浅析分拣控制与管理系统

【摘 要】本文介绍的是将控制器应用于物品分拣系统的自动控制中，采用的西门子S7-200型PLC与上位机之间串行通信程序的设计与实施，给出了部分基于visual basic 6.0编写的串行通信程序，同人工分拣相比具有精度高、速度快、工作不受环境和时问限制、控制简单等优点。数据处理信息放在ACCESS数据库中。可编程序控制器控制具有编程简单、工作可靠、使用方便等特点，在工业自动化控制领域应用广泛。PLC和PC机相结合的控制方式，使设备电控系统简洁紧凑，软件和硬件模块易于修改、维护，并具有高可靠性。文中对软件部分包括PLC控制程序和上位机监控界面予以详细介绍。

【关键词】可编程控制器；串行通信；自动分拣系统；通信协议

1 分检控制管理系统的原理

随着社会的不断进步，市场竞争的日趋激烈，各个生产企业都迫切地需要改进生产技术，提高生产效率，尤其在需要进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，致使生产效率低，生产成本高，企业的竞争能力差，材料的自动分拣已成为企业的唯一选择。针对上述问题，本文利用PLC技术设计了材料自动分拣系统，并基于物料分拣装置模型对系统进行了实验，在材料分拣过程中取得了良好的控制效果。

串行通信格式设定：

当一台计算机通过RS232C口与一台S7-200 PLC的RS232C口通信时，要对S7-200 PLC的系统寄存器No.412～No.418进行初始化设置。设定参数格式与系统寄存器内容的关系如表1所示。

表1 设定参数格式与系统寄存器内容曲关系

该自动分拣系统通电后，可编程序控制器（PLC）首先启动输送带，下料传感器检测料槽有无工件，若无工件，输送带电机则空运转一个周期后自动停止；当有工件时，输送带将工件运送到传感器上，由传感器将信号传送给PLC。PLC控制系统根据工件的实际颜色及系统预先的设定值，判断工件的出料位置，控制气动阀动作将工件分送到不同的出料口，从而完成分拣任务。

2 分拣控制管理系统的硬件设计

S7―200是西门子公司的一款功能强大的小型PLC，CPU单元采用CPU 226，其本身带有24个输入点和16个输出点，带有6路的高速计数器，配置灵活，能够满足本系统的控制要求。

2.1 PC与PLC的硬件连线

本系统数字量输入共计16个点，数字量输出共计6个点，根据控制对象及PLC点数分配I/O地址。RS-232C已成为数据终端DTE与计算机和数据通信设备DCE的接口表准。S7-200系列PLC的编程口物理层为RS-485结构。在现场应用中，当需要PLC与上位机通讯时，较多的使用自定义协议与上位机通讯。因此PC机与西门子系列PLC不能直接连接，要通过一条PC/PPI电缆进行RS232/RS485的变换。

2.2 PC机与PLC连线图

在程序中使用了高速计数对光电编码器进行计数，因此I0.1被占用。在编制程序时要首先用指令向导对高速器进行设定。分拣系统接口起始有效电平的测试：按表接线运行PLC程序，在状态监测表中输入要测试的接口，观察其高低电平即可。

2.3 下位机工作原理

系统的硬件结构框图如所示，其工作过程是开启电源步进电机运行并驱动传输带下料传感器检测下料槽内是否有物料。若无物料延时后自动停止并等待上料。当下料槽内有物料时，系统自动运行。

2.4 传感器位置设置及接口分配与连线

各传感器依次分别为，电感传感器，检测铁质物块；电容传感器，检测金属物块；颜色传感器，检测出黄色物料。备用传感器可选用颜色传感器或物体检测传感器。当铁质物块经过第一传感器时被分拣出，铝质物块经过第二传感器时被分拣出，非金属物块中的黄色在过第三个传感器时被分拣出。不同的在过第四传感器时分拣出。传感器被固定在网孔板上，可根据需要重新安装。

3 分拣控制管理系统的软件设计

VB是微软公司推出的一种可视化、面向对象和采用事件驱动的结构化高级程序设计语言，是编程效率较高的一种编程语言，简单易学、容易掌握。本部分主要是界面设计，首先是系统的主窗体，然后才是实现各种功能的子窗体。

3.2 MDI的设计

编辑菜单，可以设置三个子菜单，分别是运行监控、产品管理和用户管理。在产品管理子菜单分别是添加记录、手动查看和产品管理；用户管理子菜单下分别是增加用户、修改密码和退出系统。

表2 部分菜单项表

3.3 PLC通讯及控制程序的设计

本部分设计的主要内容是实现PLC与PC的自由口通信和流水线的运行控制。

3.4 MSComm通信控件

本文采用VB6.0作为开发工具进行上位机通信程序的设计。MSComm控件的主要属性Pj：CommPort：设定通信连接端口号。MSComm控件为应用程序提供了完备的数据收发功能，它既可以查询方式也可以事件驱动方式来完成串行通讯。

3.5 PLC控制程序设计

流水线的控制包括传送带电机的启动与停止；传感器信号检测；气缸动作及动作限位；脉冲记数等。当PLC处于运行（RUN）状态时，接收上位机PC指令启动或暂停电机的运行；Q1.0启动电机，Q1.1使电机停止，当Q1.1置位时Q1.0复位。

3.6 数据库设计

启动Access建立“产品分拣管理系统”数据库。使用设计器创建表建立“产品分拣记录”表，根据设计任务需求可知，待分拣的物料种类是有限的，因此将物料种类作为字段，分铁质、金属、黄色和其他共四种，另外还有分拣总量、分拣日期和备注三个字段，其中日期作为关键字段，数据格式为日期型，其余为文本型数据。本数据库以“日”为记录单位，每天记录一条分拣数量，如果需要可以改为每日的上下午或每小时等为记录单位。创建“用户信息”表，字段为用户ID、用户姓名和用户密码，用户ID为关键字段，数据格式为自动编号，其余为文本型数据。数据库中“产品分拣记录”表设计视图如图5所示。

4 结论和经济效益分析

本文介绍了物料自动分拣系统中PLC与上位机的串行通信设计。由于实现了PLC与计算机的通信，可方便地实现对PLC的监控，大大提高了系统的自动化程度，物料分拣系统运行稳定、精度高。

需要对相关知识有充分的了解，如VB6.0程序设计方法，S7-200PLC程序控制特点，自由口通信方式、数据开发访问等。只有掌握了这些知识才能根据设计要求快速地设计出控制程序，达到设计要求。

整个设计的性能良好有很高的使用价值，有VB自己开发监控软件比购买组态王工程软件有实惠很多。

本文设计的基于PLC的产品分拣控制管理系统，监控界面友好、分检精度高、实时运行显示直观迅速、操作简单、设计成本较低。上位机采用普通的PC机，PC机有良好的操作监控、数据处理和连接功能，其最大的优点是近乎无限制的存储器容量使其能进行大量的数据处理，基于PC的自动化控制解决方案将不仅仅是使系统性能变得更为可靠，还可以节省硬件和敷设电缆的大量费用。PLC选用的是S7-200PLC，这是目前市场上适合中小控制系统的性价比很高的一种，在自动化领域有广泛的应用，由PLC控制的自动分拣系统在产品分拣中有极高的效率，其优点有：能连续、大批量的分拣货物；分拣误差率极低；分拣作业基本实行无人化等，在制造业企业中使用时可减少人员的使用，减轻人员的劳动强度，提高人员的使用效率，能最大限度的减少人员的使用，基本做到无人化。

软件采用了Visual Basi语言编写，是一种可视化、面向对象的结构化语言，编程效率高、功能强大、性能可靠，用它编写的监控界面直观友好，便于操作人员操作。整个系统的应用不仅可以提高生产效率和分拣精确度，而且能节省大量的人员，使操作员脱离现场。如果投入生产使用具有较大的商业价值和社会效益。

【参考文献】

[1]王永华，等.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.

[2]刘贯华.基于PLC的污水处理控制系统的设计[J].机电工程技术，5（6）： 86-88.

[3]龙伟，聂官鸿.S7―200系列PLC和PC机实时通信的实现方法[J].南昌大学学报：工科版，4（3）：34-42.

[4]敬伟，樊文侠，涂劲.用VB6.0实现西门子PLC与PC机的串行通讯[J].微机发展，（6）：23-52.

[5]胡国民，顾新艳.基于Visual Basic的S7-200PLC与PC机间串行通讯设计[J].电气技术与自动化，6（2）：44-61.

[6]张运刚，宋小春，郭武强.从入门到精通―西门子S7-200PLC技术与应用[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[7]李江全，张丽，岑红蕾.Visual Basic串口通信与测控应用技术实战详解[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[8]吴昊，熊李艳，蔡慧萍.Visual Basic程序设计教程[M].北京：中国铁道出版社， 2007.

[9]李长林，张丽华，王红.Visual Basic数据库应用系统开发从基础到实践[M].北京：电子工业出版社，2006.

[10]夏邦贵，刘凡馨.Visual Basic6.0数据库开发经典实例精解[M].北京： 机械工业出版社，2005.

[11]Ying Zhao， H. Y. K Lau， K. L. Mark. A Fomal Framework for Automated Warehose Task Planning[J]. The University of Hong Kong， 2（4）： 490-499.

[12]Mitchell M. Tseng， Matthias Schreyer. Model-Based Design of PLC Programs[Z]. Department of Industrial Engingeering and Engineering Management， The Hong Kong University of Science&Technology Kowloon， Hong Kong. 2002.