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        基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)研究

        2022-03-27 02:00:58吳杰
        科學(xué)與生活 2022年2期
        關(guān)鍵詞:自動化

        吳杰

        摘要:針對生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)不能對現(xiàn)場反饋信號進(jìn)行實時采集,導(dǎo)致產(chǎn)品分揀時間較長的問題,設(shè)計基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)。系統(tǒng)選取西門子S7-300作為PLC控制核心,在電路中加入繼電器進(jìn)行轉(zhuǎn)接保護(hù),控制柜通過電纜與工作現(xiàn)場檢測及驅(qū)動設(shè)備相連接,采集管理工作信號。使用MCGS組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理分析,在交互窗口中添加驅(qū)動程序建立多客戶機(jī)項目,基于PLC控制設(shè)計生產(chǎn)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(jié)果表明,基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)能夠有效縮短抓取產(chǎn)品的移動時間和分揀操作時間,提高生產(chǎn)線工作效率。

        關(guān)鍵詞:PLC控制;生產(chǎn)線;自動化;分揀系統(tǒng);控制過程;自動分揀;

        中圖分類號: TH165文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        0引言

        自動化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)中,推動工業(yè)活動和物質(zhì)文明不斷前進(jìn)。生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)是自動化技術(shù)在流水操作線上的主要應(yīng)用,產(chǎn)品分揀出后被運輸?shù)街付ㄎ恢?,大大降低了傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)的人力和物力消耗[1]。通過快速高效的自動分揀控制,實現(xiàn)同性質(zhì)產(chǎn)品的大規(guī)模生產(chǎn)制造。通過工段組合和自動線長短變換,可以實現(xiàn)產(chǎn)品形式的多樣化生產(chǎn),進(jìn)而提升工業(yè)加工自動線的生產(chǎn)效益。PLC控制技術(shù)是自動分揀系統(tǒng)的重要組成部分,PLC作為控制核心,提高了產(chǎn)品分揀效率,并且在一定程度上能夠降低生產(chǎn)成本。PLC控制使生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)能夠獨立完成產(chǎn)品的分揀和處理等操作。因此,本文基于PLC控制設(shè)計一種生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng),對改進(jìn)化工企業(yè)生產(chǎn)效率,提升企業(yè)核心競爭力具有一定實踐意義。

        1? 基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)硬件設(shè)計

        此次設(shè)計的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)硬件部分由檢測單元、PLC控制單元、驅(qū)動單元和電機(jī)設(shè)備等構(gòu)成,具體硬件設(shè)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(qiáng)大,因此選擇合理的型號對于系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)之后,本次系統(tǒng)選取西門子S7-300作為PLC控制核心。S7-300具有強(qiáng)編程模塊化能力,并且通訊和運算速度快,更容易實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)和上位機(jī)的實時通訊。各PLC控制單元獨立運行,通過CC-Link實現(xiàn)聯(lián)機(jī)通信。S7-300能夠?qū)崿F(xiàn)A/D快速轉(zhuǎn)換,利用多個PLC 相連成網(wǎng)絡(luò)完成編程工作,滿足本次系統(tǒng)設(shè)計需要的化工行業(yè)控制要求。為保護(hù)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(jìn)行轉(zhuǎn)接保護(hù)。同時接入指示燈與PLC輸入公共端相連,為系統(tǒng)提供控制指示的作用。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括傳動電動機(jī)和分揀機(jī)械手等,各機(jī)械設(shè)備通過加緊、擺動和提升等操作,控制電磁閥工作,完成產(chǎn)品物件的放行和傳送工作。控制柜的電纜與工作現(xiàn)場相連接,識別和反饋現(xiàn)場工作信號,利用停止、復(fù)位和啟動等按鈕完成開關(guān)啟動連接等轉(zhuǎn)換。

        2基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)軟件設(shè)計

        2.1 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計

        為實現(xiàn)設(shè)備與操作人員之間良好的人機(jī)交互,本次系統(tǒng)設(shè)計中使用組態(tài)技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理分析,選擇的組態(tài)軟件為MCGS。該組態(tài)軟件具有瀏覽器功能,能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線的可視化管理,有利于對自動化分揀系統(tǒng)進(jìn)行整體調(diào)度。在MCGS組態(tài)中,設(shè)備窗口負(fù)責(zé)建立與硬件設(shè)備的連接,以此讀取工作的實時數(shù)據(jù),在組態(tài)窗口中可對系統(tǒng)進(jìn)行啟動和停止等處理。組態(tài)規(guī)則制定出項目結(jié)構(gòu)化工作需求,通過監(jiān)測機(jī)械設(shè)備和電機(jī)運行情況將產(chǎn)品動態(tài)傳輸至系統(tǒng)的瀏覽界面。在MCGS組態(tài)中添加驅(qū)動程序,與PLC控制單元相連接,選擇建立多客戶機(jī)項目。MCGS組態(tài)激活后,頁面顯示檢測和分揀單元,可以根據(jù)項目需求進(jìn)行實時切換,提高項目的透明度。

        2.2基于PLC控制設(shè)計生產(chǎn)線分揀單元

        根據(jù)供料單元或者加工單元輸送來的化工產(chǎn)品物料或工件,生產(chǎn)線分揀單元進(jìn)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(fā)送至PLC控制單元,實時采集現(xiàn)場的反饋信號。PLC控制單元對變頻器發(fā)送指令后,驅(qū)動單元控制機(jī)械手完成制定區(qū)域工件的分揀,并繼續(xù)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(qiáng)弱存儲工件信息。工件信息可通過連續(xù)的函數(shù)進(jìn)行描述:

        式(1)中,表示工件信息;表示連續(xù)函數(shù);和分別表示物理量的強(qiáng)弱。在二維坐標(biāo)系統(tǒng),工件信息可進(jìn)一步使用數(shù)組進(jìn)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(qū)動單元前端位置還安裝了感應(yīng)開關(guān),可以自動判斷PLC信號。推料氣缸接收到信號后起動,機(jī)械手通過調(diào)節(jié)長度和速度將工件傳送到指定位置,完成生產(chǎn)線自動化分揀。

        3系統(tǒng)測試

        在正式投入到化工產(chǎn)品生產(chǎn)前,需要進(jìn)行系統(tǒng)運行調(diào)試和性能測試。經(jīng)調(diào)試,該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)機(jī)操作,檢測到傳送帶上的產(chǎn)品物件后,自動化生產(chǎn)線能夠按照設(shè)計指令完成分揀、傳送和倉儲等任務(wù)流程。本次測試選取分揀時間為評價指標(biāo),將基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)的分揀時間與基于機(jī)器視覺和基于深度學(xué)習(xí)的分揀系統(tǒng)的分揀時間進(jìn)行對比。分揀時間由抓取化工產(chǎn)品的機(jī)械手移動時間和分揀單元機(jī)械手操作時間組成,系統(tǒng)測試的對比結(jié)果如表1和表2所示。

        根據(jù)表1的對比結(jié)果,基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)的抓取移動時間為5.47s,比基于機(jī)器視覺和基于深度學(xué)習(xí)的分揀系統(tǒng)分別縮短了3.64s和4.45s。

        根據(jù)表2的對比結(jié)果,基于PLC控制的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)的分揀操作時間為15.78s,比基于機(jī)器視覺和基于深度學(xué)習(xí)的分揀系統(tǒng)分別縮短了4.13s和5.29s。證明此次設(shè)計的生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)能夠有效縮短工作時間,提高化工產(chǎn)品生產(chǎn)效率。

        4結(jié)束語

        為實現(xiàn)生產(chǎn)全盤自動化,需要科學(xué)技術(shù)手段將流水操作線升級為更高效率的生產(chǎn)線。本文基于PLC控制設(shè)計一種生產(chǎn)線自動化分揀系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠有效縮短抓取產(chǎn)品的移動時間和分揀操作時間,提高自動化生產(chǎn)線效率。但本次設(shè)計的系統(tǒng)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(tǒng)的自由度,完成分類定制任務(wù)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉華鋒,周俊榮,葉軍林,等.工業(yè)機(jī)器人在自動化生產(chǎn)線分揀站的應(yīng)用[J].鍛壓裝備與制造技術(shù),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(jī)采棉頭提升液壓系統(tǒng)設(shè)計[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2020,48(21):233-237.

        [3]趙小霞,李虹飛.基于PLC控制技術(shù)的韭菜收割機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究,2021,43(09):88-92.

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