基于PLC控制的生产线自动化分拣系统研究

吴杰

摘要：针对生产线自动化分拣系统不能对现场反馈信号进行实时采集，导致产品分拣时间较长的问题，设计基于PLC控制的生产线自动化分拣系统。系统选取西门子S7-300作为PLC控制核心，在电路中加入继电器进行转接保护，控制柜通过电缆与工作现场检测及驱动设备相连接，采集管理工作信号。使用MCGS组态技术实现数据处理分析，在交互窗口中添加驱动程序建立多客户机项目，基于PLC控制设计生产线分拣单元，自动识别和判断PLC信号，完成基于实时采集信息的自动化分拣。测试结果表明，基于PLC控制的生产线自动化分拣系统能够有效缩短抓取产品的移动时间和分拣操作时间，提高生产线工作效率。

关键词：PLC控制;生产线;自动化;分拣系统;控制过程;自动分拣;

中图分类号： TH165文献标识码：A

0引言

自动化技术被广泛应用于工业化生产中，推动工业活动和物质文明不断前进。生产线自动化分拣系统是自动化技术在流水操作线上的主要应用，产品分拣出后被运输到指定位置，大大降低了传统工业制造业的人力和物力消耗[1]。通过快速高效的自动分拣控制，实现同性质产品的大规模生产制造。通过工段组合和自动线长短变换，可以实现产品形式的多样化生产，进而提升工业加工自动线的生产效益。PLC控制技术是自动分拣系统的重要组成部分，PLC作为控制核心，提高了产品分拣效率，并且在一定程度上能够降低生产成本。PLC控制使生产线自动化分拣系统能够独立完成产品的分拣和处理等操作。因此，本文基于PLC控制设计一种生产线自动化分拣系统，对改进化工企业生产效率，提升企业核心竞争力具有一定实践意义。

1  基于PLC控制的生产线自动化分拣系统硬件设计

此次设计的生产线自动化分拣系统硬件部分由检测单元、PLC控制单元、驱动单元和电机设备等构成，具体硬件设计框架如图1所示。

PLC控制单元是分拣操作的主控单元，由于其功能十分强大，因此选择合理的型号对于系统硬件性能来说十分重要[2]。综合考虑自动化控制的逻辑计算要求和存储器的最大容量标准之后，本次系统选取西门子S7-300作为PLC控制核心。S7-300具有强编程模块化能力，并且通讯和运算速度快，更容易实现控制数据和上位机的实时通讯。各PLC控制单元独立运行，通过CC-Link实现联机通信。S7-300能够实现A/D快速转换，利用多个PLC 相连成网络完成编程工作，满足本次系统设计需要的化工行业控制要求。为保护PLC控制单元的直流电输出，在电路中的输出部分加入继电器进行转接保护。同时接入指示灯与PLC输入公共端相连，为系统提供控制指示的作用。机械结构主要包括传动电动机和分拣机械手等，各机械设备通过加紧、摆动和提升等操作，控制電磁阀工作，完成产品物件的放行和传送工作。控制柜的电缆与工作现场相连接，识别和反馈现场工作信号，利用停止、复位和启动等按钮完成开关启动连接等转换。

2基于PLC控制的生产线自动化分拣系统软件设计

2.1 系统组态设计

为实现设备与操作人员之间良好的人机交互，本次系统设计中使用组态技术实现数据处理分析，选择的组态软件为MCGS。该组态软件具有浏览器功能，能够实现生产线的可视化管理，有利于对自动化分拣系统进行整体调度。在MCGS组态中，设备窗口负责建立与硬件设备的连接，以此读取工作的实时数据，在组态窗口中可对系统进行启动和停止等处理。组态规则制定出项目结构化工作需求，通过监测机械设备和电机运行情况将产品动态传输至系统的浏览界面。在MCGS组态中添加驱动程序，与PLC控制单元相连接，选择建立多客户机项目。MCGS组态激活后，页面显示检测和分拣单元，可以根据项目需求进行实时切换，提高项目的透明度。

2.2基于PLC控制设计生产线分拣单元

根据供料单元或者加工单元输送来的化工产品物料或工件，生产线分拣单元进行分拣操作。分拣的主要原理是依靠传感器检测信号，将其发送至PLC控制单元，实时采集现场的反馈信号。PLC控制单元对变频器发送指令后，驱动单元控制机械手完成制定区域工件的分拣，并继续向下传输[3]。传感器主要识别工件的颜色， PLC控制单元通过物理量的强弱存储工件信息。工件信息可通过连续的函数进行描述：

式（1）中，表示工件信息;表示连续函数;和分别表示物理量的强弱。在二维坐标系统，工件信息可进一步使用数组进行描述，如下所示：

式（2）中，表示位置;表示属性。因此，工件信息可以视为离线采样集合。在驱动单元前端位置还安装了感应开关，可以自动判断PLC信号。推料气缸接收到信号后起动，机械手通过调节长度和速度将工件传送到指定位置，完成生产线自动化分拣。

3系统测试

在正式投入到化工产品生产前，需要进行系统运行调试和性能测试。经调试，该系统能够实现联机操作，检测到传送带上的产品物件后，自动化生产线能够按照设计指令完成分拣、传送和仓储等任务流程。本次测试选取分拣时间为评价指标，将基于PLC控制的生产线自动化分拣系统的分拣时间与基于机器视觉和基于深度学习的分拣系统的分拣时间进行对比。分拣时间由抓取化工产品的机械手移动时间和分拣单元机械手操作时间组成，系统测试的对比结果如表1和表2所示。

根据表1的对比结果，基于PLC控制的生产线自动化分拣系统的抓取移动时间为5.47s，比基于机器视觉和基于深度学习的分拣系统分别缩短了3.64s和4.45s。

根据表2的对比结果，基于PLC控制的生产线自动化分拣系统的分拣操作时间为15.78s，比基于机器视觉和基于深度学习的分拣系统分别缩短了4.13s和5.29s。证明此次设计的生产线自动化分拣系统能够有效缩短工作时间，提高化工产品生产效率。

4结束语

为实现生产全盘自动化，需要科学技术手段将流水操作线升级为更高效率的生产线。本文基于PLC控制设计一种生产线自动化分拣系统。该系统能够有效缩短抓取产品的移动时间和分拣操作时间，提高自动化生产线效率。但本次设计的系统在定位控制方面还有待提高，未来研究可以引入定位模块提高系统的自由度，完成分类定制任务。

参考文献

[1]刘华锋，周俊荣，叶军林，等.工业机器人在自动化生产线分拣站的应用[J].锻压装备与制造技术，2020，55（02）：11-14.

[2] 傅依新，木合塔尔·克力木.基于PLC控制的采棉机采棉头提升液压系统设计[J].江苏农业科学，2020，48（21）：233-237.

[3]赵小霞，李虹飞.基于PLC控制技术的韭菜收割机调速系统的研究[J].农机化研究，2021，43（09）：88-92.