工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔣曉敏

[摘 ? ?要]一直以來(lái)，順序控制都是自動(dòng)分揀系統(tǒng)的主流思想，但是在動(dòng)作時(shí)間等因素的限制下，無(wú)法有效提高分揀效率，這就會(huì)影響到整體工作。為此，應(yīng)該從軟件設(shè)計(jì)角度出發(fā)提高效率，并對(duì)電擊狀況進(jìn)行變頻控制，從而設(shè)計(jì)高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]工件;高效;自動(dòng)分揀

[中圖分類(lèi)號(hào)]TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–00–03

[Abstract]All along， sequence control is the mainstream idea of automatic sorting system， but under the limitation of action time and other factors， it can not effectively improve the sorting efficiency， which will affect the overall work. Therefore， we should improve the efficiency from the perspective of software design， and carry out frequency conversion control on the electric shock status， so as to design an efficient automatic sorting system.

[Keywords]workpiece; high efficiency; automatic sorting

PLC控制是自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)中的關(guān)鍵系統(tǒng)，具有抗干擾性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單以及對(duì)環(huán)境要求低等優(yōu)勢(shì)。但是，很多工件分揀系統(tǒng)當(dāng)中的軟件設(shè)計(jì)都存在一定的問(wèn)題，因此應(yīng)該加大對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究力度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效以及全自動(dòng)控制。

1 工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)的功能概述

以某工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)為例，分析其功能、系統(tǒng)組成等各方面情況。該工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)需要將從理料機(jī)送出的工件傳輸?shù)綑C(jī)器人下方抓取，通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)識(shí)別定位產(chǎn)品的正面與反面、角度與位置;通過(guò)機(jī)器人自動(dòng)跟蹤抓取產(chǎn)品，之后將產(chǎn)品自動(dòng)放入盒中，并根據(jù)產(chǎn)品正反面的情況將產(chǎn)品放置在特定的模具當(dāng)中。該工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括識(shí)別產(chǎn)品正反面、分揀裝盒、并聯(lián)機(jī)器人高速分揀、輸送線(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤。

2 工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)的組成

該工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)由多部分共同構(gòu)成，主要包括機(jī)器視覺(jué)、并聯(lián)機(jī)器人、末端夾具、產(chǎn)品輸送線(xiàn)等部分（圖1）。其中，機(jī)器視覺(jué)主要包括光源、鏡頭、線(xiàn)纜、Basler工業(yè)相機(jī)、視覺(jué)軟件以及PLC控制器;并聯(lián)機(jī)器人是由控制柜、觸控屏、四軸并聯(lián)機(jī)器人與機(jī)架構(gòu)成的;末端夾具即定制家具;產(chǎn)品輸送線(xiàn)包括工業(yè)皮帶、變頻器、包膠軸、減速電機(jī)與跟蹤編碼。此外，工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)當(dāng)中還包括盒子工位切換機(jī)構(gòu)等部分。

3 工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)電氣主電路設(shè)計(jì)

工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)中控制系統(tǒng)電氣主電路主要包括兩個(gè)PLC控制器、三相異步電動(dòng)機(jī)、變頻器等共同構(gòu)成的（圖2），其中三相異步電動(dòng)機(jī)是傳輸帶電機(jī)，而變頻器可以控制正反轉(zhuǎn)與具體的轉(zhuǎn)速，此外兩個(gè)繼電器控制著翻轉(zhuǎn)機(jī)械手電機(jī)，其他的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是由氣動(dòng)控制的。

4 工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 雙PLC通信及數(shù)據(jù)交換

若想讓PLC控制器能夠與觸控屏之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，就需要確保每一個(gè)PLC控制器和觸控屏都可以為PPI通信提供支持，所以可以利用profibus網(wǎng)絡(luò)纜線(xiàn)將兩個(gè)PLC控制器與觸控屏連接在一起，將主站設(shè)于中間。該線(xiàn)纜有三個(gè)總線(xiàn)連接器，觸控屏位于網(wǎng)絡(luò)兩頭，其與從站線(xiàn)纜連接器的終端電阻值是on。SIEMENS為了提高通訊質(zhì)量，開(kāi)發(fā)了PPI這一通訊協(xié)議。從整體情況來(lái)看，PPI通訊協(xié)議是主從協(xié)議，在收到命令之后主站會(huì)將命令發(fā)送給從站，從站就會(huì)對(duì)命令進(jìn)行響應(yīng)，但是從站不會(huì)發(fā)送消息。在大多數(shù)情況下，S7-200CPU都會(huì)在PPI從站模式當(dāng)中運(yùn)行。但部分情況需要執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)指令，這時(shí)就需要通過(guò)特定的程序?qū)7-200CPU從從站模式當(dāng)中調(diào)成主站模式，就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)讀寫(xiě)指令讀寫(xiě)PLC控制器的具體要求，且可以直接響應(yīng)其他主站的申請(qǐng)。此外，只需要網(wǎng)絡(luò)讀指令以及網(wǎng)絡(luò)寫(xiě)指令就可以實(shí)現(xiàn)S7-200CPU之間的PPI通信。

西門(mén)子快捷指令向?qū)У牟僮鞣椒ㄊ趾?jiǎn)單，只需要通過(guò)主站利用指令向?qū)Фx通信端口，并設(shè)置好讀寫(xiě)操作的字節(jié)數(shù)以及地址區(qū)域，還需要將通信過(guò)程當(dāng)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間設(shè)置好。同時(shí)也應(yīng)該設(shè)置好通信過(guò)程中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間。這時(shí)，西門(mén)子的快捷指令向?qū)?huì)自主生成子程序，在主站的PLC控制器當(dāng)中應(yīng)用該子程序，之后將輸送到從站的數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)區(qū)當(dāng)中。VB2是外部按鈕輸入信號(hào)，可以將主站PLC控制器的外部輸入信號(hào)傳遞出去，所以在通信程序當(dāng)中需要將所有的數(shù)據(jù)都傳輸?shù)絍B2中。

4.2 主PLC與變頻器通信

（1）若想實(shí)時(shí)采集變頻器數(shù)據(jù)，且實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速的話(huà)，就需要將PLC控制器調(diào)整為自由口通信模式，并利用USS指令實(shí)現(xiàn)通信。依舊利用profibus網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)纜當(dāng)作通信線(xiàn)纜，這需要在PLC端設(shè)置網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)連接器。在完成USS協(xié)議庫(kù)的安裝工作之后，可以調(diào)用一些通信指令。①一般情況下，需要在啟動(dòng)初始化驅(qū)動(dòng)器通信時(shí)應(yīng)用USS_INT指令，且執(zhí)行該指令是應(yīng)用其他指令的前提和基礎(chǔ)，因?yàn)橹挥袌?zhí)行該指令才能夠激活所有的驅(qū)動(dòng)器。②USS_CTRL指令是一種控制指令，承擔(dān)著控制驅(qū)動(dòng)器的重任，可以在通信緩沖區(qū)中存儲(chǔ)相關(guān)命令，之后將這些命令輸送到編址的驅(qū)動(dòng)器中，這樣就可以控制驅(qū)動(dòng)器，促使驅(qū)動(dòng)器執(zhí)行命令，但是每臺(tái)驅(qū)動(dòng)器只能夠指令一條USS_CTRL指令。

（2）為了滿(mǎn)足控制需求，在進(jìn)行通信軟件設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保通信軟件能夠讀取變頻器的運(yùn)行頻率、電壓、電流等信息，可以控制變頻器的開(kāi)啟和關(guān)閉、可以對(duì)變頻器進(jìn)行無(wú)極調(diào)速。所以，需要利用控制命令控制變頻器的開(kāi)始和關(guān)閉，并在主程序中進(jìn)行讀取和寫(xiě)入，從而讀取各類(lèi)信息。其次，若想增強(qiáng)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性與實(shí)時(shí)性，需要利用查詢(xún)法進(jìn)行掃描，循環(huán)掃描變頻器的頻率、電壓、電流，這也需要應(yīng)用定時(shí)循環(huán)器，具體流程如圖3所示。從圖3中可以看出，每隔0.2 s就會(huì)進(jìn)行一次讀操作，每隔0.3 s會(huì)進(jìn)行一次寫(xiě)操作，無(wú)論是讀取操作還是寫(xiě)入操作的時(shí)間都是足夠的，且通信程序可以在整個(gè)掃描時(shí)間當(dāng)中循環(huán)執(zhí)行，這樣就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)讀取信息，也可以進(jìn)行無(wú)極調(diào)速。

（3）需要利用軟件濾波檢測(cè)所讀取的參數(shù)是否正確，增強(qiáng)程序的抗干擾性。程序在執(zhí)行完讀取命令之后會(huì)及時(shí)檢查所獲取的信息，判斷信息沒(méi)有錯(cuò)誤之后才會(huì)將信息傳輸?shù)郊拇嫫髦小?/p>

（4）需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整變頻器的參數(shù)。PLC控制器只有利用USS通信才能夠控制變頻器，所以需要根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置參數(shù)。同時(shí)，在設(shè)置變頻器參數(shù)時(shí)，需要綜合分析各種情況，例如頻率改變對(duì)實(shí)時(shí)性有較高的要求，但是P2000只能夠重啟變頻器才可以更改頻率，這就導(dǎo)致頻率的實(shí)時(shí)性無(wú)法得到保障。這種問(wèn)題可以通過(guò)相應(yīng)的方法進(jìn)行解決，即在設(shè)置變頻器參數(shù)時(shí)，需要將最小的頻率P1080的數(shù)值設(shè)置成大于P2000的數(shù)值，這樣變頻器才會(huì)認(rèn)同頻率P1080的參數(shù)，在這種情況下不需要重新啟動(dòng)變頻器就可以更改頻率，有效保障頻率的實(shí)時(shí)性。

4.3 主站控制程序設(shè)計(jì)

（1）PLC主站需要承擔(dān)多重重任，例如送料、正反面判斷、位置判斷、自動(dòng)分揀等各個(gè)方面的控制，所以需要由一臺(tái)226進(jìn)行控制。從流程中可以看出，程序不是以前常用的順序流程，是一種以傳感器輸入信號(hào)為開(kāi)始的程序。在這一流程當(dāng)中，整個(gè)控制程序被分為了三段，第一段需要負(fù)責(zé)送料，即負(fù)責(zé)運(yùn)輸產(chǎn)品，這一部分屬于單獨(dú)控制部分，是通過(guò)控制送料的時(shí)間間隔進(jìn)行自動(dòng)送料的，不再需要送完料等到分揀之后再判斷是否需要繼續(xù)送料;第二段需要負(fù)責(zé)判斷產(chǎn)品的位置以及正反面，當(dāng)傳感器檢測(cè)到產(chǎn)品信號(hào)之后，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)第二段程序，明確產(chǎn)品是正面還是反面，并明確產(chǎn)品的具體位置;第三段需要進(jìn)行產(chǎn)品分揀，當(dāng)接收到傳感器信號(hào)之后，可以判斷分揀處是否有新的工件，并自動(dòng)存儲(chǔ)產(chǎn)品的位置信息，促使分揀機(jī)械手能夠到達(dá)產(chǎn)品所在位置，同時(shí)機(jī)械手在分揀過(guò)程中可以自動(dòng)判斷產(chǎn)品的正反面，根據(jù)產(chǎn)品的情況對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分揀。

（2）從流程圖中可以發(fā)現(xiàn)，該程序應(yīng)用了分段檢測(cè)這種方式，提高了分揀效率。圖4展示了分揀控制子程序的具體流程。

從圖4中可以看出，機(jī)械手的分揀過(guò)程采用的依舊是傳統(tǒng)的順序控制方式，也就是在完成一輪當(dāng)中所有操作和動(dòng)作后才會(huì)開(kāi)展下一輪操作，自動(dòng)判斷分揀處當(dāng)中是否出現(xiàn)了新工件，若有新工件的話(huà)就會(huì)進(jìn)行分揀。

機(jī)械手三個(gè)工位的子程序控制流程是一樣的，但是每個(gè)子程序都存儲(chǔ)了目標(biāo)工位，這些目標(biāo)工位是不一樣的。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要確保子程序當(dāng)中含有很多參數(shù)，之后再為子函數(shù)傳輸目標(biāo)工位。這種設(shè)計(jì)方法較為簡(jiǎn)單，且可以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)化編程的需求，有利于增強(qiáng)程序的可讀性。

4.4 從站控制程序設(shè)計(jì)

相比于主站控制程序的設(shè)計(jì)，從站控制程序的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，具體流程如圖5所示。從圖5中可以看出，并行分支的設(shè)計(jì)是翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的主要難點(diǎn)。當(dāng)翻轉(zhuǎn)手在翻轉(zhuǎn)之前呈現(xiàn)左限位時(shí)會(huì)正轉(zhuǎn)至右限位，當(dāng)翻轉(zhuǎn)手在翻轉(zhuǎn)之前呈現(xiàn)右限位時(shí)會(huì)反轉(zhuǎn)至左限位。在這種情況下，翻轉(zhuǎn)手每一次翻轉(zhuǎn)都只需要轉(zhuǎn)半周，可有效提高反轉(zhuǎn)效率，節(jié)約反轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)，有效實(shí)現(xiàn)工件的翻轉(zhuǎn)控制。

5 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行工件高效自動(dòng)分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要明確該分揀系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)構(gòu)成，之后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)電氣主電路設(shè)計(jì)工作、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作，從而提高工件自動(dòng)分揀系統(tǒng)的效率，提高生產(chǎn)質(zhì)量。

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