基于汇川H2U 颗粒上料分拣的PLC 程序设计

杨 芳

（黄冈职业技术学院 机电学院，湖北 黄冈 438002）

目前，在医药、饮料、食品、电子、窑炉及化工等行业的生产过程中，经常需要将颗粒物料进行上料和分拣，并很多都是手动摆放和分拣。颗粒物料一般体积小、数量多，尤其在医药、电子、化工行业，员工长时间劳动，严重消耗体能与精力，错误率高，生产效率降低，难以保证生产正常顺利进行。鉴于以上情况，本团队基于汇川H2U 进行了颗粒上料分拣的PLC 程序设计，并在SX-815Q 机电一体化综合实训中考核该设备的试验运行情况，运行结果平稳可靠，效果良好。

SX-815Q 机电一体化综合实训考核设备主要由颗粒上料单元、加盖拧盖单元、检测分拣单元、工业机器人搬运单元和成品入仓单元组成，囊括了智能装配生产系统、自动包装系统、自动化立体仓库及智能物流系统、自动检测质量控制系统、生产过程数据采集及控制系统等，是一个完整的智能工厂模拟装置，如图1 所示。该设备可实现空瓶上料、颗粒物料上料、物料分拣、颗粒填装、加盖、拧盖、物料检测、瓶盖检测、成品分拣、机器人抓取入盒、盒盖包装、贴标、入库等智能生产全过程。

图1 SX-815Q 机电一体化综合实训设备

1 颗粒上料单元

颗粒上料单元主要由瓶子上料机构、主皮带机构、循环选料机构、颗粒填装机构、挂板电气及机械件组成。工作时，瓶子上料机构皮带运转，将瓶子输送到主皮带上，主皮带检测到有物料瓶后，瓶子上料机构皮带暂停。同时，循环选料机构三相电机启动正转，当检测到有物料时，三相电机反转，将物料送入待取位，当物料瓶进入物料填装工位后，颗粒填装机构吸取物料，并将物料放入瓶子中，完成物料填充后，定位气缸复位，主皮带启动，物料瓶进入下一工序。

2 颗粒上料分拣的PLC 程序设计

2.1 功能参数

该颗粒上料单元使用的H2U 系列PLC，隶属汇川第二代小型PLC，属于通用型PLC，点数覆盖全面，从20 点到128 点一应俱全，最大可扩展至256 点，具有各种型号的温度、模拟量扩展模块，软硬件方面与三菱FX 系列PLC 基本上兼容。同时，主机自带3 轴高速定位输出，6 通道高速计数器，并有3 个串口可供使用，可通过扩展卡实现CAN 通讯、以太网通信。

2.2 编程软件

汇川PLC 可用三菱的编程软件进行编程，也可采用汇川公司开发的AutoShop 编程后台软件。AutoShop 编程软件具有H1U/H2U/H3U 系列PLC用户程序的编写、下载和监控等功能，提供了梯形图、步进梯形图、SFC、指令表等编程语言。用户根据PLC 应用系统的控制工艺要求，设计程序，在编程过程中，可随时进行编译，及时检查和修正编程错误，具体可参考汇川—H2U 系列可编程控制器编程手册。

3 颗粒上料单元编程

3.1 控制流程要求

（1）“单机”工作状态下按“启动”按钮，或者“联机”状态下，主站给出“启动”信号后，系统进入运行状态，“启动”指示灯亮。

（2）推料气缸A 推出9 颗白色物料，推料气缸B 推出2 颗蓝色物料；上料皮带启动，物料瓶依次传送到主皮带上；同时，选料机构启动，筛选出白色物料。当上料检测传感器检测到物料瓶时，上料皮带停止；当填装位检测传感器检测到物料瓶时，定位气缸动作，顶紧物料瓶，主皮带停止；同时，筛选机构上的到位检测传感器检测到物料时，填装机构开始动作，填装完3 个颗粒物料后，定位气缸复位，主皮带启动，物料瓶被传送至下一单元，循环进入推料气缸A/B 推出物料环节。

（3）在“单机”工作状态下，按“停止”按钮，或者“联机”状态下主站给出“停止”信号，“停止”指示灯亮，系统进入停止状态，所有皮带停止运行，其它所有气动机构均保持状态不变。

（4）在“单机”工作状态下按“复位”按钮，或者“联机”状态下主站给出“复位”信号，“复位”指示灯亮，系统进入复位状态，所有执行机构均恢复到初始位置。

3.2 I/O 地址功能分配

编程调试前，将颗粒上料单元按设备分成3大模块：皮带运行子程序、吸取填装子程序、上料分拣子程序；各模块之间通过自己的交换信号，连接成一个完整的单元控制程序，具体I/O 地址功能分配表见表1 所示。

表1 I/O 地址功能分配表

3.3 程序流程设计

本单元除主程序外，子程序包括“皮带机构子程序”“填装吸取机构子程序”“上料分拣子程序”等子程序。在编程时，可分别编出各个子程序，并将各个子程序调试完成之后，再进行组合，最终使整个单元程序完整，主程序流程控制如图2所示。

图2 主程序流程控制图

3.4 上料分拣子程序

图3 上料分拣子程序

上料分拣装置推料气缸A 推出9 颗白料，推料气缸B 推出2 颗蓝料，并能通过变频器高速运行将白料筛选出来，以低速传送到物料口，交由填装吸取机构将颗粒填装到空瓶中，程序如图3所示。

在颗粒经过分拣颜色传感器时，若检测到白色颗粒，即刻进入选定程序，将白色颗粒筛选出来。若长时间检测不到颗粒经过，则判定为颗粒不足，即进入颗粒添加程序中。分拣颜色传感器不仅影响上颗粒的判定，而且筛选效率也影响系统效率，需仔细、反复的调整，才能提高程序的运行效率。

4 运行调试

表2 颗粒上料单元运行调试

根据控制流程要求，颗粒上料单元运行调试按表2 所示，分别检验参数设置和单机自动运行过程。参数设置检验主要是检查该单元所采用的三菱D700 系列变频器的外部/PU 组合模式、变频电机速度、加减速时间、输出频率及气源二联件压力表的情况。单机自动运行主要包括循环选料装置、送料皮带、主皮带、电位气缸、填充装置及上料分拣能否正常运行。

5 结语

本团队设置好三菱D700 系列变频器参数和气源二联件压力，将编写的程序下载到SX-815Q机电一体化综合实训设备颗粒上料单元，并根据控制流程要求，按照表2 颗粒上料单元运行调试所列项目进行检验和调试运行。经试验证明，该程序运行平稳可靠，效果良好，可供饮料、医药、食品、电子及窑炉等行业的自动上料分拣系统借鉴使用。