基于PLC控制的自动识别、分拣系统设计.pdf

自 动 化技 术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第5 期 经 验 交 流 1 e c hn i c a I Co m mun i c a t ion s 基于 P L C控 制的 自动识别 、分拣 系统设计 张 玲 莉 广州南洋理工职业学院机电系 ， 广东广州5 1 0 9 8 0 摘 要 I I C 为_ f f lI 弘 ’ 能化、可靠性 I I J l 控制设 ， f1 动化 J 线的控制方面已甜到j 泛 刚 ， 我f r j 利刷P I C和变频器设计‘ ⋯ f ㈨0l { 动U 别、自动分拣系统， 适合丁， f 产线 制技现场训 。 关键词 I ， I C； 频 ； 动机诫 r； h动彭 别； 自动分抓 { 1 分 j I M5 7 1 ． 6 1 文献 码 } j 文章编 l 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 o 0 5 0 l 1 0 0 3 Au t o ma t i c I d e n t if i c a t i o n、So r t i n g Sy s t e m De s i g n B a s e d o n P L C ZHANG Li n g l i El e c t r i c a l a n d Mech a n i c a l E n g i n e e r i n g De p a r t me n t ， Gu a n g z h o u Na n y a n g Co l l e g e ， Gu a n g z h o u 5 1 0 9 8 0 C h i n a Ab s t r a c t PL C a s a n i n t e l l i g e n t ，r e l i a b l e ，i n d u s t r i a l c o n t r o l e q u i p me n t ， a u t o ma t i c p r o du c t i o n l i n e c o n t r o l h a s b e e n wi d e l y u s e d ． Au t o ma t i c r e c o g n i t i o n a n d a u t o mi c s o r t i n g a r e u s e d b y PI C a n d f r e q u e n c y c o n v e r t e r d e s i g n e d p a r t s ． I t i s s u i t a b l e f o I ‘ p r o d u c t i o n l i n e c o n t r o l a n d o n s i t e d e b u g g i ng ． K e y wo r d s P LC； i n v e r t e r ； p n e u m a t i c m a n i p u l a t o r ； a u t o i d e n t i f i c a t i o n ； a u t o s o r t i n g 1 引言 随着我国信息化建设和国际化发展进程的加快 ， 在 机电气一体化领域中， 由 “ 可编程序控制器 一传感器 一 气动元件”组成的典型的控制系统仍然是 自动化技术 的重要方面 ，而气动机械手、气动控制越来越离不开 P LC， 而阀岛技术的发展 ， 又使 P LC在气动机械手、气 动控制中变得更加得心应手。本文通过 P L C、变频器设 计一条能 自动识别金属与非金属 、黑色与非黑色工件 和姿势， 并对识别的工件进行分捡堆放的 自动生产线。 目前国内大部分 的自动识别分拣系统大多采用继电器 控制， 它存在数字化程度低、故障率高等缺点 ， 为了实 现生产线的自动化、数字化等要求， 企业有必要研发全 自动的 自动识别、自动分拣的生产线， 而且还可以根据 生产线的各种不同要求对其进行升级改造。 2 系统设计结构 收稿 日期 2 0 0 9 1 2 1 6 本文所设计的 自动识别、分拣系统主要由执行系 统和电控系统组成， 其中执行系统包括长距离传送带模 块、龙门式机械手模块、气源处理单元、传感器检测单 元、操作控制面板、气动电磁阀模块以及金属和非金属 工件等组成。电控部分包括 P L C、变频器、操作面板等 组成。也可根据实际要求增加触摸屏显示。系统组件动 作示意 图如 图 1所 示 。 图1 自动识别、分拣系统的工作流程图 控制系统硬 件要求 经 验 交 流 自 动 化 技 术与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第5 期 T ec h nic a}C0mm un i c a t ion s 3 ． 1 气动机械手的结构 气动机械手的结构如图 2所示 ， 该机械手采用圆拄 坐标式， 个气缸使相应的机械手具有 3个 自由度， 为了 弥补升降运动行程较小 的缺点 ， 增加手臂摆动机构， 可 增加一个手臂左右摆动的自由度⋯。4个 自由度各关节 与导向装置的约束 ， 是各气缸只承受 自己施力方 向上的 里或力矩， 从而保证 了气缸的寿命 、精度和可靠性。 1 ． 底■2 ． 大臂墨转气缸3 ． 小霄水乎 荤 I 气虹 4 ． 辱内羹置5 ． 大■整土移动气缸6 ． 手■●囊气缸 7 ． 手指j I E 曩气I | 【 8 ． 爽持式手擅 图 2 气动搬运机械手总体结构图 3 ． 2 传感器检测单元 工件在 传送带上 传送运 行并经 过 四个 检测单 元 ， 其 中有三种传感器 光电式传感器、电容式传感器和 电感 式传感器 ， 用于检测工件材料属性 ， 检测结果保存在控 制器 中。 光电式传感器可用于识别工件是否为金属 ， 工作原 理 是基于光 电元件 的光 电特性 ， 其光 通量是 随被测量 而 变， 光 电流就成为被测量的函数， 本文所采用的是反射型 光 电传感器。如图3所示 恒定光源发出的光投射到被 测物体上 ， 被测物体把部分光通量反射到光电元件上 ， 根 一■ 图3 光电传感器的工作原理图 据反射的光通量多少测定被测物表面状态和性质。 电感式传感器用于工件的颜色识别 ， 或者直接采用 颜色识别传感器【 。通常所看到的物体颜色 ， 实际上是 物体表面吸收了照射到它上面的白光 日光 中的一部分 有色成分 ， 而反射出的另一部分有色光在人眼中的反 应。白色是由各种频率的可见光混合在一起构成的， 也 就是说 白光中包含着各种颜色的色光 如红R、黄Y、绿C - 、 青 V 、蓝 B 、紫 P。根据德 国物理学 家赫姆霍兹 He l i n h o l t z 的三原色理论可知 ， 各种颜色是由不同比例 的三原色 红、绿、蓝 混合而成的。由三原色感应原理 可知， 如果知道构成各种颜色的三原色的值， 就能够知 道所测试物体的颜色。当选定一个颜色滤波器时 ， 它只 允许某种特定的原色通过， 阻止其他原色的通过。例如 图4 P L C的外部接线图 下转第 l 2 2页 自 动 化 技 术与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第5 期 经 验 交 流 T e c hn i c a I Comm U n i c a t i o n s 参考文献 [ 1 】 许金宏． 浅析我国城市道路照明的节能技术【 J ] ． 中国照明 电器 ， 2 0 0 8 ， 7 1 8 -- 2 0 ． [ 2 】 林振刚． 高压钠灯在城市道路照明节电的应用【 J ] ． 照明工 程学报， 2 0 0 9 ， 2 0 4 7 4 7 ． [ 3 】张涛， 杨善庚， 秦大为． 集中补偿和单灯补偿在道路照明 节 电技术中的应用[ J 】 ． 力 电容器 ， 2 0 0 7 ， 1 1 3 1 6 ． [ 4 ]罗宇． 城市道路照明节能措施⋯ ． 辽宁科技大学学报， 2 0 0 9 ， 3 3 2 8 2 2 8 5 ． [ 5 】杨善庚， 秦大为． 城市道路照明节电措施探讨【 J J ． 节能， 2 0 0 7 ， 2 4 3 3 9 -4 0 ． 【 6 】 金强． 浅谈城市道路照明设计【 J J ． 照明， 2 0 0 9 ， 3 5 7 1 7 4 ． 【 7 】刘承东． L E D路灯在道路照明中的应用[ J 】 ． 中国照明电 器 ， 2 0 0 9 ， 3 3 0 - 3 4 ． 【 8 】李士勇 ． 模糊控制 神经控制和智能控制论[ M】 ． 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 ， 1 9 9 6 ． 作者简介 冯玉如 1 9 7 6 一 ， 女， 讲师， 研究方向 电子应用技 术 、 电 力 系统 自动 化 。 上接第 l 1 1 页 当选择红色滤波器 时 ， 入 射光 中只有红色可以通过 ， 蓝色 和绿色都被阻止 ， 这样就可以得到红色光的光强 ； 同理 ， 选择其他的滤波器 ， 就可以得到蓝色光和绿色光的光强。 3 ． 3 操作控制面板 面板控制方式分为手动方式和 自动方式， 其中手动 方式的功能是在安装调试生产线时可 以用各 自的按钮 使各个负载单独接通或断开， 以检测各个负载是否能够 正常运行【 4 】 。自动运行方式可分两种 单周期运行和连 续运行 ， 单周期运行主要的功能是利用按钮对机械手每 一 动作 单独进行控 制 ， 可实 现机械手 的上升 、下降 、夹 紧、放松、左移、右移等多中点动操作， 以便检测整个 控制系统能否正常运行。连续运行则是整个控制系统 调试完整后 ， 按下启动按钮， 则系统开始按工序 自动循 环工作 ， 直到按下停止按钮， 系统在完成后一个周期的 工作后 ， 退回原点，自动停机。 3 ． 4 P L C 控制系统及电路图 可编程控制器采用三菱 F X2 N一 4 8 MR型， P L C外部 接线图如图 4所示。 3 ． 5 变频器及其参数设置 该系统采用的变频器为三菱 F R一 5 0 0型【 引， 对变频 器 的参数进行设置 ，选择的是多段速度的操作 ，设置 P 5 3 0 H z ， P 6 1 0 Hz ， 并设置 了一个 P 2 5 2 0 Hz ， 使变频器 在高速和低速切换时能有一个 中间速度。 4 控 制系统 的软件设置 编写 P L C程序控制传送带和机械手分拣工件， 根据 图 1 系统的工作流程写出S FC状态转移图， 如图5 所示， 并将其转换为梯形图[ 4 - 5 】 。 图 5 S F C状态转移图 5 结束语 本系统利用现有的P LC技术， 吸收其他同类控制系 统的优点 ， 大大提高了生产和管理的自动化水平 ， 减少 了故障发生率 ， 提高了劳动生产效率 ， 在 自动化生产线 中值得推广。 参考文献 [ 1 】杜玉红． 生产线组装单元气动搬运机械手的设计⋯ ． 液 压与气动， 2 0 0 6 ， 5 l 6 一l 8 【 2 】何希才． 传感器技术及应用【 M】 ． 北京 北京航空航天大 学出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ]三菱变频器 F R一 5 0 0 使用手册【 Z 】 ． 2 0 0 3 ． 【 4 】余雷声． 电气控制与P L C应用【 M] ． 北京 机械工业出版 社 ， 2 0 0 0 ． [ 5 ]汤自春． P LC原理及应用技术【 M】 ． 北京 高等教育出版 社 ， 2 0 0 6 ． 作者简介 张玲莉 1 9 8 3 一 女， 工学学士， 研究方向 电气 自 动 化 。