基于PLC 的給料分揀自控系統(tǒng)

孟亞男 張振懷 孟凡超

（1.吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院；2.中石油吉林化工工程有限公司）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對現(xiàn)代物流運(yùn)輸服務(wù)的要求日益提高，分揀業(yè)務(wù)是現(xiàn)代物流運(yùn)輸工程設(shè)備作業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)。 目前，分揀點(diǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)的人力成本和時(shí)間成本很高，因此，設(shè)計(jì)針對不同物料的自動分揀管理系統(tǒng)，是提升配送服務(wù)亟待解決的問題。 為此，筆者提出以PLC 為控制核心， 利用西門子上位機(jī)WinCC 和下位機(jī)STEP7-300 軟件設(shè)計(jì)物料分揀自控系統(tǒng)， 以期提高分揀環(huán)節(jié)的勞動生產(chǎn)效率和自動化水平。

1 自動分揀系統(tǒng)工作原理

基于PLC 的物料自動分揀自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。 打開電機(jī)，啟動電機(jī)M（指示燈L1為綠色），傳送帶運(yùn)行，傳送帶上的物料由3 種顏色的傳感器和1 個物位傳感器自動識別并進(jìn)行分揀，如鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和紅色的物料，被相應(yīng)的傳感器檢測到后帶動氣缸動作，然后被氣缸推進(jìn)相應(yīng)的滑槽內(nèi)， 如果物料無法由顏色傳感器分揀，則由物位傳感器進(jìn)行檢測，并由氣缸將所有未分類物料推入滑槽。

2 硬件配置

根據(jù)控制要求和設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需求確定了I/O 點(diǎn)，詳見表1，數(shù)據(jù)類型全部為BOOL 型。

表1 控制系統(tǒng)的地址分配

（續(xù)表1）

系統(tǒng)選用西門子S7-315-2DP 作為控制器，電源選擇PS 307 5A， 數(shù)字量輸入模塊選擇DI16×DC24V，數(shù)字量輸出選擇DO16×DC24V/0.5A。

3 物料分揀程序設(shè)計(jì)

在分析分揀系統(tǒng)和硬件選型的基礎(chǔ)上，編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)控制要求的實(shí)時(shí)控制。

物料分揀程序（部分）如圖2 所示，程序段1是電機(jī)正轉(zhuǎn)，程序段2 是電機(jī)反轉(zhuǎn)。 程序段1 有常開觸點(diǎn)M0.0，常閉觸點(diǎn)Q1.1 和M0.2，當(dāng)啟動按鈕M0.0 動作時(shí)，帶動Q1.0 電機(jī)動作，程序段中加入常閉觸點(diǎn)Q1.1 的目的是與程序2 形成互鎖，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，反轉(zhuǎn)一定接通不了；程序段3是在電機(jī)運(yùn)行的情況下， 傳感器1 有動作時(shí)，帶動氣缸1 運(yùn)行，進(jìn)行伸的動作，把物料推入指定的滑槽內(nèi)，在程序段3 加入定時(shí)器T1（定時(shí)時(shí)間2 s），當(dāng)2 s 過后，定時(shí)器帶動程序段4 運(yùn)行，程序段4 對應(yīng)的是氣缸1 的縮回動作，同時(shí)在程序段中加入定時(shí)器T2，并在程序段4 中加入常閉觸點(diǎn)T2，以保證在2 s 之后氣缸縮回的動作完成之后，此段程序停止運(yùn)行。后序程序段跟程序段3、4原理相同，此處不再詳述。

圖2 部分物料自動分揀程序

4 上位機(jī)WinCC 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 上位機(jī)變量設(shè)置

如圖3 所示， 開啟WinCC Explorer 窗口，創(chuàng)建名稱為“周”的單個用戶項(xiàng)。 在變量管理器中，添加驅(qū)動“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”。 在MPI 下生成名為“123”的新驅(qū)動程序的鏈接，將站點(diǎn)ID 設(shè)置為2，機(jī)架編號為0，插槽編號為2。上位機(jī)和下位機(jī)MPI 均為2 的PLC 站點(diǎn)間的通信。 通過名為“123”里的信息，在“123”下建立組，分別存放DI、DO 和M 點(diǎn)，方便管理點(diǎn)數(shù)，按表1建立創(chuàng)建WinCC 的所有外部數(shù)據(jù)變量， 與PLC的通信相連。

圖3 上位機(jī)變量設(shè)定

對計(jì)算機(jī)啟動屬性進(jìn)行設(shè)置，選用記錄運(yùn)行系統(tǒng)，全局腳本運(yùn)行系統(tǒng)，報(bào)表運(yùn)行系統(tǒng)，圖形運(yùn)行系統(tǒng)，用戶歸檔。

4.2 上位機(jī)畫面組態(tài)

利用圖像編輯器創(chuàng)建一個名為“主圖像畫面”的物料分揀畫面，可以任意修改畫面窗口、背景顏色和字體大小，并增加相應(yīng)的操作按鍵，把簡單的系統(tǒng)工藝流程圖在主畫面顯示出來（圖4）。

圖4 物料分揀上位機(jī)監(jiān)控界面

5 程序運(yùn)行及仿真分析

把下位機(jī)與上位機(jī)相連接進(jìn)行仿真， 上位機(jī)的5 個按鈕可以直接控制下位機(jī)程序。 上位機(jī)組態(tài)，當(dāng)傳感器檢測到物料、氣缸有動作時(shí)，相應(yīng)的指示會顯示為綠色，否則一直顯示為灰色。 指示燈L1 代表電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)為紅色時(shí)電機(jī)不動作，當(dāng)為綠色時(shí)電機(jī)正常運(yùn)行。 運(yùn)行下位機(jī)跟上位機(jī)并建立鏈接，運(yùn)行上位機(jī)監(jiān)控畫面。 系統(tǒng)未運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控畫面如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)未運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控畫面

點(diǎn)擊電機(jī)啟動按鈕，電機(jī)開始運(yùn)行，同時(shí)在下位機(jī)給一個傳感器檢測到物料的信號， 整個物料分揀系統(tǒng)就開始工作。上位機(jī)電機(jī)運(yùn)行且傳感器1檢測到物料時(shí)的監(jiān)控畫面如圖6 所示。

圖6 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的監(jiān)控畫面

6 結(jié)束語

筆者設(shè)計(jì)的物料分揀自控系統(tǒng)， 能夠?qū)Σ煌锪虾筒牧线M(jìn)行準(zhǔn)確分類，分揀準(zhǔn)確、操作穩(wěn)定且易于控制，可以連續(xù)、大量分揀和進(jìn)出各種復(fù)雜物料，具有廣泛市場應(yīng)用前景。