李明達(dá)，張 爽

（長春工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，長春130012）

0 引言

隨著社會對工業(yè)產(chǎn)品需求的日益增長，不可避免地使得工業(yè)產(chǎn)品趨向于多樣化發(fā)展，為求得市場份額，企業(yè)在整合資源擴(kuò)大規(guī)模的同時，必將通過運(yùn)用現(xiàn)代材料分揀技術(shù)來提高市場反應(yīng)速度，以贏得市場競爭力，從而適應(yīng)各行業(yè)小批量、多品種、多客戶端的需求，而分揀任務(wù)作為物料配送作業(yè)中步驟最煩鎖、工作量最大的環(huán)節(jié)越來越受到人們的重視。有研究表明，分揀作業(yè)環(huán)節(jié)使用人力占整個材料分揀系統(tǒng)的50%左右，作業(yè)時間占60%以上，而作業(yè)成本達(dá)到分揀中心總成本的40%左右［1］。因此，實現(xiàn)分揀過程自動化是現(xiàn)代工廠中非常重要的問題之一。

這些年來，由于新一代工業(yè)控制系統(tǒng)可編程自動化控制器（Programmable Automation Controller，PAC）的出現(xiàn)為實現(xiàn)自動化分揀系統(tǒng)提供了更加完善的控制方案。本文針對物流作業(yè)中的分揀環(huán)節(jié)設(shè)計了一套以PAC為控制系統(tǒng)的分揀機(jī)構(gòu)，整個系統(tǒng)包括5個模塊：送料模塊、搬運(yùn)機(jī)械手模塊、傳送運(yùn)輸模塊、檢測分揀模塊、PAC控制模塊，該系統(tǒng)可實時完成分揀任務(wù)，提高物料配送中的生產(chǎn)效率，滿足工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)需求。

1 分揀系統(tǒng)組成

1.1 分揀系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)組成

本文設(shè)計的分揀系統(tǒng)機(jī)械部分主要由送料模塊、搬運(yùn)機(jī)械手模塊、傳送運(yùn)輸模塊以及檢測分揀模塊組成。其中送料模塊完成任務(wù)是將物料運(yùn)送到搬運(yùn)等待區(qū)的位置上，該模塊主要由步進(jìn)電機(jī)、支撐架、撥動件以及光電接近開關(guān)組成；搬運(yùn)機(jī)械手模塊是一個具有回轉(zhuǎn)運(yùn)動以及兩個直線運(yùn)動結(jié)構(gòu)的圓柱坐標(biāo)機(jī)器人組成，該模塊用來實現(xiàn)送料區(qū)與傳送運(yùn)輸區(qū)之間的物料搬運(yùn)，其主體是由步進(jìn)電機(jī)、絲杠、光杠、氣動手爪以及交流電機(jī)組成；傳送運(yùn)輸模塊主要完成將各種物料通過同步帶送至檢測位置；檢測分揀模塊主要由E2EY非磁性金屬用接近開關(guān)、電感式接近開關(guān)、顏色傳感器［2］以及普通接近開關(guān)4個非接觸式傳感器以及4個物料分揀氣缸和兩位四通電磁閥組成，4個非接觸式傳感器檢測的內(nèi)容分別是鋁物料、鐵物料、黑色非金屬物料以及白色非金屬物料。

圖1 分揀系統(tǒng)簡圖

1.2 控制系統(tǒng)組成

PAC控制系統(tǒng)是一種新類型的工業(yè)控制器。該控制器結(jié)合了PLC固有的可靠性以及PC的開放性，是現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)和控制技術(shù)的優(yōu)秀結(jié)合體。本文使用的控制系統(tǒng)由GE公司生產(chǎn)的GE PACsystem RX3i系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程I／O模塊構(gòu)成［3］。其模塊組成詳單如下表1所示。

表1 控制系統(tǒng)模塊組成

2 分揀機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 Machine Edition軟件編程

Machine Edition提供了一個統(tǒng)一的完整系統(tǒng)用于解決自動化控制方案。其特點(diǎn)在于提供了一個集成的開發(fā)環(huán)境，所有Machine Edition系列產(chǎn)品都被有效地集成在一起。本文的分揀系統(tǒng)是通過以太網(wǎng)總線將RX3i系統(tǒng)與遠(yuǎn)程I／O連接在一起的，具體步驟如下：

（1）將RX3i系統(tǒng)、遠(yuǎn)程I／O以及PC機(jī)用網(wǎng)線連接在一起，其中RX3i系統(tǒng)中的以太網(wǎng)模塊IC695ETM001帶有2個網(wǎng)口，可以分別和PC機(jī)網(wǎng)口以及遠(yuǎn)程I／O模塊中的IC200EBI001連接；

（2）打開軟件 Machine Edition，設(shè)置項目名以及項目所使用的控制器類型，分別創(chuàng)建項目控制對象RX3i以及遠(yuǎn)程I／O，并按照控制系統(tǒng)模塊組成表中使用的模塊型號進(jìn)行硬件配置；

（3）分別設(shè)置RX3i和遠(yuǎn)程I／O的地址和臨時IP地址，設(shè)置過程中需要輸入使用模塊的MAC的12位號碼以及臨時IP地址，要求MAC的臨時IP與通信模塊ETM001設(shè)置IP地址一致，并要設(shè)置計算機(jī)的IP地址，要求計算機(jī)的IP地址、通信模塊ETM001的IP地址以及遠(yuǎn)程I／O中通信模塊EBI001的IP地址在同一個網(wǎng)段內(nèi)；

（4）編寫梯形圖程序，進(jìn)行軟件、硬件之間的通信連接，并將梯形圖程序、硬件配置以及變量的初始值下載到CPU中，進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。

其中，在梯形圖編寫中最為重要的是對步進(jìn)電機(jī)的過程控制，而混合數(shù)字量I／O 模塊IC200MDD841具有脈沖串輸出的功能。在本系統(tǒng)中，該模塊提供步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)脈沖信號（PLS）以及方向控制信號（DIR）的輸出。在IC200MDD841中，Q00021用于控制脈沖使能，Q00025用于控制脈沖開始，Q00021與Q00025置1后Q00001輸出脈沖串，同時可以用Q00002與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的方向控制信號（DIR）相連，控制步進(jìn)電機(jī)的方向。其中步進(jìn)脈沖串可以通過MOV指令對AQ0001、AQ0002設(shè)置來進(jìn)行控制［4］。

2.2 分揀系統(tǒng)的控制流程

本文主要是基于區(qū)分材料材質(zhì)的不同而設(shè)計的材料分揀系統(tǒng)，是實現(xiàn)對鐵質(zhì)、鋁質(zhì)和不同顏色非金屬材料的自動分揀，具體控制過程與分揀流程圖如下所示：

（1）接通電源，系統(tǒng)進(jìn)入啟動狀態(tài)，送料模塊電機(jī)開始工作；

（2）系統(tǒng)啟動后，當(dāng)光電接近開關(guān)檢測搬運(yùn)等待區(qū)內(nèi)無物料，機(jī)械手處于等待狀態(tài)。當(dāng)檢測到有物料時，搬運(yùn)機(jī)械手開始運(yùn)動；

（3）搬運(yùn)機(jī)械手搬運(yùn)物料放置在傳送運(yùn)輸模塊上，機(jī)械手動作流程為：初始位置（以限位開關(guān)為初始基準(zhǔn)機(jī)械手爪張開控制步進(jìn)電機(jī)帶動絲杠移動機(jī)械手爪到搬運(yùn)等待區(qū)機(jī)械手爪抓緊抓緊物料移動至同步帶上；

（4）電機(jī)帶動同步帶運(yùn)動，物料送至檢測分揀區(qū)，當(dāng)E2EY非磁性金屬用接近開關(guān)檢測到材料為鋁質(zhì)時，鋁出料氣缸動作將被檢測到的材料推下；

（5）當(dāng)電感傳感器檢測到鐵質(zhì)材料時，鐵出料氣缸將待測物體推下；

圖2 控制流程圖

（6）當(dāng)顏色檢測傳感器檢測到材料為黑色塑料時，黑色物料出料氣缸動作將待測物體推下；

（7）剩余材料在傳送帶上繼續(xù)傳送，當(dāng)最后滑槽對應(yīng)的接近開關(guān)感應(yīng)到材料接近，其出料氣缸動作將被檢測到的材料推下；

（8）物料經(jīng)過4個傳感器氣缸均未動作，同步帶停止工作，等待檢查，排除故障后繼續(xù)運(yùn)行。

3 結(jié)語

本文設(shè)計了一套基于GE PAC系統(tǒng)為控制器的分揀機(jī)構(gòu)，通過利用先進(jìn)的可編程自動化控制器使得分揀系統(tǒng)能夠完成4種不同材料的分揀運(yùn)動，滿足了工業(yè)生產(chǎn)中對物料分揀過程的需求，具有分揀過程準(zhǔn)確、控制系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、控制過程簡潔等優(yōu)點(diǎn)。

［1］顏伊慶，潘麗萍.基于PLC的自動分揀系統(tǒng)［J］.機(jī)電工程，2012，29（11）：1286－1289.

［2］梁秀英.淺析接近開關(guān)及其在檢測中的應(yīng)用［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2005，18（5）：106.

［3］張鳳眾，張亞.基于網(wǎng)絡(luò)接口模塊GBI001的鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.可編程控制器與工廠自動化，2009（10）：72－73.

［4］李天建.基于RX3iPAC技術(shù)的自動倉儲系統(tǒng)的設(shè)計［J］.電腦知識與技術(shù)，2010，6（23）：6624－6626.