基于PLC控制的套件分拣计数法研究
张传俊，张春芳（安徽工商职业学院，合肥 231141）
摘 要：在自动化生产线实验平台上，针对分拣系统中套件分拣问题，提出了一些切实可行的套件分拣方法，利用计数方法对不同属性的套件设计出了两个一组的套件，并可以推及到3个及3个以上套件分组法，很好地解决了零件分拣过程中套件分拣控制程序编制的难点，提高了系统运行的可靠性和准确性。
关键词：自动化生产线；套件分拣；计数。
*基金项目 ：2017年安徽省高校优秀青年人才支持计划项目(gxyq2017175)，2016年省级质量工程项目大规模在线开放课程（2016mooc038、2016mooc035）；2016年校级品牌课程（2016yjppkc30）； 2017年安徽省自然科学基金研究项目（KJ2017B002）2015教育部创新发展行动计划(XM-07-S34）；2019年校级品牌课程（2019yjppkc05）。
0 引言
在自动化生产线中分拣单元的主要功能是对上一个工作单元过来的工件依据工件的属性不同进行分拣。分拣单元的工艺较其他工作单元更为复杂，往往程序写起来无从下手。对于如何编制分组套件分拣程序，本文中将着重讨论如何进行套件分组标记，提出了一些自己的算法，本文的套件分拣方法主要是通过计数来实现，对分拣的时候工件推出的槽不固定问题用这种方法解决起来有较好的效果。
1 YL-335B设备的基本功能 [3]
本文分组套件解决方案在亚龙YL-335B型自动生产线实验装备中进行测试并实现。YL-335B型自动生产线实验装由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观图 1 所示 [4] 。
1）供料单元：它在整个设备是第一个工作站，它的主要功能是给传送站提供原料，当传送站需要工件时会向供料单元发出信号，供料单元的推料气缸会把工件推到物料台上等待传送站机械手抓取。
2）加工单元：加工单元的主要功能是把供料站推出的工件进行冲压并重新送出到功能。
3）装配单元：装配单元主要实现把芯体装配到已经加工好的工件中的工程。
4）分拣单元：分拣单元主要实现前面几个站装配或者加工好的工件进行不同属性、材料的分槽分拣。
5）输送单元：传送工作单元主要的任务是传送工件，并实现精确的定位，传送机械手通过伺服控制器驱动伺服电机来抓取工件，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：
①输送工作单元：PLC选用FX3U-48MT，该PLC有24个输入、24个输出，共48点，负载控制为晶体管类型。
②供料工作单元：PLC 选用FX3U-32MR，该PLC有16个输入、16个输出，共32点，负载控制为继电器类型。
③加工工作单元：PLC选用FX3U-32MR，该PLC有16个输入、16个输出，共32点，负载控制为继电器类型。
④装配工作单元：PLC 选用FX3U-48MR，该PLC有24个输入、24个输出，共48点，负载控制为继电器类型。
⑤分拣工作单元：PLC选用FX3U-32MR，该PLC有16个输入、16个输出，共32点，负载控制为继电器类型。
7）MCGS触摸屏人机界面
人机界面是操作人员和机器相互交流信息的一个桥梁，这里要求触摸屏上要显示分拣站的运行信息，各个槽推出工件的情况等，我们采用的是北京昆仑通泰公司的TPC7062KS这一款触摸屏。
2 分拣站单元介绍 [4]
分拣单元是这套设备的最后一个单元，该单元的主要功能是对前面站装配好的工件根据属性和颜色分到不同的槽里面。当有工件放到入料口中心处时，入料口的光电传感器检测到工件以后把信号传递给PLC，PLC接收到信号以后把这个信号通过特殊功能模块的D/A转换功能传递给变频器，变频器启动驱动三相异步交流减速电机带动传送带运行使工件分拣到不同的槽中。此单元的硬件主要有三菱FX3U-32MRPLC，三菱变频器E740、FX-3A-ADP特殊A/D及D/A转换功能模块、按钮指示灯模块等组成。
3 工件属性的判断
套件分拣是按照工件的属性组成的套件，那么首先要解决的就是如何判断工件的属性，例白色芯体与白色外套单靠传感器就不是好区分，这里还要加上相对应的比较程序，利用白色芯体与白色外套不同之处来区分。如果工件是白芯白料经过检测区时，光纤传感器（X005）会亮一次。如果工件是黑芯白料经过检测区时，光纤传感器（X005）会亮，系统会误认为工件为白芯白料，但是不同的是X005会亮2次。这样在编写程序时，每次物料经过检测区时给X005一个计数，如果计数结果为1，那就是白芯。如果计数结果为2，那就不是白芯（图2所示）。
4 两个一组套件分拣
两个一组套件就是两个工件按照特定的属性来组成一组，我们以金属芯白色工件和黑芯白色工件为一组套件，称为套件1；白芯黑色塑料和金属芯黑色塑料为一组套件，称为套件2，如下图3所示。通过分拣单元的分拣机构槽一分拣出套件1，槽2分拣槽套件2，各个套件中不考虑2个工件的先后顺序，每分拣出一组套件，假设就被打包机构取走了，不满足套件1和套件2的组件称为散件从3号槽推出。
为了区分工件的属性需要安装两个传感器，一个是电感式传感器就是金属传感器，用于区分金属与非金属工件，一个是光纤传感器，用于区分工件的黑白属性，这两个传感器均安装在传感器支架的正上方，金属传感器在PLC输入端口我们分配地址为X4，光纤传感器分配X5，显然套件的分拣比单纯按工件材质或颜色分拣要复杂地多，这里采用计数器计数的方法进行套件分拣。
两个一组套件的分拣，当工件被传送至检测区时，就能根据检测区中传感器动作带动计数器，让计数器来确定工件的材质和芯体的颜色。由图4可知对于第1次来料如果是金属芯白料那么C20=1、C21=0、C22=0、C23=0通过了检测区时就会置位S11（S11、S20、S30对应的分别是槽1、槽2、槽3），如果第2次来料还是金属芯白料，这时C20=2、C21=0、C22=0、C23=0它不会置位S11和S20，当S11、S20没有置位时，S30就会置位，也就是物料会进入槽三。只有来料是黑芯白料时（C21=1），S11会置位，物料就进入槽1。同样的套件2的分析如同套件1一样。
5 两个一组套件无固定凹槽
现在讨论的两个一组套件和前面不同的是，上述讨论的是每组套件都有对应的凹槽来装料，现在讨论的是两组套件没有固定的凹槽，例如如果第1个来料为金属芯白料那么这一组套件就为槽1，当第2个来料为黑芯白料，则进入槽1，与第1个来料构成一组套件。当第3个来料为白芯黑料，那还是进入槽1，只有槽1有未完成的套件，而当前来料正好新的套件时，这个当前来料才进入槽2。相对于槽2而言，槽1具有优先级。槽3为不满足套件关系的物料槽（套件1为金属芯白料和黑芯白料，套件2为白芯黑料和金属芯黑料，如图3。）
首先当工件经过检测区后根据工件的属性来确定计数器里的值，由于要多次用到计数器，所以把C20到C23的值用开关量M90-M93来表示，例如当C20=1时，M90线圈得电，M90常开变常闭，当C20=2时，则M90线圈不得电（如图5）。
当第1个工件为金属芯白料，那么C20=1，M90开关导通，由于导通S11时后面没有定时器，而S20后面有一个0.01 s的定时，所以S11优先与S20，物料会进入槽1（如图5），Y4电磁阀动作，置位M94。当第二个来料为黑芯白料时，M91得电同时C20不等于0，S11得电，物料进入槽1，如果第2个物料是白芯黑料C22=1、M93=0、M92=1、M94=1、M95=0，S20得电，S11不得电，物料进入槽2（如图6）。如果第1个为金属芯白料，第2个为黑芯白料时，C20>=0、C21>=0,C20和C21复位同时M94复位（如图7），等待下组套件过来。
当第1个工件为白芯黑料，那么C22=1，M92开关导通，由于导通S11时后面没有定时器，而S20后面有一个0.01s的定时，所以S11优先与S20，物料会进入槽1（如图5），Y4电磁阀动作，置位M94。当第2个来料为金属芯时，M93得电同时C22不等于0，S11得电，物料进入槽1，如果第2个物料是金属芯白料C20=1、M91=0、M90=1、M94=1、M95=0，S20得电，S11不得电，物料进入槽2（如图6）。如果第1个为白芯黑料，第2个为金属芯黑料时，C22>=0、C23>=0,C22和C23复位同时M95复位（如图7），等待下组套件过来。
6 结论
根据上述分析出来的模式，对待不同的套件总共要分为三大类型：
1）两个一组套件，分为两组。这是套件分组里相对较为简单的，也是最常见的一种。
2）三个为一组套件，这是两个一组套件的衍生，编程思路和两个一组套件类似，这里就不在过多重复。
3）两个一组套件，但是他们无固定凹槽，这种相对而言较为困难，采用确定优先级方法进行分拣。
参考文献
[1] 王烈淮，徐巧玲.基于PLC控制的自动化生产线套件分拣算法研究[J].皖西学院学报，2015，31(2).
[2] 张同苏，徐月华．自动化生产线安装与调试(三菱FX系列)[M]．北京：中国铁道出版社，2013．
[3] 吕景泉．自动化生产线安装与调试[M].第2版．北京：中国铁道出版社，2009．
[4] 亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备实训指导书.三菱FX3UPLC 版本.亚龙科技集团有限公司.
[5] 乔东凯，廖辉，杨向宇，等．基于PLC和触摸屏的物料自动分拣系统的电气化设计[J]．机床与液压，2014，42(2):106-109．
本文来源于科技期刊必威娱乐平台 2020年第01期第43页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。
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