【文章內容簡介】 開關斷開，指示燈滅。當指示燈亮時，說明活塞運動到位。磁性開關電路原理圖如圖 4 所示。 負 載+磁 性 開 關保 護 電 路（ 棕 色 ）（ 藍 色 ）指 示 燈 圖 4 磁性開關電路原理圖 光纖傳感器的工作原理 色 標傳感器常用于檢測特定色標或物體上的斑點，它是通過與非色標區(qū)相比較來實現(xiàn)色標檢測，而不是直接測量顏色。色標傳感器實際是一種反向裝置，光源垂直于目標物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來自目標物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄 [9]。白熾燈和單色光源都可用于色標檢測。 本次設計使用 D11SN6FP 光纖傳感器，其接線圖如圖 5 所示。 負 載負 載藍棕黑白+1 0 3 0 V D C 圖 5 光纖傳感器接線圖 電控換向閥的工作原理 電控換向閥是一種氣動控制元件，簡稱 電磁閥。它是通過電控改變氣缸中進氣和排氣方向，從而改變活塞運動方向的元件。 基于 S7300 PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計 5 本次設計使用的電控換向閥為二位五通單電控換向閥。二位五通表示有兩個工作位置和五個通氣口。單電控是指電磁閥通電時，活塞運動，改變氣體通路；斷電時，活塞不運動，恢復原氣體通路。當電磁閥線圈斷電時，依靠彈簧作用，活塞保持初始狀態(tài)，當電磁閥線圈通電時，活塞向左運動，即可通過電磁閥線圈的通電與斷電便可改變氣缸內氣體流向，從而實現(xiàn)對氣缸活塞運動的控制。 NPN 型電平與 PNP 型的轉換 PLC 控制系統(tǒng)的設計中，雖然接線工作占的比重較小，大部分工作還 是 PLC 的編程設計工作，但它是編程設計的基礎，只有接線正確后，才能順利地進行編程設計工作。 PLC 中數(shù)字量的輸入分為源型輸入和漏型輸入。本次設計所用的 SM321 數(shù)字量輸入模塊屬于漏型輸入，即電流從 PLC 的輸入端流進，從公共端流出，也就是說公共端接外接電源的負極 [10]。源型輸入與漏型輸入正好相反。 而此次設計所用的接近開關、傳感器都屬于 NPN 型， NPN 集電極開路輸出為 0V，當輸出 OUT 端和 PLC 輸入相連時，電流從 PLC 的輸入端流出，從 PLC 的公共端流入，此為PLC 的源型輸入。與此次設計所用的模塊不符合，所以 需要將 NPN 型轉換為 PNP 型。 PNP型集電極開路輸出為高電平，當輸出 OUT 端和 PLC 輸入相連時，電流從 PLC 的輸入端流入，從 PLC 的公共端流出，此形式符合本次設計的要求。 NPN 型電平與 PNP 型的轉換電路如圖 6 所示。 K ANPN0 V O U T繼 電 器2 4 V D C 圖 6 NPN型電平與 PNP型的轉換電路圖 物料分揀系統(tǒng)的結構 本次設計的物料分揀控制系統(tǒng)是一個用于自動分撿不同物料的系統(tǒng)。主要設備有：計算機、觸摸屏（西門子 TP170B 6）、 PLC（西門子 S7300）和機械手工作臺，其中機械手工作 臺主要包括以下部分：電源、空氣壓縮機、電感式接近開關、 色標傳感器 、電控換向閥、帶磁性開關的氣缸。 西門子 S7300 PLC是控制系統(tǒng)的控制器，通過編程實現(xiàn)對機械手工作臺的控制，而且以組態(tài)軟件為開發(fā)平臺，可實現(xiàn)觸摸屏對整個系統(tǒng)的監(jiān)控。 電源為 PLC、電控閥、接近開關及傳感器提供電源，空氣壓縮機為整個系統(tǒng)提供動基于 S7300 PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計 6 力。通過磁性接近開關可以對氣缸運動進行控制，而通過電控換向閥可以改變氣缸的運動方向，從而實現(xiàn)機械手抓取和松開物塊，及機械手大小臂前后、上下動作，完成物料分揀任務。 色標傳感器 用來檢測物料的顏色，從而使機 械手分揀不同顏色的物料到不同的位置。機械手工作臺就是系統(tǒng)的被控對象，通過它實現(xiàn)物料的分揀?；?S7300物料分揀系統(tǒng)的實物圖如圖 2所示。 圖 2 基于 S7300 PLC物料分揀系統(tǒng)的實物圖 3 物料分揀系統(tǒng)的軟件設計 電氣控制由最初的繼電器回路控制發(fā)展成為如今的可編程序控制器控制，是因為PLC 具有通用靈活、抗干擾性強、可靠性高、易于編程、使用方便等優(yōu)點。系統(tǒng)中采用PLC 控制，大大縮短了系統(tǒng)的設計和調試周期。 PLC 程序設計步驟 PLC 控制系統(tǒng)是以程序形式來實現(xiàn)其控制功能的，大量的工作時間將用在程序設計上。 PLC 程序設計可遵循以下五個步驟進行 [11]。 （ 1）確定被控系統(tǒng)必須完成的動作及完成這些動作的順序； （ 2）分配輸入輸出設備，即確定哪些外圍設備是傳送信號到 PLC，哪些設備是接收來自 PLC 的信號，并將 PLC 的輸入、輸出端子對應進行分配； （ 3）應用編程工具設計 PLC 程序； （ 4）對程序進行調試，其中包括模擬調試和寫入 PLC 進行現(xiàn)場調試； （ 5）將已完成的程序固化到 PLC 中，完成編程過程。 基于 S7300 PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計 7 機械手移動的工藝流程 物料分揀系統(tǒng)中主要由傳感器和機械手來實現(xiàn)物料的傳送與搬運，而控制系統(tǒng)是 機械手的指揮系統(tǒng)。控制系統(tǒng)中需要用到單電控的二位五通電磁閥，進而對氣缸進行控制，氣缸是否到位，用限位開關來實現(xiàn)檢測。機械手搬運物料時的簡單工作流程，如圖 7所示。 系統(tǒng)上電，接通空氣壓縮機給系統(tǒng)供氣。傳感器的檢測信號作為 PLC 的輸入信號，經 PLC 程序處理后，由 PLC 輸出口輸出控制信號，控制電磁閥的接通，電磁閥做出相應的機械動作。打開氣路，驅動氣缸的活塞運動，完成機械手臂的前移、下移、夾取動作；限位開關檢測到相應動作到位后，再給 PLC 一個控制輸入信號，經 PLC 程序處理后，使相應的電磁閥關斷，氣缸恢復初始狀態(tài)，完 成機械手臂的后移、上升、卸料動作。 圖 7 機械手工作流程圖 PLC 程序的地址分配 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求分配 PLC 中的地址。 PLC 程序的地址分配如表 2 所示。 表 2 PLC程序的地址分配表 西門子 PLC（ I/O） 物料分揀系統(tǒng)接口（ I/O） 輸 入 部 分 倉庫 A左限開關 傳送臺左限開關 倉庫 A物料檢測開關 機械手 A右限開關 機械手 A左限開關 機械手 A上限開關 機械手 A下限開關 傳送臺 A物料傳感器 傳送臺上限 傳送臺下限 基于 S7300 PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計 8 輸 入 部 分 緊急停車 機械手 B右限開關 機械手 B左限開關 傳送臺 B物料傳感器 機械手 B上限開關 機械手 B下限開關 A傳感器 B顏色傳感器 C顏色傳感器 倉庫 B1右限 倉庫 B1左限 倉庫 B2左限 倉庫 B2右限 開始 停止 傳送臺右限 輸 出 部 分 倉庫 A物料傳送（氣缸 0） 機械手 A下移（氣缸 1） 機械手 A夾緊（氣缸 2） 傳送臺左移（氣缸 3） 傳送臺下移（氣缸 4） 機械手 B夾緊（氣缸 5） 機械手 A左移（氣缸 6） 機械手 B左移（氣缸 7） 機械手 B下移（氣缸 8） 倉庫 B1右移（氣缸 9） 倉庫 B2右移（氣缸 10） 程序流程圖的設計 物料分揀系統(tǒng)的工作流程 分揀系統(tǒng)采用 PLC 控制。系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)自動恢復到初始狀態(tài)，初始狀態(tài)為：物料傳送氣缸在最右限；機械手 A 大臂在最右限，小臂在上限，機械手處于松開狀態(tài)；傳送臺在最右限，傳送臺上的升降桿在上限；機械手 B 大臂在最右限，小臂在上限，機械基于 S7300 PLC物料分揀系統(tǒng)的軟件設計 9 手處于松開狀態(tài)；倉庫 B倉庫 B2 均在最左限。 系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)后，按下開始按鈕，系統(tǒng)開始運行，首先是倉庫 A 送料，當物料檢測器檢測到物料時，機械手 A 開始動作，其動作流程依次為：左移、下降、夾緊、延時 2 秒、上升、右移、下降、松開、延時 2 秒、上升；機械手 A 動作完成后，傳送臺A（右端）傳感器檢測物料，檢測到物料后，其動作流程依次為：左移、下降、右移、上升、延時 2 秒（ A、 B、 C 傳感器檢測）、左移、下降、右移、上升；當物料送到傳送臺 B（左端）處時，傳送臺 B 物料傳感器檢測，檢測到物料時，機械手 B 開始動作，其動作流程依次為：下降、夾緊、延時 2 秒、上升、左移、下降、松開、延時 2 秒、上升、右移； A、 B、 C 傳感器檢測到物料種類后，倉庫 B倉庫 B2 分別右移，最終將倉庫