PLC工件分拣电路程序设计.doc

PLC工件分拣电路程序设计
PLC工件分拣电路程序设计
引言
面对激烈的市场竞争，一个企业的生产效率是其能否生存和发展的决定性因素，要想提高生产效率就必须提高各个环节的效率，比如工件分拣这个环节，有没有自动分拣系统(Automatic sorting system)就成为判断条件之一，也是必须条件。
自动分拣系统具有很高的分拣效率，能连续、大批量地分拣货物 由于采用大生产中使用的流水线自动作业方式，自动分拣系统不受气候、时间、人的体力等的限制，可以连续运行，同时由于自动分拣系统单位时间分拣工件数多，因此自动分拣系统的分拣能力是人工分拣系统可以连续运行100个小时以上，每小时可分拣6000-12000件，如用人工则每小时只能分拣150件左右，同时分拣人员也不能在这种劳动强度下连续工作8小时。该系统目前已经成为发达国家大中型企业不可缺少的一部分。
1 系统的构成和工作原理
1.1 系统的组成与各部分功能分析
在生产过程中通常需要对工件的颜色、姿态和旋向进行调试，为此我设计了一条基于PLC对工件进行颜色辨别、姿态调试与旋向变化移出的自动分拣系统。自动分拣系统主要四个部分组成：自动分拣系统一般由控制装置、分类装置、输送装置与分拣道口组成。
控制装置的作用是识别、接收和处理分拣信号，根据分拣信号的要求指示分类装置按工件的颜色、姿态等类别对工件进行自动分类。
分类装置的作用是根据控制装置发出的分拣指示，当具有相同分拣信号的工件经过该装置时，该装置动作，使改变在输送装置上的运行方向进入其它输送机或进入分拣道口。分类装置的种类很多，一般有推出式、浮出式、倾斜式和分支式几种。
　　输送装置的主要组成部分是传送带或输送机，其主要作用是使待分拣工件贯通过控制装置、分类装置，并输送装置的两侧，一般要连接若干分拣道口，使分好类的工件滑下主输送机（或主传送带）以便进行后续作业。
　　分拣道口是已分拣工件脱离主输送机（或主传送带）进入下一生产环节的通道，一般由钢带、皮带、滚筒等组成滑道，使工件从主输送装置滑向生产平台，在那里进行下一流程的生产作业。
　　以上四部分装置通过计算机网络联结在一起，配合人工控制与相应的人工处理环节构成一个完整的自动分拣系统。
1.2 自动分拣系统的构建
本文设计的系统笼统分为：供料检测单元和工件分装单元这两个，每个单元都是由各种独立的模块组成。系统的结构分布示意图如图 1 所示，该系统的动力采用了气动技术，即空气压缩机为气源，控制动作由 PLC 来执行，每个单元由一个 PLC 来控制。PLC 之间的通讯采用了 MPI 的通信方式。

图1.1 系统结构示意图
供料检测单元是按照需要将放置在料仓中的工件从料仓中自动取出，并对其进行材料和颜色的识别，再将其送到下一单元，即工件分装单元。主要由送料模块，检测模块，转运模块， I/O 接线端子，真空发生器，气源处理件组件，传感器，CP 阀组，消声器，控制面板，线槽，铝合金底板，若干导线与管线等组成。
工件分装单元是将经过转运模块放置在传送带上的工件分别送入不同的滑槽。主要由传送模块，滑槽模块，气源处理组件，I/O 接线端子，传感器，CP 阀组，控制面板，若干导线
与管线等组成。其中传送模块主要由传送带模块，导轨，传感器和分离器组成。
1.3 工作原理
系统在工作过程中，首先有供料单元中的传感器 A1（对射式光电传感器）检测到料仓有料，气缸 1（推料气缸）开始动作，将工件推到料槽中，极限位置的磁感应式接近开关 B2动作时，工件送到了预定位置，同时传感器 A3和传感器 A4（电感式与光电式传感器）识别工件的颜色和材质，传感器完成检测工件的特性（黑色，红色，金属色）后，转运模块的旋 转气缸（气缸 2）动作，其摆臂的转角范围是 0～150°，由旋转气缸驱动摆臂到工件位置，极限位置有行程开关 B3来限定，到位后真空发生器动作，由已产生真空的真空吸盘来吸取工件，并由真空检测传感器判断是否有工件被吸住。真空吸盘在摆臂转动过程中，一直保持垂直向下的姿态，另一个极限位置的行程开关 B4 动作时，释放真空，将工件放到工件分装单元的传送带上。
传送带由一个 24V 直流电机驱动，传送带的始端和中端装有两个气控的拨叉，负责将黑色工件送入第一个滑槽，红色工件送入第二个滑槽，将金属工件送入第三个滑槽，在滑槽的入口处装有反射式光电传感器 A5，用于检测是否有工件划入滑槽，或者判断滑槽中的工件是否已满。当工件被放在传送带起始位置时，受到传感器 A2（漫反射式光电传感器）的检测，检测到传送带上有工件，则电机开始动作，传送带运动，根据供料检测单元的传感器A3和 A4 的信号，传送带和气控的拨叉合作将其分拣到正确的滑槽上，可完成把工件下料到指定位置，经送料机构处的传感器进行有料和姿势的检测以后，把工件推出送到第一条传送带上，传送带带动工件到指定位置后对工件进行颜色的判断，如果是红色且开口向上，真空就把工件直接送到出料口，如果是红色且开口向下的工件，先由垂直机械手把工件翻转180度，变为开口向上在由盘式机械手把工件送达出料口，但如果是黑色且开口向上，则需要对工件的内部进行检测，所以工件要先翻转180度，检测后，在翻回180度，再有吸盘将其送到出料口，如果是黑色开口向下，本身就进行了检测，所以只要将其翻转180度，让它开口向上，然后由盘式机械手将其送到出料口即可。送到出料口的工件由第二条传送带带动工件到达自己的区域。
2 PLC的选择与设计
PLC 是控制系统的核心部件，其正确的选择对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要的作用。此系统选择三菱公司的FX2N-48MR 型号的 PLC,这个PLC模块控制点数较多，控制功能强，配置灵活，装配方便，便于扩展和维修，而且其价格也比较低，属于性价比很高的PLC模块。

图3.1供料检测单元和工件分装单元的工艺流程图
根据要求对PLC的输入/输出接口进行分配（I/O分配图见附录图一），然后对生产线进行工作程序的编制（状态图见附录图二，梯形图见附录表三）：
1）原点位置：垂直机械手在下位，气指张开，并在正面状态；输送带都停止；盘式真空机械手在出料的左侧；送料机构在后退位置；原点指示灯亮，当有任何一个元件不在原点位置，原点指示灯闪烁（每2秒闪烁1次），系统不能启动。系统运行后原点指示灯不作指示。
2）启动后，送料机把工件送至姿势判别位进行姿势判别（向上或向下）后，送料机构把工件送出；直流输送线动作；交流输送线停止。
3）直流输送线把工件送到颜色判断区，直流输送线停止；
4）如果判定红色工件开口向上，则由悬臂机械手送至出料口，交流输送线由低速转位高速，并把工件送到红色堆放区后，交流输出线再改为低速；
5）如果判断红色工件开口向下，由垂直机械手翻转180度，放下后，则由悬臂机械手送至出料口，交流输送线由低速转位高速，并把工件送到红色堆放区后，交流输出线再改为低速；
6）如果黑色工件开口向下，则由垂直机械手提起工件翻转工件开口朝上，放下后，再由悬臂机械手送至出料口，交流输送线由低速转位高速，并把工件送到黑色堆放区后，交流输出线再改为低速；
7）如果黑色工件开口朝上，则由垂直垂直机械手提起工件翻转180度后，向下作检查，1秒后再由垂直机械手再翻转一次使工件开口朝上，再由悬臂机械手送至出料口，交流输送线由低速转位高速，并把工件送到黑色堆放区后，交流输出线再改为低速；
8）生产线设置急停按钮。按下急停按钮后，系统运行全部停止。此时，若机械手夹持有物料，则应保持夹持状态。
3 PLC调试
3.1 安装与使用的环境
本次项目设计用的PLC型号是三凌FX2N—48MR，变频器型号是FR-E540-0.75K-CHT,PLC必须安装在通风透气阴凉的地方，环境温度宜在摄氏0至55度之间，相对湿度在70%以下，电源系统最好带隔离变压器，应远离大功率电子发射设备，如电火花等，要和易燃、易爆设备保持足够的距离。
3.2 调试前的准备工作
确保程序本身没有语法错误，PLC本身工作性能良好，电脑与连接适配器能正常工作，有独立可靠的接地线，保证设备不因静电出现功能紊乱，软硬件设备接线正确，供电正常。
3.3 调试步骤
①分机构调试，先调试有料与姿势判别机构；
②接着调试颜色判别和垂直机械手机构；
③然后调试旋转机械手机构；
④最后调试交流输送带机构。要调整每个传感器的位置，机械装置的位置，确保动作到位。
3.4 整体调试
在分步调试完成后，接下来就要进行整体调试了，看设备能否按照总体要求运行，各步之间的协调情况如何，有衔接不上的地方再作重新调整。
4 总结
本文设计主要用于一些物料需要进行颜色判断的场合，并进行分拣，在设计中解决了金属机械手在夹持工件中易损伤工件的问题，并精简了金属机械手的动作步骤，提高了工作的效率；但是在工件的检测的步骤还是比较繁琐，在今后的设计中应进一步的改进。
5 参考文献：
1．《电工新技术教程》梁耀华等主编 中国劳动社会保障出版社 2006
2．《电工新技术教程实训指导》广东省电工新技术教程编审组编 2007
3．《可编程序控制器应用技术》廖常初主编 重庆大学出版社 2002
4．《可编程序控制应用技术》陈金华主编 北京电子工业出版社1996

附录：图一I/O分配原理图

图二转态转移图

图三梯形图

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