基于RS—485多方通信的自動分揀系統(tǒng)

羅旭++李基有

摘 要：該文設(shè)計了一個PLC與變頻器之間三方通信的自動分揀系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由供料站、檢測站、翻轉(zhuǎn)站、搬運站和分揀站5個工作站組成，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)物料的材質(zhì)和顏色的檢測、工件姿勢的判別，最后通過搬運機械手將物料轉(zhuǎn)移到指定位置。試驗結(jié)果表明：該文設(shè)計的系統(tǒng)具有控制精度高、操作簡便直觀、可靠性高等特點，各項性能指標均達到設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：PLC 自動分揀 變頻器 觸摸屏 RS-485通信

中圖分類號：TH691.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（b）-0060-02

1 自動分揀系統(tǒng)概述

物料自動分揀系統(tǒng)（Material automatic sorting system，MASS）要求線上的各個工作單元能夠按照設(shè)定的程序?qū)ξ锪线M行各種加工和處理，如：輸送、檢測和分揀等，是在傳統(tǒng)人工分揀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種自動控制系統(tǒng)。

自動分揀系統(tǒng)一般由控制裝置、分類裝置、輸送裝置及分揀道口等部分組成，這幾個部分裝置通過計算機網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)在一起，配合人工控制及相應(yīng)的人工處理環(huán)節(jié)構(gòu)成一個完整的自動分揀系統(tǒng)。

基于 PLC與變頻器的自動分揀系統(tǒng)包括檢測、控制和執(zhí)行3個相對獨立的系統(tǒng)，涉及到的主要技術(shù)有PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、變頻器技術(shù)、通信技術(shù)與觸摸屏技術(shù)等[1]。文中所使用的系統(tǒng)綜合了過程控制、設(shè)備控制以及檢測驅(qū)動3個級別，是一個綜合性的自動化應(yīng)用系統(tǒng)。

此文設(shè)計研究的自動分揀系統(tǒng)主要由5個單元組成：供料單元站、檢測單元站、搬運單元站、分揀單元站與翻轉(zhuǎn)機械手工作站。設(shè)計中，執(zhí)行單元采用了氣源驅(qū)動，運用各類傳感器實現(xiàn)工件的檢測、利用變頻器驅(qū)動皮帶運行、利用兩臺PLC之間的通信完成工件姿勢的正確擺放、利用龍門機械手完成物料的準確分揀放置、利用PLC與變頻器之間的通信實現(xiàn)輸送帶運行頻率的改寫、利用觸摸屏技術(shù)實現(xiàn)運行過程的監(jiān)控。

此設(shè)計中所涉及到的技術(shù)內(nèi)容有：三菱PLC技術(shù)、三菱變頻器技術(shù)、PLC與PLC之間的通信、PLC與變頻器的通信、GOT觸摸屏技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)等技術(shù)，組建了一個經(jīng)典的物料分揀平臺。

2 自動分揀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

此文設(shè)計的自動分揀控制系統(tǒng)，主要由間歇式送料裝置、傳送帶、檢測單元、翻轉(zhuǎn)機械手、龍門搬運站、觸摸屏顯示單元等工作站及以之與相應(yīng)的電氣控制裝置、氣動回路構(gòu)成。

此系統(tǒng)運行時，儲料缸的工件（待處理的工件）被雙軸快速復位送料氣缸快速地推送到傳送皮帶上面，由變頻電機驅(qū)動的皮帶將它送到傳感檢測單元，該單元由很多安裝在傳送皮帶旁邊的各類傳感器組成，它們可以實現(xiàn)工件材料、顏色以及位置放置的判斷。最后通過執(zhí)行機構(gòu)把檢測得到的工件進行分類處理，反面放置的工件通過PLC之間的通信完成翻轉(zhuǎn)放置后繼續(xù)傳送到末端，然后由分揀機械手進行分類（主要有白色塑料、銀色金屬、黑色金屬3種）。

3 自動分揀系統(tǒng)設(shè)計

此系統(tǒng)涉及到的技術(shù)主要有：PLC技術(shù)、變頻器技術(shù)、傳感器技術(shù)、觸摸屏技術(shù)、RS-485通信技術(shù)等，這些技術(shù)自成一體，工作中互相聯(lián)系，互相銜接，構(gòu)成一個完整的自動分揀系統(tǒng)。

系統(tǒng)中采用三菱FX2N-48MR的PLC，軟件開發(fā)環(huán)境也采用相應(yīng)的三菱GX Developer編程軟件；選用了三菱FR-D700 系列變頻器；使用三菱GT-10**系列觸摸屏以及配套的GT Designer2觸摸屏編程軟件。下面主要介紹通信方面的技術(shù)。

3.1 PLC與PLC間的通信：并聯(lián)鏈接通信

FX系列的可編程控制器支持以下5種類型的通訊[3]：N：N 網(wǎng)絡(luò)、并行鏈接、計算機鏈接通信（有專門的數(shù)據(jù)通信協(xié)議）、RS 無協(xié)議通訊和可編程端口。

根據(jù)此文設(shè)計需求，采用并聯(lián)鏈接通信方式：通過連接同一系列的2臺FX可編程控制器，實現(xiàn)軟件等的相互連接的并聯(lián)功能，硬件接線可采用一一對接的連接方式。

軟元件設(shè)定：PLC主站程序中設(shè)定M8070=ON，主站的軟元件點數(shù)為M800～M899、D490～D499；PLC從站程序中設(shè)定 M8071=ON，從站的軟元件點數(shù)為M900～M999、D500～D509。

3.2 PLC與變頻器之間的通信

通信方式：PLC與變頻器的通信采用RS-485-BD通訊模塊，其接線方式可采用：全雙工接線方式或半雙工接線方式[4]。

通信格式設(shè)定：D8120主要被用來設(shè)置PLC和變頻器相關(guān)通信參數(shù)，是一個特殊的存儲單元，其具體參數(shù)說明可查詢相關(guān)的使用說明書，與之相應(yīng)的，變頻器的參數(shù)也要做相應(yīng)的格式設(shè)定。

變頻器的專用協(xié)議：通過PLC與變頻器的通信可以實現(xiàn)輸送皮帶運行頻率的實時調(diào)整與監(jiān)測，對變頻器進行數(shù)據(jù)的寫入、讀取格式的時候，要采用三菱變頻器的專用指令代碼，編程時需要選擇相應(yīng)的通信格式，它們之間的信息交換是用16進制的ASCII碼進行。

4 自動分揀系統(tǒng)調(diào)試

4.1 變頻器參數(shù)設(shè)置

4.1.1 D8120的參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)調(diào)試中，設(shè)計的數(shù)據(jù)通信長度為7位，停止位長1位，偶校驗方式，波特率選擇9600，則D8120的設(shè)置數(shù)據(jù)為H008E。

4.1.2 變頻器的參數(shù)設(shè)置

按照上面D8120設(shè)置的通信格式，變頻器參數(shù)設(shè)置如下：

Pr.160=0，Pr.79=6，Pr.340=10，Pr.117=01，Pr.118=96，Pr119=11，Pr.120=2，

Pr.121=9999，Pr.122=9999，Pr.123=10， Pr.124=0 即可。

在NET工作方式下，要使參數(shù)生效須重新啟動變頻器。

4.2 程序流程圖

4.3 觸摸屏控制界面

根據(jù)控制要求，使用三菱GT Designer2觸摸屏編程軟件設(shè)計人機界面控制圖：主界面、控制界面、物料統(tǒng)計界面。

4.4 調(diào)試效果

編寫PLC主站程序、從站程序、設(shè)計HMI界面、通過USB線下載到GOT-1050觸摸屏中，經(jīng)過一系列的功能測試，啟動、停止及復位操作能夠順利地響應(yīng)，實時的頻率調(diào)整和監(jiān)視也正常，系統(tǒng)能按照預(yù)期的效果正常運行，物料的統(tǒng)計準確無誤，系統(tǒng)的功能要求基本上達到，此系統(tǒng)設(shè)計的工作模式，在測試中取得了良好的效果。

5 結(jié)語

此系統(tǒng)涉及了機械、電子、氣動、PLC、變頻器、觸摸屏、PLC與PLC之間的通信、PLC與變頻器通信等多技術(shù)的綜合應(yīng)用，為智能制造等技術(shù)領(lǐng)域方向提供了可行性思路，具有重要的參考意義。

參考文獻

[1]彭娜.基于RS_485總線主從通信協(xié)議及其實現(xiàn)[J].云南大學學報，2007，2（S2）：259-262.

[2]李基有.基于PLC控制的多傳感器物料自動分揀系統(tǒng)設(shè)計[D].華南理工大學，2015.

[3]岳慶來.變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2006：347-349.

[4]可編程序控制系統(tǒng)設(shè)計師（三級）培訓教材[M].廣東省自動化與信息技術(shù)轉(zhuǎn)移中心，2011.