李杨

摘 要：本系统基于PLC的某物料传送带的定位功能设计，以S7-200为核心采用编码器与变频器组成的可对一条物料传送带进行精确定位，介绍了具体的参数设置方法并进行相应的软件程序调试，利用程序编程实现定位分拣功能，并利用上位机进行监控。

关键词：编码器；物料；定位；PLC；变频器

中图分类号：TP273 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）02-0126-04

Abstract： Based on the positioning function design of a material conveyor belt with PLC， this system uses S7-200 as the core and uses encoder and frequency converter to accurately locate a material conveyor belt. The specific parameter setting method is introduced and the corresponding software program is debugged. The function of positioning and sorting is realized through programming， and the upper computer is used to monitor and control.

Keywords： encoder； material； positioning； PLC； frequency converter

如今的自动化分拣技术随着技术的发展日新月异，粗放型的分拣过程已无法满足现今的发展需要，为了能够对分拣系统进行自动检测、定位及自动分拣，设计了一套能够完成一系列运动控制功能的物料传送带定位分拣系统，实现分拣过程全自动化。

1 物料传送带定位分拣系统控制要求

某物料自动分拣传送带在入料口检测到物料后，即通过PLC启动变频器带动传送皮带进行物料传送，当运至金属传感器旁、光纤传感器下方时，可以精确判断工件后自动定位完成物料分拣功能。

1.1 编码器的原理

旋转编码器是自动控制系统中最常用的检测传感器，它可将轴上的旋转位移转换成能让控制器接受的脉冲或者数字信号，主要是用于对位置的精确测量，让控制器能够判断是否到达预定位置。旋转编码器分为增量式和绝对式两种，输出转轴一圈的脉冲个数为编码器的分辨率。需要确定位置就是靠每一个脉冲的位移来进行计算得到的。而增量式的编码器还需要设置一个零位（原点）来确定脉冲开始计数的起始位置。

1.2 编码器的选用

本系统的物料分拣采用了通用型的旋转编码器，主要是配合皮带在运动过程中工件所处的位置，方便进行精确的位置定位，以便在识别工件后易于推放至相应的仓储槽中。编码器与变频电机的转轴相对连接在传送带的轴上。系统选用的编码器为分辨率500线，NPN输出。使用Z相脉冲，A、B两相输出端按照接线要求直接连接到控制器S7-226cn PLC的高速计数器专用输入端口。

1.3 编码器的脉冲计算

为了能够实现在皮带运动过程中的精确定位，需要对输出转轴的位移进行脉冲计数，以此得到脉冲数反馈回来的个数，通过计数可以知道工件运动的距离，便于提前进行位置设定。计算方式如下：本传送带的主动轴直径为43mm，由于是直接连轴没有通过减速转换，所以电机每旋转一周，皮带上工件移动的距离为L=πd=3.14×43=136.35mm。

图1 皮带结构示意图

根据如图1所示的结构，当工件从初始放料位置到第一个传感器的位置时，编码器旋转过程中发出了430个脉冲，以此类推检测出几个位置的脉冲个数，如表1所示：

表1 编码器反馈各位置距离脉冲数

受到多方面因素的影响，表1的脉冲数计算都是基于理论公式算出，应用中会有一定的误差。误差主要是传送带传动件上的硬件测量误差，传送带厚度的误差，皮带松紧度的误差等等，都有可能影响理论的计算，这些误差只能通过细致的安装调试尽量避免，否则会由于累计误差带来不稳定的检测。

2 变频器的设置

为了提高生产效率，特设定3段速度，分别为快速接近速度、分拣速度和废品二次回原位速度。西门子MM440变频器的参数应如下表2设置：

表2 变频器参数设置表

3 PLC高速计数器的编程

脉冲数通过编码器反馈回PLC高速计数器输入端，比较预制位移脉冲后即控制变频器停止。高速计数器的编程需要事先定义200PLC的高速计数模式来确定，具体设置如下：

本系统设计采用的PLC为S7200-226 CN（DC/DC/DC），对应的计数器有固定地址的输入端口供高速计数脉冲输入使用。编号从HSC0至HSC5一共六个端口，每一端口编号的计数器都分配有固定地址。200PLC的高速计数器可以根据需要配置成12种模式中的任意一种。如表3所示。

根据之前选用的旋转编码器的类型可以知道，采用的脉冲输出为A/B相正交脉冲的方式，A/B相分别接到PLC的I0.0，I0.1两个输入点，且未采用Z相。所以根据表3可以选择PLC輸入脉冲计数模式为9号。选用的计数器为HSC0，计数倍频设定为4倍频。使用PLC自带的向导进行编程，自动生成了符号地址为“HSC_INIT”的子程序。其程序清单如图2示。

在编写主程序时，使用首次上电扫描一次的SM0.1来调用配置子程序，即可对高速计数器的控制字定义，包括使能和启动高速计数功能。

4 脉冲数与位置测试

在计算出了脉冲当量所对应的位置后，我们得到的只是个理论值。在皮带输送站安装过程中，要尽可能地将硬件调试好，避免由于机械误差而导致相对误差的积累，所以要在皮带测试过程中进行现场测试。endprint

测试过程如下：

4.1 皮带硬件调试

为了保证调试正常，在皮带安装调试过程中需要认真调整电机转轴和离合器轴上的同心度。还有调整皮带的张力，不宜过紧和过松。皮带调整要避免运动过程发生跑偏的情况。最好在变频器带动皮带运行时，在1HZ频率时能平滑启动，以免造成阻力过大导致变频器过载报警。

单独测试可以将变频器用面板操作的方式试运行即可，设置为BOP面板操作按照快速调试模式设置，注意电动机参数要跟皮带上电动机的铭牌参数一致。

4.2 变频器参数设置

测试过程可以参考表2进行参数的设置。

4.3 程序设计

在计算机上用STEP7-Micro/WIN编程软件编写PLC编码器脉冲测试主程序，主程序见图3，编译后下载至PLC。

4.4 监控调试程序

在计算机端监控下载的脉冲测试主程序，在皮带入口处放置一个工件，启动皮带运行。工件传送到某一位置后，停止皮带运行。通过程序可以监控到图3网络4中的VD0的读数，把这个数值写入到表4脉冲当量测试表中的编码器脉冲数，对应位置用尺子测量实际的距离写入到表4的“工件移动距离”一栏中。由于采用4倍频的计算方式，所以计算高速计数脉冲数除以4的值，填写到“编码器脉冲数”一栏中，然后可以测量一个脉冲的当量是多少，即脉冲当量μ=工件移动距离/编码器脉冲数，填寫到相应脉冲当量的一栏中。

4.5 脉冲当量的确定

按照上述的测试方式，再次测试2两遍，分别将参数填到表4当中，完成三次测试后，可以将脉冲当量取平均值，经过计算后可以得到一个脉冲当量为0.2576。该值如果需要更精确，可以将测试次数增加，取平均值即可。

根据得到的脉冲当量，可以对照图1进行各个位置距离从起始位置到检测位置脉冲数的计算，当工件从下料中心线位置到第一个传感器中心位置时，距离为117.5，计算可以得到117.5÷0.2576=456个脉冲；以此类推，可以得到其他几个推杆中心线对应下料中心线的脉冲数。计算的脉冲数据经过4倍频后，就是高速计数器HC0经过值。

皮带自动分拣系统主要是通过高速计数器采集回来到PLC HC0的脉冲个数，与各计算出的位置进行比较，如果脉冲数与位置预置一致，则控制变频器让皮带立即停止，从而实现定位工作。

各个传感器及推杆对应位置数据如表5所示。

5 物料分拣程序控制流程

先将进料口到传感器或者推料口的位置进行存储，只要有物料下放到进料口，皮带电机即自动开始运行，运行前要对高速计数器HC0当前值进行清零，通过SMD38进行清零操作。如图4为初始子程序。

图4 初始子程序

物料分拣程序结构如下所示：（1）分拣单元主要是实现自动分拣过程，并不复杂采用程序结构为一个主程序调用子程序即可，子程序主要是完成初始化等分模块功能。（2）初始化在上电扫描一个周期过程中要对HSC_INIT子程序进行使能调用操作，同时对高速计数器进行控制字定义和使能工作。（3）自动分拣控制程序主要就是利用传感器对不同工件进行自动识别金属或黑白塑料，利用步序控制程序进行编程。a.当有物料下放到进料口时，传感器检测到工件后，将HC0的值清零，并且启动变频器带动电动机进行运转，梯形图如图4所示。b.当工件运行到工型支架上的传感器时，则传感器将信号发至PLC，PLC根据传感器得到的信号尽心自动判断是何种类型的工件，决定应该将工件分拣至哪个料槽。此时即可通过编码器送来的HC0当前脉冲值，与原来设定的料槽位置进行比较。完成上述功能的梯形图见图5。c.按照预先设定的料槽分拣要求，工件在传送过程中达到分拣入口自动停止，然后通过推料直线气缸将工件推入料槽，完成推料过程后程序返回初始步。

6 人机监控界面设计

本监控系统为了能够更好的融合自动化技术，将人机界面应用到皮带分拣系统中，采用昆仑通态的TPC7062KS触摸屏，该触摸屏主要应用与现场级的监控中。

在触摸屏设计界面设置了便于操作的按钮、开关、参数设定等功能，各项功能如下：（1）当前工作状态指示：单机/全线、运行、停止（指示灯显示）；（2）切换旋钮：单机/全线切换（选择开关）用于选择整个系统的单站控制或全线控制切换；（3）按钮：设计启动、停止、清零累计按钮；（4）数据输入：变频器输入频率设置；（5）数据输出显示：为了能够实现自动分拣的仓储管理，特进行了分拣计数功能，包括白芯金属工件累计、白芯塑料工件累计、黑色芯体工件累计。

7 结束语

本物料传送带自动定位分拣系统介绍了如何利用PLC进行传送带的控制，通过控制变频器实现对皮带的运动控制，还能通过脉冲编码器进行位置检测和判断，有效利用PLC的高速计数功能实现了对皮带位置的定位控制。整个设计包含了传感器技术，PLC技术，变频器应用技术、人机界面等，能够很方便直观的进行运动控制的实验和训练。

参考文献：

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