基于智能移動(dòng)終端的P L C物料分揀系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳敏敏

基于智能移動(dòng)終端的P L C物料分揀系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

汕尾職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陳敏敏

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)物料分揀機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，設(shè)計(jì)了以FX2N-48MR PLC與ZKD-XRO-WIFI為核心的控制系統(tǒng)，通過(guò)智云控制服務(wù)，將智能移動(dòng)終端與物料分揀終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與故障報(bào)警。

PLC；物料分揀；app；云服務(wù)器

1 引言

PLC作為在工業(yè)領(lǐng)域里普遍使用的控制裝置，它有著可靠性高、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、可以在線修改程序、又易于和PC機(jī)連接、能對(duì)數(shù)字模擬量進(jìn)行控制等性能，PLC已經(jīng)在工廠流水線、水電廠、鍋爐控制、物料分揀、倉(cāng)庫(kù)等設(shè)備上得到廣泛的應(yīng)用[1]。

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，多采用觸摸屏以數(shù)字顯示的方式呈現(xiàn)，雖然操作簡(jiǎn)單，但受到顯示屏的尺寸及安裝位置和地域性的限制，不利于高效、及時(shí)等實(shí)時(shí)發(fā)布數(shù)據(jù)。為了解決這一難題，本文以三菱PLC為控制器，通過(guò)wifi遠(yuǎn)程控制模塊對(duì)分揀機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)施采集，通過(guò)wifi芯片將數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過(guò)手機(jī)app或其它智能移動(dòng)終端獲取數(shù)據(jù)同時(shí)，通過(guò)組態(tài)軟件和智能控制模塊進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料分揀機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及通過(guò)智能終端可對(duì)故障進(jìn)行遠(yuǎn)程處理。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括PLC控制器、wifi模塊、觸摸屏、手機(jī)APP、模擬量輸入模塊以及物料分揀終端設(shè)備組成。如圖1所示，模擬量模塊將采集到終端設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并把數(shù)據(jù)傳送到控制器上，wifi模塊起到的作用則是將控制器傳送來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線路由器上傳到云服務(wù)器上，通過(guò)無(wú)線wifi通信輸出繼電器觸電吸合或者斷開(kāi)信號(hào)從而控制終端設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)框架

（1）控制器：采用的是FX2N-48MR PLC。該P(yáng)LC是三菱公司生產(chǎn)的可編程控制器，共有48個(gè)IO點(diǎn)，其中24個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)，輸出類型為繼電器輸出。FX系列中FX2N PLC功能最強(qiáng)、速度最高，內(nèi)置用戶存儲(chǔ)器8Kb，最大可擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)PID、高速計(jì)數(shù)、A/D、D/A等多種特殊控制功能。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，通信模塊可實(shí)現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)鏈接。

（2）wifi模塊:采用的是ZKD-x1xro-wifi，它是一款wifi通信控制的光耦隔離IO輸入和電磁繼電器輸出的IO開(kāi)關(guān)量控制設(shè)備。能通過(guò)wifl通信和PLC協(xié)同工作于工控機(jī)等設(shè)備的擴(kuò)展卡輸出繼電器觸電吸合、接通或斷開(kāi)信號(hào)等場(chǎng)合。

（3）觸摸屏： 采用的是10寸的GS2110-WTBD觸摸屏。三菱GS2110-WTBD可用PLC的內(nèi)部DC電源24V供電，屬于TFT彩色液晶顯示器，顯示色可達(dá)65536色，分辨率為800*480。

（4）手機(jī)APP：以App inventor為手機(jī)開(kāi)發(fā)軟件，通過(guò)MODBUS設(shè)備與終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。App inventor中程序是通過(guò)可視化的指令模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，并用模塊定義不同的功能。

（5）模擬量輸入模塊：采用FX2N-4AD進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模擬量輸入通道屏蔽雙絞線來(lái)接收，若輸入電壓有波動(dòng)，應(yīng)接入一個(gè)電容器，若有過(guò)多的電氣干擾，應(yīng)連接FG的外殼地端和模塊的接地端，連接模塊的接地端和主單元的接地端可行的話，在主單元使用小于100歐姆的接地電阻[2]。

（6）物料分揀終端設(shè)備：主要包括傳感模塊、變頻器、電機(jī)傳送帶、推桿氣泵裝置等，PLC外部I/O口設(shè)置若表1所示[3]。

表1 I/O端口設(shè)置

利用光纖傳感器檢測(cè)工件，推出工件之后，機(jī)械手將工件放置于皮帶上，皮帶由變頻器控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)設(shè)置三個(gè)物料推桿，同時(shí)在識(shí)別工件上設(shè)有三種傳感器，分別識(shí)別金屬、藍(lán)色、白色工件，當(dāng)傳感器感應(yīng)到相對(duì)應(yīng)的材質(zhì)工件時(shí)，推桿將工件進(jìn)行分揀并推置相對(duì)應(yīng)的物料槽中，在顏色的辨別上采用漫反射光電傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，光電開(kāi)關(guān)的光源反射在工件上，工件反射信號(hào)回光電傳感器，從而驅(qū)動(dòng)控制電路。

3 系統(tǒng)工作流程

3.1 PLC與FX2N-4AD的通信

為了兼容各個(gè)設(shè)備采用MODBUS通信協(xié)議，本設(shè)計(jì)采用RTU通信方式，RTU的通信比較快，其接口為RS232/ RS422/RS485標(biāo)準(zhǔn)接口，當(dāng)PLC向終端設(shè)備的變頻器發(fā)送一幀數(shù)據(jù)信息時(shí)，通信過(guò)程則分為兩部分：一是PLC向變頻器發(fā)送查詢請(qǐng)求信號(hào)；二是變頻器對(duì)PLC的回傳信號(hào)。MODBUS通信協(xié)議對(duì)查詢和應(yīng)答的時(shí)間、數(shù)據(jù)格式、驗(yàn)錯(cuò)方法都給出相應(yīng)的規(guī)定，設(shè)定參數(shù)為PR331=24，PR332=6，PR334=1，PR539=0，PR549=1。

3.2 ZKD-XRO-WIFI與PLC的通信

APP與ZKD-XRO-WIFI模塊成功連接后即可與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換[4]。PLC通過(guò)RS232串口與FX2N-4AD通信，并將FX2N-4AD獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)post方式上傳到中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)服務(wù)器。并創(chuàng)建數(shù)據(jù)流以及創(chuàng)建設(shè)備在中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)服務(wù)器上，獲取上傳網(wǎng)址和用戶名、密碼。

4 手機(jī)app軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用app-inventor制作智能終端，通過(guò)手機(jī)APP，技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控工件分揀情況，并通過(guò)APP啟動(dòng)相應(yīng)的氣泵，調(diào)節(jié)機(jī)械手的位置，若有故障可隨時(shí)通過(guò)APP切斷氣泵閥門進(jìn)行控制。

在APP的組件設(shè)計(jì)里，使用文本組件顯示氣泵的開(kāi)斷狀態(tài)，另外一個(gè)文本組件隨時(shí)讀取機(jī)械手的定位。使用wed客戶端通過(guò)HTTP連接物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)讀取數(shù)據(jù)。為了使機(jī)械手的操作界面更形象，使用按鈕組件，通過(guò)Media面板上傳。手機(jī)IU界面為：上方為“連線”按鈕，下方為VerticalArrangement組件來(lái)放置除LISIpicker以外的所有組件[5]，用HorizontalAArrangement組件來(lái)放置機(jī)械手向左右移動(dòng)及警報(bào)按鈕，為此將VerticalArrangement的Visible屬性為“hidden”，但手機(jī)APP與PLC連接后，顯示用戶操作界面。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以PLC為控制器，結(jié)合wi fi、FX2N-4AD，以分揀機(jī)構(gòu)為控制對(duì)象，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，報(bào)警顯示及定位控制，為實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化控制完善了人機(jī)界面和智能終端APP界面。該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，有效解決了PLC使用MODBUS通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控，系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單方便、網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，具有較強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值[6]。

[1]李全利．PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010:5-6．

[2]李金城．PLC模擬量與通信控制應(yīng)用實(shí)踐[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2011:77．

[3]廣東三向教學(xué)儀器制造有限公司．SX-815E光機(jī)電一體化實(shí)訓(xùn)考核設(shè)備PLC實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書[M]．2011: 11．

[4]孫耀杰,王國(guó)君,佟強(qiáng),王文杰．基于TC351的PLC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的研究與設(shè)計(jì)[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010,12:37-38．

[5]黃仁祥,金琦,易偉．人人都能開(kāi)放安卓APP[M]．北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015:84-86．

[6]林敏．基于PLC的智能家居的設(shè)計(jì)[J]．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2017,2:33．

陳敏敏（1984—），女，廣東陸豐人，講師，主要從事電子技術(shù)、自動(dòng)化方面的工作。