plc控制的物料分拣生产线实现
【】在很多场合，我们都能看到继电器、接触器控制系统，但是那个时代已经成为过去，如今它们只能应用在底端、简单控制电路中，而绝大部分自动化系统中都使用PLC进行控制。PLC是现代化的专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置，简称可编程逻辑控制器，它是工控中的微型计算机，充当着中央系统，通过程序编辑控制所有设备之间的工作，实现运动硬件和软件的相互配合。本论文采用西门子1200的PLC作为中央控制器完成对机器人、流水线、相机、礼品盒流水线等进行控制，并根据设备任务要求分配PLC的输入输出点，以及设备选型和电路图的绘制；根据电磁阀、传感器等的动作利用PLC完成编程，使设备之间互相配合完成产线的自动化。
目录
引言 1
一、工作站系统的组成与介绍 2
（一）产线的组成 2
（二）所用控制系统原理 4
（三）工作流程描述 4
二、PLC的介绍及选型 5
（一）PLC的介绍及选型 5
（二）软件搭载平台以及环境的介绍 5
三、触摸屏的选型及人机界面的设置 6
四、控制系统程序的编写 8
（一）程序的组成结构 8
（二）相机、机器人和PLC的通信 8
（三）相机数据的采集与转换 10
（四）机器人控制与数据的处理 12
（五）流水线的运作和设备工作控制 13
（六）礼品盒流水线的定位运动及码放策略的编写 15
结语 17
谢辞 18
引言
1969年美国数字设备公司研制出世界上第一台PLC，从此之后PLC进入快速发展阶段。在20世纪80年代后，PLC以高增长率快速占领工业控制领域的同时，也更加适应于现代工业的需要。
PLC在工业中主要有以下作用及特点：
1. 用于开关量控制：PLC可以在众多的领域进行开关量控制并且其所控制的入出点数从十几个到成百上千不等。所控制的逻辑可以使多种多样的：时序的、计数的、组合的等。任何控制器与其相比都很难挑战其首要位置。
2. 用于模拟量控制：在工业生产中经常需要对一些物理量进行控制，例如电流、电压、压力等。在自动化产线中
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
，通过对这些变量的实时监测来及时改变产线生产的参数、设置等，从而提高工厂的自动化程度。
3. 用于信号检测：PLC可以对自身的工作进行监控或者对生产线进行监控，它可以减少系统出现的故障并且在出故障后能够使工程师能够迅速准确的找出问题减少故障时间提高生产效率，同时其也在整体上提高了系统的可靠性。
PLC的作用多种多样，随着工业水平的提高，PLC也跟加适应发展需要而发展了各种型号、诞生了各式各样的单元、人机界面、通信单元等，使生产操作更加简便和人性化。
本文利用以上PLC的显著特点通过编程并结合触摸屏等辅助软硬件对流水线、机器人、变频、伺服等进行控制，实现产线的自动化。本文涉及的PLC选用的西门子1200PLC，实现工件自动出库、传送、检测、码放、空托盘回收等工作，整个流水线工作只需要工作人员在触摸屏上点击托盘并对流水线工作情况监视，可将原本多人配合工作的产线缩减到仅需1人。
一、工作站系统的组成与介绍
（一）产线的组成
本自动化生产线主要由托盘流水线、智能相机识别系统、6轴工业机器人、礼品盒流水线、控制系统网络拓扑结构等组成。
1. 托盘流水线：托盘流水线是产线的送料口，该单元下部为铝型材框架，上部输送装置采用交流电机驱动的链传动，并在第2、4工位前端下方放置格挡气缸，在2、5、6工位放置光电开关（流水线平面图及工位号如图11所示，其中抓取位为1号工位）。输送带的总长为1200mm，宽度622mm，离地面高度774mm，流水线进料端每次最多进料三个托盘同时产线上最多同时存在6个托盘。光电开关从进料端开始作用依次为计数、视觉检测、抓取格挡。流水线入口处设计成开口状以便托盘能够顺利进入送料线。在1号工位还有一个托盘回首架用来放置机器人回首的空托盘。其中传感器的安装位如图12所示：
图11 流水线平面图及工位号
图12 传感器安装
2. 智能相机识别系统：相机起到识别工件的作用，其由光源、智能相机、传送线等部件组成。相机为国产的工业级黑白相机，通过系统软件示教学习需要识别的工件类型并编写程序，在流水线运行中通过相机触发拍照就能识别工件种类，相机识别如图13所示。
图13 相机示教
3. 工业机器人：此工业机器人为伺服电机驱动的6轴机器人，本体呈蓝色，负载能力为20KG，可以通过示教编程编写机器人程序使其能够配合PLC完成相关动作。机器人末端的法兰盘连接特制的夹爪，夹爪根据工作环境和工作要求进行设计，本论文中设计的夹爪为拥有单双吸盘的吸附式气动夹爪，机器人及夹爪如图14所示。
图14 夹爪
4. 礼品盒流水线：礼品盒流水线为机器人放置工件的位置，其下方为铝型材框架，上方采用板链输送。板链上方有固定装置，可固定3个工件盒的摆放。板链输送采用步进电机驱动，运动精度高，可双向运动。板链输送带上安装有原点开关，可以精确定位工件盒具体位置。输送带长度为2000mm，宽度为600mm，离地面高度774mm。定义工件盒的位置分别为7、8、9工位，工件盒位置图及流水线视图如图15所示。
图15 礼品盒流水线及工件盒位置
5. 控制系统网络拓扑结构：本自动化生产线中设备的通信都通过以太网连接交换机与PLC通信，以太网相比传统的通讯方式更加的方便快捷，更利于新手理解操作。网络拓扑结构如图16所示。
图16 网络拓扑图
（二）所用控制系统原理
本系统采用的控制系统为基于西门子PLC的控制系统，除PLC以外伺服、步进电机等控制器件也为西门子生产。中央处理器是PLC的神经中枢，在工作的时候PLC一循环扫描的方式从外部环境中获取信息数据，获取数据后通过指令的逻辑运算再将结果传输到相应的设备当中。其工作过程通常分为以下三个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新，每完成一次为一个扫描周期，PLC就是通过这样不停的刷新从外部环境获取数据并处理的。
（三）工作流程描述
本论文涉及的是一种基于PLC控制的产品分类码垛产线，完整的产线中拥有码垛机料仓、AGV小车以及上文中所介绍的相关设备。作业人员通过在人机界面上选取需要从料仓抓取点托盘位置，码垛机根据选取的位置每次取一个托盘，每取满三个托盘并放入AGV小车后小车通过磁条运行到托盘流水线送料口，由传送的将托盘依次上传到流水线上并每过一个托盘都会计数一次，待一个托盘通过相机拍照传感器后相机气挡弹起并触发相机拍照，相机对拍到的数据进行处理并传送给PLC，与此同时相机气挡落下使托盘继续前行直到通过抓取工位后抓取气缸弹起以便将被抓取托盘与待抓取托盘之间隔开，等到抓取托盘到位后PLC触发机器人工作，如果托盘上有工件则机器人调用单吸盘夹爪抓取工件，根据PLC中编写的码垛程序机器人按类把工件放置在工件盒中，相反情况下如果是一个空托盘则会调用双吸盘，把空托盘抓取并放置在托盘架上，此时一个托盘的识别抓取工作完成并开始进行下一个托盘的工作，产线的总体视图、流程图如图17所示。
目录
引言 1
一、工作站系统的组成与介绍 2
（一）产线的组成 2
（二）所用控制系统原理 4
（三）工作流程描述 4
二、PLC的介绍及选型 5
（一）PLC的介绍及选型 5
（二）软件搭载平台以及环境的介绍 5
三、触摸屏的选型及人机界面的设置 6
四、控制系统程序的编写 8
（一）程序的组成结构 8
（二）相机、机器人和PLC的通信 8
（三）相机数据的采集与转换 10
（四）机器人控制与数据的处理 12
（五）流水线的运作和设备工作控制 13
（六）礼品盒流水线的定位运动及码放策略的编写 15
结语 17
谢辞 18
引言
1969年美国数字设备公司研制出世界上第一台PLC，从此之后PLC进入快速发展阶段。在20世纪80年代后，PLC以高增长率快速占领工业控制领域的同时，也更加适应于现代工业的需要。
PLC在工业中主要有以下作用及特点：
1. 用于开关量控制：PLC可以在众多的领域进行开关量控制并且其所控制的入出点数从十几个到成百上千不等。所控制的逻辑可以使多种多样的：时序的、计数的、组合的等。任何控制器与其相比都很难挑战其首要位置。
2. 用于模拟量控制：在工业生产中经常需要对一些物理量进行控制，例如电流、电压、压力等。在自动化产线中
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
，通过对这些变量的实时监测来及时改变产线生产的参数、设置等，从而提高工厂的自动化程度。
3. 用于信号检测：PLC可以对自身的工作进行监控或者对生产线进行监控，它可以减少系统出现的故障并且在出故障后能够使工程师能够迅速准确的找出问题减少故障时间提高生产效率，同时其也在整体上提高了系统的可靠性。
PLC的作用多种多样，随着工业水平的提高，PLC也跟加适应发展需要而发展了各种型号、诞生了各式各样的单元、人机界面、通信单元等，使生产操作更加简便和人性化。
本文利用以上PLC的显著特点通过编程并结合触摸屏等辅助软硬件对流水线、机器人、变频、伺服等进行控制，实现产线的自动化。本文涉及的PLC选用的西门子1200PLC，实现工件自动出库、传送、检测、码放、空托盘回收等工作，整个流水线工作只需要工作人员在触摸屏上点击托盘并对流水线工作情况监视，可将原本多人配合工作的产线缩减到仅需1人。
一、工作站系统的组成与介绍
（一）产线的组成
本自动化生产线主要由托盘流水线、智能相机识别系统、6轴工业机器人、礼品盒流水线、控制系统网络拓扑结构等组成。
1. 托盘流水线：托盘流水线是产线的送料口，该单元下部为铝型材框架，上部输送装置采用交流电机驱动的链传动，并在第2、4工位前端下方放置格挡气缸，在2、5、6工位放置光电开关（流水线平面图及工位号如图11所示，其中抓取位为1号工位）。输送带的总长为1200mm，宽度622mm，离地面高度774mm，流水线进料端每次最多进料三个托盘同时产线上最多同时存在6个托盘。光电开关从进料端开始作用依次为计数、视觉检测、抓取格挡。流水线入口处设计成开口状以便托盘能够顺利进入送料线。在1号工位还有一个托盘回首架用来放置机器人回首的空托盘。其中传感器的安装位如图12所示：
图11 流水线平面图及工位号
图12 传感器安装
2. 智能相机识别系统：相机起到识别工件的作用，其由光源、智能相机、传送线等部件组成。相机为国产的工业级黑白相机，通过系统软件示教学习需要识别的工件类型并编写程序，在流水线运行中通过相机触发拍照就能识别工件种类，相机识别如图13所示。
图13 相机示教
3. 工业机器人：此工业机器人为伺服电机驱动的6轴机器人，本体呈蓝色，负载能力为20KG，可以通过示教编程编写机器人程序使其能够配合PLC完成相关动作。机器人末端的法兰盘连接特制的夹爪，夹爪根据工作环境和工作要求进行设计，本论文中设计的夹爪为拥有单双吸盘的吸附式气动夹爪，机器人及夹爪如图14所示。
图14 夹爪
4. 礼品盒流水线：礼品盒流水线为机器人放置工件的位置，其下方为铝型材框架，上方采用板链输送。板链上方有固定装置，可固定3个工件盒的摆放。板链输送采用步进电机驱动，运动精度高，可双向运动。板链输送带上安装有原点开关，可以精确定位工件盒具体位置。输送带长度为2000mm，宽度为600mm，离地面高度774mm。定义工件盒的位置分别为7、8、9工位，工件盒位置图及流水线视图如图15所示。
图15 礼品盒流水线及工件盒位置
5. 控制系统网络拓扑结构：本自动化生产线中设备的通信都通过以太网连接交换机与PLC通信，以太网相比传统的通讯方式更加的方便快捷，更利于新手理解操作。网络拓扑结构如图16所示。
图16 网络拓扑图
（二）所用控制系统原理
本系统采用的控制系统为基于西门子PLC的控制系统，除PLC以外伺服、步进电机等控制器件也为西门子生产。中央处理器是PLC的神经中枢，在工作的时候PLC一循环扫描的方式从外部环境中获取信息数据，获取数据后通过指令的逻辑运算再将结果传输到相应的设备当中。其工作过程通常分为以下三个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新，每完成一次为一个扫描周期，PLC就是通过这样不停的刷新从外部环境获取数据并处理的。
（三）工作流程描述
本论文涉及的是一种基于PLC控制的产品分类码垛产线，完整的产线中拥有码垛机料仓、AGV小车以及上文中所介绍的相关设备。作业人员通过在人机界面上选取需要从料仓抓取点托盘位置，码垛机根据选取的位置每次取一个托盘，每取满三个托盘并放入AGV小车后小车通过磁条运行到托盘流水线送料口，由传送的将托盘依次上传到流水线上并每过一个托盘都会计数一次，待一个托盘通过相机拍照传感器后相机气挡弹起并触发相机拍照，相机对拍到的数据进行处理并传送给PLC，与此同时相机气挡落下使托盘继续前行直到通过抓取工位后抓取气缸弹起以便将被抓取托盘与待抓取托盘之间隔开，等到抓取托盘到位后PLC触发机器人工作，如果托盘上有工件则机器人调用单吸盘夹爪抓取工件，根据PLC中编写的码垛程序机器人按类把工件放置在工件盒中，相反情况下如果是一个空托盘则会调用双吸盘，把空托盘抓取并放置在托盘架上，此时一个托盘的识别抓取工作完成并开始进行下一个托盘的工作，产线的总体视图、流程图如图17所示。
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