基于S7-1200的自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

張 強(qiáng)

(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓 644003)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)制造自動(dòng)化程度的要求越來越高，人們對(duì)于小批量、多品種、準(zhǔn)時(shí)制的產(chǎn)品需求不斷提升，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)效率要求越來越高。由于需要進(jìn)行物料分揀的企業(yè)僅靠人力分揀和半自動(dòng)分揀方式進(jìn)行分揀，很難滿足提升生產(chǎn)效率的要求，人力物力成本高，市場競爭力差，因此，物料自動(dòng)分揀技術(shù)已成為現(xiàn)代柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中不可缺少的環(huán)節(jié)。本文設(shè)計(jì)了一套基于S7-1200的自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可靠性高，提升了生產(chǎn)效率。

1 基于S7-1200的自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)線自動(dòng)化分揀系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、氣缸、電磁閥、傳感器、氣體壓縮機(jī)、過濾器、氣壓指示等部件組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 分揀控制系統(tǒng)功能要求

控制系統(tǒng)功能是通過相應(yīng)檢測傳感器對(duì)傳送帶上的物料進(jìn)行精確檢測和正確分類實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行且傳送帶工作時(shí)，下料裝置將物料送到傳送帶上，各位置的傳感器會(huì)對(duì)傳送物料進(jìn)行順序檢測，假如某一種物料被相應(yīng)傳感器檢測到，則對(duì)應(yīng)位置的氣動(dòng)裝置立即動(dòng)作，并將該物料送入對(duì)應(yīng)料箱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的自動(dòng)分揀。本控制系統(tǒng)的具體要求如下：

(1)通過按鈕實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)啟停控制。

(2)如果下料處有物料，汽缸5動(dòng)作，并把物料送到傳送帶上。

(3)如果傳感器SA檢測到的物料是金屬，則汽缸1動(dòng)作，并把該物料送到對(duì)應(yīng)料箱。

(4)如果傳感器SB檢測到的物料是非金屬，則汽缸2動(dòng)作，并把該物料送到對(duì)應(yīng)料箱。

(5)如果傳感器SC檢測到某一種顏色物料，則汽缸3動(dòng)作，并把該物料送到對(duì)應(yīng)料箱。

(6)剩余其他物料到達(dá)SD位置時(shí)，則汽缸4動(dòng)作，并把該物料送到對(duì)應(yīng)料箱。

(7)下料槽如果沒有物料時(shí)，則傳送帶延遲一段時(shí)間后自動(dòng)停止運(yùn)行。

(8)傳送帶可以根據(jù)物料多少調(diào)節(jié)速度。

1.3 分揀控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)主要由PLC、變頻器、觸摸屏、按鈕、傳感器、限位開關(guān)、電磁閥和氣缸等組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

圖2 自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 分揀控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 CPU選型

SIMATIC S7-1200PLC是西門子公司推出的新一代控制器產(chǎn)品，具有模塊化、緊湊型的結(jié)構(gòu)，以及功能強(qiáng)、易擴(kuò)展、靈活性的特點(diǎn)，通過基于全集成自動(dòng)化TIA Portal軟件平臺(tái)(面向全球工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展)快速地開發(fā)和調(diào)試控制系統(tǒng)，為各種工藝任務(wù)提供簡單的通信和有效的自動(dòng)化解決方案，能滿足不同的自動(dòng)化需求。本系統(tǒng)選用CPU1214C DC/DC/DC作為系統(tǒng)控制器，選用TIA Portal V13作為系統(tǒng)組態(tài)軟件。

2.2 其他硬件選型

本系統(tǒng)選用SINAMICS G120型變頻器，它是西門子生產(chǎn)的一款緊湊型變頻器，主要用于控制、調(diào)節(jié)電機(jī)的速度，具有豐富的功能和穩(wěn)定性。

本系統(tǒng)選用的HMI是西門子觸摸屏TP700，它是西門子推出的新一代精智面板，具有功能強(qiáng)、集成和兼容性優(yōu)等特點(diǎn)，能完成自動(dòng)化系統(tǒng)中復(fù)雜的交互式任務(wù)。

2.3 分揀控制系統(tǒng)接線圖

自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)PLC接線圖如圖3所示，變頻器接線圖如圖4所示。

圖3 分揀控制系統(tǒng)PLC接線圖

圖4 分揀控制系統(tǒng)變頻器接線圖

3 分揀控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.1 程序設(shè)計(jì)流程

自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖5 自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀控制系統(tǒng)流程

3.2 PLC程序設(shè)計(jì)

分揀系統(tǒng)下料氣缸(氣缸5)控制程序如圖6所示。當(dāng)下料傳感器檢測到有物料時(shí)，I0.1得電，當(dāng)下料氣缸回位限位開關(guān)I1.7得電且下料氣缸動(dòng)作限位開關(guān)I1.2不得電時(shí)，下料氣缸電磁閥Q0.1通電，下料氣缸推動(dòng)物料進(jìn)入傳送帶，開始分揀。當(dāng)I1.2斷電，Q0.1失電，下料氣缸回歸到原位。觸摸屏控制時(shí)，當(dāng)放入金屬物料，下料氣缸電磁閥得電，下料氣缸推動(dòng)金屬物料將該物料推到傳送帶上。1 s后M2.0得電，下料氣缸電磁閥Q0.1失電，下料氣缸回歸原位。當(dāng)放入塑料物料，下料氣缸電磁閥得電，下料氣缸推動(dòng)塑料物料將該物料推到傳送帶上。1 s后M2.0得電，下料氣缸電磁閥Q0.1失電，下料氣缸回歸原位。同理放顏色物料和放其他物料程序設(shè)計(jì)思路也是如此。

圖6 下料氣缸控制程序

分揀系統(tǒng)氣缸1控制程序如圖7所示。當(dāng)下料傳感器檢查到有物料時(shí)，I0.2得電，當(dāng)氣缸1回位限位開關(guān)I1.3得電且氣缸1動(dòng)作限位開關(guān)I0.6不得電時(shí)，氣缸1電磁閥Q0.2通電，氣缸1推動(dòng)物料進(jìn)入傳送帶，開始分揀。I0.6斷電Q0.2失電，氣缸1回歸原位。同理氣缸2、氣缸3、氣缸4程序設(shè)計(jì)思路也是如此。

圖7 氣缸1控制程序

4 結(jié)束語

本分揀控制系統(tǒng)采用TIA Portal 作為系統(tǒng)自動(dòng)化軟件平臺(tái)，使用西門子S7-1200PLC作為控制器，系統(tǒng)經(jīng)過運(yùn)行和實(shí)踐，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)線分揀系統(tǒng)的可靠控制和高效管理，有效地提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。