基于MCGS的塑料瓶收購(gòu)分揀組態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李玉滿

(共青科技職業(yè)學(xué)院，江西 九江 332020)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求

塑料瓶收購(gòu)分揀機(jī)是一種能夠根據(jù)塑料瓶色差進(jìn)行自動(dòng)抓取收購(gòu)、識(shí)別分揀、落料入庫(kù)的自動(dòng)化生產(chǎn)一體設(shè)備，常用于物流分揀包裝、垃圾分揀運(yùn)輸、塑料瓶企業(yè)生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，具有一定的實(shí)用性。常規(guī)控制模式下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后采用硬件啟停控制方式，容易造成設(shè)備開關(guān)等硬件元件損耗，且啟動(dòng)后系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、圖形化、實(shí)時(shí)化監(jiān)控，影響了設(shè)備功能化控制體驗(yàn)和自動(dòng)監(jiān)控水平的提升。基于組態(tài)控制思路，將塑料瓶收購(gòu)分揀機(jī)的硬件模塊、邏輯功能、通信方式進(jìn)行集成，設(shè)計(jì)一款基于MCGS組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)控、軟啟停控制等功能，對(duì)提升系統(tǒng)的自動(dòng)化、圖形化、實(shí)時(shí)化控制水平具有積極的作用。

2 系統(tǒng)硬件組成及組態(tài)功能

2.1 硬件模塊組成

根據(jù)塑料瓶收購(gòu)分揀自動(dòng)控制的要求，本系統(tǒng)硬件模塊包括核心處理器、收購(gòu)送瓶模塊、識(shí)別分揀模塊、傳感器模塊、報(bào)警指示模塊。其中，核心處理器選用西門子公司研發(fā)的S7-200型PLC；收購(gòu)送瓶模塊由機(jī)械手、氣泵、氣管、電磁閥構(gòu)成；識(shí)別分揀模塊由氣管、推料桿、落瓶區(qū)、西門子MM420變頻器、傳送帶構(gòu)成；傳感器模塊由歐姆龍CX-441型落料檢測(cè)光電傳感器、JG-3D-30NK光電傳感器、光纖傳感器、接近開關(guān)等構(gòu)成；報(bào)警指示模塊由喇叭、指示燈構(gòu)成。此外，還包括常規(guī)的啟動(dòng)、停止輕觸開關(guān)等元件。實(shí)現(xiàn)的功能為抓取收購(gòu)塑料瓶，能夠精準(zhǔn)識(shí)別塑料瓶的顏色差異，并按照色差進(jìn)行分揀，若系統(tǒng)工作中出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)熱、掉瓶等故障，能夠自動(dòng)停止作業(yè)，并發(fā)出聲光報(bào)警提示。

2.2 組態(tài)界面及功能

圖1為應(yīng)用MCSG軟件設(shè)計(jì)的塑料瓶收購(gòu)分揀組態(tài)系統(tǒng)，對(duì)組態(tài)功能進(jìn)行闡述：①收購(gòu)送瓶機(jī)構(gòu)組態(tài)。對(duì)機(jī)械手抓取收購(gòu)和一級(jí)傳送塑料瓶的作業(yè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，具體包括塑料瓶抓取收購(gòu)是否完成監(jiān)控、塑料瓶在送料盤中運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、塑料瓶一級(jí)傳送到限位監(jiān)控。②識(shí)別分揀機(jī)構(gòu)組態(tài)。對(duì)不同顏色塑料瓶的識(shí)別和分揀作業(yè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，具體包括塑料瓶落料到限位監(jiān)控、塑料瓶顏色識(shí)別狀態(tài)監(jiān)控、塑料瓶二級(jí)傳送狀態(tài)監(jiān)控、塑料瓶是否進(jìn)入落瓶區(qū)狀態(tài)監(jiān)控。③運(yùn)行指示組態(tài)。對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行或報(bào)警狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，具體包括塑料瓶抓取收購(gòu)狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)正常及故障工作狀態(tài)監(jiān)控。④操作控制組態(tài)。通過(guò)MCGS構(gòu)建的組態(tài)系統(tǒng)，操作人員可在昆侖通態(tài)觸摸屏上對(duì)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、復(fù)位進(jìn)行操作，無(wú)需通過(guò)硬件開關(guān)啟停系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)降低系統(tǒng)啟停部件損耗率的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖1 系統(tǒng)組態(tài)界面

3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

3.1 收購(gòu)送瓶機(jī)構(gòu)組態(tài)

收購(gòu)送瓶機(jī)構(gòu)組態(tài)由指示標(biāo)簽、收購(gòu)送瓶裝置、光電傳感器、塑料瓶模型等組成，各部件的設(shè)計(jì)方法為：①指示標(biāo)簽。包含送瓶機(jī)構(gòu)、塑料瓶、物料傳感器3個(gè)指示標(biāo)簽，均應(yīng)用MCGS中的“標(biāo)簽”控件設(shè)計(jì)。以送瓶機(jī)構(gòu)標(biāo)簽為例，選擇并點(diǎn)擊1個(gè)標(biāo)簽控件，在擴(kuò)展屬性中輸入送瓶機(jī)構(gòu)，并在屬性設(shè)置中的填充顏色中選擇灰色即可。②收購(gòu)送瓶裝置。該組態(tài)由圓形控件、弧線控件組合而成，將2個(gè)控件按照?qǐng)D1所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合，在填充顏色中選擇灰色，并與PLC的I0.2端子建立起通信關(guān)聯(lián)。③光電傳感器。點(diǎn)擊工具箱—插入元件—傳感器34，拖到送瓶機(jī)構(gòu)輸出口位置，并與PLC的I0.3端子建立起通信關(guān)聯(lián)。④塑料瓶模型。選擇“橢圓”控件，分別在送瓶機(jī)構(gòu)的入口和出口處各放置1個(gè)，代表進(jìn)入和送出機(jī)構(gòu)的塑料瓶模型，其中，出口處的塑料瓶模型與光電傳感器端子I0.3關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到出口塑料瓶時(shí)，I0.3置1，出口處塑料瓶模型變成灰色進(jìn)行指示。

3.2 識(shí)別分揀機(jī)構(gòu)組態(tài)

識(shí)別分揀機(jī)構(gòu)組態(tài)由指示標(biāo)簽、光電傳感器、流動(dòng)塊、矩形控件、光纖傳感器等組成，各部件的設(shè)計(jì)方法為：①指示標(biāo)簽。包含傳送帶式塑料瓶分揀機(jī)構(gòu)、光電傳感器兩個(gè)指示標(biāo)簽，均應(yīng)用MCGS中的“標(biāo)簽”控件設(shè)計(jì)。②光電傳感器。點(diǎn)擊工具箱—插入元件—傳感器33，拖到識(shí)別分揀機(jī)構(gòu)的輸入口位置，并與PLC的I0.4端子建立起通信關(guān)聯(lián)。③矩形控件。用于代表落瓶區(qū)1、落瓶區(qū)2、落瓶區(qū)3，點(diǎn)擊工具箱—矩形，拖拽到相應(yīng)位置即可。④光纖傳感器。點(diǎn)擊工具箱—插入元件—傳感器36，拖到識(shí)別分揀機(jī)構(gòu)的輸入口位置，并與PLC的I0.5、I0.6和I0.7三個(gè)端子建立起通信關(guān)聯(lián)。⑤流動(dòng)塊。用于代表三相異步電動(dòng)機(jī)，需要編寫組態(tài)程序呈現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)送瓶的流動(dòng)效果，點(diǎn)擊工具箱—流動(dòng)塊，拖拽到相應(yīng)位置即可。系統(tǒng)進(jìn)行塑料瓶傳送識(shí)別分揀過(guò)程中，流動(dòng)塊組態(tài)程序如下：

if 正轉(zhuǎn)=1 then 距離1=距離1+5

if 距離1>=110 and 正轉(zhuǎn)=1

then 距離1=0

3.3 運(yùn)行指示組態(tài)

運(yùn)行指示組態(tài)由報(bào)警指示和機(jī)械手各部分傳感器指示兩部分構(gòu)成。①報(bào)警指示組態(tài)。該組態(tài)由標(biāo)簽、矩形構(gòu)件、圓形構(gòu)件等組成，在工具箱中選擇標(biāo)簽、矩形、圓形，按照警示組態(tài)的外形結(jié)構(gòu)搭建即可，其中，2個(gè)圓形構(gòu)件關(guān)聯(lián)I1.0端口和I1.1端口，分別指示系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。②機(jī)械手各部分傳感器指示組態(tài)。該組態(tài)由標(biāo)簽和指示燈組成，可指示機(jī)械手伸出—下降—夾緊塑料瓶—上升—縮回—左轉(zhuǎn)—松開放置塑料瓶—右轉(zhuǎn)”動(dòng)作狀態(tài)，點(diǎn)擊工具箱—指示燈—指示燈3，放置8個(gè)指示燈控件，并分別與PLC的I2.0-I2.7端子建立通信關(guān)聯(lián)，組態(tài)界面上設(shè)計(jì)機(jī)械手運(yùn)行界面靜態(tài)畫面，用于靜態(tài)展示機(jī)械手抓取收購(gòu)傳送塑料瓶的過(guò)程。此外，報(bào)警指示組態(tài)燈和機(jī)械手各部分傳感器指示燈按照分段顯示的思路設(shè)計(jì)，例如機(jī)械手執(zhí)行右轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，I2.0置1，右轉(zhuǎn)指示燈亮，沒有執(zhí)行右轉(zhuǎn)動(dòng)作時(shí)，I2.0清0，右轉(zhuǎn)指示燈灰色，表示熄滅。此外，在各種傳感器指示燈組態(tài)參數(shù)設(shè)置上，雙擊指示燈進(jìn)入“動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置”界面(見圖2)，選擇分段。對(duì)應(yīng)顏色為灰色，分段1對(duì)應(yīng)顏色為深灰色。

圖2 機(jī)械手傳感器指示燈組態(tài)參數(shù)

3.4 操作控制組態(tài)

操作控制組態(tài)由按鈕控件、標(biāo)簽控件組成，用于在觸摸屏上控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止和服務(wù)操作。①啟動(dòng)按鈕。點(diǎn)擊工具箱—按鈕，拖動(dòng)按鈕控件到控制面板界面左上端，雙擊按鈕控件，在基本屬性—文本中輸入啟動(dòng)；在操作屬性—按下功能中勾選數(shù)據(jù)對(duì)象值操作選項(xiàng)框，下拉菜單選擇“置1”，對(duì)象選擇“設(shè)備0_讀寫Q000_0”，表明按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)線圈Q0.0置1，整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)。②停止按鈕。點(diǎn)擊工具箱—按鈕，拖動(dòng)按鈕控件到控制面板界面右上端，雙擊按鈕控件，在基本屬性—文本中輸入停止；在操作屬性—按下功能中，勾選數(shù)據(jù)對(duì)象值操作選項(xiàng)框，下拉菜單選擇“清0”，對(duì)象選擇“設(shè)備0_讀寫Q000_0”，表明按下停止按鈕后，系統(tǒng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)線圈Q0.0被清0，整個(gè)系統(tǒng)停止運(yùn)行。③復(fù)位按鈕。點(diǎn)擊工具箱—按鈕，拖動(dòng)按鈕控件到控制面板界面下方，雙擊按鈕控件，在基本屬性—文本中輸入復(fù)位；在操作屬性—按下功能中，勾選數(shù)據(jù)對(duì)象值操作選項(xiàng)框，下拉菜單選擇“置1”，對(duì)象選擇“設(shè)備0_讀寫Q000_1”，表明按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)復(fù)位驅(qū)動(dòng)線圈Q0.1置1，整個(gè)系統(tǒng)被復(fù)位。以復(fù)位按鈕為例，組態(tài)參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

圖3 復(fù)位按鈕組態(tài)參數(shù)

4 系統(tǒng)運(yùn)行程序編譯思路

本系統(tǒng)采用基本的組態(tài)語(yǔ)言編寫監(jiān)控程序，且主要是通信關(guān)聯(lián)參數(shù)程序。此外，采用梯形圖語(yǔ)言編寫塑料瓶收購(gòu)分揀自動(dòng)化控制程序，下載到S7-200PLC中進(jìn)行控制操作。對(duì)系統(tǒng)梯形圖運(yùn)行程序編譯思路做簡(jiǎn)要闡述如下：①啟停程序。按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)整體啟動(dòng)運(yùn)行；按下停止按鈕，系統(tǒng)停止運(yùn)行。②機(jī)械手抓取運(yùn)送塑料瓶程序。啟動(dòng)按鈕按下后，機(jī)械手執(zhí)行“伸出—下降—抓取塑料瓶—上升—縮回—左轉(zhuǎn)—伸出—下降—松開塑料瓶—上升—縮回—右轉(zhuǎn)”循環(huán)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)抓取運(yùn)送塑料瓶作業(yè)。具體的程序應(yīng)采用置位、復(fù)位交替設(shè)計(jì)思路完成，或考慮引入M寄存器，避免出現(xiàn)雙線圈問題。③識(shí)別分揀程序。當(dāng)塑料瓶掉落在入瓶口后，三相異步電動(dòng)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行送瓶操作，之后根據(jù)塑料瓶色彩進(jìn)行分揀作業(yè)。④報(bào)警程序。運(yùn)行中如出現(xiàn)過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)熱或掉瓶故障，系統(tǒng)自動(dòng)斷電停止，并啟動(dòng)聲光報(bào)警。

5 結(jié)語(yǔ)

基于MCGS軟件設(shè)計(jì)塑料瓶收購(gòu)分揀組態(tài)系統(tǒng)并用于生產(chǎn)實(shí)踐，很好地解決了系統(tǒng)啟停硬件反復(fù)使用出現(xiàn)的損耗問題，也為實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)智能化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。在后期的系統(tǒng)完善中，可進(jìn)一步從觸屏體驗(yàn)控制、功能多樣化控制等方面入手，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，不斷提升系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。