "參數清零 " " " Pr79：6 " " "模式選擇

Pr117：2 " " 站號 " " " " " Pr118：192 " 通訊速率

Pr119：11 " "停止位長 " " " Pr120：2 " " 奇偶校驗

Pr121：9999 "通訊再試次數 " Pr122：9999 "通訊校驗時間間隔

Pr123：9999 "等待時間設定 " Pr124：1 " " CR，LF有/無選擇

Pr340：10 " 網絡運行模式 " "Pr549：0 " " 通信協議選擇

（2）工件自檢、分類控制。分揀機械手提取從生產線傳送帶上送過來的工件，然后經過各種傳感器（比如電容傳感器、顏色傳感器、備用電容傳感器等）進行檢測，將工件根據要求分類，并自動將工件信息存儲于處理器中，利于工件的下一步處理。檢測到姿勢不正確或者信息有誤的工件時，分揀機械手自動將其返回到傳送帶重新進行檢測，再次有誤則自動剔除，裝載進特定的貨物箱內。

（3）自動入庫控制。工件進行分類完畢之后，經傳感器檢測到工件，進行分裝入庫。入庫時應注意：應該對應空層入庫，若該層非空，則庫自動旋轉直至出現空層再將工件入庫;入庫的貨物應該與該庫的屬性相對應，保證正確入庫，避免出現不對應的錯誤;工件入庫時，當庫旋轉的方向與層定位一致時不再旋轉，以防止硬件發生沖突。

3 結語

基于PLC的生產線自動分揀系統不僅能夠實現生產工件的自動分揀并分類入庫的目的，同時可以降低成本，提高生產效率和可靠性，也大大減少故障發生率，適用于完成生產線自動分揀作業。相信隨著科技的不斷進步，此項研究會得到進一步完善和發展。

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作者簡介：鄭瀚炤（1981-），男，廣東珠海人，珠海市技師學院一級實習指導教師，研究方向：電氣自動化技術。

（責任編輯：秦遜玉）