PLC和觸摸屏技術在產品自動分裝系統中的應用*

彭一航，陳 思，黃遠民

（佛山職業技術學院，廣東佛山 528137）

PLC和觸摸屏技術在產品自動分裝系統中的應用*

彭一航，陳 思，黃遠民

（佛山職業技術學院，廣東佛山 528137）

采用西門子PLC技術，配合使用觸摸屏進行手動或自動控制，實現產品的自動分裝：通過上料裝置將產品傳送到傳送帶上，在傳輸過程中通過傳感器實現對不同產品的顏色及材質的辨別，在傳送帶終端機械手將產品抓取到運料小車上，根據傳感器辨別結果，運料小車將運行到不同的用于存儲產品的工位上，將產品打出。實踐表明，該自動分裝系統運行可靠，分裝誤差率低，由于實現了自動化，工人勞動強度降低，勞動生產率得到了顯著提高，具有一定的實際應用參考價值。

PLC；觸摸屏；傳感器；機械手

隨著社會生產力的不斷發展，企業競爭不斷加劇，自動化生產的發展水平往往成為決定企業是否能在競爭中取勝的關鍵因素之一。產品自動分裝系統的研發設計，取代了傳統的人工分裝和機械分裝，提高了企業的生產率，降低了生產成本的投入。本文應用PLC技術和觸摸屏技術，針對不同的產品設計了分裝系統，能夠實現自動連續對產品進行分裝[1]

1 分裝系統結構設計

該產品自動分裝系統主要由物料的上料單元、輸送檢測單元、機械手旋轉抓取單元、物料傳送存儲單元、觸摸屏操作單元等組成，如圖1所示。

首先，物料的上料單元結構主要由推料氣缸、井式儲料庫、（光電、磁性）傳感器、安裝支架等組成。其主要功能是完成將儲料庫內的物料推送至傳送帶上。

輸送檢測單元由三相異步電動機、編碼器、（色標、電感及電容）傳感器、傳送帶等組成。主要完成將上料單元推出的物料進行識別并輸送至皮帶輸送線末端。

機械手搬運單元由氣動手爪、導桿氣缸、磁性傳感器、旋轉氣缸等組成。主要完成將皮帶輸送線末端的物料搬運至運料小車上[2]。

物料傳送倉儲單元由步進電機、步進驅動器、推料氣缸、磁性傳感器、運料小車、貨臺等組成。主要完成將不同的物料分揀至不同的貨臺。

圖1 系統結構示意圖

觸摸屏單元由步科觸摸屏組成。主要完成對系統的復位、啟動、停止控制，并統計物料個數。

2 系統工作原理

系統啟動前，先按“復位”按鈕，待系統回至原位，按下“啟動”按鈕，推料氣缸將井式工件庫的物料推送至皮帶輸送線上，皮帶輸送線把物料運送至皮帶輸送線末端并通過傳感器完成對物料的識別，機械手把皮帶輸送線末端的物料搬運至運料小車上，運料小車根據皮帶輸送檢測單元檢測到的物料識別信息，把物料運送至相應的貨臺位置，然后推料氣缸把物料推到貨臺上。整個工作流程通過觸摸屏顯示或操作。

3 主要硬件的選用

基于西門子PLC和觸摸屏的產品自動分裝系統的硬件主要由西門子PLC控制模塊、變頻器模塊（MM420）、步進電機驅動模塊、觸摸屏模塊（MT4300C）等組成。

3.1 西門子PLC控制模塊[3-4]

結合實際生產線的控制要求，本文自動分裝系統的控制單元選用西門子CPU226CN PLC作為控制器，該LC控制模塊能夠滿足系統需要的I/O點數，且具有PTO脈沖串輸出功能，可以完成步進電機驅動。圖2所示為西門子PLC和觸摸屏的物料自動分揀系統外部接線圖。

3.2 步進驅動模塊[5]

步進驅動模塊主要包括步進電機和步進驅動器。選用型號為42J1834-810的兩相混合式步進電機，其步距角為1.8°。通過Q0.0發射的脈沖個數和頻率來控制步進電機，從而調整運料小車運動的距離和速度。用Q0.1來控制運料小車運動方向。

選用Microstep Driver的步進驅動器，型號為M415B。該驅動器提供了6個撥碼開關，用于設置電流級細分。SW1～SW3用于設置電流，SW4～SW6用于設置細分，其電流及細分設置如表1。

圖2 物料自動分揀系統外部接線圖

表1 步進驅動器電流及細分設置

3.3 變頻模塊

本文選用西門子公司的MM420變頻器，達到實現調速和節能的目的。當位于儲料庫的下方的光電傳感器檢測到物料時，推料氣缸動作，變頻器接受PLC發出的啟動信號，以30 Hz頻率工作，三相交流異步電動機運行，從而帶動傳送帶運送物料。當檢測傳感器檢測到有物料經過時，把檢測的信號傳給PLC，由PLC進行物料的判別。對MM420的變頻器進行參數設置，如表2所示。

表2 MM 420變頻器主要參數設置

3.4 觸摸屏模塊

選用步科公司的MT4300C觸摸屏。在觸摸屏上設置“復位”、“啟動”、“停止”按鈕，用于代替實體按鍵，并可對搬運的物料個數進行統計。觸摸屏界面如圖3所示。

圖3 觸摸屏界面

4 系統程序設計

根據系統的工作原理，完成產品自動分裝系統的控制程序設計，主要包括推料、輸送檢測、機械手旋轉抓放料及存儲程序段。存儲程序段主要包括分裝程序段、Q0.0輸出脈沖子程序及停止輸出脈沖子程序，即為本系統程序設計的重點和難點，下面著重圍繞該程序段進行討論其程序設計。

4.1 分裝程序設計

通過控制Q0.0的脈沖個數即可控制運料小車運行的距離，在編程的時候只要對應的貨臺設置對應的脈沖個數即可實現運料小車精確控制。

因本系統使用的步進電機的步距角為1.8°，步進驅動器細分的設置為8，則步進電機旋轉一周所需的脈沖個數為360/(1.8/8)=1 600。步進電機的主動軸的周長為94 mm，即：

當運料小車運行至指點位置后，通過SM66.7（Q0.0的PTO狀態位）判斷運料小車是否運行到位。到位后，推料氣缸推料。推完料后回到步進原點。

4.2 啟動與停止Q0.0輸出脈沖子程序設計

通過PTO編程，定義輸出脈沖，運用脈沖輸出指令PLS，可讓Q0.0輸出脈沖串，驅動步進電機工作，從而完成運料小車運動。

設置PTO控制字SM67為16#00，執行PLS指令，停止Q0.0輸出脈沖信號，即終止步進電機的驅動。

5 結束語

本系統采用西門子PLC技術，配合使用觸摸屏進行手動或自動控制，實現產品的自動分裝。詳細介紹了自動分裝系統的總體結構設計、主要硬件的選用和系統主要程序設計。實踐表明，該自動分裝系統運行可靠，能夠實現對不同顏色和不同材質產品的辨別，分裝誤差率低，由于實現了自動化，工人勞動強度降低，勞動生產率得到了顯著提高，具有一定的實際應用參考價值。

［1］李庭貴.基于西門子PLC和變頻器的物料分揀系統設計［J］.制造業自動化，2013（6）：93-96.

［2］于昊.PLC在材料自動分揀系統中的應用［J］.煤炭技術，2011，34（12）：31-32.

［3］彭一航.基于西門子PLC技術的機械手控制系統設計［J］.價值工程，2014（21）：51-52.

［4］陽勝峰，吳志敏.西門子PLC與變頻器、觸摸屏綜合應用教程：第二版［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［5］羅庚興，寧玉珊.基于PLC的步進電動機控制［J］.機電工程技術，2007，36（10）：66-67.

PLC and Touch Screen Technology in the Products Automatic Loading System

PENG Yi-hang，CHEN Si，HUANG Yuan-min
（Foshan Polytechnic，Foshan528137，China）

Using the technology of Siemens PLC，and with the use of touch screen for manual or automatic control to realize automatic of packaging products.Products will be sent to the conveyor belt through the feeding device，in the process of transmission through the sensor to realize the products of different color and texture discrimination，in the terminal of the conveyor belt mainpulator products will be crawling into the carriage，according to the sensor identification results，material transport trolley will run to a different station for storage products will be made.Practice shows that，the automatic loading system is reliable，the loading error rate is low，due to the realization of automation，reduce the labor intensity of workers，labor productivity has been greatly improved，has certain practical reference value.

PLC；touch screen；sensor；mainpulator

TP27

A

1009－9492(2015)10－0080－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.020

彭一航，男，1985年生，山東菏澤人，碩士。研究領域：電氣自動化技術。已發表論文5篇。

(編輯：向 飛)

*院級教學質量工程建設項目（編號：2013JG-021）

2015－04－01