基于PLC 的给料分拣自控系统

2022-05-27孟亚男张振怀孟凡超

化工自动化及仪表 2022年3期

孟亚男张振怀孟凡超

（1.吉林化工学院信息与控制工程学院；2.中石油吉林化工工程有限公司）

随着我国经济的快速发展，对现代物流运输服务的要求日益提高，分拣业务是现代物流运输工程设备作业的一个重要环节。目前，分拣点作业环节的人力成本和时间成本很高，因此，设计针对不同物料的自动分拣管理系统，是提升配送服务亟待解决的问题。为此，笔者提出以PLC 为控制核心，利用西门子上位机WinCC 和下位机STEP7-300 软件设计物料分拣自控系统，以期提高分拣环节的劳动生产效率和自动化水平。

1 自动分拣系统工作原理

基于PLC 的物料自动分拣自控系统的结构如图1 所示。打开电机，启动电机M（指示灯L1为绿色），传送带运行，传送带上的物料由3 种颜色的传感器和1 个物位传感器自动识别并进行分拣，如铁质、铝质和红色的物料，被相应的传感器检测到后带动气缸动作，然后被气缸推进相应的滑槽内，如果物料无法由颜色传感器分拣，则由物位传感器进行检测，并由气缸将所有未分类物料推入滑槽。

2 硬件配置

根据控制要求和设计系统结构需求确定了I/O 点，详见表1，数据类型全部为BOOL 型。

表1 控制系统的地址分配

（续表1）

系统选用西门子S7-315-2DP 作为控制器，电源选择PS 307 5A，数字量输入模块选择DI16×DC24V，数字量输出选择DO16×DC24V/0.5A。

3 物料分拣程序设计

在分析分拣系统和硬件选型的基础上，编写控制程序，实现控制要求的实时控制。

物料分拣程序（部分）如图2 所示，程序段1是电机正转，程序段2 是电机反转。程序段1 有常开触点M0.0，常闭触点Q1.1 和M0.2，当启动按钮M0.0 动作时，带动Q1.0 电机动作，程序段中加入常闭触点Q1.1 的目的是与程序2 形成互锁，当电机正转时，反转一定接通不了；程序段3是在电机运行的情况下，传感器1 有动作时，带动气缸1 运行，进行伸的动作，把物料推入指定的滑槽内，在程序段3 加入定时器T1（定时时间2 s），当2 s 过后，定时器带动程序段4 运行，程序段4 对应的是气缸1 的缩回动作，同时在程序段中加入定时器T2，并在程序段4 中加入常闭触点T2，以保证在2 s 之后气缸缩回的动作完成之后，此段程序停止运行。后序程序段跟程序段3、4原理相同，此处不再详述。

图2 部分物料自动分拣程序

4 上位机WinCC 监控系统设计

4.1 上位机变量设置

如图3 所示，开启WinCC Explorer 窗口，创建名称为“周”的单个用户项。在变量管理器中，添加驱动“SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE”。在MPI 下生成名为“123”的新驱动程序的链接，将站点ID 设置为2，机架编号为0，插槽编号为2。上位机和下位机MPI 均为2 的PLC 站点间的通信。通过名为“123”里的信息，在“123”下建立组，分别存放DI、DO 和M 点，方便管理点数，按表1建立创建WinCC 的所有外部数据变量，与PLC的通信相连。

图3 上位机变量设定

对计算机启动属性进行设置，选用记录运行系统，全局脚本运行系统，报表运行系统，图形运行系统，用户归档。

4.2 上位机画面组态

利用图像编辑器创建一个名为“主图像画面”的物料分拣画面，可以任意修改画面窗口、背景颜色和字体大小，并增加相应的操作按键，把简单的系统工艺流程图在主画面显示出来（图4）。

图4 物料分拣上位机监控界面

5 程序运行及仿真分析

把下位机与上位机相连接进行仿真，上位机的5 个按钮可以直接控制下位机程序。上位机组态，当传感器检测到物料、气缸有动作时，相应的指示会显示为绿色，否则一直显示为灰色。指示灯L1 代表电机的运行状态，当为红色时电机不动作，当为绿色时电机正常运行。运行下位机跟上位机并建立链接，运行上位机监控画面。系统未运行时的监控画面如图5 所示。