PLC控制技术在玻璃制品分拣装置中的应用

玻璃制品分拣装置机械部分的核心是目前用于各行各业的物料搬运机械手，它是一种能自动抓取、搬运和放置物料的自动化设备，常用于工业制造、仓储物流、食品加工等领域。在电子产品制造行业，物料搬运机械手能将极其微小的电子元件，像芯片、电路板中应用的零部件，从一个工位精确地搬运到另一个工位，不仅能保证整个工作过程在无尘、防静电的环境下实现高精度装配，还能按照生产线的节拍，提高生产效率和质量。在食品行业，搬运机械手可以用于抓取、放置食品原料或成品。例如，在面包生产线上，它可以将加工好的面包从传送装置上搬运到包装设备中。它的接触部分采用食品级材料制作而成，保证了食品的卫生和安全。在玻璃行业，生产线上的玻璃制品温度较高，人工分拣有安全隐患且效率低，采用本文提出的玻璃制品分拣装置可以很好地解决这些问题。1、分拣装置结构1.1手部结构（末端执行器）这是直接与物料接触的部分，根据物料的形状、尺寸和性质等因素设计。例如，对于块状物料，可能会采用夹钳式手部，通过两个相对运动的夹爪来夹紧物料；对于一些有孔的小型零件，可以使用吸附式手部，利用真空吸附或者电磁吸附的原理来抓取物料。像在电子元件的搬运中，吸附式手部能够精确地吸取微小的芯片[1]。1.2

腕部腕部连接手部和手臂，它可以实现手部的俯仰、摆动和旋转等动作，这些动作使得机械手能够灵活地调整物料的姿态。比如，在将一个长方体物料放入一个卡槽中时，若有特定方向要求，腕部的旋转动作可以确保物料以正确的角度进入卡槽。1.3手臂手臂是支撑腕部及手部实现物料在空间位置移动的关键部位，它可以有升降、横移、伸缩等多种运动形式，一般由多个关节及连杆组成。像直角坐标型的物料搬运机械手，其手臂的运动是沿着相互垂直的三个坐标轴方向进行的，能够精确地控制物料在空间的位置。1.4机身（基座）机身是整个机械手的支撑部分，它通常固定在工作台或地面上。机身的稳定性对机械手的精确操作至关重要。例如，在一些大型冲压车间的物料搬运中，机身需要足够坚固，以确保能承受物料的重量和搬运过程中产生的冲击力。本文将介绍玻璃制品分拣装置中的机械手PLC控制，系统主要机械结构如图1所示。2、工艺过程及控制要求电子式检测开关传感器检测到工作台上的工件时，机械手从原位开始工作，经过一系列动作将工件传送到预设的工位，一个工作周期结束。机械手控制的程序流程图如图2所示[2]。机械手的工作是由控制系统指挥的。操作人员可以通过编程方式预先设定其动作顺序、路径、速度等参数。在本系统中，通过编程让机械手按照一定节拍从传送带上抓取产品，然后搬运到指定的包装位置。为了实现精确的物料搬运，机械手通常会配备多种传感器。例如，视觉传感器可以识别物料的位置、形状、颜色等信息。在分拣不同颜色的塑料零件时，视觉传感器能够区分零件的颜色，然后将信号反馈给控制系统，控制系统根据这些信息调整机械手的动作，准确地抓取目标颜色的零件。另外，还有位置传感器，它可以实时监测机械手各关节的位置，确保机械手按照预设的路径运动。动力系统是为机械手的运动提供动力的系统，常见的动力源有液压、气压、电力等。液压驱动的机械手力量比较大，能够搬运比较重的物料，例如在重型机械制造车间搬运大型铸件的机械手。气压驱动的机械手速度快，结构较简单，经常用于对精度要求不是特别高的快速搬运场合，如儿童玩具行业的小包装产品搬运。电力驱动具有控制方便、精度高等优点，在电子、半导体等精密制造行业有较为广泛的应用。3、系统设计3.1PLC简介PLC是可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）的简称，可取代继电器的逻辑控制用于工业自动化控制。它可以通过编程来实现对各种工业设备和生产过程的逻辑控制、顺序控制、定时控制、计数控制等多种控制，从早期的简单逻辑控制功能的产品，不断发展为如今高度集成化、网络化、智能化的复杂控制系统。PLC技术发展迅速，其因许多独特的优点在工业生产中应用广泛，主要表现在如下方面：性能价格比高；可靠性好，抗外界干扰能力强；系统的设计、安装、调试工作量少；维修工作量小，维修方便；体积小，能耗低。PLC控制单元挂板如图3所示。CPU模块是PLC的核心部件，类似于计算机的CPU。它负责执行用户程序，处理输入、输出信号，进行数据存储和通信等。不同型号的CPU模块具有不同的性能特点，例如S7-1200系列的CPU模块有不同的内存大小和处理速度可供选择。CPU模块的性能决定了PLC系统整体的控制能力和运行速度。本系统选用西门子S7-1200PLC。S7-1200CPU有一个DC24V内部电源，用于为CPU、信号模块、信号板、通信模块及其他DC24V器件供电。输入模块用于接收外部设备的信号，如传感器信号。这些信号可以是数字信号（如限位开关的通断信号），也可以是模拟信号（如压力传感器输出的连续变化的电压信号）。输入模块将这些外部信号转换为CPU能够识别和处理的数字信号格式。例如，在一个自动化仓库系统中，光电传感器检测货物是否到位，其信号通过输入模块传送给CPU。输出模块接收CPU处理后的输出信号，并将其转换为能够驱动外部执行机构的信号。输出信号可以驱动电机、电磁阀等设备。比如在一个自动化灌溉系统中，CPU根据湿度传感器的信号判断是否需要灌溉，然后通过输出模块控制电磁阀的开启和关闭，从而实现对灌溉设备的控制。通信模块使PLC能够与其他设备进行通信，如与上位计算机、其他PLC或智能仪表等通信[3]。S7-1200系列PLC在CPU模块上集成了一个工业以太网PROFINET接口。在工业4.0环境下，通信模块的作用越来越重要，它可以实现远程监控和数据共享。例如，通过工业以太网通信模块，工厂管理人员可以在办公室远程监控生产线上PLC的运行状态和生产数据[4]。3.2硬件配置根据控制流程选择控制方式，选三个启动按钮分别实现自动方式、单动方式和手动方式的启动动作；设置一个停止按钮，以处理在任何情况下的停止运行；机械手运动的限位开关、上升、下降、夹紧等，一共14个数字量输入信号、5个数字量输出信号[5]。选择S7-1200系列的PLC，CPU1214CDC/DC/DC，可以满足要求，还有一定的余量[6]。硬件配置表如表1所示。3.3

I/O地址分配将机械手的输入、输出信号按功能类型分配，分别与PLC的I/O端相对应。外部I/O信号与PLCI/O端地址编号的部分对照表如表2所示。3.4上位机程序设计上位机程序主要用于监控机械手的运行状态、运动轨迹、操作任务等。通过上位机与机械手控制系统之间的通信，可以直观地了解机械手的工作情况，发送指令让机械手完成相应的动作。上位机人机界面和控制调度程序采用C#.net开发。C#是一种现代化的、面向对象的编程语言，它具有以下特点：1）封装性，C#支持将数据和操作数据的方法封装在类中，这样，外部代码只能通过类提供的公共方法来访问和修改对象的状态，保证了数据的安全性和一致性。2）继承性，C#允许创建类层次结构，子类可以继承父类的属性和方法，这有助于代码的复用和扩展，同时还可以添加自己特有的属性和方法。3）多态性，C#通过方法重载和虚方法实现多态性。方法重载允许在同一个类中定义多个同名方法，只要它们的参数列表不同。虚方法允许子类重写父类的方法，以实现不同的行为。4）自动内存管理，C#采用了自动垃圾回收机制来管理内存，开发人员不需要手动释放对象占用的内存，自动垃圾回收会自动检测不再使用的对象，并回收它们占用的内存空间。这种自动内存管理机制可以减少内存泄露的风险，让