基于PLC控制的生產線自動化分揀系統研究

吳杰

摘要：針對生產線自動化分揀系統不能對現場反饋信號進行實時采集，導致產品分揀時間較長的問題，設計基于PLC控制的生產線自動化分揀系統。系統選取西門子S7-300作為PLC控制核心，在電路中加入繼電器進行轉接保護，控制柜通過電纜與工作現場檢測及驅動設備相連接，采集管理工作信號。使用MCGS組態技術實現數據處理分析，在交互窗口中添加驅動程序建立多客戶機項目，基于PLC控制設計生產線分揀單元，自動識別和判斷PLC信號，完成基于實時采集信息的自動化分揀。測試結果表明，基于PLC控制的生產線自動化分揀系統能夠有效縮短抓取產品的移動時間和分揀操作時間，提高生產線工作效率。

關鍵詞：PLC控制;生產線;自動化;分揀系統;控制過程;自動分揀;

中圖分類號： TH165文獻標識碼：A

0引言

自動化技術被廣泛應用于工業化生產中，推動工業活動和物質文明不斷前進。生產線自動化分揀系統是自動化技術在流水操作線上的主要應用，產品分揀出后被運輸到指定位置，大大降低了傳統工業制造業的人力和物力消耗[1]。通過快速高效的自動分揀控制，實現同性質產品的大規模生產制造。通過工段組合和自動線長短變換，可以實現產品形式的多樣化生產，進而提升工業加工自動線的生產效益。PLC控制技術是自動分揀系統的重要組成部分，PLC作為控制核心，提高了產品分揀效率，并且在一定程度上能夠降低生產成本。PLC控制使生產線自動化分揀系統能夠獨立完成產品的分揀和處理等操作。因此，本文基于PLC控制設計一種生產線自動化分揀系統，對改進化工企業生產效率，提升企業核心競爭力具有一定實踐意義。

1? 基于PLC控制的生產線自動化分揀系統硬件設計

此次設計的生產線自動化分揀系統硬件部分由檢測單元、PLC控制單元、驅動單元和電機設備等構成，具體硬件設計框架如圖1所示。

PLC控制單元是分揀操作的主控單元，由于其功能十分強大，因此選擇合理的型號對于系統硬件性能來說十分重要[2]。綜合考慮自動化控制的邏輯計算要求和存儲器的最大容量標準之后，本次系統選取西門子S7-300作為PLC控制核心。S7-300具有強編程模塊化能力，并且通訊和運算速度快，更容易實現控制數據和上位機的實時通訊。各PLC控制單元獨立運行，通過CC-Link實現聯機通信。S7-300能夠實現A/D快速轉換，利用多個PLC 相連成網絡完成編程工作，滿足本次系統設計需要的化工行業控制要求。為保護PLC控制單元的直流電輸出，在電路中的輸出部分加入繼電器進行轉接保護。同時接入指示燈與PLC輸入公共端相連，為系統提供控制指示的作用。機械結構主要包括傳動電動機和分揀機械手等，各機械設備通過加緊、擺動和提升等操作，控制電磁閥工作，完成產品物件的放行和傳送工作?？刂乒竦碾娎|與工作現場相連接，識別和反饋現場工作信號，利用停止、復位和啟動等按鈕完成開關啟動連接等轉換。

2基于PLC控制的生產線自動化分揀系統軟件設計

2.1 系統組態設計

為實現設備與操作人員之間良好的人機交互，本次系統設計中使用組態技術實現數據處理分析，選擇的組態軟件為MCGS。該組態軟件具有瀏覽器功能，能夠實現生產線的可視化管理，有利于對自動化分揀系統進行整體調度。在MCGS組態中，設備窗口負責建立與硬件設備的連接，以此讀取工作的實時數據，在組態窗口中可對系統進行啟動和停止等處理。組態規則制定出項目結構化工作需求，通過監測機械設備和電機運行情況將產品動態傳輸至系統的瀏覽界面。在MCGS組態中添加驅動程序，與PLC控制單元相連接，選擇建立多客戶機項目。MCGS組態激活后，頁面顯示檢測和分揀單元，可以根據項目需求進行實時切換，提高項目的透明度。

2.2基于PLC控制設計生產線分揀單元

根據供料單元或者加工單元輸送來的化工產品物料或工件，生產線分揀單元進行分揀操作。分揀的主要原理是依靠傳感器檢測信號，將其發送至PLC控制單元，實時采集現場的反饋信號。PLC控制單元對變頻器發送指令后，驅動單元控制機械手完成制定區域工件的分揀，并繼續向下傳輸[3]。傳感器主要識別工件的顏色， PLC控制單元通過物理量的強弱存儲工件信息。工件信息可通過連續的函數進行描述：

式（1）中，表示工件信息;表示連續函數;和分別表示物理量的強弱。在二維坐標系統，工件信息可進一步使用數組進行描述，如下所示：

式（2）中，表示位置;表示屬性。因此，工件信息可以視為離線采樣集合。在驅動單元前端位置還安裝了感應開關，可以自動判斷PLC信號。推料氣缸接收到信號后起動，機械手通過調節長度和速度將工件傳送到指定位置，完成生產線自動化分揀。

3系統測試

在正式投入到化工產品生產前，需要進行系統運行調試和性能測試。經調試，該系統能夠實現聯機操作，檢測到傳送帶上的產品物件后，自動化生產線能夠按照設計指令完成分揀、傳送和倉儲等任務流程。本次測試選取分揀時間為評價指標，將基于PLC控制的生產線自動化分揀系統的分揀時間與基于機器視覺和基于深度學習的分揀系統的分揀時間進行對比。分揀時間由抓取化工產品的機械手移動時間和分揀單元機械手操作時間組成，系統測試的對比結果如表1和表2所示。

根據表1的對比結果，基于PLC控制的生產線自動化分揀系統的抓取移動時間為5.47s，比基于機器視覺和基于深度學習的分揀系統分別縮短了3.64s和4.45s。

根據表2的對比結果，基于PLC控制的生產線自動化分揀系統的分揀操作時間為15.78s，比基于機器視覺和基于深度學習的分揀系統分別縮短了4.13s和5.29s。證明此次設計的生產線自動化分揀系統能夠有效縮短工作時間，提高化工產品生產效率。

4結束語

為實現生產全盤自動化，需要科學技術手段將流水操作線升級為更高效率的生產線。本文基于PLC控制設計一種生產線自動化分揀系統。該系統能夠有效縮短抓取產品的移動時間和分揀操作時間，提高自動化生產線效率。但本次設計的系統在定位控制方面還有待提高，未來研究可以引入定位模塊提高系統的自由度，完成分類定制任務。

參考文獻

[1]劉華鋒，周俊榮，葉軍林，等.工業機器人在自動化生產線分揀站的應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2020，55（02）：11-14.

[2] 傅依新，木合塔爾·克力木.基于PLC控制的采棉機采棉頭提升液壓系統設計[J].江蘇農業科學，2020，48（21）：233-237.

[3]趙小霞，李虹飛.基于PLC控制技術的韭菜收割機調速系統的研究[J].農機化研究，2021，43（09）：88-92.