郭昊坤

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息工程系，江蘇 江陰 214405)

0 引言

近年來，人們的收入越來越高，對物質(zhì)文化生活的需求也越來越高，相應(yīng)的消費(fèi)水平也越來越高。由于現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，工作學(xué)習(xí)壓力的加大，人們越來越習(xí)慣于網(wǎng)絡(luò)購物。根據(jù)相關(guān)報(bào)道以及國家郵政局監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2021年全國快遞行業(yè)運(yùn)營比以往更加平穩(wěn)，投遞快遞包裹約19.17億件，比2020年增長25.71%，比2019年增長104.44%。但是，由于消費(fèi)者購買的訂單數(shù)量巨大，每次購物潮之后都將出現(xiàn)物流高峰，快遞發(fā)貨速度緩慢，甚至相隔多日后，許多物流倉庫仍有貨物堆積。這普遍存在包裹分揀人手不足以及分揀過慢的情況，經(jīng)常性出現(xiàn)慢發(fā)、錯(cuò)發(fā)、漏發(fā)等現(xiàn)象。因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的包裹自動(dòng)分揀裝置控制系統(tǒng)[1-3]，并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 總體方案設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的一種基于PLC的包裹自動(dòng)分揀裝置控制系統(tǒng)，通過安裝在傳送帶上的重量傳感器,按照包裹的重量進(jìn)行分揀。工作程序?yàn)椋簡?dòng)主傳送帶，傳送包裹到重量傳感器位置進(jìn)行重量稱重，根據(jù)稱重結(jié)果分成重量輕、重量中、重量重3類，保存結(jié)果，繼續(xù)啟動(dòng)主傳送帶并分別傳送到重量輕、中、重3個(gè)分傳送帶位置，分別用1，2，3標(biāo)記。到達(dá)分揀位置時(shí)，啟動(dòng)相對應(yīng)分揀位置的氣缸，執(zhí)行推送，推送到位，執(zhí)行返回，返回到位，啟動(dòng)分傳送帶輸送出去分揀的包裹，最后重新啟動(dòng)主傳送帶，循環(huán)執(zhí)行該操作。

控制系統(tǒng)如圖1所示，以S7-300PLC為控制核心，通過觸摸屏進(jìn)行系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證及模擬仿真監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)、手動(dòng)控制。

圖1 控制系統(tǒng)

圖1中PLC左側(cè)相關(guān)按鈕均與輸入端口相連接?！皢?dòng)、停止”按鈕，用來啟動(dòng)、停止系統(tǒng)；“急?！卑粹o，當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)急停系統(tǒng)；“自動(dòng)手動(dòng)選擇”按鈕，用來選擇自動(dòng)、手動(dòng)兩種操作模式；“包裹檢測”按鈕，用于啟動(dòng)主傳送帶，檢測包裹到達(dá)稱重位置，停止主傳送帶，進(jìn)行稱重，根據(jù)重量分類；“缸1/2/3退出推出到位”“缸1/2/3退出返回原位”按鈕，用來控制傳送帶的運(yùn)行；“手動(dòng)控制”按鈕，選擇手動(dòng)模式；“故障反饋”按鈕，主傳送帶故障、分傳送帶1/2/3故障接輸入端，檢測各傳送帶電機(jī)是否發(fā)生故障，故障時(shí)停止相應(yīng)傳送帶、報(bào)警并采取相應(yīng)措施；“重置1/2/3位置到位”按鈕，外部的重量1/2/3位置到位接PLC輸入端口，用于啟動(dòng)主傳送帶輸送包裹到各分揀位置，到位停止主傳送帶，執(zhí)行分揀。

PLC輸出端口接各傳送帶控制的繼電器，通過繼電器驅(qū)動(dòng)接觸器，接觸器驅(qū)動(dòng)主傳送帶電機(jī)運(yùn)行。同時(shí)，其輸出端口接推送缸1，2，3的推出繼電器，通過繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥，電磁閥控制氣缸推出。PLC輸出端口還接推送缸1，2，3返回控制繼電器，通過繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥，電磁閥控制氣缸返回。自動(dòng)運(yùn)行以及故障指示燈，用來顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2 硬件設(shè)計(jì)

本文選用西門子S7-300系列PLC模塊，如圖2所示。

圖2 S7-300模塊示意

系統(tǒng)主電路采用三相五線電源，如圖3所示，M1，M2，M3，M4分別是主傳送帶、分傳送帶1、分傳送帶2、分傳送帶3的電機(jī)，驅(qū)動(dòng)主傳送帶和各分傳送帶；QF2，QF3，QF4，QF5是主傳送帶和各分傳送帶電機(jī)斷路器，通斷各電機(jī)電源；QF6是控制電路斷路器，通斷電路電源；KM1，KM2，KM3，KM4是主傳送帶和分傳送帶電機(jī)啟動(dòng)接觸器，啟停各傳送帶；FR1，F(xiàn)R2，F(xiàn)R3，F(xiàn)R4是主傳送帶和各分傳送帶電機(jī)過載保護(hù)熱繼電器，保護(hù)各電機(jī)；FU1為熔斷器，保護(hù)短路；G1是直流開關(guān)電源，為直流設(shè)備提供電源。

圖3 主電路

系統(tǒng)控制電路如圖4所示，220 V交流電源接L和N，HL0是電源指示燈；KM1，KM2，KM3，KM4分別是主傳送帶和分傳送帶1到3啟動(dòng)接觸器，通過繼電器KA1到KA4控制，驅(qū)動(dòng)各傳送帶運(yùn)行；YV1到Y(jié)V6分別是氣缸1、氣缸2、氣缸3推送和返回電磁閥，通過繼電器KA5到KA10控制，電磁閥1線圈得電，執(zhí)行動(dòng)作。

圖4 控制電路

PLC的I/O地址分配如表1和表2所示。

表1 輸入分配

表2 輸出分配

3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制流程如圖5所示，當(dāng)為ON選擇手動(dòng)模式，通過外部按鈕開關(guān)或觸摸屏進(jìn)行手動(dòng)控制，單獨(dú)控制各設(shè)備；當(dāng)為OFF選擇自動(dòng)模式，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)運(yùn)行。開始執(zhí)行初始化步驟，各氣缸執(zhí)行返回原點(diǎn)。然后啟動(dòng)主傳送帶，傳送包裹，檢測到包裹到達(dá)重量檢測位置，停止傳送帶，進(jìn)行重量檢測，判斷，分成輕、中和重3類，重新啟動(dòng)傳送帶，根據(jù)判斷的3類包裹，分別傳送到位置1，2，3，到位置停止主傳送帶，啟動(dòng)相應(yīng)的氣缸推送，推出到位，執(zhí)行返回，返回到位，重新啟動(dòng)主傳送帶，啟動(dòng)相應(yīng)的分傳送帶，分傳送帶按定時(shí)執(zhí)行，定時(shí)到后自動(dòng)復(fù)位。

圖5 系統(tǒng)流程

4 仿真調(diào)試

利用仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬，對所設(shè)計(jì)的一種基于PLC的包裹自動(dòng)分揀裝置控制系統(tǒng)運(yùn)行的過程與邏輯予以論證，經(jīng)驗(yàn)證裝置設(shè)計(jì)正確有效。

系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖6所示，手動(dòng)界面如圖7所示，觸摸屏初始界面如圖8所示。

圖6 監(jiān)控界面

圖7 手動(dòng)界面

圖8 觸摸屏初始界面

運(yùn)行程序，按下所有按鈕，系統(tǒng)均可正確執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，顯示指示燈均可正確點(diǎn)亮或熄滅。按下手動(dòng)按鈕選擇手動(dòng)模式界面如圖9所示，按下急停按鈕選擇急停界面如圖10所示。

圖9 選擇手動(dòng)模式

圖10 按下急停按鈕

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種基于PLC的包裹自動(dòng)分揀裝置控制系統(tǒng)，給出了總體方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等，進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)正確有效。