分揀輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計

朱志林

（南寧冠領(lǐng)信息技術(shù)有限公司 530000）

摘要：隨著企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，立體倉庫己成為生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的一個重要且不可缺少的環(huán)節(jié)，分揀輸送機(jī)是其關(guān)鍵設(shè)備。因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其在需要進(jìn)行物料分揀的企業(yè)，以往一直采用人工分揀的方法，致使生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能力差，物料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對上述問題，利用PLC技術(shù)設(shè)計了一種成本低，效率高的物料自動分揀裝置，在物料分揀過程中取得了較好的控制效果。本文主要講述PLC在物料分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控制器（PLC），設(shè)計成本低、效率高的物料自動分揀裝置。以PLC為主控制器，結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù)，現(xiàn)場控制產(chǎn)品的自動分揀。

關(guān)鍵詞：自動化立體倉庫；分揀輸送機(jī)；PLC

自動化立體倉庫是現(xiàn)代物流系統(tǒng)中迅速發(fā)展的一個重要組成部分， 它具有節(jié)約用地、減輕勞動強(qiáng)度、消除差錯、提高倉儲自動化及管理水平、提高管理和操作人員素質(zhì)、降低儲運(yùn)損耗、有效地減少流動資金的積壓、提高物流效率等諸多優(yōu)點(diǎn)。與廠級計算機(jī)管理信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，以及與生產(chǎn)線緊密相連的自動化立體倉庫，更是當(dāng)今計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，及制造系統(tǒng)必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著物流大環(huán)境的逐步改善，科學(xué)技術(shù)日新月異的進(jìn)步，特別是感測技術(shù)（激光掃描）、電子標(biāo)簽及計算機(jī)控制技術(shù)等的引入使用，自動分揀系統(tǒng)在我國發(fā)展空間巨大。

1.物料分揀系統(tǒng)的硬件選擇

1.1 PLC的種類選擇

根據(jù)分揀系統(tǒng)的需要配置出I/O對應(yīng)功能，根據(jù)所選擇的PLC型號，對本系統(tǒng)中PLC的輸入輸出端子進(jìn)行分配。根據(jù)材料分揀系統(tǒng)的工作過程由可知，系統(tǒng)的控制有輸入信號15個，均為開關(guān)量。輸出信號有8個，其中一個控制電動機(jī)，兩個控制指示燈，剩下的控制氣閥，也都是開關(guān)量。

1.2浮出式移栽臺電機(jī)的選擇（DT56M4/BMG）

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于帶動傳輸帶輸送物料前行，與旋轉(zhuǎn)編碼器連接在一起。步進(jìn)電機(jī)選用的型號為DT56M4/BMG。三相異步電機(jī)是傳動機(jī)構(gòu)的主要部分，電動機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢由變頻器來控制，其作用是帶傳送帶從而輸送物料。

1.3傳感器的選擇

1.3.1電感傳感器

電感式接近開關(guān)屬于有開關(guān)量輸出的位置傳感器，用來檢測金屬物體。它由LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。本系統(tǒng)選用M18X1X40 電感傳感器。

1.3.2電容傳感器

電容傳感器也屬于具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，是一種接近式開關(guān)。當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。

1.3.3光電傳感器

本系統(tǒng)選用系列小型放大器內(nèi)藏型光電傳感器。光電傳感器是一種小型電子設(shè)備，它可以檢測出其接收到的光強(qiáng)的變化。

光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件3部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多。傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，體積小。

1.3.4光電開關(guān)

光電接近開關(guān)（簡稱光電開關(guān)Z2D-80P）通常在環(huán)境條件比較好，無粉塵污染的場合下使用。在本設(shè)計中，當(dāng)工件進(jìn)入傳送帶時，傳送帶上方的光電開關(guān)發(fā)出的光線遇到工件反射回自身的光敏元件，光電開關(guān)輸出信號啟動輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.4氣動裝置選用

1.4.1氣動系統(tǒng)

氣動系統(tǒng)是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量與信號的傳遞，利用空氣壓縮機(jī)將電動或其他原動機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝獾膲毫δ埽缓笤诳刂圃目刂坪洼o助元件的配合下，通過執(zhí)行元件把空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，從而完成直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動并對外做功。

1.4.2氣動傳動

氣動傳動簡稱氣動，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來傳遞動力和控制信號，控制和驅(qū)動各種機(jī)械和設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動化的一門技術(shù)。

1.5變頻器

變頻器（Variable-frequency Drive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通 過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動機(jī)的電力控制設(shè)備。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需要來提供其 所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能， 如過流、過壓、過載保護(hù)等等。一般逆變器是把直流電源逆變?yōu)橐欢ǖ墓潭l率和一定電壓的逆變電源。變頻器輸出的波形是模擬正弦波，主要是用在三相異步電動機(jī)調(diào)速用，又叫變頻調(diào)速器。

2.分揀輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2.1控制系統(tǒng)流程圖設(shè)計

本課題是基于區(qū)分材料材質(zhì)的不同而設(shè)計的材料分揀系統(tǒng)，主要是實(shí)現(xiàn)對鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和不同顏色的材料的自動分揀，根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)工藝的要求，分析各個設(shè)備的操作內(nèi)容和操作順序，可畫出程序流程圖，如圖1所示：

用高速計數(shù)器計數(shù)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，來確定物料到達(dá)傳感器的距離，實(shí)現(xiàn)定位功能。

2.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計

根據(jù)所繪流程圖，在STEP7-Micro/WIN40軟件中編寫梯形圖程序。下面對所編寫作簡要的介紹：

（1）首先I2.0啟動后，M0.1得電并自鎖，為之后電動機(jī)得電做好準(zhǔn)備，I2.1為停止按鈕。當(dāng)PLC處于RUN模式時，SM0.1通電一個周期，Q0.0復(fù)位清零，并調(diào)用子程序。

（2）高速脈沖指令，該程序先將控制脈沖指令的特殊功能寄存器進(jìn)行初始化，然后當(dāng)I0.0（下料傳感器）檢測到有料時，啟動PLS（脈沖輸出）指令；如果I0.0檢測沒有物料時，啟動定時器T30，延時30秒自動停機(jī)。

（3）高速計數(shù)指令，首先進(jìn)行高速計數(shù)指令的初始化操作，其中設(shè)定預(yù)置值為50，當(dāng)計數(shù)至50時，調(diào)用中斷程序。

（4）中斷程序，汽缸動作時，回位限位開關(guān)關(guān)斷，到達(dá)動作限位開關(guān)時，動作限位開關(guān)閉合。

3.總結(jié)

為了提高分揀作業(yè)的效率，降低人力勞動強(qiáng)度，本文基于PLC技術(shù)及MCGS組態(tài)軟件設(shè)計了一種物料分揀系統(tǒng)，結(jié)合氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)等可以實(shí)現(xiàn)對不同材質(zhì)的物料進(jìn)行分揀。上位機(jī)接受到下位機(jī)傳輸?shù)男盘柾ㄟ^MCGS組態(tài)軟件對系統(tǒng)的工作、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控顯示在用戶界面中，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行報表顯示，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時監(jiān)控。該物料分揀系統(tǒng)一方面可以作為教學(xué)儀器，用于培養(yǎng)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人才；另一方面其能夠連續(xù)、大批量的分揀貨物，分揀誤差率低且勞動強(qiáng)度與傳統(tǒng)的人工分揀也大大降低，顯著提高勞動生產(chǎn)率，對物流產(chǎn)業(yè)有借鑒意義。

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