基于S7-1200與MCGS的傳送分揀系統設計

韋祖高

（云南省電子信息高級技工學校，云南昆明，663714）

0 引言

工程生產中需將雜亂的一堆物料進行分揀成箱，以備后續加工使用[1,2]。某制造設備廠主要使用尼龍1010塑料、Q235材料和黃銅材料加工零件，對結構尺寸較小的零件需在堆料庫中拾取尺寸較合適的余料進行加工，而堆料庫中的余料包括了尼龍、鋼材和黃銅材料，為了對材料進行管理，急需對堆料庫中的材料進行分揀儲存，以提高材料利用率節約資源。目前，對工業現場使用的分揀設備的研究逐年增多[3,4]，說明生產現場對分揀設備的需求是迫切的。劉俊[5]等為了提高球形或類球形水果在大小分揀過程中的效率，設計了一種基于PLC的水果大小自動分揀裝置，通過PLC和觸摸屏技術實現了高效、安全可靠的分揀。李修宇[6]等設計一種基于PLC與MCGS的分揀單元動態控制系統，克服了傳統的YL-335B自動化生產線控制系統分揀方式單一、耗時長等問題，且系統的動態穩定性更強，時延更短，響應速度更快。

本文基于西門子S7-1200型PLC，使用三相電機、伺服電機、步進電機實現工件傳送、分揀送料和抓放料等功能。通過光纖、光電、金屬等多種傳感器檢測融合識別對工件進行三分類，并通過RGB三色燈對應顯示工具類別。在TIA Portal 15中進行系統軟件程序設計，通過MCGS環境進行了系統界面設計，經設備調試后應用于了生產現場。

1 系統硬件設計

1.1 總體設計方案

控制系統整體結構如圖 1所示，設計系統的控制核心為西門子S7-1200型PLC，輸送帶電機（M1）由變頻器驅動的三相電機驅動，分揀送料電機（M2）由伺服系統控制的伺服電機驅動，抓放料電機（M3）由步進系統控制的步進電機驅動。當設備啟動后原料倉（未分揀物料倉）判斷倉庫有工件時，上料機器將工件送至輸送帶上，輸送帶電機（M1）高速運行；工件通過光纖、光電、金屬等多種傳感器檢測識別，經過減速傳感器電機（M1）變中速運行，工件輸送快到分揀入倉抓料位置時，電機（M1）變低速運行，工件最后精準停在入倉抓料位置，步進電機（M3）與伺服電機（M2）配合運行，完成分揀、搬運存放到成品倉庫相對應工位位置處。通過MCGS開發環境進行人機交互界面設計，以對生產線設備運行狀態進行監視與控制。

圖1 控制系統整體組成

1.2 電機電路

如圖 2所示的三種類型電機的連接電路，三相電機M1使用G120變頻器(VF1)驅動，伺服電機M2使用V90伺服驅動器(SF1)驅動，步進電機M3使用步進驅動器(BQ1)驅動。

圖2 電機M1、M2、M3電路

2 人機界面設計

MCGS是一套基于Windows平臺的上位機監控系統的組態軟件系統，主要完成現場數據的采集與監測、前端數據的處理與控制等功能，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統，具有功能完善、操作簡便等特點，通過與其他相關的硬件設備結合，可以快速、方便的開發各種用于現場采集、數據處理和控制的上位機界面。

通過MCGS開發環境設計系統的主界面、自動控制界面、手動控制界面和參數設置界面。主界面：畫面顯示“傳送分揀系統”及日期。按“手動控制”、“自動控制”、“參數設置”按鈕后方可進入下一個操作界面。自動控制界面可設置啟動、停止、復位控制按鈕和各種狀態指示。手動控制界面可手動控制M1、M2、M3電機正向與反向運動、送料氣缸和吸盤電磁閥動作。參數設置界面可更改分揀倉位置設置，工件能根據更改放到相對應的倉位。

2.1 主界面

如圖3所示，主界面顯示了系統名稱及版本，年月日及自動控制、手動控制和參數設置三個按鈕控件，通過按鈕控件可分別進入自動控制界面、手動控制界面和參數設置界面。

圖3 主界面設計

2.2 自動控制界面

如圖4所示，自動控制界面用一會檢測系統的運行、停止和復位等。通過啟動、停止、復位按鈕進行狀態控制，通過主界面、自動控制、手動控制和參數設置按鈕分別進入各子界面。通過燈控件顯示系統對工件的自動檢測，包括料筒有無物料檢測、顏色檢測等。

圖4 自動控制界面

2.3 手動控制界面

如圖5所示，手動控制界面包括對電機M1、M2和M3的正反轉控制和送料控制，包括M1正轉和反轉按鈕；M2正轉和反轉按鈕；M3正轉和反轉按鈕；送料按鈕等。通過主界面、自動控制、手動控制和參數設置按鈕分別進入各子界面。

圖5 手動控制界面

2.4 參數設置界面

如圖6所示，參數設置界面可設置6個倉位的物料存儲狀態，如設置倉位1為塑料，倉位2為金屬，倉位3為有色金屬等，界面中的參數設置框為帶邊線的矩形框。通過主界面、自動控制、手動控制和參數設置按鈕分別進入各子界面。

圖6 參數設置界面

3 結束語

設計了一套傳送分揀生產線設備控制系統，進行了電機電路設計和人機界面設計，包括主界面、自動控制、手動控制和參數設置界面。設備可操作性強，并具有良好的功能可擴展性，在生產現場取得了良好的應用，提高了材料利用率，為工廠取得了可觀的經濟效益。