基于PLC控制的全自動(dòng)物料分揀系統(tǒng)設(shè)計(jì)?

物料自動(dòng)分揀的PLC程序圖

自動(dòng)化生產(chǎn)控制的自動(dòng)分揀和傳送控制系統(tǒng)，能對(duì)已加工的工件進(jìn)行分揀和傳輸，該系統(tǒng)可由傳送帶與機(jī)械手配合組成物料自動(dòng)分揀控制。

    自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)控制及現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)物料同時(shí)進(jìn)行多口多層連續(xù)的分揀。自動(dòng)化、信息化以及方便的系統(tǒng)集成是目前物流行業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。

    自動(dòng)分揀控制系統(tǒng)的電氣控制部分由上位計(jì)算機(jī)、傳感器、光電控制器以及變頻器、電動(dòng)機(jī)及繼電器控制部分等構(gòu)成。

    自動(dòng)分揀系統(tǒng)的主要特點(diǎn)如下。

    (1)能連續(xù)、大批量地分揀貨物。由于采用流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受氣候、時(shí)間、人的體力等的限制，可以連續(xù)運(yùn)行，同時(shí)，由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間分揀件數(shù)多，比用人工高幾十倍，或者更高，大大提高了勞動(dòng)效率，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度。

    (2)分揀誤差率極低。自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀誤差靠光電傳感器和接近開(kāi)關(guān)，減少了分揀的誤差。

    (3)能最大限度地減少人員的使用。分揀作業(yè)本身并不需要使用人員，人員的使用僅局限于系統(tǒng)出現(xiàn)故障和手動(dòng)調(diào)試時(shí)。

    (4)運(yùn)輸皮帶與變頻器配合可選擇最合適的輸送速度。

    以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的物料傳送及分揀系統(tǒng)，由傳送系統(tǒng)和分揀系統(tǒng)組成。傳送系統(tǒng)由機(jī)械手完成工件的抓取和轉(zhuǎn)移；分揀系統(tǒng)由傳送帶輸送并對(duì)不同要求的工件進(jìn)行區(qū)別、分類(lèi)和揀出。此系統(tǒng)結(jié)合傳感器和位置控制等技術(shù)，并運(yùn)用梯形圖編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁塊及白色、藍(lán)色兩種塑料塊共3種材料的自動(dòng)分揀，該系統(tǒng)通用性強(qiáng)，可靠性好，程序開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，可適應(yīng)進(jìn)行材料分揀生產(chǎn)線的需求。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-64所示。

    圖6-64    物料分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    一、控制要求

    1．機(jī)械手傳送系統(tǒng)

    由3臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。通過(guò)3臺(tái)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)切換來(lái)控制機(jī)械臂的上下、左右及水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且均為恒壓、恒速控制。機(jī)械手由電磁鐵的通電、斷電完成對(duì)工件的吸取和釋放動(dòng)作。

    (1)初始狀態(tài)。機(jī)械手電磁鐵處于放置工件位置（料盤(pán)）上方，機(jī)械臂位于上限、左限（伸出）位置。整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)機(jī)械手應(yīng)優(yōu)先檢測(cè)初始狀態(tài)，并保證處于初始位置。

    (2)抓取轉(zhuǎn)移工件。當(dāng)有符合要求的工件到達(dá)傳送帶左端時(shí)，機(jī)械手開(kāi)始工作。從初始位置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到被抓工件上方，下降至下限位，吸取工件，停留1s，上升至上限位，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至機(jī)械手料盤(pán)正上方，下降至下限位，釋放工件，停留1s，返回初始位置。為避免意外發(fā)生，從機(jī)械手吸合工件到釋放至料盤(pán)期間，傳送系統(tǒng)不響應(yīng)停止信號(hào)。

    (3)工件返回重揀。當(dāng)需要把被機(jī)械手轉(zhuǎn)移的工件取回重新分揀時(shí)，機(jī)械手首先在廢品料盤(pán)中吸取工件，然后按照同上述相反的過(guò)程把工件放回到皮帶終端（傳送帶左端），然后機(jī)械手返回到初始位置。

    2．工件分揀系統(tǒng)

    系統(tǒng)由變頻器控制的三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)變換，有高速(對(duì)應(yīng)頻率50Hz)、中速（對(duì)應(yīng)頻率30Hz）和低速(對(duì)應(yīng)頻率15Hz)3種速度，從而控制皮帶傳送速度的快慢。

    系統(tǒng)包括5個(gè)傳感檢測(cè)位置，從右至左分別為：接近開(kāi)關(guān)（感應(yīng)金屬工件）、顏色分辯傳感器（感應(yīng)白色工件，對(duì)藍(lán)色不敏感）、位置A光電開(kāi)關(guān)、位置B光電開(kāi)關(guān)、位置C光電開(kāi)關(guān)。

    系統(tǒng)有4個(gè)工件放置區(qū)域：投料區(qū)、A揀出區(qū)、B揀出區(qū)、皮帶終端。具體控制要求如下。

    (1)變速控制。當(dāng)傳送帶正轉(zhuǎn)，被檢測(cè)區(qū)域中沒(méi)有檢測(cè)到任何工件時(shí)，電機(jī)以高速運(yùn)行。反之電機(jī)以低速運(yùn)行。當(dāng)傳送帶反轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)工作在中速30Hz，即變頻器的X1、X2同時(shí)接通。加速、減速時(shí)間分別為2s、1s。

    (2)材質(zhì)分揀。當(dāng)金屬工件通過(guò)接近開(kāi)關(guān)時(shí)被感知，那么該工件到達(dá)光電開(kāi)關(guān)A處，推桿A把金屬工件推入A揀出區(qū)。同時(shí)該區(qū)計(jì)數(shù)器加1。

    (3)顏色分揀。當(dāng)白色工件通過(guò)顏色傳感器時(shí)被感知，那么該工件到達(dá)光電開(kāi)關(guān)B處，推桿B把白色工件推入B揀出區(qū)。同時(shí)該區(qū)計(jì)數(shù)器加1。

    (4)廢品分揀。當(dāng)廢品（藍(lán)色工件）到來(lái)時(shí)，接近開(kāi)關(guān)和顏色傳感器均無(wú)感應(yīng)，那么該工件作為廢品運(yùn)送到位置C處的光電開(kāi)關(guān)時(shí)，延時(shí)1s后傳送帶停止，等待機(jī)械手來(lái)把工件抓走，等待重新加工。

    (5)工件放置。投放工件時(shí)應(yīng)在投料區(qū)內(nèi)，并且要等前一個(gè)工件越過(guò)標(biāo)志線后才能放第二個(gè)工件。工件隨機(jī)、連續(xù)擺放，沒(méi)有個(gè)數(shù)限制。

    (6)工件包裝。當(dāng)A揀出區(qū)或B揀出區(qū)內(nèi)達(dá)到4只工件時(shí)，即相應(yīng)的揀出區(qū)計(jì)數(shù)器累計(jì)數(shù)值等于4時(shí)，傳送帶停止（暫停），等待包裝，等待5s后包裝完畢，傳送帶繼續(xù)按照暫停前的狀態(tài)運(yùn)行（同時(shí)該計(jì)數(shù)器清零）。

    (7)工件轉(zhuǎn)移。被分揀工件中混雜著的廢品（藍(lán)色）到達(dá)皮帶終端時(shí)需要停止傳送，此狀態(tài)也為暫停狀態(tài)，當(dāng)機(jī)械手把其轉(zhuǎn)移到廢品料盤(pán)，且返回初始位置后，暫停狀態(tài)結(jié)束，傳送帶繼續(xù)暫停前的狀態(tài)運(yùn)行。

    (8)返回重揀。當(dāng)需要把廢品區(qū)的工件返回到傳送帶上重新進(jìn)行分揀時(shí)，先按下重揀按鈕，此時(shí)蜂鳴器長(zhǎng)鳴，提示不得在投料區(qū)投放工件，等傳送帶把已經(jīng)在皮帶上的料分揀完畢后，機(jī)械手執(zhí)行工件返回重揀動(dòng)作。當(dāng)工件被機(jī)械手放回到皮帶終端后1s，傳送帶以反向中速運(yùn)行，把該工件送回到投料區(qū)（光電開(kāi)關(guān)D感應(yīng)到）后停止，然后立即轉(zhuǎn)換為正向高速，進(jìn)入正常分揀程序。

    (9)啟?？刂?。按下啟動(dòng)按鈕時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)，但需等待機(jī)械手檢測(cè)并回到初始狀態(tài)后，傳送帶才開(kāi)始高速運(yùn)行，等待檢測(cè)工件。按下停止按鈕時(shí)，如果機(jī)械手吸合工件并正在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中不響應(yīng)該停止信號(hào)，須等工件安全釋放到料盤(pán)時(shí)（或從料盤(pán)轉(zhuǎn)移到皮帶終端后）才可停止整個(gè)傳送系統(tǒng)。

    3．結(jié)合系統(tǒng)進(jìn)行PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配及系統(tǒng)控制接線和變頻器參數(shù)的設(shè)定

    (1)I/O分配表如表6-17所示。

    表6-17    物料分揀系統(tǒng)PLC控制I/O分配表

    (2)物料分揀控制系統(tǒng)接線圖如圖6-65所示。

    圖6-65    物料分揀系統(tǒng)控制接線圖

    (3)物料分揀系統(tǒng)控制PLC參考程序如圖6-66~圖6-73所示。

    圖6-66    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(1)

    圖6-67    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(2)

    圖6-68    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(3)

    圖6-69    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(4)

    圖6-70    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(5)

    圖6-71    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(6)

    圖6-72    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(7)

    圖6-73    物料分揀系統(tǒng)控制參考梯形圖(8)

    (4)按物料傳送要求進(jìn)行變頻器參數(shù)設(shè)定，如表6-18和表6-19所示。

    表6-18    物料傳送運(yùn)行參數(shù)表

    表6-19    運(yùn)行狀態(tài)與接線端子對(duì)照表

    二、系統(tǒng)的安裝接線及運(yùn)行調(diào)試

    (1)首先將主電路和控制回路按圖6-65進(jìn)行連線，并與實(shí)際操作中情況相結(jié)合。

    (2)經(jīng)檢查無(wú)誤后方可通電。

    (3)在通電后不要急于運(yùn)行，應(yīng)先檢查各電氣設(shè)備的連接是否正常，然后進(jìn)行單一設(shè)備的逐個(gè)調(diào)試。

    (4)按照系統(tǒng)要求進(jìn)行變頻器參數(shù)的設(shè)置。

    (5)按照系統(tǒng)要求進(jìn)行PLC程序的編寫(xiě)并傳入PLC內(nèi)，進(jìn)行模擬運(yùn)行調(diào)試，觀察輸入和輸出點(diǎn)是否和要求一致。

    (6)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)試，包括安全和運(yùn)行的穩(wěn)定性。

    (7)當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕SBI時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)，但需等待機(jī)械手檢測(cè)并回到初始狀態(tài)后，傳送帶才開(kāi)始高速運(yùn)行，等待檢測(cè)工件，當(dāng)檢測(cè)到工件時(shí)傳送帶低速運(yùn)行，當(dāng)按下重揀按鈕SB3時(shí)，進(jìn)行物料重揀，系統(tǒng)控制將按照所設(shè)定好的程序運(yùn)行。

    (8)按下停止按鈕SB2時(shí)，物料分揀系統(tǒng)停止，如果機(jī)械手吸合工件并正在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，不響應(yīng)該停止信號(hào)，須等工件安全釋放到料盤(pán)時(shí)（或從料盤(pán)轉(zhuǎn)移到皮帶終端后）才可停止整個(gè)傳送系統(tǒng)。