基于PLC 的給料分揀自控系統

孟亞男 張振懷 孟凡超

（1.吉林化工學院信息與控制工程學院；2.中石油吉林化工工程有限公司）

隨著我國經濟的快速發展，對現代物流運輸服務的要求日益提高，分揀業務是現代物流運輸工程設備作業的一個重要環節。 目前，分揀點作業環節的人力成本和時間成本很高，因此，設計針對不同物料的自動分揀管理系統，是提升配送服務亟待解決的問題。 為此，筆者提出以PLC 為控制核心， 利用西門子上位機WinCC 和下位機STEP7-300 軟件設計物料分揀自控系統， 以期提高分揀環節的勞動生產效率和自動化水平。

1 自動分揀系統工作原理

基于PLC 的物料自動分揀自控系統的結構如圖1 所示。 打開電機，啟動電機M（指示燈L1為綠色），傳送帶運行，傳送帶上的物料由3 種顏色的傳感器和1 個物位傳感器自動識別并進行分揀，如鐵質、鋁質和紅色的物料，被相應的傳感器檢測到后帶動氣缸動作，然后被氣缸推進相應的滑槽內， 如果物料無法由顏色傳感器分揀，則由物位傳感器進行檢測，并由氣缸將所有未分類物料推入滑槽。

2 硬件配置

根據控制要求和設計系統結構需求確定了I/O 點，詳見表1，數據類型全部為BOOL 型。

表1 控制系統的地址分配

（續表1）

系統選用西門子S7-315-2DP 作為控制器，電源選擇PS 307 5A， 數字量輸入模塊選擇DI16×DC24V，數字量輸出選擇DO16×DC24V/0.5A。

3 物料分揀程序設計

在分析分揀系統和硬件選型的基礎上，編寫控制程序，實現控制要求的實時控制。

物料分揀程序（部分）如圖2 所示，程序段1是電機正轉，程序段2 是電機反轉。 程序段1 有常開觸點M0.0，常閉觸點Q1.1 和M0.2，當啟動按鈕M0.0 動作時，帶動Q1.0 電機動作，程序段中加入常閉觸點Q1.1 的目的是與程序2 形成互鎖，當電機正轉時，反轉一定接通不了；程序段3是在電機運行的情況下， 傳感器1 有動作時，帶動氣缸1 運行，進行伸的動作，把物料推入指定的滑槽內，在程序段3 加入定時器T1（定時時間2 s），當2 s 過后，定時器帶動程序段4 運行，程序段4 對應的是氣缸1 的縮回動作，同時在程序段中加入定時器T2，并在程序段4 中加入常閉觸點T2，以保證在2 s 之后氣缸縮回的動作完成之后，此段程序停止運行。后序程序段跟程序段3、4原理相同，此處不再詳述。

圖2 部分物料自動分揀程序

4 上位機WinCC 監控系統設計

4.1 上位機變量設置

如圖3 所示， 開啟WinCC Explorer 窗口，創建名稱為“周”的單個用戶項。 在變量管理器中，添加驅動“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”。 在MPI 下生成名為“123”的新驅動程序的鏈接，將站點ID 設置為2，機架編號為0，插槽編號為2。上位機和下位機MPI 均為2 的PLC 站點間的通信。 通過名為“123”里的信息，在“123”下建立組，分別存放DI、DO 和M 點，方便管理點數，按表1建立創建WinCC 的所有外部數據變量， 與PLC的通信相連。

圖3 上位機變量設定

對計算機啟動屬性進行設置，選用記錄運行系統，全局腳本運行系統，報表運行系統，圖形運行系統，用戶歸檔。

4.2 上位機畫面組態

利用圖像編輯器創建一個名為“主圖像畫面”的物料分揀畫面，可以任意修改畫面窗口、背景顏色和字體大小，并增加相應的操作按鍵，把簡單的系統工藝流程圖在主畫面顯示出來（圖4）。

圖4 物料分揀上位機監控界面

5 程序運行及仿真分析

把下位機與上位機相連接進行仿真， 上位機的5 個按鈕可以直接控制下位機程序。 上位機組態，當傳感器檢測到物料、氣缸有動作時，相應的指示會顯示為綠色，否則一直顯示為灰色。 指示燈L1 代表電機的運行狀態，當為紅色時電機不動作，當為綠色時電機正常運行。 運行下位機跟上位機并建立鏈接，運行上位機監控畫面。 系統未運行時的監控畫面如圖5 所示。

圖5 系統未運行時的監控畫面

點擊電機啟動按鈕，電機開始運行，同時在下位機給一個傳感器檢測到物料的信號， 整個物料分揀系統就開始工作。上位機電機運行且傳感器1檢測到物料時的監控畫面如圖6 所示。

圖6 系統運行時的監控畫面

6 結束語

筆者設計的物料分揀自控系統， 能夠對不同物料和材料進行準確分類，分揀準確、操作穩定且易于控制，可以連續、大量分揀和進出各種復雜物料，具有廣泛市場應用前景。