基于MCGS的塑料瓶收購分揀組態(tài)系統(tǒng)設計

李玉滿

(共青科技職業(yè)學院，江西 九江 332020)

1 系統(tǒng)設計需求

塑料瓶收購分揀機是一種能夠根據(jù)塑料瓶色差進行自動抓取收購、識別分揀、落料入庫的自動化生產(chǎn)一體設備，常用于物流分揀包裝、垃圾分揀運輸、塑料瓶企業(yè)生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，具有一定的實用性。常規(guī)控制模式下，系統(tǒng)設計完成后采用硬件啟停控制方式，容易造成設備開關(guān)等硬件元件損耗，且啟動后系統(tǒng)運行狀態(tài)無法實現(xiàn)自動化、圖形化、實時化監(jiān)控，影響了設備功能化控制體驗和自動監(jiān)控水平的提升。基于組態(tài)控制思路，將塑料瓶收購分揀機的硬件模塊、邏輯功能、通信方式進行集成，設計一款基于MCGS組態(tài)軟件的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對設備自動運行的遠程監(jiān)控、軟啟停控制等功能，對提升系統(tǒng)的自動化、圖形化、實時化控制水平具有積極的作用。

2 系統(tǒng)硬件組成及組態(tài)功能

2.1 硬件模塊組成

根據(jù)塑料瓶收購分揀自動控制的要求，本系統(tǒng)硬件模塊包括核心處理器、收購送瓶模塊、識別分揀模塊、傳感器模塊、報警指示模塊。其中，核心處理器選用西門子公司研發(fā)的S7-200型PLC；收購送瓶模塊由機械手、氣泵、氣管、電磁閥構(gòu)成；識別分揀模塊由氣管、推料桿、落瓶區(qū)、西門子MM420變頻器、傳送帶構(gòu)成；傳感器模塊由歐姆龍CX-441型落料檢測光電傳感器、JG-3D-30NK光電傳感器、光纖傳感器、接近開關(guān)等構(gòu)成；報警指示模塊由喇叭、指示燈構(gòu)成。此外，還包括常規(guī)的啟動、停止輕觸開關(guān)等元件。實現(xiàn)的功能為抓取收購塑料瓶，能夠精準識別塑料瓶的顏色差異，并按照色差進行分揀，若系統(tǒng)工作中出現(xiàn)過壓、過載、過熱、掉瓶等故障，能夠自動停止作業(yè)，并發(fā)出聲光報警提示。

2.2 組態(tài)界面及功能

圖1為應用MCSG軟件設計的塑料瓶收購分揀組態(tài)系統(tǒng)，對組態(tài)功能進行闡述：①收購送瓶機構(gòu)組態(tài)。對機械手抓取收購和一級傳送塑料瓶的作業(yè)過程進行監(jiān)控，具體包括塑料瓶抓取收購是否完成監(jiān)控、塑料瓶在送料盤中運行狀態(tài)監(jiān)控、塑料瓶一級傳送到限位監(jiān)控。②識別分揀機構(gòu)組態(tài)。對不同顏色塑料瓶的識別和分揀作業(yè)過程進行監(jiān)控，具體包括塑料瓶落料到限位監(jiān)控、塑料瓶顏色識別狀態(tài)監(jiān)控、塑料瓶二級傳送狀態(tài)監(jiān)控、塑料瓶是否進入落瓶區(qū)狀態(tài)監(jiān)控。③運行指示組態(tài)。對系統(tǒng)運行或報警狀態(tài)進行監(jiān)控，具體包括塑料瓶抓取收購狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)正常及故障工作狀態(tài)監(jiān)控。④操作控制組態(tài)。通過MCGS構(gòu)建的組態(tài)系統(tǒng)，操作人員可在昆侖通態(tài)觸摸屏上對系統(tǒng)的啟動、停止、復位進行操作，無需通過硬件開關(guān)啟停系統(tǒng)，以實現(xiàn)降低系統(tǒng)啟停部件損耗率的設計目標。

圖1 系統(tǒng)組態(tài)界面

3 系統(tǒng)模塊設計

3.1 收購送瓶機構(gòu)組態(tài)

收購送瓶機構(gòu)組態(tài)由指示標簽、收購送瓶裝置、光電傳感器、塑料瓶模型等組成，各部件的設計方法為：①指示標簽。包含送瓶機構(gòu)、塑料瓶、物料傳感器3個指示標簽，均應用MCGS中的“標簽”控件設計。以送瓶機構(gòu)標簽為例，選擇并點擊1個標簽控件，在擴展屬性中輸入送瓶機構(gòu)，并在屬性設置中的填充顏色中選擇灰色即可。②收購送瓶裝置。該組態(tài)由圓形控件、弧線控件組合而成，將2個控件按照圖1所示結(jié)構(gòu)進行組合，在填充顏色中選擇灰色，并與PLC的I0.2端子建立起通信關(guān)聯(lián)。③光電傳感器。點擊工具箱—插入元件—傳感器34，拖到送瓶機構(gòu)輸出口位置，并與PLC的I0.3端子建立起通信關(guān)聯(lián)。④塑料瓶模型。選擇“橢圓”控件，分別在送瓶機構(gòu)的入口和出口處各放置1個，代表進入和送出機構(gòu)的塑料瓶模型，其中，出口處的塑料瓶模型與光電傳感器端子I0.3關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)運行時，當光電傳感器檢測到出口塑料瓶時，I0.3置1，出口處塑料瓶模型變成灰色進行指示。

3.2 識別分揀機構(gòu)組態(tài)

識別分揀機構(gòu)組態(tài)由指示標簽、光電傳感器、流動塊、矩形控件、光纖傳感器等組成，各部件的設計方法為：①指示標簽。包含傳送帶式塑料瓶分揀機構(gòu)、光電傳感器兩個指示標簽，均應用MCGS中的“標簽”控件設計。②光電傳感器。點擊工具箱—插入元件—傳感器33，拖到識別分揀機構(gòu)的輸入口位置，并與PLC的I0.4端子建立起通信關(guān)聯(lián)。③矩形控件。用于代表落瓶區(qū)1、落瓶區(qū)2、落瓶區(qū)3，點擊工具箱—矩形，拖拽到相應位置即可。④光纖傳感器。點擊工具箱—插入元件—傳感器36，拖到識別分揀機構(gòu)的輸入口位置，并與PLC的I0.5、I0.6和I0.7三個端子建立起通信關(guān)聯(lián)。⑤流動塊。用于代表三相異步電動機，需要編寫組態(tài)程序呈現(xiàn)電機運轉(zhuǎn)送瓶的流動效果，點擊工具箱—流動塊，拖拽到相應位置即可。系統(tǒng)進行塑料瓶傳送識別分揀過程中，流動塊組態(tài)程序如下：

if 正轉(zhuǎn)=1 then 距離1=距離1+5

if 距離1>=110 and 正轉(zhuǎn)=1

then 距離1=0

3.3 運行指示組態(tài)

運行指示組態(tài)由報警指示和機械手各部分傳感器指示兩部分構(gòu)成。①報警指示組態(tài)。該組態(tài)由標簽、矩形構(gòu)件、圓形構(gòu)件等組成，在工具箱中選擇標簽、矩形、圓形，按照警示組態(tài)的外形結(jié)構(gòu)搭建即可，其中，2個圓形構(gòu)件關(guān)聯(lián)I1.0端口和I1.1端口，分別指示系統(tǒng)正常運行狀態(tài)和報警狀態(tài)。②機械手各部分傳感器指示組態(tài)。該組態(tài)由標簽和指示燈組成，可指示機械手伸出—下降—夾緊塑料瓶—上升—縮回—左轉(zhuǎn)—松開放置塑料瓶—右轉(zhuǎn)”動作狀態(tài)，點擊工具箱—指示燈—指示燈3，放置8個指示燈控件，并分別與PLC的I2.0-I2.7端子建立通信關(guān)聯(lián)，組態(tài)界面上設計機械手運行界面靜態(tài)畫面，用于靜態(tài)展示機械手抓取收購傳送塑料瓶的過程。此外，報警指示組態(tài)燈和機械手各部分傳感器指示燈按照分段顯示的思路設計，例如機械手執(zhí)行右轉(zhuǎn)動作時，I2.0置1，右轉(zhuǎn)指示燈亮，沒有執(zhí)行右轉(zhuǎn)動作時，I2.0清0，右轉(zhuǎn)指示燈灰色，表示熄滅。此外，在各種傳感器指示燈組態(tài)參數(shù)設置上，雙擊指示燈進入“動畫組態(tài)屬性設置”界面(見圖2)，選擇分段。對應顏色為灰色，分段1對應顏色為深灰色。

圖2 機械手傳感器指示燈組態(tài)參數(shù)

3.4 操作控制組態(tài)

操作控制組態(tài)由按鈕控件、標簽控件組成，用于在觸摸屏上控制系統(tǒng)的啟動、停止和服務操作。①啟動按鈕。點擊工具箱—按鈕，拖動按鈕控件到控制面板界面左上端，雙擊按鈕控件，在基本屬性—文本中輸入啟動；在操作屬性—按下功能中勾選數(shù)據(jù)對象值操作選項框，下拉菜單選擇“置1”，對象選擇“設備0_讀寫Q000_0”，表明按下啟動按鈕后，系統(tǒng)啟動驅(qū)動線圈Q0.0置1，整個系統(tǒng)啟動。②停止按鈕。點擊工具箱—按鈕，拖動按鈕控件到控制面板界面右上端，雙擊按鈕控件，在基本屬性—文本中輸入停止；在操作屬性—按下功能中，勾選數(shù)據(jù)對象值操作選項框，下拉菜單選擇“清0”，對象選擇“設備0_讀寫Q000_0”，表明按下停止按鈕后，系統(tǒng)啟動驅(qū)動線圈Q0.0被清0，整個系統(tǒng)停止運行。③復位按鈕。點擊工具箱—按鈕，拖動按鈕控件到控制面板界面下方，雙擊按鈕控件，在基本屬性—文本中輸入復位；在操作屬性—按下功能中，勾選數(shù)據(jù)對象值操作選項框，下拉菜單選擇“置1”，對象選擇“設備0_讀寫Q000_1”，表明按下啟動按鈕后，系統(tǒng)復位驅(qū)動線圈Q0.1置1，整個系統(tǒng)被復位。以復位按鈕為例，組態(tài)參數(shù)設置如圖3所示。

圖3 復位按鈕組態(tài)參數(shù)

4 系統(tǒng)運行程序編譯思路

本系統(tǒng)采用基本的組態(tài)語言編寫監(jiān)控程序，且主要是通信關(guān)聯(lián)參數(shù)程序。此外，采用梯形圖語言編寫塑料瓶收購分揀自動化控制程序，下載到S7-200PLC中進行控制操作。對系統(tǒng)梯形圖運行程序編譯思路做簡要闡述如下：①啟停程序。按下啟動按鈕，系統(tǒng)整體啟動運行；按下停止按鈕，系統(tǒng)停止運行。②機械手抓取運送塑料瓶程序。啟動按鈕按下后，機械手執(zhí)行“伸出—下降—抓取塑料瓶—上升—縮回—左轉(zhuǎn)—伸出—下降—松開塑料瓶—上升—縮回—右轉(zhuǎn)”循環(huán)動作，實現(xiàn)抓取運送塑料瓶作業(yè)。具體的程序應采用置位、復位交替設計思路完成，或考慮引入M寄存器，避免出現(xiàn)雙線圈問題。③識別分揀程序。當塑料瓶掉落在入瓶口后，三相異步電動機自動運行送瓶操作，之后根據(jù)塑料瓶色彩進行分揀作業(yè)。④報警程序。運行中如出現(xiàn)過壓、過載、過熱或掉瓶故障，系統(tǒng)自動斷電停止，并啟動聲光報警。

5 結(jié)語

基于MCGS軟件設計塑料瓶收購分揀組態(tài)系統(tǒng)并用于生產(chǎn)實踐，很好地解決了系統(tǒng)啟停硬件反復使用出現(xiàn)的損耗問題，也為實時監(jiān)控系統(tǒng)智能化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。在后期的系統(tǒng)完善中，可進一步從觸屏體驗控制、功能多樣化控制等方面入手，對系統(tǒng)進行優(yōu)化，不斷提升系統(tǒng)的應用價值。