基于PLC控制的套件分揀計數(shù)法研究

　　張傳俊，張春芳（安徽工商職業(yè)學(xué)院，合肥?231141）

　　摘?要：在自動化生產(chǎn)線實驗平臺上，針對分揀系統(tǒng)中套件分揀問題，提出了一些切實可行的套件分揀方法，利用計數(shù)方法對不同屬性的套件設(shè)計出了兩個一組的套件，并可以推及到3個及3個以上套件分組法，很好地解決了零件分揀過程中套件分揀控制程序編制的難點，提高了系統(tǒng)運行的可靠性和準確性。

　　關(guān)鍵詞：自動化生產(chǎn)線；套件分揀；計數(shù)。

　　*基金項目 ：2017年安徽省高校優(yōu)秀青年人才支持計劃項目(gxyq2017175)，2016年省級質(zhì)量工程項目大規(guī)模在線開放課程（2016mooc038、2016mooc035）；2016年校級品牌課程（2016yjppkc30）； 2017年安徽省自然科學(xué)基金研究項目（KJ2017B002）2015教育部創(chuàng)新發(fā)展行動計劃(XM-07-S34）；2019年校級品牌課程（2019yjppkc05）。

　　0 引言

　　在自動化生產(chǎn)線中分揀單元的主要功能是對上一個工作單元過來的工件依據(jù)工件的屬性不同進行分揀。分揀單元的工藝較其他工作單元更為復(fù)雜，往往程序?qū)懫饋頍o從下手。對于如何編制分組套件分揀程序，本文中將著重討論如何進行套件分組標記，提出了一些自己的算法，本文的套件分揀方法主要是通過計數(shù)來實現(xiàn)，對分揀的時候工件推出的槽不固定問題用這種方法解決起來有較好的效果。

　　1 YL-335B設(shè)備的基本功能 ^[3]

　　本文分組套件解決方案在亞龍YL-335B型自動生產(chǎn)線實驗裝備中進行測試并實現(xiàn)。YL-335B型自動生產(chǎn)線實驗裝由安裝在鋁合金導(dǎo)軌式實訓(xùn)臺上的供料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分揀單元5個單元組成。其外觀圖 1 所示 ^[4] 。

　　1）供料單元：它在整個設(shè)備是第一個工作站，它的主要功能是給傳送站提供原料，當傳送站需要工件時會向供料單元發(fā)出信號，供料單元的推料氣缸會把工件推到物料臺上等待傳送站機械手抓取。

　　2）加工單元：加工單元的主要功能是把供料站推出的工件進行沖壓并重新送出到功能。

　　3）裝配單元：裝配單元主要實現(xiàn)把芯體裝配到已經(jīng)加工好的工件中的工程。

　　4）分揀單元：分揀單元主要實現(xiàn)前面幾個站裝配或者加工好的工件進行不同屬性、材料的分槽分揀。

　　5）輸送單元：傳送工作單元主要的任務(wù)是傳送工件，并實現(xiàn)精確的定位，傳送機械手通過伺服控制器驅(qū)動伺服電機來抓取工件，并把工件按照指定的要求送到固定的工作站。

　　6）各工作站PLC基本配置：

　?、佥斔凸ぷ鲉卧篜LC選用FX3U-48MT，該PLC有24個輸入、24個輸出，共48點，負載控制為晶體管類型。

　?、诠┝瞎ぷ鲉卧篜LC 選用FX3U-32MR，該PLC有16個輸入、16個輸出，共32點，負載控制為繼電器類型。

　?、奂庸すぷ鲉卧篜LC選用FX3U-32MR，該PLC有16個輸入、16個輸出，共32點，負載控制為繼電器類型。

　　④裝配工作單元：PLC 選用FX3U-48MR，該PLC有24個輸入、24個輸出，共48點，負載控制為繼電器類型。

　?、莘謷ぷ鲉卧篜LC選用FX3U-32MR，該PLC有16個輸入、16個輸出，共32點，負載控制為繼電器類型。

　　7）MCGS觸摸屏人機界面

　　人機界面是操作人員和機器相互交流信息的一個橋梁，這里要求觸摸屏上要顯示分揀站的運行信息，各個槽推出工件的情況等，我們采用的是北京昆侖通泰公司的TPC7062KS這一款觸摸屏。

　　2 分揀站單元介紹 ^[4]

　　分揀單元是這套設(shè)備的最后一個單元，該單元的主要功能是對前面站裝配好的工件根據(jù)屬性和顏色分到不同的槽里面。當有工件放到入料口中心處時，入料口的光電傳感器檢測到工件以后把信號傳遞給PLC，PLC接收到信號以后把這個信號通過特殊功能模塊的D/A轉(zhuǎn)換功能傳遞給變頻器，變頻器啟動驅(qū)動三相異步交流減速電機帶動傳送帶運行使工件分揀到不同的槽中。此單元的硬件主要有三菱FX3U-32MRPLC，三菱變頻器E740、FX-3A-ADP特殊A/D及D/A轉(zhuǎn)換功能模塊、按鈕指示燈模塊等組成。

　　3 工件屬性的判斷

　　套件分揀是按照工件的屬性組成的套件，那么首先要解決的就是如何判斷工件的屬性，例白色芯體與白色外套單靠傳感器就不是好區(qū)分，這里還要加上相對應(yīng)的比較程序，利用白色芯體與白色外套不同之處來區(qū)分。如果工件是白芯白料經(jīng)過檢測區(qū)時，光纖傳感器（X005）會亮一次。如果工件是黑芯白料經(jīng)過檢測區(qū)時，光纖傳感器（X005）會亮，系統(tǒng)會誤認為工件為白芯白料，但是不同的是X005會亮2次。這樣在編寫程序時，每次物料經(jīng)過檢測區(qū)時給X005一個計數(shù)，如果計數(shù)結(jié)果為1，那就是白芯。如果計數(shù)結(jié)果為2，那就不是白芯（圖2所示）。

　　4 兩個一組套件分揀

　　兩個一組套件就是兩個工件按照特定的屬性來組成一組，我們以金屬芯白色工件和黑芯白色工件為一組套件，稱為套件1；白芯黑色塑料和金屬芯黑色塑料為一組套件，稱為套件2，如下圖3所示。通過分揀單元的分揀機構(gòu)槽一分揀出套件1，槽2分揀槽套件2，各個套件中不考慮2個工件的先后順序，每分揀出一組套件，假設(shè)就被打包機構(gòu)取走了，不滿足套件1和套件2的組件稱為散件從3號槽推出。

　　為了區(qū)分工件的屬性需要安裝兩個傳感器，一個是電感式傳感器就是金屬傳感器，用于區(qū)分金屬與非金屬工件，一個是光纖傳感器，用于區(qū)分工件的黑白屬性，這兩個傳感器均安裝在傳感器支架的正上方，金屬傳感器在PLC輸入端口我們分配地址為X4，光纖傳感器分配X5，顯然套件的分揀比單純按工件材質(zhì)或顏色分揀要復(fù)雜地多，這里采用計數(shù)器計數(shù)的方法進行套件分揀。

　　兩個一組套件的分揀，當工件被傳送至檢測區(qū)時，就能根據(jù)檢測區(qū)中傳感器動作帶動計數(shù)器，讓計數(shù)器來確定工件的材質(zhì)和芯體的顏色。由圖4可知對于第1次來料如果是金屬芯白料那么C20=1、C21=0、C22=0、C23=0通過了檢測區(qū)時就會置位S11（S11、S20、S30對應(yīng)的分別是槽1、槽2、槽3），如果第2次來料還是金屬芯白料，這時C20=2、C21=0、C22=0、C23=0它不會置位S11和S20，當S11、S20沒有置位時，S30就會置位，也就是物料會進入槽三。只有來料是黑芯白料時（C21=1），S11會置位，物料就進入槽1。同樣的套件2的分析如同套件1一樣。

　　5 兩個一組套件無固定凹槽

　　現(xiàn)在討論的兩個一組套件和前面不同的是，上述討論的是每組套件都有對應(yīng)的凹槽來裝料，現(xiàn)在討論的是兩組套件沒有固定的凹槽，例如如果第1個來料為金屬芯白料那么這一組套件就為槽1，當?shù)?個來料為黑芯白料，則進入槽1，與第1個來料構(gòu)成一組套件。當?shù)?個來料為白芯黑料，那還是進入槽1，只有槽1有未完成的套件，而當前來料正好新的套件時，這個當前來料才進入槽2。相對于槽2而言，槽1具有優(yōu)先級。槽3為不滿足套件關(guān)系的物料槽（套件1為金屬芯白料和黑芯白料，套件2為白芯黑料和金屬芯黑料，如圖3。）

　　首先當工件經(jīng)過檢測區(qū)后根據(jù)工件的屬性來確定計數(shù)器里的值，由于要多次用到計數(shù)器，所以把C20到C23的值用開關(guān)量M90-M93來表示，例如當C20=1時，M90線圈得電，M90常開變常閉，當C20=2時，則M90線圈不得電（如圖5）。

　　當?shù)?個工件為金屬芯白料，那么C20=1，M90開關(guān)導(dǎo)通，由于導(dǎo)通S11時后面沒有定時器，而S20后面有一個0.01 s的定時，所以S11優(yōu)先與S20，物料會進入槽1（如圖5），Y4電磁閥動作，置位M94。當?shù)诙€來料為黑芯白料時，M91得電同時C20不等于0，S11得電，物料進入槽1，如果第2個物料是白芯黑料C22=1、M93=0、M92=1、M94=1、M95=0，S20得電，S11不得電，物料進入槽2（如圖6）。如果第1個為金屬芯白料，第2個為黑芯白料時，C20>=0、C21>=0,C20和C21復(fù)位同時M94復(fù)位（如圖7），等待下組套件過來。

　　當?shù)?個工件為白芯黑料，那么C22=1，M92開關(guān)導(dǎo)通，由于導(dǎo)通S11時后面沒有定時器，而S20后面有一個0.01s的定時，所以S11優(yōu)先與S20，物料會進入槽1（如圖5），Y4電磁閥動作，置位M94。當?shù)?個來料為金屬芯時，M93得電同時C22不等于0，S11得電，物料進入槽1，如果第2個物料是金屬芯白料C20=1、M91=0、M90=1、M94=1、M95=0，S20得電，S11不得電，物料進入槽2（如圖6）。如果第1個為白芯黑料，第2個為金屬芯黑料時，C22>=0、C23>=0,C22和C23復(fù)位同時M95復(fù)位（如圖7），等待下組套件過來。

　　6 結(jié)論

　　根據(jù)上述分析出來的模式，對待不同的套件總共要分為三大類型：

　　1）兩個一組套件，分為兩組。這是套件分組里相對較為簡單的，也是最常見的一種。

　　2）三個為一組套件，這是兩個一組套件的衍生，編程思路和兩個一組套件類似，這里就不在過多重復(fù)。

　　3）兩個一組套件，但是他們無固定凹槽，這種相對而言較為困難，采用確定優(yōu)先級方法進行分揀。

　　參考文獻

　　[1] 王烈淮，徐巧玲.基于PLC控制的自動化生產(chǎn)線套件分揀算法研究[J].皖西學(xué)院學(xué)報，2015，31(2).

　　[2] 張同蘇，徐月華．自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試(三菱FX系列)[M]．北京：中國鐵道出版社，2013．

　　[3] 呂景泉．自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].第2版．北京：中國鐵道出版社，2009．

　　[4] 亞龍YL-335B型自動生產(chǎn)線實訓(xùn)考核裝備實訓(xùn)指導(dǎo)書.三菱FX3UPLC 版本.亞龍科技集團有限公司.

　　[5] 喬東凱，廖輝，楊向宇，等．基于PLC和觸摸屏的物料自動分揀系統(tǒng)的電氣化設(shè)計[J]．機床與液壓，2014，42(2):106-109．

　　本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第01期第43頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。