物流自動分揀系統(tǒng)及人機界面的設計

鄭暉暉 王靜

摘要：近年來，不斷發(fā)展的分揀技術、不斷擴大的分揀規(guī)模對分揀能力的要求越來越高。物流自動分揀系統(tǒng)是先進的配送中心必須具備的設施條件之一，具有很高的分揀率，文章對物流自動分揀系統(tǒng)進行了設計，具體介紹了系統(tǒng)各模塊PLC的通信問題，并以三菱PLC為下位機、昆侖通態(tài)觸摸屏為上位機進行了人機界面控制。

關鍵詞：物流自動分揀系統(tǒng)；PLC；人機界面

中圖分類號：TN249? 文獻標志碼：A

0 引言

現(xiàn)階段物聯(lián)網廣泛應用于人們的生產生活，傳統(tǒng)生產模式下物流企業(yè)采用手工操作對包裹進行分揀，效率低下且誤差率較高，滿足不了企業(yè)的分揀需求，不利于企業(yè)自動化生產水平的提升。本文通過對基于PLC的物流自動分揀系統(tǒng)及人機界面進行設計，實現(xiàn)了高效的自動檢測以及自動分揀功能，促進了企業(yè)生產化水平的提高［1］。

1 系統(tǒng)設計

物流自動分揀系統(tǒng)的硬件包含倉庫供料、搬運機械手、分揀及人機界面4個模塊。前3個模塊采用氣動驅動，搬運機械手模塊使用伺服電機完成位置控制。分揀模塊的傳送帶驅動則使用了三菱變頻器驅動三相異步電動機的交流傳動裝置進行。人機界面模塊由昆侖通泰觸摸屏及組態(tài)軟件構成。本系統(tǒng)用黑色塑料工件、白色塑料工件以及金屬工件模擬不同的包裹，首先由倉庫供料模塊供料，接著搬運模塊的機械手把工件搬運到分揀模塊，變頻器調速驅動三相異步電機帶動皮帶做直線運動，然后由旋轉編碼器進行精確定位，金屬傳感器及光纖傳感器分別進行工件材質及顏色的檢測，最后根據控制要求利用氣缸把不同的（工件）包裹推送到不同的槽里。系統(tǒng)的控制方式為1臺PLC獨自控制1個工作單元，不同工作單元的PLC之間通過RS-485串行通信實現(xiàn)［2］。

2 三菱FX系列PLC的通信控制

2.1 PLC網絡系統(tǒng)

在現(xiàn)代化的生產現(xiàn)場，為了進行科學管理以及實現(xiàn)高效的生產，只是改進機型或者增加PLC的I/O點，控制系統(tǒng)仍無法完成復雜的控制任務。本設計將多臺PLC相互連接，形成一個網絡，以解決此問題。

PLC的網絡連接方式都不相同，根據不同的連接方式，將其網絡結構分為環(huán)形結構、總線結構及星形結構3種。每種結構都有各自的優(yōu)缺點，可以根據具體情況進行選擇。其中總線結構由于結構簡單、可靠性高、易于擴展被廣泛應用。PLC網絡的具體通信模式取決于所選廠家的PLC類型。

2.2 三菱PLC網絡系統(tǒng)

并行鏈接、N∶N網絡、計算機鏈接、無協(xié)議通信及可選編程端口為FX系列PLC能夠支持的通信類型［3］。

（1）N∶N網絡：該網絡以N∶N為基礎進行PLC的數(shù)據傳輸。鏈接小規(guī)模系統(tǒng)中的數(shù)據可以使用這種網絡。

（2）并行鏈接：該網絡使用100個輔助繼電器和10個數(shù)據寄存器在1∶1的基礎上完成數(shù)據傳輸，在兩臺PLC之間進行自動數(shù)據傳輸，有普通和高速兩種模式。當只有兩臺PLC需要通信時可采用此法。該網絡通信規(guī)格要求傳輸速率為19 200 bit/s，通信標準需符合RS-422和RS-485，協(xié)議方式為并行鏈接，通信方式為半雙工，通信時間設為普通模式時為70 ms，設為高速模式時為20ms。當系統(tǒng)使用1∶1網絡并行通信時，必須設定主站及從站的通信模式。

（3）計算機鏈接：該網絡在1∶n（16）的基礎上用RS-485（422）單元進行數(shù)據傳送。

（4）無協(xié)議通信：該網絡中RS-232單元是基礎，包含條形碼閱讀器、個人計算機及打印機。無協(xié)議通信利用無協(xié)議通信完成，最后使用RS指令或者特殊功能模塊完成通信。

（5）可選編程端口：對于一系列的PLC，如FX3U，F(xiàn)X2N，F(xiàn)X2NC，F(xiàn)X1N，F(xiàn)X1S，當該端口被連接在FX-232BD，F(xiàn)X-232ADP，F(xiàn)X-422BD，F(xiàn)X485BD等時，外圍設備可以和其互連。

2.3 三菱FX系列PLC的N∶N通信網絡特性

物流自動分揀系統(tǒng)各模塊采用FX系列PLC，采用N∶N網絡通信的方式，在RS-485傳輸標準上建立N∶N網絡，網絡組建好后，系統(tǒng)中每一個工作模塊就稱作工作站。本設計中倉庫供料模塊、搬運機械手模塊、分揀模塊分別為供料站、輸送站、分揀站，而（搬運機械手模塊）輸送站為主站，其他站為從站。物流自動分揀系統(tǒng)的N∶N通信網絡配置如圖1所示。

2.4 安裝和連接N∶N通信網絡

在進行N∶N通信網絡的安裝和連接時，需斷開電源，把485-BD通信板安裝在各站的PLC上，用屏蔽雙絞線連接各站點，選擇110 Ω的終端電阻接到終端上，如圖2所示。

2.5 組建N∶N通信網絡

本設計對各站點PLC用編程方式設置網絡參數(shù)來組建N∶N通信網絡，主站點即輸送站的網絡參數(shù)設置程序如圖3所示。需要注意的是設置網絡參數(shù)需要從程序的第0步開始，而其他從站的網絡參數(shù)設置只要在第0步向D8176寫入站點號。

3 系統(tǒng)組態(tài)設計

觸摸屏即HMI，用作人機交流和控制，簡單易用，功能強大。本系統(tǒng)使用昆侖通態(tài)觸摸屏及MCGS組態(tài)軟件對物流分揀情況進行智能管理［4］。

3.1 建立系統(tǒng)組態(tài)界面

建立系統(tǒng)組態(tài)界面要在觸摸屏的實時數(shù)據庫中新建變量，這些變量要有對應的PLC地址，還要對元件類別、數(shù)據用途、數(shù)據類型、PLC輸入地址及輸出地址做好設置，把定義好的數(shù)據對象和PLC內部變量進行連接，這樣觸摸屏和PLC通信才能連接，如圖4所示。筆者在用戶窗口中設計制作出物流自動分揀系統(tǒng)的監(jiān)控界面，整個界面包含操作區(qū)、搬運輸送、倉庫供料及快遞分揀4塊內容，如圖5所示。將元件與數(shù)據對象進行關聯(lián)，如圖6所示。

3.2 工程下載調試

工程下載調試時首先將觸摸屏連接到物流自動分揀線系統(tǒng)中搬運站的PLC編程口。在下載配置窗口時，選擇“連機運行”“USB”連接方式，設置好后進行通信測試和工程下載，將所建工程下載到下位機中［5］。

3.3 程序的設計及調試

在進行主站即輸送站的程序編寫時，筆者應規(guī)劃通信數(shù)據，給供料站的啟動、停止信號設置軟元件為M1001，M1065，給分揀站的啟動、停止信號設置軟元件為M1002，M1129，根據任務要求畫出主站的控制流程圖，用GX軟件編寫程序。從站供料站及分揀站的程序編寫比較簡單，只需用單站的程序稍做修改。

將編寫好的程序下載到PLC中，調試觸摸屏界面上各控件是否能夠實現(xiàn)任務要求的功能，按照調試步驟觀察運行狀態(tài)和觸摸屏的顯示狀態(tài)。

4 結語

物流自動分揀系統(tǒng)及人機界面設計整合學校原有的實訓設備，結合機電一體化技術標準和市場的需要，實現(xiàn)自動供料單元、裝配單元及成品分揀單元的相互銜接。設計原理簡潔，可操作性強，不僅能夠有效地替代操作工重復單調的操作，而且分揀流程更精準，配以觸摸屏實時監(jiān)控自動化分揀線，實時記錄分揀運行情況，做到分揀有記錄、無障礙溯源。此外，為了減少自動分揀系統(tǒng)的分揀誤差率，系統(tǒng)采用信息監(jiān)控錄入方式，多類別傳感器同時運用，分揀誤差極低。

參考文獻

［1］王光祥.基于觸摸屏和PLC的物料智能分揀控制系統(tǒng)設計［J］.集成電路應用，2021（12）：26-28.

［2］劉玉均.物流企業(yè)自動化分揀及倉儲管理組態(tài)系統(tǒng)設計［J］.內燃機與配件，2020（19）：194-195.

［3］田志勇.基于PLC與RFID的物流自動分揀系統(tǒng)設計［J］.現(xiàn)代制造工程，2020（3）：157-160.

［4］蔡輝.基于PLC與變頻器技術的帶式輸送機控制系統(tǒng)設計［J］.機械工程與自動化，2019（1）：163-164.

［5］單俠芹.自動化生產線安裝與調試［M］.北京：北京理工大學出版社，2019.

（編輯 王雪芬）

Design of automatic logistics sorting system and human-machine interface

Zheng? Huihui， Wang? Jing*

（Wuxi Mechanical and Electrical Higher Vocational and Technical School， Wuxi 214000， China）

Abstract：? In recent years， with the continuous development of sorting technology and the continuous expansion of sorting scale， the requirements for sorting capacity are becoming higher and higher. The automatic logistics sorting system is one of the necessary facilities for an advanced distribution center， and has a high sorting rate. This paper designs the automatic logistics sorting system， specifically introduces the communication problems of the PLC of each module of the system， and uses Mitsubishi PLC as the lower computer and Kunlun touch screen as the upper computer for human-machine interface control.

Key words： logistics automatic sorting system; PLC; interface