基于PLC 與變頻器的皮帶輸送與分揀系統(tǒng)?

龔勤慧

（1.瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 瀘州 646005；2.瀘州市工程機械智能優(yōu)化設(shè)計重點實驗室，四川 瀘州 646005）

0 引言

21世紀，隨著工業(yè)自動化、信息化、規(guī)?；l(fā)展，產(chǎn)品和商品種類大幅增加，對分揀系統(tǒng)提出更高要求。傳統(tǒng)的分揀系統(tǒng)由于信息化和自動化程度較低，分揀過程繁瑣、效率低下、成本較高，已難以適應(yīng)和滿足大規(guī)模生產(chǎn)和現(xiàn)代物流業(yè)發(fā)展需求。大量研究表明，物流中心的分揀作業(yè)時間一般占到物流中心作業(yè)時間的60%以上，而分揀成本也占到整個物流成本的40%［1］。目前，國內(nèi)分揀系統(tǒng)大多采用繼電器控制，數(shù)字化程度很低、故障率高，造成物流成本居高不下［2］。為了降低成本，提高市場競爭力，一些企業(yè)開始引進效率更高的分揀系統(tǒng)，尤其是對信息化和自動化程度較高的分揀系統(tǒng)的需求緊迫。

針對上述問題和社會發(fā)展需求，本文利用PLC作為主控制器，結(jié)合氣動裝置、傳感器檢測等技術(shù)進行皮帶輸送與分揀系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，實現(xiàn)分揀系統(tǒng)的高度機械化、自動化。該系統(tǒng)能夠連續(xù)、大批量地分揀貨物，具有分揀速度快、誤差率小、勞動強度低的特點，對提高整體生產(chǎn)效率、加快商品流轉(zhuǎn)速度、節(jié)約人力成本、提升經(jīng)濟效益具有重要作用［3］。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

皮帶輸送與分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。它包括皮帶輸送線、旋轉(zhuǎn)氣缸、分揀料槽、三相異步電動機、磁性傳感器、光纖傳感器及電磁閥等。其主要功能是實現(xiàn)對物料的輸送、分揀。

1.2 系統(tǒng)工作原理及功能

當(dāng)入料口檢測到物料時，三相交流異步電機正轉(zhuǎn)帶動皮帶開始輸送工件，料槽1電感式傳感器檢測金屬物料，有金屬物料經(jīng)過時推料氣缸動作，將金屬物料推入1號料槽；料槽2光纖傳感器檢測白色物料，有白色物料經(jīng)過時旋轉(zhuǎn)氣缸動作，將白色物料導(dǎo)入2號料槽；當(dāng)物料為黑色物料時直接導(dǎo)入3號料槽。具體工作流程如圖2所示。

圖1 皮帶輸送與分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 皮帶輸送與分揀系統(tǒng)工作流程圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 PLC控制模塊

PLC具有可靠性高、抗干擾能力強 、維護方便等特點［4］。西門子PLC由于具有高的可靠性、豐富的指令集、強大的通訊能力和豐富的擴展模塊等優(yōu)點，特別適合各種場合的檢測、監(jiān)控。因此，本文選用西門子S7-200系列的CPU226CN作為控制器，結(jié)合擴展模塊EM222用于皮帶輸送與分揀系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)硬件接線圖如圖3所示。

圖3 皮帶輸送與分揀系統(tǒng)的PLC硬件接線圖

2.2 變頻器模塊與PLC連接

采用西門子MM420變頻器，三相380V供電，輸出功率0.75kW。由PLC控制變頻器帶動三相異步電機運行實現(xiàn)皮帶輸送功能，使得皮帶上有工件時，電機才運行；工件輸送到位即刻停止。試驗結(jié)果表明，采用變頻器調(diào)速，使電機加減速時間縮短，運行更平穩(wěn)，節(jié)能效果更顯著，設(shè)備效率也大大提高，設(shè)備維護維修費用明顯降低，經(jīng)濟效益提高［5］。

2.3 氣動控制模塊

氣動控制系統(tǒng)是該工作單元的執(zhí)行機構(gòu)，通過PLC控制實現(xiàn)各執(zhí)行機構(gòu)的邏輯控制功能。氣動控制原理見圖4。圖4中，由單向電控氣閥控制，使推料氣缸將物料推入料槽。在檢測到有白色物料時，導(dǎo)料氣缸將導(dǎo)料塊旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 I/O口分配

皮帶輸送與分揀系統(tǒng)PLC控制的I/O端口分配如表1所示。

3.2 程序設(shè)計

皮帶輸送與分揀系統(tǒng)軟件控制流程圖如圖5所示。

4 結(jié)語

本文詳細介紹皮帶輸送與分揀系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。重點闡述采用西門子S7-200系列的CPU226CN和EM222擴展模塊作為控制器，啟動變頻器控制三相異步電動機驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動完成物料的輸送，通過不同的傳感器檢測辨識物料類型，通過相應(yīng)的氣缸動作把物料送入不同的分揀槽，實現(xiàn)物料自動分揀任務(wù)。通過應(yīng)用表明，本文設(shè)計的皮帶輸送與分揀系統(tǒng)采用變頻器控制異步電動機，能實現(xiàn)分揀系統(tǒng)對物料的分揀，而且系統(tǒng)更省電、節(jié)能、安全可靠［6］。該系統(tǒng)能實現(xiàn)高度機械化、自動化，可提高整體生產(chǎn)效率、節(jié)約人力成本、提高經(jīng)濟效益。

圖4 皮帶輸送與分揀系統(tǒng)氣動控制原理圖

表1 皮帶輸送與分揀系統(tǒng)I/O端口分配表

圖5 皮帶輸送與分揀系統(tǒng)程序控制流程圖

本系統(tǒng)以皮帶輸送與分揀系統(tǒng)為研究對象，其方法、原理和技術(shù)可擴展到煙草加工、食品加工、配送中心、產(chǎn)品包裝等行業(yè)，具有一定的工程實際意義和實用價值，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］許有勝.自動分揀系統(tǒng)及其應(yīng)用.物流技術(shù)與應(yīng)用［J］.2003（3）：33-39.

［2］張玲莉.基于PLC控制的自動識別分揀系統(tǒng)設(shè)計［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用，2010，29（5）：110-111.

［3］黃啟明.自動化分揀系統(tǒng)及其應(yīng)用前景［J］.物流技術(shù)，2000（5）：33-35.

［4］王強，張明珠.材料自動分揀系統(tǒng)中的PLC應(yīng)用研究［J］.首都師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，32（6）：5-8.

［5］張道松.變頻器節(jié)能探析［J］.科技傳播，2012（3）：74.

［6］張孝紅.變頻器節(jié)能作用概述［J］.節(jié)能技術(shù)，2010，28（6）：573-575.