工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

沈?qū)幉?王雪晶,張 浩,曹玉波*

(1.吉林化工學(xué)院 信息與控制工程學(xué)院,吉林 吉林 132022;2.吉林石化公司 合成樹脂廠,吉林 吉林 132021)

隨著我國社會經(jīng)濟、技術(shù)和工業(yè)化的快速發(fā)展,在一定程度上要求我國的自動控制系統(tǒng)和自動化流水線可以滿足社會需求[1,2]。在對大量物料進行分揀的行業(yè)中人工分揀的方式很難提高工作效率,并且我國自動化技術(shù)發(fā)展相對比較落后,尤其是在當前快速發(fā)展的物流分揀行業(yè)、工業(yè)物料分揀行業(yè)以及在當前能源節(jié)約思想戰(zhàn)略下的資源回收分揀行業(yè),因此,開發(fā)新的自動分揀技術(shù)已成為該行業(yè)在新世界中謀求發(fā)展的必由之路[3-5]。本系統(tǒng)基于S7-200 SMART PLC,通過綜合運用氣動控制技術(shù)、電磁技術(shù)、傳感器技術(shù)與變頻器控制技術(shù)等,使上位機模塊與下位機模塊協(xié)同控制運行,設(shè)計了一套高效且經(jīng)濟的工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng),實現(xiàn)了工業(yè)廢料分揀效率的提升。

1 系統(tǒng)分揀工藝流程

根據(jù)某生產(chǎn)企業(yè)的工業(yè)廢料回收分揀需求,對當前已有的自動分揀控制系統(tǒng)進行了借鑒,基于S7-200 SMART PLC設(shè)計了一套高效且經(jīng)濟的工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng),該系統(tǒng)的工藝結(jié)構(gòu)圖如圖1所示[6-9]。

圖1 工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)工藝結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)可分揀鐵質(zhì)、鋁質(zhì)、塑料三種當前工業(yè)主用物料廢料,當系統(tǒng)正常啟動后,輸送帶由電機帶動以正常速度運行,同時帶動廢料進入分揀區(qū),當鐵質(zhì)廢料進入分揀區(qū)后,會被電磁鐵吸出然后落入鐵質(zhì)儲槽;當鋁質(zhì)廢料被鋁質(zhì)檢測傳感器識別,PLC會接收傳感器的動作信號然后發(fā)出控制指令,此時電機轉(zhuǎn)速變?yōu)榉謷俣?鋁質(zhì)廢料分揀氣缸伸出將鋁質(zhì)廢料推入鋁質(zhì)儲槽中,然后氣缸縮回,電機恢復(fù)正常速度;塑料廢料則被塑料檢測傳感器識別后,由塑料廢料分揀氣缸伸出將塑料廢料分揀至儲槽中。漏檢廢料分揀氣缸是將未識別或漏檢的廢料通過分揀通道分揀至返回輸送帶;返回廢料分揀氣缸則是將漏檢廢料通過分揀通道分揀至原主輸送帶,完成廢料的再識別分揀工作。

2 工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)上述的工業(yè)廢料自動分揀工藝要求與控制需求,歸納統(tǒng)計出本系統(tǒng)所需的輸入輸出控制點數(shù),確定與系統(tǒng)匹配的I/O模塊,并進行I/O點地址的分配,系統(tǒng)的I/O地址分配如表1所示。

表1 工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)I/O地址分配表

PLC作為當下一種流行的微處理邏輯運算控制器,具有強大的信息運算處理能力,擔任著系統(tǒng)大腦的作用。在對關(guān)鍵部件PLC的選型中主要采用的是六西格瑪設(shè)計分析法,完成對多種PLC的綜合比較后得出最終結(jié)論選用S7-200 SMART PLC。本系統(tǒng)硬件較多,但分散均勻并且具有規(guī)律性,系統(tǒng)的PLC型號選擇與I/O信號分配完畢后,根據(jù)工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)的輸入輸出設(shè)備,設(shè)計相應(yīng)的輸入輸出端子接線圖,系統(tǒng)的信號模塊I/O接線圖如圖2所示。

圖2 工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)I/O接線圖

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.2.1 程序流程設(shè)計

根據(jù)該系統(tǒng)的工藝要求與控制需求繪制出程序控制流程圖,由于程序框圖是程序編程設(shè)計的主要依據(jù),所以該部分設(shè)計應(yīng)達到準確與詳細,工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。

圖3 工業(yè)廢料自動分揀程序控制流程圖

2.2.2 控制程序?qū)崿F(xiàn)

控制程序的設(shè)計編寫是整個設(shè)計工作的核心部分,由于工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)的控制需求與控制流程較多,因此采用建立子程序模塊的方法進行程序編寫,這樣可以化繁為簡,使編程效率大大提升。本系統(tǒng)主要的控制程序?qū)崿F(xiàn)如下:

1)電機轉(zhuǎn)速邏輯控制程序?qū)崿F(xiàn):當系統(tǒng)未識別到廢料時,電機以正常轉(zhuǎn)速運行;若有廢料被傳感器檢測到時,則電機以分揀速度運行;廢料被氣缸分揀完畢后電機恢復(fù)為正常轉(zhuǎn)速,其部分控制程序如圖4所示。

圖4 電機轉(zhuǎn)速邏輯控制部分程序圖

2)氣缸分揀邏輯控制程序?qū)崿F(xiàn):氣缸位于縮限位時,若傳感器檢測到相應(yīng)廢料后,則氣缸伸出將工業(yè)廢料分揀至儲槽中,氣缸伸出觸發(fā)到伸限位后,會產(chǎn)生縮回動作,直到它再次位于縮限位后停止該動作,其部分控制程序如圖5所示。

圖5 氣缸分揀邏輯控制部分程序圖

2.3 運行測試

本系統(tǒng)的上位機模塊主要是通過組態(tài)王軟件實現(xiàn)的,該軟件具有操作簡單、功能強大、運行速度快等優(yōu)點,系統(tǒng)的上位機畫面設(shè)計如圖6所示。利用組態(tài)王軟件建立的上位機系統(tǒng)可實現(xiàn)與PLC的現(xiàn)場通信,完成系統(tǒng)工藝流程與相關(guān)控制數(shù)據(jù)的監(jiān)控[10]。

圖6 工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)上位機畫面圖

當工業(yè)廢料到達分揀區(qū)后,系統(tǒng)各子模塊之間可按照預(yù)期目標配合完成分揀任務(wù),對于廢料漏檢情況,系統(tǒng)可對漏檢廢料進行返回輸送然后再識別分揀,同時系統(tǒng)上位機控制畫面配有手動操作按鍵,可手動控制完成對廢料的分揀工作。該工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)的分揀效率與原有人工分揀效率相比,有了大幅度提高,且工業(yè)廢料的分揀正確率較高,大大降低了原人工分揀錯誤率。

3 結(jié) 論

本系統(tǒng)在基于S7-200 SMART PLC的基礎(chǔ)上,通過綜合運用氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、PLC控制技術(shù)與變頻器控制技術(shù)等,設(shè)計了一套高效且經(jīng)濟的工業(yè)廢料自動分揀控制系統(tǒng)。經(jīng)過實際運行測試,該系統(tǒng)易于操作、可更改性強并且具有很強的兼容性,在實際工程實踐中具有良好的分揀效果,實現(xiàn)了工業(yè)廢料分揀效率的提升,有效減少了人工成本,同時可為當今快速發(fā)展的工業(yè)物料分揀自動化控制方案提供參考和借鑒。