PLC和触摸屏技术在产品自动分装系统中的应用.pdf

工 业自动化 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 1 0 ． 0 2 0 P L C和触摸屏技术在产品自动分装系统中的应用 彭一航 ，陈思 ，黄远 民 佛 山职业技 术学院 ， 广 东佛 山 5 2 8 1 3 7 摘要采用西门子P L C 技术 ，配合使用触摸屏进行手动或自动控制，实现产品的 自 动分装通过上料装置将产品传送到传送带 上，在传输过程中通过传感器实现对不同产品的颜色及材质的辨别 ， 在传送带终端机械手将产品抓取到运料小车上 ， 根据传感 器辨别结果，运料小车将运行到不同的用于存储产品的工位上 ， 将产品打出。实践表明， 该 自动分装系统运行可靠 ， 分装误差 率低，由于实现了自动化，工人劳动强度降低，劳动生产率得到了显著提高，具有一定的实际应用参考价值。 关键词P L C ；触摸屏 ；传感器；机械手 中图分类号 T P 2 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 51 0 0 0 8 0一o 4 P LC a n d To u c h S c r e e n Te c h n o l o g y i n t h e Pr o d u c t s Au t o ma t i c Lo a d i n g S y s t e m P ENG Yi h a n g ，CHE N S i ，HUANG Yu a n mi n F o s h a n P o l y t e c h n i c ，F o s h a n 5 2 8 1 3 7 ，C h i n a Ab s t r a c t Us i n g the t e c h n o l o g y o f S i e me n s PL C，a n d wi t h t h e u s e o f t o u c h s c r n f o r ma n u a l o r a u t o ma t i c c o n t r o l t o r e a l i z e a u t o ma t i c o f p a c k a g i n g p rod u c t s ．P r o d uc t s wi l l b e s e n t t o the c o n v e y o r b e l t t h r o ug h t he f e e d i n g d e v i c e， i n t h e p r o c e s s o f t r a n s mi s s i o n t hr o u g h t h e s e n s o r t o r e ali z e t h e p r o d uc t s o f d i ffe r e n t c o l o r a n d t e x t u r e d i s c r i mi n a t i o n， i n t he t e r mi n a l o f t h e c o n v e y o r b e l t ma i n p u l a t o r p r o d u c t s wi l l b e c r a wl i n g i n t o the c a r r i a g e， a c c o r d i n g t o t h e s e n s o r i d e n t i f i c a t i o n r e s u l t s ， ma t e r i a l t r a ns po r t t rol l e y wi l l r u n t o a d i f f e r e n t s t a t i o n f o r s t o r a g e p r o d u c t s wi l l b e ma d e ． Pr a c t i c e s h o ws t ha t ， t h e a u t o ma t i c l o a d i n g s y s t e m i s r e l i a b l e， t h e l o a d i n g e r r o r r a t e i s l o w， d u e t o t h e r e a l i z a t i o n o f a u t o ma t i o n， r e d u c e t h e l a b o r i n t e n s i t y o f wo r k e r s，l a b o r p r o d u c t i v i t y h a s b e e n g r e a t l y i mp r o v e d， h a s c e r t a i n p r a c t i c al r e f e r e n c e v a l u e ． Ke y wo r d s PL C；t o u c h s c r e e n；s e n s o r ；ma i n p u l a t o r 随着社会生产力的不断发展，企业竞争不断 加剧 ，自动化生产 的发展水平往往成为决定企业 是否能在竞争 中取胜 的关键 因素之一 。产 品 自动 分装系统的研发设计 ，取代了传统的人工分装和 机械分装 ，提高了企业的生产率 ，降低了生产成 本 的投入。本文应用 P L C 技术 和触摸屏技术 ，针 对不同的产品设计了分装系统，能够实现自动连 续对产品进行分装“ 1 分装系统结构设计 该产品 自动分装系统主要 由物料的上料单 元 、输送检测单元、机械手旋转抓取单元、物料 传送存储单元 、触摸屏操作单元等组成 ，如图l 所示 院级教学质量工程建设项 目 编号 收稿 日期 2 0 1 50 4～0 1 首先 ，物料的上料单元结构主要 由推料气 缸、 井式储料库、 光电、磁性传感器、安装支 架等组成 。其主要功能是完成将储料库 内的物料 推送至传送带上。 输送检钡 4 单元 由三相异 步 电动机 、编码器 、 色标、电感及电容传感器、传送带等组成。主 要完成将上料单元推出的物料进行识别并输送至 皮带输送线末端 。 机械手搬运单元由气动手爪、导杆气缸、磁 性传感器、旋转气缸等组成。主要完成将皮带输 送线末端的物料搬运至运料小车上 。 物料传送仓储单元 由步进电机 、步进驱动 器、推料气缸、磁性传感器、运料小车、货台等 2 0 1 3 J G一 0 2 1 耍 彭--,I t 等基于P L C 和触摸屏技术在产品自动分装系统中的应用 图 1 系统结构不意图 组成。主要完成将不同的物料分拣至不同的货台。 触摸屏单元由步科触摸屏组成。主要完成对 系统的复位、启动、停止控制， 并统计物料个数。 2 系统工作原理 系统启动前，先按 “ 复位”按钮，待系统回 至原位，按下 “ 启动”按钮，推料气缸将井式工 件库 的物料推送 至皮带输送线上 ，皮带输送线把 物料运送至皮带输送线末端并通 过传感器完成对物料的识别，机 械手把皮带输送线末端的物料搬 运至运料小车上 ，运料小车根据 皮带输送检测单元检测到的物料 识别信息，把物料运送至相应的 货台位置 ，然后推料气缸把物料 推到货台上。整个工作流程通过 触摸屏显示或操作。 3 主要硬件的选用 基于西 门子P L C和触摸屏 的 产品自动分装系统的硬件主要由 西门子P L C 控制模块、变频器模 块 MM4 2 0 、步进 电机驱动模 块、触摸屏模块 M T 4 3 0 0 C 等 组成 。 3 ． 1西门子 P L C控制模块【。 卅 结合实际生产线的控制要求，本文 自动分装 系统的控制单元选用西门子C P U 2 2 6 C N P L C 作为 控制器 ，该L C 控制模块能够满足系统需要的I ／ O 点数，且具有P T O脉冲串输出功能，可以完成步 进电机驱动。图2 所示为西门子P L C 和触摸屏的 物料自动分拣系统外部接线图。 图2 物料自动分拣系统外部接线图 自 动 化 3 ． 2 步进驱动模块瞄 】 步进驱动模块主要包括步进 电机 和步进驱动 器。选用型号为4 2 J 1 8 3 4 8 1 0 的两相混合式步进电 机 ，其步距 角为 1 ． 8 。 。通过 Q O ． 0 发射 的脉冲个 数 和频率来控制步进电机 ，从而调整运料小车运 动 的距离和速度。用Q O ． 1 来控制运料小车运动方向。 选用 Mi e r o s t e p D r i v e r 的步进驱 动器 ，型号为 M 4 1 5 B。该驱动器提供了6 个拨码开关 ，用于设置 电流级细分。S W1 ～ S W3 用于设置电流 ，S W4 ～ S W6 用于设置细分 ，其电流及细分设置如表 l 。 表 1 步进驱动器电流及细分设置 开关 号 设置 开关号 设置 S W 1 OF F S W 4 0F F S W 2 0F F SW 5 OF F S W 3 0N SW 6 ON MM 4 2 0 的变频器进行参数设置，如表 2 所示。 3 ． 4触摸屏模块 选用步科公司的M T 4 3 0 0 C 触摸屏。在触摸屏 上设置 “ 复位 ” 、“ 启动” 、“ 停止”按钮 ，用于代 替 实体 按键 ，并可对搬运 的物料个数进行统计 。 触摸屏界面如图 3 所示。 3 ． 3 变频模块 本文选用西 门子公司的 MM4 2 0 变频器 ，达到 实现调速和节能 的 目的。当位于储料库的下方的 表 2 MM 4 2 0变频器主要参数设置 图 3 触摸屏界 面 4系统程序设计 根据系统 的工作原理 ，完成产品 自动分装系 统的控制程序设计 ，主要包括推料 、输送 检测 、 机械手旋转抓放料及存储程序段 。存储程序段 主 要包括分装程序段 、Q 0 ． 0 输 出脉冲子程序及停止 序号参数代号设置值 说明 序号参数代号 设置值 说明 l P 0 0 1 0 3 0 调出出厂设置参数 1 3 P 1 0 8 2 5 0 ． 0 0 电动机最大频率 2 P 0 9 7 0 l 恢复出厂值 l 4 P I 1 2 0 2 ．0 0 斜坡上升时间 3 P O 0 0 3 3 参数访问级 l 5 P I 1 2 1 2 ．0 0 斜坡下降时问 4 P O O l 0 1 快速调试 1 6 P 3 9 0 0 l 结束快速调试 5 P O 1 0 0 0 工频选择 1 7 P 0 0 0 3 2 参数访问级 6 P 0 3 0 4 3 8 0 电动机的额定电压 l 8 P 0 0 0 4 7 命令和数字L t O 7 P 0 3 0 5 0 ． 1 7 电动机的额定电流 1 9 1 0 7 0 0 2 选择命令源 外部端子控制 8 P 0 3 0 7 O ．0 3 电动机的额定功率 2 0 P 0 7 0 1 l O N 接通正转， O F F 停止 9 P 0 3 1 0 5 0 电动机的额定频率 2 1 P 0 7 0 2 2 O N 接通反转， O F F 停止 1 0 P 0 3 1 l 1 5 0 0 电动机的额定速度 2 2 P O 0 0 3 3 检查P 0 0 0 3 是否为3 I l P 1 0 0 0 l 选择频率设定值 2 3 P O 0 0 4 1 0 命令和数字L ／ O 1 2 P 1 0 8 0 0 电动机最小频率 2 4 P 1 0 4 0 3 0 频率设定 光 电传感器检测到物料时 ，推料气缸动作 ，变频 器接受P L C 发出的启动信号，以3 0 H z 频率工作 ， 三相交流异步电动机运行 ，从而带动传送带运送 物料 。当检测传感器检测到有物料经过时 ，把检 测 的信 号传 给 P L C ，由P L C进行物料 的判别 。对 输 出脉 冲子 程序 ，即为 本系统程序设计的重点 和 难点 ，下 面着重 围绕 该 程序 段进 行讨论 其程 序设计 。 4 ． 1分装程序设计 通过 控 制 Q o ． 0的 脉 冲个数 即 可控制 运料小 车 运行 的距 离 ，在编程 的时候 只要 对应 的货 台 设 置对 应 的脉 冲个 数 即 可 实现 运料 小车 精确控 制 。 因 本 系统使 用 的 步 进 电机的步距角为 1 ． 8 。 ， 步 进驱 动器 细分 的设 置 为8 ，则步进电机旋转一 周所需 的脉冲个数为 3 6 0 ／ 1 ． 8 ／ 8 1 6 0 0 。步进 电机 的主动轴 的周长为9 4 mm，即 所需脉冲个数 1 6 0 0 重堡 9 4 堕塞 当运料小车运行 至指点位置后 ，通过 S M 6 6 ． 7 彭一航 等 基于P L C和触摸屏技术在产品 自动 分装系统 中的应用 工业 自 Q O ． 0的 P T O状态位 判 断运料小 车是否运行 到 位 。到位后 ，推料气缸推料。推完料后 回到步进 原点。 4 - 2启动与停止 Q0 ． 0 输出脉冲子程序设计 通过 P T O编程 ，定义输 出脉 冲 ，运用脉冲输 出指令 P L S ，可让 Q O ． 0 输 出脉冲 串，驱动步进电 机工作 ，从而完成运料小车运动。 设置 P T O控制字 S M6 7为 1 6 0 0 ，执行 P L S 指 令 ，停止 Q O ． 0 输出脉 冲信号 ，即终止步进 电机的 驱动 。 5 结束语 本 系统 采用 西 门子 P L C技 术 ，配 合使 用 触 摸屏进 行手 动或 自动 控制 ，实现 产品 的 自动 分 装 。详 细 介 绍 了 自动 分 装 系统 的 总体 结 构设 计 、主要硬 件 的选用 和 系统 主要 程序设 计 。实 践表 明 ，该 自动 分装 系统运 行可 靠 ，能够实 现 对不 同颜色 和不 同材 质产 品的辨 别 ，分 装误 差 率 低 ， 由于 实 现 了 自动化 ，工 人 劳 动 强 度 降 低 ，劳 动生产 率得 到 了显 著提 高 ，具有 一定 的 实际应用参考价值 。 参考文献 [ 1 ]李庭贵． 基于西门子P L C和变频器的物料分拣 系统设 计 [ J ]． 制造业 自动化，2 0 1 3 6 9 3 9 6 ． [ 2 ]于昊． P L C在材料 自动分拣 系统 中的应用 [ J ]． 煤炭 技 术 ，2 0 1 1 ，3 4 1 2 3 l 一 3 2 ． [ 3 ]彭一航． 基于西门子P L C技术的机械手控制系统设计 [ J ]． 价值工程 ，2 0 1 4 2 1 5 1 - 5 2 ． [ 4 ]阳胜峰 ，吴志敏． 西门子P I J c与变频器、触摸屏综合 应用教程 第二版 [ M]． 北京中国电力出版社 ， 2 01 3． [ 5 ]罗庚兴，宁玉珊． 基于P L C的步进电动机控制 [ J ]． 机 电工程技 术，2 0 0 7 ，3 6 1 0 6 6 6 7 ． 第一作者简介彭一航，男．1 9 8 5 年生，山东菏泽人，硕 士。研究领域电气自动化技术。已发表论文5 篇。 编辑 向 飞 ⑩ 粤 主要栏目 麓眼聚焦、专题报导 、研究 开发 、制造 材料、现 状 趋势 战略、试验 检 9 、工艺 装备、维修 改装、 经验交流 、机电信 息、质量 成本 管理 、企业 产 品 市场、技 术讲座等。 读者对象 面向全国机电行 业及相关配套行业的生产企业 、设 计 研究 院所 、各 院校从 事机 电产 品研 究、 开发 、设 计 、制 造、设 备应 用等 工程 技术 人员 ．以 及企 业规 划、管理 、营销等专业人士。 中国标准连续 出版物号 IS S N ⋯ 1 0 0 0 - 4 9 9 8 CN31 1 37 8 ／ T H 发行公开发行 。全国各地邮局征订 邮发代号 4 一 侣 国外发行代号 M 5 5 6 2 刊期月刊 每月2 0 日出刊 帽面 大1 6 开 定价1 5 元， 期．全年总价1 8 0 元 地址 上海市 中兴路9 6 0 号2 号楼4 0 7 窒邮编2 0 0 0 7 0 电话 0 21 6 3 2 9 2 0 2 3 6 3 2 1 7 6 21 5 6 9 0 2 4 6 0 传真 5 6 9 0 2 4 6 0 E- ma il j ix i e z h iz a o1 2 6 c o m 网 址 www．j x z z z z c o m ⑩ 月刊 , t 9 5千 0 国家百种重点科技期刊 华东地区优秀期刊 中国科技论文统计源期刊 中国科技核心期刊 中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊 ★ 欢迎订阅★ 欢迎赐稿 ★ 欢迎刊登广告 奉刊 加人I } I l 埘 学术捌 综舟评价数拟库．q , l k l 核心蝴用 遴选数 席． l l r g J I 史数哉 畸 席．- l I I 畸 期 嗍，I l I 史科技咐 J 同数 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