基于PLC的包裹自動分揀裝置控制系統設計

郭昊坤

(江陰職業技術學院 電子信息工程系，江蘇 江陰 214405)

0 引言

近年來，人們的收入越來越高，對物質文化生活的需求也越來越高，相應的消費水平也越來越高。由于現代生活節奏的加快，工作學習壓力的加大，人們越來越習慣于網絡購物。根據相關報道以及國家郵政局監測數據顯示，2021年全國快遞行業運營比以往更加平穩，投遞快遞包裹約19.17億件，比2020年增長25.71%，比2019年增長104.44%。但是，由于消費者購買的訂單數量巨大，每次購物潮之后都將出現物流高峰，快遞發貨速度緩慢，甚至相隔多日后，許多物流倉庫仍有貨物堆積。這普遍存在包裹分揀人手不足以及分揀過慢的情況，經常性出現慢發、錯發、漏發等現象。因此，本文設計了一種基于PLC的包裹自動分揀裝置控制系統[1-3]，并進行仿真驗證。

1 總體方案設計

本文設計的一種基于PLC的包裹自動分揀裝置控制系統，通過安裝在傳送帶上的重量傳感器,按照包裹的重量進行分揀。工作程序為：啟動主傳送帶，傳送包裹到重量傳感器位置進行重量稱重，根據稱重結果分成重量輕、重量中、重量重3類，保存結果，繼續啟動主傳送帶并分別傳送到重量輕、中、重3個分傳送帶位置，分別用1，2，3標記。到達分揀位置時，啟動相對應分揀位置的氣缸，執行推送，推送到位，執行返回，返回到位，啟動分傳送帶輸送出去分揀的包裹，最后重新啟動主傳送帶，循環執行該操作。

控制系統如圖1所示，以S7-300PLC為控制核心，通過觸摸屏進行系統的仿真驗證及模擬仿真監控，實現系統的自動、手動控制。

圖1 控制系統

圖1中PLC左側相關按鈕均與輸入端口相連接。“啟動、停止”按鈕，用來啟動、停止系統；“急停”按鈕，當發生緊急事件時急停系統；“自動手動選擇”按鈕，用來選擇自動、手動兩種操作模式；“包裹檢測”按鈕，用于啟動主傳送帶，檢測包裹到達稱重位置，停止主傳送帶，進行稱重，根據重量分類；“缸1/2/3退出推出到位”“缸1/2/3退出返回原位”按鈕，用來控制傳送帶的運行；“手動控制”按鈕，選擇手動模式；“故障反饋”按鈕，主傳送帶故障、分傳送帶1/2/3故障接輸入端，檢測各傳送帶電機是否發生故障，故障時停止相應傳送帶、報警并采取相應措施；“重置1/2/3位置到位”按鈕，外部的重量1/2/3位置到位接PLC輸入端口，用于啟動主傳送帶輸送包裹到各分揀位置，到位停止主傳送帶，執行分揀。

PLC輸出端口接各傳送帶控制的繼電器，通過繼電器驅動接觸器，接觸器驅動主傳送帶電機運行。同時，其輸出端口接推送缸1，2，3的推出繼電器，通過繼電器驅動電磁閥，電磁閥控制氣缸推出。PLC輸出端口還接推送缸1，2，3返回控制繼電器，通過繼電器驅動電磁閥，電磁閥控制氣缸返回。自動運行以及故障指示燈，用來顯示系統的運行狀態。

2 硬件設計

本文選用西門子S7-300系列PLC模塊，如圖2所示。

圖2 S7-300模塊示意

系統主電路采用三相五線電源，如圖3所示，M1，M2，M3，M4分別是主傳送帶、分傳送帶1、分傳送帶2、分傳送帶3的電機，驅動主傳送帶和各分傳送帶；QF2，QF3，QF4，QF5是主傳送帶和各分傳送帶電機斷路器，通斷各電機電源；QF6是控制電路斷路器，通斷電路電源；KM1，KM2，KM3，KM4是主傳送帶和分傳送帶電機啟動接觸器，啟停各傳送帶；FR1，FR2，FR3，FR4是主傳送帶和各分傳送帶電機過載保護熱繼電器，保護各電機；FU1為熔斷器，保護短路；G1是直流開關電源，為直流設備提供電源。

圖3 主電路

系統控制電路如圖4所示，220 V交流電源接L和N，HL0是電源指示燈；KM1，KM2，KM3，KM4分別是主傳送帶和分傳送帶1到3啟動接觸器，通過繼電器KA1到KA4控制，驅動各傳送帶運行；YV1到YV6分別是氣缸1、氣缸2、氣缸3推送和返回電磁閥，通過繼電器KA5到KA10控制，電磁閥1線圈得電，執行動作。

圖4 控制電路

PLC的I/O地址分配如表1和表2所示。

表1 輸入分配

表2 輸出分配

3 軟件設計

系統控制流程如圖5所示，當為ON選擇手動模式，通過外部按鈕開關或觸摸屏進行手動控制，單獨控制各設備；當為OFF選擇自動模式，按下啟動按鈕，系統啟動運行。開始執行初始化步驟，各氣缸執行返回原點。然后啟動主傳送帶，傳送包裹，檢測到包裹到達重量檢測位置，停止傳送帶，進行重量檢測，判斷，分成輕、中和重3類，重新啟動傳送帶，根據判斷的3類包裹，分別傳送到位置1，2，3，到位置停止主傳送帶，啟動相應的氣缸推送，推出到位，執行返回，返回到位，重新啟動主傳送帶，啟動相應的分傳送帶，分傳送帶按定時執行，定時到后自動復位。

圖5 系統流程

4 仿真調試

利用仿真系統進行模擬，對所設計的一種基于PLC的包裹自動分揀裝置控制系統運行的過程與邏輯予以論證，經驗證裝置設計正確有效。

系統監控界面如圖6所示，手動界面如圖7所示，觸摸屏初始界面如圖8所示。

圖6 監控界面

圖7 手動界面

圖8 觸摸屏初始界面

運行程序，按下所有按鈕，系統均可正確執行相應動作，顯示指示燈均可正確點亮或熄滅。按下手動按鈕選擇手動模式界面如圖9所示，按下急停按鈕選擇急停界面如圖10所示。

圖9 選擇手動模式

圖10 按下急停按鈕

5 結語

本文設計了一種基于PLC的包裹自動分揀裝置控制系統，給出了總體方案設計、硬件設計、軟件設計等，進行了仿真驗證，仿真結果表明：所設計的控制系統正確有效。