基于PLC与变频器的皮带输送与分拣系统.pdf

第 2期 总第 1 8 3 期 2 0 1 4年 0 4月 机 械 工 程 与自 动 化 MECHANI CAL E NGI NEERI NG ＆ AUT MATI ON NO． 2 Ap r ． 文章 编号 1 6 7 2 - 6 4 1 3 2 0 1 4 0 2 0 1 4 7 0 2 基于 P L C与变频器 的皮带输送 与分拣系统泰 龚勤慧k 1 ．泸 州职 业技 术学院．四川 泸州 6 4 6 0 0 5 ；2 ． 泸州市工程机械智 能优 化设计 重点实验 室，四川 泸州 6 4 6 0 0 5 摘要 运用 P L C与变频器技术设计皮 带输送 与分拣 系统 ，采 用西 门子 C P U2 2 6 C N P L C和 E M2 2 2扩展 模块 作为控制器 ．利用变频器控制三相异步 电动机，驱动传送 带转动完成物料的输送 ；通过传感器 检测和气缸 动 作把物料送入不 同的分拣槽 ，实现物 料 自动分 拣任务 。应用表 明，所 设计 的分拣 系统实 现 了精确 的位 移控 制 ，具有分拣速度快、分拣误差率低及省 电、节能 的优点 。 关键 词 P L C；变频器 ；皮带输送与分拣 系统 中图分类号 TP 2 7 3 TH2 2 2 文献 标识码 A O 引言 2 1 世纪， 随着工业 自动化 、 信 息化 、 规模化 发展 ， 产品和商品种类大幅增加 ， 对分拣系统提出更高要求 。 传统 的分拣系统 由于信息化和 自动化程度较低 ， 分 拣 过程繁琐 、 效率低下、 成本较高， 已难 以适应 和满 足大 规模生产和现代物流业发展需求。大量研究表 明， 物 流中心的分拣作业时间一般 占到物流中心作业时间的 6 O 以 上 ， 而 分 拣 成 本 也 占 到 整 个 物 流 成 本 的 4 0 9 ， 6 [ 1 ] 。目前 ， 国内分拣系统大多采用继电器控制 ， 数 字化程度很低、 故障率高 ， 造成物流成本居高不下[ 2 ] 。 为了降低成本 ， 提高市场竞争力 ， 一些企业开始引进效 率更高的分拣系统 ， 尤其是对信息化 和 自动化程度 较 高的分拣系统 的需求紧迫。 针对上述问题和社会发展需求， 本文利用 P L C作 为主控制器 ， 结合气动装置 、 传感器检测等技术进行皮 带输送与分拣系统的硬件设计 和软件设计 ， 实现分拣 系统的高度机械化 、 自动化。该系统能够连续 、 大批 量 地分拣货物， 具有分拣速度快 、 误差率小 、 劳动强度低 的特点， 对提高整体生产效率、 加快商 品流转速度、 节 约人力成本 、 提升经济效益具有重要作用[ 3 ] 。 1 系统 总体 设计 1 ． 1 系统结 构设计 皮带输送与分拣系统结构如图 1所示 。它包括皮 带输送线 、 旋转气缸 、 分拣料槽 、 三相异步电动机、 磁性 传感器 、 光纤传感器及 电磁 阀等。其 主要功能是实 现 对物料的输送 、 分拣 。 1 ． 2 系统 工作 原理及 功 能 当入料 口检测到物料时 ， 三相交流异步 电机正转 带动皮带开始输送工件 ， 料槽 1电感式传感器检测金’ 属物料 ， 有金属物料经过时推料气缸动作 ， 将金属物料 推人 l号料槽 ； 料槽 2光纤传感器检测白色物料 ， 有 白 色物料经过时旋转气缸动作， 将 白色物料导人 2号料 槽 ； 当物料为黑色物料时直接导人 3号料槽。具体工 作流程如图 2所示。 图 1 皮 带输送与分拣 系统结构 图 白 槽H旋 蕹 缸 白 色 尼 龙 料 槽 f’ l 推 料 推入3 号 _ 一 J皮带传送带 黑色物料料槽 l I 输送工件 光纤传感器检测 I 非金属 白色物料 l I传 念 鏊 是 易 感 器 检 测 物 剁 ’ 嚣 H 推 缸H晷 糕墨 嚣 金 属 料 槽 厂 l 推 料 f．_1 检 测 金 属 物 料 图 2 皮带输送与分拣 系统工作流 程图 2系统硬 件设 计 2 ． 1 PLC控 制模 块 P L C具有可靠性高、 抗干扰能力强 、 维护方便等 * 四川省泸州市科技局资助项 目 收稿 日期 t 2 0 1 3 0 9 0 9 }修回 日期 2 0 1 3 1 0 2 5 作 者简介 龚勤慧 1 9 8 1 一 ，女 ，四川眉 山人 ，讲师 ，硕士 ，主要 研究方向 机电控制技术 、信息化 技术等 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 4年第 2期 特点Ⅲ 。西门子 P L C由于具有高的可靠性 、 丰富的指 令集、 强大的通讯能力和丰富的扩展模块等优点 ， 特别 适合各种场合 的检测、 监控。因此， 本文选用 西 门子 S 7 2 0 0系列的 C P U2 2 6 C N作 为控制器 ， 结合 扩展模 块 E M2 2 2用于皮带输送与分拣系统 的控制。系统硬 件接线图如图 3所示。 ， 南 图 3皮 带输 送 与 分 拣 系统 的 PL C硬 件 接 线 图 2 ． 2 变频 器模 块 与 PL C连 接 采用西门子 MM4 2 0变频器， 三相 3 8 0 V供电， 输 出功率 0 ． 7 5 k W。由 P L C控制变频器带动三相异步 电机运行实现皮带输送功能 ， 使得皮带上有工件时， 电 机才运行 ； 工件输送到位即刻停止 。试验结果表明， 采 用变频器调速 ， 使 电机加减速时间缩短， 运行更平稳 ， 节能效果更显著 ， 设备效率也大大提高 ， 设备维护维修 费用明显降低， 经济效益提高[ 5 ] 。 2 ． 3气动控 制模 块 气动控制系统 是该工作 单元 的执行 机构 ， 通过 P L C控制实现各执行机构 的逻 辑控 制功能。气动控 制原理见图 4 。图 4中， 由单 向电控气 阀控制， 使推料 气缸将物料推入料槽。在检测到有 白色物料时 ， 导料 气缸将导料块旋转到相应的位置。 3系统软件设计 3 ． 1 I ／ 0 口分 配 皮带输送与分拣 系统 P L C控制 的 I ／ O端 口分配 如表 1 所 示 。 3 ． 2 程序 设计 皮带输送与分拣系统软件控制流程图如图 5所示。 4结语 本文详细介绍皮带输送 与分拣 系统的总体结构 、 硬件设计 和软件设计。重 点阐述采用西门子 S 7 2 0 0 系列的 C P U2 2 6 C N和 E M2 2 2扩展模块作 为控制器 ， 启动变频器控制三相异步电动机驱动传送带转动完成 物料的输送 ， 通过不同的传感器检测辨识物料类型， 通 过相应的气缸动作把物料送入不同的分拣槽 ， 实现物 料 自动分拣任务。通过应用表明， 本文设计 的皮带输 送与分拣系统采用变频器控制异步 电动机 ， 能实现分 拣系统对物料的分拣 ， 而且 系统更省电、 节能 、 安全可 靠L 6 ] 。该系统能实现高度机械化、 自动化， 可提高整体 生产效率 、 节约人力成本、 提高经济效益。 图 4 皮带输送与分拣系统气动控制原理 图 表 1 皮带输送与分拣系统 I l O端 口分 配表 输入端 口 名称 输 出端 口 名称 I O ． 0 启动按钮 QI ． 0 推料气缸电磁阀 I O ． 1 停止按钮 QI ． 1 导料气缸电磁阀 I 1 ． 5 推料伸出限位传感器 Q2 ． 0 变频器 I 1 ． 6 推料缩回限位传 感器 n． 7 导料转出限位传感器 1 2 ． 0 导料原位限位传感器 I 2 ． 1 入料检测 光电传感器 I 2 ． 2 料槽 1检测传感器 I Z ． 3 料槽 2检测传感器 I 2 ． 4 分拣槽检测传感器 、 、 ～遗 型 Y l 传 沓 检 漆 二 检 测 传 感 器 是 否 检 测 到 N 电机不启动，此系统 不工作 I推 属 检测 传感器 是否检 测到 N 此物料为黑色物 料直 接导入 3 号料 槽 旋转气 缸动作 ，将 白色 物料 导入2 号料槽 料槽检测传感器检测到有工件经过时，电动机停止 固 5 皮带输送与分拣系统程序控制流程 图 本 系统 以皮带输送与分拣 系统为研究对象， 其方 法、 原理和技术可扩展到烟草加工、 食品加工、 配送 中 心、 产品包装等行业， 具有一定的工程实际意义和实用 价值 ， 具有广阔的应用前景 。 参考文献和英文摘要转第 1 5 l页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 2 期 机 械 工 程 与 自 动 化 压缩机累时记录功能通过微控制器内部计时器和 E E P R OM 实现。计时上 限为 9 9 9 9 9 ． 9 h ， 计时数据用 户不可 重置。显示 设备采用工业 级 1 2 8 6 4显 示屏 ， 5 V供电， 使用寿命长、 亮度高、 适合 中文字体显示 。 远程控制通过 RS 2 3 2接 口完成 ， 当通讯距离较远时可 降低波特率或使用 R S 4 8 5转接 口来满足要求 ， 接 口电 路 如图 7所示 。 9 F GN D 图 7 RS 2 3 2 接 口电路 图 4控制软件设计 上位机控制软件使用 L a b VI E W2 0 1 2开发完成。 通信格式 为 8位数据位 、 1 位停 止位 ， 不使用校验位， 5 结 束语 本设计在满足工业应用要 求及 系统 功能的前提 下 ， 从芯片 、 传感器、 继 电器等元器件的选型到电路 板 布局、 尺寸 ， 都进行了严格的成本预算控制 ， 使控制 系 统的成本只占整机成本 的 l ／ l O左右。 压缩机实时运行监控 c ● 婶 t o蒯 枷 哺 v - ‘ m ‘ I 啊 r n 曼 竖 竖一园回 ∞ - 匿 塘 帆檬 譬 鼍 ； 耋 压 一帆 遥 t 斌 毒 妻 雾嚣 菰 匿篓 l 鼍 tt ．rljI “ 爱 臣司 * i K ,8 1 J7 ‘ ．c 压 皤 帆 压 力 - 弭 ≥ 孽 辩 纂 臣圈 逼佰耽鸯． 臣 习曼 篓篓 ● 图 8 上位机控制界面 参考文献 [ 1 ] 张早 校 ， 冯宵 ． 郁永 章． 制冷 与热泵 [ M] ． 北 京 化学 工业 出版社 ． 2 0 0 0 ． [ 2 3 冯欣宇 ， 夏路易． 基于 S TC 8 9 C 5 2 单 片机 的 S D HC卡初始 化操作[ J ] ． 机械工 程与 自动化 ． 2 0 1 2 1 6 5 - 6 9 ． 默认波特率为 4 8 0 0 b ／ s 。上位机控制界面如图 8所示 。 Lo w-- c o s t Co n t r o l S o l u t i o n f o r Hi g h Ou t p u t He l i u m Co mpr e s s o r F ENG Xi n ‘ y u．HUANG Au a nWU Yi - f e n g Th e l 6 t h Re s e a r c h I n s t i t u t e of Chi n a El e c t r o n i c s Te c hn o l o g y Gr o u p Co r p o r a t i o n，He r e i 2 3 0 0 8 8Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r a i ms a t a c h i e v i n g l o w C O S t c o n t r o l s o l u t io n f o r h i g h o u t p u t h e l i u m c o mp r e s s o r b a s e d o n P CB r e l a y a n d e n h a n c e d 5 卜c o r e mi c r o c o n t r o l l e r ．Si n g l e c o mp r e s s o r c o u l d p r o v i d e h i g h p r e s s u r e h e l i u m f o r t h r e e M r e f r i g e r a t o r s s i n 1 u l t a n e o u s l y ． p e r a t i n g p a r a me t e r s c a n b e o b t a i n e d b y c o n t r o l l e r ．wh i l e r e mo t e c o n t r o l i n t e r f a c e i s d e s i g n e d f o r u s e r s ．Ne c e s s a r y p r o t e c t i o n s a r e c o n s i d e r e d ． Ti l e s i z e o f e n t i r e c o n t r o l s y s t e m a n d s y s t e m C O S t h a s b e e n r e d u c e d ． Ke y wo r ds he l i u m c o mpr e s s o r；e nh an c e d 5卜c or e；l OW C OS t e ont r ol s ol u t i o n 上 接第 1 4 8页 参考文献 [ 1 ] 许有胜 ． 自动分 拣 系统 及其 应 用． 物 流技 术 与应 用 [ J ] ． 2 O 0 3 3 3 3 3 9 ． [ 2 ] 张玲莉． 基 于 P L C控制 的 自动 识别 分拣 系统 设 计[ J ] ． 自 动化技术与应用 ． 2 0 1 0 ． 2 9 5 1 1 0 一 l 1 1 ． [ 3 ] 黄启 明．自动 化 分拣 系统 及 其应 用 前景 [ J ] ． 物 流 技术 ， 2 00 0 5 3 3 35 ． [ 4 ] 王强 ． 张明珠 ． 材料 自动分拣系统 中的 P I C应用研究 [ J ] ． 首都师范大学学报 自然科学版 ． 2 O l 1 ． 3 2 6 5 - 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s a v i n g ． Ke y wo r d s P I C；c o n v e r t e r ；b e l t c o n v e y o r a n d s o r t i n g s y s t e m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m