基于PLC控制的自动分捡系统的设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 基于ＰＬＣ控制的自动分捡系统的设计　曹建树，申爱明，黄晋艺　（北京石油化工学院机电工程系，北京１０２６１７）　摘　要：设计了一套基于ＰＩ　Ｃ控制的柔性生产线自动分捡系统，该系统的功能是提取从流水线传送　带上送过来的工件，检测工件的类型并进行分类，最后将其推放到对应的工件滑槽里。本文就其设计思　想、工作原理、控制方案和程序设计等要点进行了阐述。试验与实践证明，该系统完全适用于ＦＭＳ柔性　生产线的工件自动分捡，使柔性生产线的效率大幅度提高。　关键词：ＰＩ　Ｃ；柔性生产线；分捡系统　中图分类号：ＴＰ３９１　文献标志码：Ａ　随着社会对产品多样化、低制造成本以及短制　造周期等需求日趋迫切，柔性制造系统（ＦＭＳ，Ｆｌｅｘ—　ｉｂｌｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）发展颇为迅速。２Ｏ世　气动提取部件主要是由提取工件的气动机械　手、直线驱动单元、光电传感器和电磁接近传感器等　组成。当工件由流水线传送带传送过来时，光电传　感器检测到有工件后，机械手将其抓住实现提取动　作，直线驱动单元带动机械手进行直线运动，实现运　送动作，将工件运送到检测单元。　纪８Ｏ年代后，制造业自动化进入基于计算机的集成　制造（ＣＩＭＳ）时代，ＦＭＳ已成为各国机械制造自动　化的发展重点。ＦＭＳ标志着传统的机械制造行业　进入了一个发展变革的新时代，自其诞生以来就显　示出强大的生命力。迄今，世界上已有大量的ＦＭＳ　在运行，仅日本就有１７５套完整的ＦＭＳ。美国是最　早将ＦＭＳ用于生产的国家，也是ＦＭＳ硬、软件技　术最高的国家。德、英、意等西方国家都在大力开发　与应用ＦＭＳ，并制订了短、长期的发展规划。国际　上以柔性生产方式生产的产品产值已占制造业总产　值的７５　以上，且有不断增长的趋势　。柔性制造　系统作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科　技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将　成为２１世纪机械制造业的主要生产模式　］。　ＦＭＳ是由加工系统、物料系统和计算机控制系　统组成的、并能根据制造任务和生产品种变化而迅　速进行调整的自动化制造系统。其中，物料系统用　以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸以及完成　Ｉ——气动提取部件　ｌ｝　Ｉ检测部件Ｉ　＼—　一　分捡部件　控制系统　ＰＬＣ　Ｓ７．３００　图１分捡系统组成框图　检测与分捡部件主要由分捡动作执行元件、传　送带、工件分类堆放滑槽和各种检测传感器等组成。　当气动提取部件将工件传送到检测部件传送带上的　时候，光电传感器检测到有工件，便启动传送带和第　１个执行挡杆将工件挡在检测位置，该位置安装了２　个传感器，即电感式传感器和漫反射传感器，其中电　感式传感器检测工件是否为金属，漫反射传感器检　测工件是否为黑色，检测完毕判断出工件为哪类工　件后，相应的执行元件带动挡杆旋转挡在相应的工　件分类位置，实现分类堆放，最后拨板复位，传送部　分停止运动，完成分捡。　工序间的自动传送、调运、分捡和存贮工作，包括各　种传送带、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运　送机等。分捡系统提取从流水线传送带上送过来的　工件，检测工件的类型，并进行分类，最后将其推放　到对应的工件滑槽里。本文设计的基于ＰＬＣ控制　的自动分捡系统，根据工件的颜色和材质在线检测，　快速分类，提高分捡效率。　２控制系统硬件设计　分捡系统的控制框图如图２所示，硬件主要由　ｓ７—３００型ＰＩ　ｃ微机控制器、各传感器和电机的接　口电路等组成。　１　系统组成与功能分析　本设计的工件分为３种，第１种为红色塑料工　件，第２种为黑色塑料工件，第３种为银色金属工　件，设计基于ＰＬＣ控制的自动分捡系统结构原理如　图１所示。　图２分捡系统的控制框图　《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备　２００８年　第７期　・１１・　维普资讯 http://www.cqvip.com

２．１　ＰＬＣ控制系统的工作要求　方式起动时系统必须处在原位，即提取部件和分捡　部件均处原位。系统起动后连续重复运行，直到按　下“停”按钮或报警时，系统运行至原位后停机。　要求ＰＬＣ控制系统能够控制工件的提取、检测　与分捡等动作。其工作流程为：　流水线传送带上工件到位一气动提取部件一检　测气动机械手位置一检测气动机械手状态一机械手　４　结语　柔性生产线自动分捡系统采用的是并行控制和　下降抓取工件一机械手沿直线驱动单元移动一检测　工件送到分捡传送带一机械手下降松开一机械手上　升一机械手返回一启动分捡传送带一检测工件类型　一模块化设计思想，无论是机械装置，还是控制系统设　计，都具有良好的可扩展性、高度柔性和灵活性。其　不仅适用于少数品种物品的分捡，也可拓展到多种　物品的分捡；不仅适用于成品的分捡，也适用于零部　件的分散输送。该系统已成功地运用于机电工程实　验室柔性生产线上。结果表示，性能稳定，效果良　好，完全适用于ＦＭＳ柔性生产线的工件自动分捡，　检测相应执行挡杆状态一相应执行挡杆伸出一相　应执行挡杆缩回一检测工件分捡到位。　２．２核心器件　Ｓｉｍａｔｉｃ　ｓ７—３００是一种模块式的结构，主要由　机架、ＣＰＵ模块、信号模块、功能模块、接口模块、通　信模块、电源模块和编程设备组成，各种模块安装在　机架上，系统构成和扩展都十分方便　］。根据整个　使柔性生产线的效率大幅度提高，具有推广应用　价值。　表２　ｉ／ｏ地址分配表　输入地址　功能说明　输出地址　功能说明　系统的要求，控制模块选用：ＣＰＵ一３１３Ｃ　２ＤＰ，Ｉ／ｏ模　块选用：ＣＰ　３４２—２。　２．３传感器选用　传感器是一种具有检测某种变量并把检测结果　传送出去的功能器件，在本系统中主要用来检测工　件是否到位、工件类型和行程控制等。具体的传感　器选型与应用如表１所示。　表１传感器选型与应用　序号传感器定义　传感器类型　１　ＰＡＲＴ功能　ＡＶ１光电传感器检测ｆ挞带上的工件是否到位，以便启动提取部件　２　１Ｂ１１　２　电磁接近传感器检测气动机械手是否位于起始位置　电磁接近传感器检测气动机械手是否位于中阃位置　３　１ＢＩ一４　１Ｂ１３　１　２　１　电磁接近传感器检测气动机械手是否位于终点位置　电磁接近传感器检测气动机械手是否伸出，处于抓取状态　电磁接近传感器检测气动机械手是否缩回，处于等待状态　电磁接近传感器检测气动机械手是否抓到工件　５　１Ｂ２６　１Ｂ２—７　１Ｂ３８　ＰＡＲＴ９　２Ｂ１—ＡＶ２光电传感器　检测工件是否到位，以便启动分捡部件　１　电磁接近传感器检测１＃执行挡杆是否伸出，处于工作状态　电磁接近传感器检测１＃执行挡杆是否缩回，处于等待状态　电磁接近传感器检测２＃执行挡杆是否伸出，处于工作状态　电磁接近传感器检测２＃执行挡杆是否缩回，处于等待状态　电感式传感器　检测工件是否为金属　漫反射传感器　检测工件是否为黑色　［参考文献］　［１１李卫京．面向二十一世纪的柔性制造系统［Ｊ１．机械工程　与自动化，２００４（３）：８３—８６．　１０　２Ｂ１２　１１　２Ｂ２１　２　１２　２Ｂ２１３　２Ｂ３　１４　２Ｂ４　［２１郭聚东，钱惠芬．柔性制造系统的优势及发展趋势［Ｊ１．　轻工机械，２００４（４）：４－５．　１５　２Ｂ５　反射式传感器　检测工件是否分捡到位　［３１唐晓红．ＰＬＣ在微细圆棒料自动分捡系统中的应用［Ｊ３．　煤矿机械，２００６，２７（２）：２７３—２７４．　２．４　ｉ／ｏ分配　［４］鲁远栋．ＰＬＣ机电控制系统应用设计技术［Ｍ］．北京：电　子工、ｌ　出版社，２００６．　根据自动分捡系统的控制要求，ＰＩ　ｃ的输入、　输出地址如表２所示。　３控制系统软件设计　由于自动分捡系统的工作过程是顺序动作，所　以控制程序采用步进顺控指令编程。控制程序包括　初始化程序、复位程序和自动运行程序。自动运行　・作者简介：曹建树（１９７１－），男，硕士研究生，副教授，主要从　事光机电一体化技术、ＣＡＤ／ＣＡＭ等方面的研究。　收稿日期：２００７年１２月１４日　责任编辑吕菁　１２・　《新技术新工艺》・数字技术与机械加工工艺装备　２００８年　第７期