機(jī)床零件自動分揀配送控制系統(tǒng)研究

關(guān)桂齊 楊松山 劉國梁 高陽

本文針對重型機(jī)床廠機(jī)床零件自動分揀配送控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究。本系統(tǒng)采用SICK激光條碼與PLC可編程控制器相結(jié)合組成自動分揀配送系統(tǒng)。通過對零件條碼進(jìn)行掃描檢測，S7-300將該條碼信息讀取到SFC14，再通過SFC15發(fā)送至S7-200，系統(tǒng)可完成零件對不同車間、不同機(jī)床的自動分揀與配送。該自動分揀控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)零件從倉庫與機(jī)床間快速、準(zhǔn)確的分揀與配送全過程，可提高機(jī)床制造廠生產(chǎn)效率和管理水平。

機(jī)械零件自動分揀配送系統(tǒng)是重型機(jī)床制造廠現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，其自動化程度的高低會影響機(jī)床廠的生產(chǎn)效率和管理水平。過去一直沿用的人工手推加天吊才能將零件從庫中運(yùn)到機(jī)床附近，這種做法工作效率低，勞動強(qiáng)度大，存在安全隱患。機(jī)床零件自動分揀配送系統(tǒng)的分揀、配送主要由人工來完成，工作效率較低，尚存在安全隱患。針對機(jī)床制造廠存在的上述問題，我們提出了機(jī)床零件自動分揀配送控制系統(tǒng)，該自動分揀配送控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)零件從倉庫與機(jī)床間快速、準(zhǔn)確的分揀與配送全過程。該系統(tǒng)由可編程序控制器PLCS7-200/300、CMF400-CLV420激光條碼及ProfiBUS-DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)組成，并對該控制系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，同時取得了階段性成果。

一、系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

（一）、自動化系統(tǒng)組成

自動分揀配送控制系統(tǒng)包括倉儲單元、傳送單元、分揀單元、出庫單元、分揀單元以及控制裝置，自動分揀配送控制系統(tǒng)組成如圖1所示[1]。

（二）、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由可編程程序控制器S7-200/300、SICK通訊卡CMF400、激光條碼CLV420及計算機(jī)組成，通過硬件組態(tài)設(shè)置EM277、CMF400屬性，將各參數(shù)正確調(diào)整后下載到S7-300中[2]，其中CMF地址為3，S7-200地址分別為35和45，Profibus-DP通訊控制系統(tǒng)如圖2所示。

控制系統(tǒng)工作原理。該系統(tǒng)通過S7-300接受SICK-CLV420激光條碼掃描信息，并對該信息進(jìn)行分析判斷處理后，發(fā)送至S7-200，由S7-200執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，并發(fā)出控制指令，控制相應(yīng)的傳送帶與分揀機(jī)構(gòu)按照要求進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

非零庫存運(yùn)行過程。零件經(jīng)光電傳感器檢測后，由主令開關(guān)向S7-200發(fā)出指令，S7-200執(zhí)行程序驅(qū)動入庫滾針軌道，由SICK-CLV420條碼對商品進(jìn)行入庫檢測，通過分揀裝置，將零件送入不同的螺旋存儲單元；當(dāng)某臺機(jī)床需要零件時，工作人員就地發(fā)出指令，螺旋倉庫可自動將零件出庫；經(jīng)過分揀控制，不同的零件再經(jīng)過SICK-CLV420條碼機(jī)進(jìn)行出庫檢測，SICK條碼機(jī)識別后，反饋給S7-300；S7-300判斷后將信息發(fā)送至分揀單元，再由S7-200執(zhí)行分揀程序即可完成分揀動作。

零庫存運(yùn)行過程。當(dāng)機(jī)床需要零件量較大時，系統(tǒng)會選擇快速傳送通道，即零庫存?zhèn)魉头绞健Ｔ摲绞搅慵倪\(yùn)行將不需要通過倉儲單元，直接傳送到分揀軌道進(jìn)行出庫檢測，這樣就可以快速的為車間提供所需零件，如圖3所示。

二、軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的控制程序由S7-300主站程序，S7-200和SICK-CMF400從站程序組成。SICK-CLV420激光條碼作為檢測識別裝置，在ProfiBUS-DP通訊網(wǎng)絡(luò)中，S7-300完成整個系統(tǒng)的控制。

（一）自動出庫控制程序

在倉儲單元S7-200程序中，I0.1、I0.2為主令按鈕，用于對系統(tǒng)發(fā)出中斷請求指令；I0.3、I0.4、I0.5、I0.6為光電傳感器；Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3為傳送帶電機(jī)；Q0.4、Q0.5為指示燈；I0.0為急停按鈕。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，指示燈被點(diǎn)亮，工作人員發(fā)出對某零件的中斷請求指令，該指令發(fā)送至S7-200后[3]，出庫電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，將零件傳送至檢測軌道，位于檢測軌道上方的SICK-CLV420條碼被觸發(fā)，完成零件條碼識別，并將該信息傳遞至S7-300，出庫控制梯形圖程序如圖4所示，S7-300信息控制程序如圖5所示。

（二）自動分揀控制程序

在分揀單元S7-200程序中，I0.3、I0.4為光電傳感器；Q0.0、Q0.1為傳送電機(jī)；I0.2為急停按鈕。程序中通過計數(shù)器與定時器，S7-300以及SICK-CLV420條碼，可以實(shí)現(xiàn)對不同零件的準(zhǔn)確分揀。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時，SICK激光條碼對零件的條碼進(jìn)行識別后將信息發(fā)送至S7-300，S7-300通過程序判斷零件的類別后，再將指令發(fā)送給S7-200，S7-200接收到S7-300的指令后，按程序運(yùn)行即可自動將零件按要求分揀，分揀控制部分程序如圖5所示[4]。

（三）ProfiBUS-DP通信程序

在SICK系統(tǒng)中進(jìn)行CMF400-CLV420屬性設(shè)置[5]，對標(biāo)準(zhǔn)13位條碼進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選定32位數(shù)據(jù)傳送格式；在S7-300中激活SFC14、SFC15功能塊，編寫如圖6所示通信程序，并將此程序下載S7-300中。

該實(shí)驗(yàn)研究對ProfiBUS-DP現(xiàn)場總線通信技術(shù)進(jìn)行了研究開發(fā)，并成功的將該技術(shù)應(yīng)用于重型機(jī)床廠機(jī)床零件自動分揀配送控制。該系統(tǒng)利用可編程控制器與激光條碼相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了零件自動入庫、自動出庫和自動分揀。重力螺旋立體倉庫改變了傳統(tǒng)的設(shè)計理念，巧妙地利用了商品自身重力，實(shí)現(xiàn)了無動力出庫過程；分揀裝置很好的完成了商品的分揀過程，將復(fù)雜的動作過程變得簡單、快捷。由以上實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明：ProfiBUS-DP現(xiàn)場總線通信技術(shù)與SICK-CMF400-CLV420激光條碼技術(shù)相結(jié)合，該項(xiàng)技術(shù)可以推廣到機(jī)械制造、商品包裝、物流生產(chǎn)線等領(lǐng)域。

（作者單位：1.齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司中件事業(yè)部；2.東北石油大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院）

[1]李紹炎.自動機(jī)與自動線[M]，北京：清華大學(xué)出版社，2006

[2]胡仁喜，張紅松，劉昌麗.SolidWorks機(jī)械設(shè)計工程實(shí)踐[M]，北京：科學(xué)出版社，2007

[3]崔堅，李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004

[4]高鴻斌，孔美靜，赫孟合.西門子PLC與工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2006

[5]德國SICK公司.CMF400-CLV420激光條碼手冊，網(wǎng)址：www.sick.net.cn.