物料视觉分拣系统的研究与开发.pdf
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1、1402023 年 10 月上Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备物料视觉分拣系统的研究与开发宫丽华(承德应用技术职业学院,河北 承德 067000)摘要:【目的】物料分拣是工农业生产不可或缺的环节,机械化分拣不仅能够节约成本、提高工作效率,而且能够提高分拣的准确率。【方法】笔者设计了一套简单、高效且低成本的自动分拣系统,分析了系统的硬件结构和软件结构。笔者选用西门子S7-1200PLC作为该物料视觉分拣系统的控制核心,综合运用视觉控制器、变频器、编码器、电磁阀组、传感器、高速计数器、三相异步电机、气缸等设备,以亚龙YL-36A自动化装置为控制
2、对象,进行系统调试。【结果】该系统能够对物料颜色及形状进行识别,实现对不同颜色物料的自动分拣,并且可以通过人机界面进行实时参数监测、手动调试或自动运行。【结论】该物料视觉分拣系统运行稳定,有利于改变传统的生产模式,提高生产效率,节约生产成本,经济效益显著。因此,大规模的现代化自动化物料传送与分拣,符合时代的发展趋势,值得广泛推广。关键词:分拣;PLC;变频器;高速计数器中图分类号:TP242;TP273;TP391 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-3872.2023.19.037Research and Development of Material Visua
3、l Sorting SystemGong Lihua(Chengde College of Applied Technology,Hebei Chengde 067000)Abstract:Objective Material sorting is an indispensable link in industrial and agricultural production.Mechanized sorting can not only save costs,improve work efficiency,but also improve the accuracy of sorting.Met
4、hod The author designed a simple,efficient and low-cost automatic sorting system,and analyzed the hardware and software structure of the system.The author selected Siemens S7-1200PLC as the control core of the material visual sorting system,comprehensively utilizing visual controllers,frequency conv
5、erters,encoders,electromagnetic valve groups,sensors,high-speed counters,three-phase asynchronous motors,cylinders,and other equipment.The system was debugged using the Yalong YL-36A automation device as the control object.Result The system is able to recognize the color and shape of materials,reali
6、ze the automatic sorting of different coloured materials,and can be used for real-time parameter monitoring,manual debugging or automatic operation through the human-machine interface.Conclusion The material visual sorting system runs stably,which is conducive to changing the traditional production
7、mode,improving production efficiency,saving production costs,and achieving significant economic benefits.Therefore,large-scale modern automated material transfer and sorting,in line with the development trend of the times,is worthy of widespread promotion.Keywords:sorting;PLC;frequency converter;hig
8、h-speed counter物料分拣系统是从众多物料中筛选出具有某一共同特征(颜色、形状等)的部分物料的系统。该系统普遍应用于物流行业、快递行业、零件制造行业、交通运输行业等1-2,能够在海量的物件当中识别并分拣出相应类别的物件,提高生产效率,并降低人工成本3。目前,很多物料分拣系统通过工业机器人或专用的分拣装置实现。实际生产中很多物料不存在易碎、体积大、重量大等情况,无需用机器人来分拣,利用简单的传送带、视觉装置和产品盒即可完成分拣。文章针对这类物料设计了一套简单、高效且低成本的自动分拣系统4,该系统以西门子S7-1200PLC为核心控制器,运用变频器和高速计数器控制电机运转,进而控制传送
9、带运动,使用工业视觉系统自动分拣出不同颜色的物料。1 视觉分拣系统的硬件结构视觉分拣控制系统5-6的功能是把待加工物料传送到视觉检测区域内,完成物料的视觉检测,然后对检测完成后的物料进行分类分拣。视觉分拣控制系统主要由皮带传送机构、视觉系统、电磁阀组、变频器、三相异步电机、光电传感器、推料气缸、接线端口、底板等组成,如图1所示。1.1 皮带传送机构皮带传送机构用于传送物料,把物料传送到视觉相机下方进行视觉分拣,并传送通过视觉检测的物料。它主要由传送带、编码器、三相异步电机等组成。皮带传送机构的工作原理是三相异步电机通过作者简介:宫丽华(1984),女,河北承德人,硕士研究生,讲师,研究方向为P
10、LC控制系统。2023 年 10 月上141Agricultural Machinery and Equipment农业机械与装备联轴器带动皮带转动,物料便可以在皮带上水平移动。分拣模块用来检测入料口上有无物料的光电开关是一个圆柱形漫射式光电接近开关,工作时发出光线,检测是否有物料存在,该光电开关选用SICK公司生产的GRTE18S-N1317型光电开关。传送机构末端安装一个光纤传感器,用于检测物料是否到达皮带末端位置。光源视觉相机光纤传感器光电传感器三相异步电机皮带传送机构推料气缸图1视觉分拣系统硬件结构图1.2 变频器与三相异步电机变频器是通过改变电动机工作电源的频率来控制交流电动机的电力
11、控制设备。三相异步电动机用来拖动传送带运动,进而实现物料的移动。变频器专门用来控制三相异步电动机,通过对PLC编程与变频器设置实现对异步电动机的控制。变频器是应用变频技术与微电子技术,通过改变电动机工作电源的频率来更好地控制交流电动机的电力控制设备,以便改进过程控制、节约能源、降低系统维护成本等3。变频器接线图如图2所示。R(L1)S(L2)L T(L3)NFWDREVCOMX1X2X3X4X5X6CIGND+10 V段速1段速2段速3自由停车故障复位外部故障正转反转三相断路器三相电源UVWPEP+P-PBTaTbTcOCABGND4 mA20 mA/010 VMAO电动机接地制动电阻故障继电
12、器输出开路集电极标准RS485通信4 mA20 mA/010 V输出VB5N-20P7图2变频器接线图本项目中使用VB5N-20P7变频器来控制三相异步电机。变频器的CI端接模拟量输入信号,跳线选择输入电压(010 V)和输入电流(4 mA20 mA),此信号由PLC的模拟量输出端提供。通过变频器面板可设置电机的正转、反转、停止、点动等参数并监控电动机状态。1.3 编码器与高速计数器高速计数器应用在普通计数器达不到速度要求的场合,或者配合编码器应用在长度计算等场合。PLC的普通计数器的计数速度与CPU扫描周期有关。每经过一个扫描周期,CPU 读取一次被测信号,并捕捉被测信号的上升沿,被测信号频
13、率高于CPU扫描频率时,会丢失计数脉冲,因此普通计数器的最高工作频率一般仅有几十赫兹。本次项目以西门子S7-1200PLC作为控制核心,使用的CPU是1215C,提供6个高速计数器HSC1至HSC6。HSC指令有4种工作模式:内部方向控制的单相计数器、外部方向控制的单相计数器、两路脉冲输入的双相计数器和AB相正交计数器7。使用前先组态高速计数器,启用并设置HSC1的计数类型、工作模式、计数方向、初始计数器值等。编码器是通过光电转换,将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器,主要用于位置、速度、角度等的测量。本项目需要定位物料的位置,使用相位差90的具有A、B两相的通用型旋转编
14、码器,此编码器安装到传送带主动轴上。PLC通过高速计数器读出编码器输出的脉冲个数,实现物料与传送带起点距离的测量,计算出物料在传送带上的位置,以便触发视觉分拣。根据产生脉冲方式的不同,可将编码器分为增量式、绝对式、复合式。本次使用的是增量式旋转编码器,利用光电转换原理输出A、B、Z三组方波脉冲,其中A、B两组脉冲的相位差是90,用于辨别方向。当A相超前B相时为正转,当B相超前A相时为反转。Z相为编码器每转一圈产生一个脉冲,用于定位基准点。编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出,分辨率为500 P/R(脉冲/旋转),工作电源为DC 12 V24 V。1.4 视觉分拣机构视觉分拣机构用于对物料
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