机电一体化实训系统改进意见

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【摘要】针对广州南洋理工职业学院现有光机电一体化实训系统在实际应用中表现出来的缺陷和不足，从供料装置、触摸屏画面制作等方面提出若干改进和完善意见。在此改进基础上系统供料自动化程度有所提高，控制功能更加强大、灵活，触摸屏界面友好直观，方便对控制系统进行操作和监视。

【关键词】光机电一体化；供料装置；触摸屏画面设计

1引言

随着电子商务的兴起，物流服务的需求日益增长，而物料分拣作为物流作业中的一个重要环节越来越受到人们的重视。有研究表明，分拣作业是耗费人力、时间、成本最高的环节，使用人力占整个物流中心的50%左右，作业时间占60%以上，而作业成本达到物流中心总成本的40%左右[1]。因此，一个高效、稳定的自动分拣系统是现代先进配送中心必需的设施。我校的ZY36809B2光机电一体化实训装置就是一个模拟的物料自动分拣系统，该实训装置涉及气压传动、PLC应用技术、变频器及传感器应用等机电类专业知识，为学生提供了一个整合所学知识，理论联系实践，提高综合应用能力的平台。然而，该物料分拣系统在实际教学中出现了供料麻烦（需要较多人工辅助供料），物料分拣效率低，无人机交互界面等问题，这对提高学生的实训兴趣和实践技能造成了一定的影响。本文针对该系统在使用中出现的问题提出了若干改进和完善意见，重新设计了自动供料装置，增加了人机交互界面，在触摸屏上直接控制物料分拣系统动作及参数设置，使整个控制更加灵活，同时方便对整个工作状态进行实时监控。

2物料自动分拣系统的组成及工作原理

2.1分拣系统的组成。物料自动分拣系统如图1所示，主要有三部分组成：供料单元、机械手单元和分拣单元。2.1.1供料单元。供料单元负责将不同材质的圆形工件依次送入供料口。具体实现过程为：转盘中的弧形推杆在直流电机带动下转动，将转盘中事先放好的工件通过开口槽推出，到达供料口。各部分组成见图2所示。2.1.2机械手单元。机械手单元负责将供料口的工件搬运到分拣料口进行分拣。具体组成见图3所示。整个机械手单元可完成上升/下降、伸出/缩回、左/右摆动和手爪夹紧/松开四个自由度动作，具体实现方式是：（1）上升/下降：通过笔型气缸7实现双向运动，气缸上磁性开关限定上升/下降位置。（2）伸出/缩回：通过双联气缸5实现双向运动，气缸上磁性开关限定伸出/缩回位置。（3）左/右摆动：通过摆动气缸1配合限位螺钉、电感传感器和缓冲阀限定摆动角度。（4）手爪夹紧/松开：使用气爪8控制机械手夹紧与松开的动作。机械手每次从原点位置（摆动缸摆动到取料位、缩回、上升、手爪松开）开始搬运，具体动作流程如图4所示。2.1.3分拣单元。分拣单元负责将分拣料口的工件按照铝质工件、白色尼龙件、黑色尼龙件的顺序分别分拣到三个下料斜槽中。具体组成见图5所示。2.2物料自动分拣系统工作原理。当整个设备处于正常状态时，PLC上电，报警黄灯亮，所有执行部件自动复位，处于等待状态；此时手动将若干个待分拣工件平放在供料单元的转盘中，按下启功按钮，转盘中的弧形推杆开始转动将工件推到供料口开始供料，此时报警绿灯亮，为运行状态。当供料口光电传感器检测到有工件时，处在原点位置的机械手开始按照图4所示动作流程将工件抓取到分拣单元的分拣料口，此时分拣料口的光电传感器会检测到待分拣工件并启动传送带以一定的速度运行，将工件传送到待分拣区域（对应斜槽），具体分拣识别依靠电感传感器和光纤传感器；分拣料口若长时间检测不到有待分拣工件，则传送带自动停止运行。另外当机械手完成一次搬运放下工件后会自动返回原点位置，若供料口有料会继续循环上述过程进行物料搬运，分拣过程和机械手上料同时进行；若供料口长时间检测不到工件，报警红灯亮，提示需要进行上料。分拣过程中若按下停止按钮，推杆、输送带等运动机构会立即停下来，而机械手会自动完成一次搬运流程最终停在原点位置。图6为整个物料自动分拣系统的工作框图。

3物料自动分拣系统存在问题及改进方案

为提高学生实训条件，增强学生综合应用知识的能力，该物料自动分拣系统可做进一步改进和完善，具体细节如下：3.1针对供料装置自动化程度低、供料麻烦的改进意见。改进前，结合图2供料单元组成所示：转盘开口槽的槽口距离供料口6距离较长，大概有3个工件的长度，从而导致物料供应最后剩余1-2个（小于3个）工件时，会出现即使转盘中弧形推杆不断旋转也无法将料推到供料口的情况，此时只能靠人工将工件推送到供料口，供料较麻烦。如果供料口一直无料的话，转盘中推杆会一直旋转，浪费资源。对此可对供料装置在结构上进行若干改进，这里为解决料少时推杆无法将工件推到供料口的问题，现将供料装置改进为图7所示情况。转盘中间圆锥面会在电机带动下转动，上料槽口有一个挡板，转盘在旋转过程中工件依次从倾斜的料槽滑下到达供料口，供料口前方仍有物料检测支架挡住，机械手每取走一个工件，滑槽上面的工件在重力作用下下滑填补供料口，完成自动供料。即使最终料很少，也会滑下滑槽到达供料口，解决了原供料装置出现的问题。3.2对该物料自动分拣系统设计触摸屏控制及监视界面。触摸屏全称为触摸式图形显示终端，它通过触摸式工业显示器把人和机器连为一体，是一种人机交互装置，故又称人机交互界面。触摸屏替代了传统控制按钮和指示灯，优化了工艺流程，减少了电气设备数量，大大减少了设备故障率，保障了设备的稳定生产。它可以用来设置参数，显示数据，监控设备状态，以曲线/动画等形式描绘自动化控制过程，从而使整个控制更方便、快捷、表现力更强，同时可简化为PLC的控制程序，功能强大，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式，目前在企业中被广泛应用[2]。原物料自动分拣系统没有人机交互界面，为提高学生的综合应用知识能力，使所学知识与实际工作岗位贴合，可在原系统基础上增设触摸屏人机交互界面，这不仅为整个控制系统的操作和监控提供了便利，同时为学生提供了一个与社会岗位紧密贴合的工作情景。针对此设想，本文应用三菱公司的GOT1000系列触摸屏设计制作了2组画面。相对原物料自动分拣系统而言，增加触摸屏画面后，该系统控制功能更为强大，可以直接在触摸屏画面上观察已完成分拣工件总个数以及其中铝质工件、白色尼龙件、黑色尼龙件个数；另外可以在触摸屏画面上任意设置完成一定个数工件分拣任务后自动停机功能，由此还可以衍生出许多其他的功能，使整个控制更加灵活。以下是设计的2组画面：（1）首页显示系统名称及当前日期、时间，并可切换到设置监视界面。如图8所示。（2）设置监视界面包括系统启动、停止控制以及是否在完成规定分拣任务后自动停止选择开关。同时对已分拣物料的总数、铝质工件、白色尼龙件和黑色尼龙件进行计数显示，各种报警灯显示等。具体画面如图9所示。

4结语

我校Y36809B2光机电一体化实训设备为我校机电类学生提供了很好的综合实践平台，使学生能够将平时所学的零散专业知识进行整合、并应用于实践。对该设备进行上述改进和完善，无疑为学生提供了一个更好的实践条件，同时为开发其它更为复杂的光机电一体化实验设备提供了一定的参考价值。

参考文献

[1]陈照强,马琳,张绪鹏,等.一类规则形状物品的自动分拣原理[J].山东轻工业学院学报,2010,24(4):20-23．

[2]盖超会,阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程[M].北京:中国电力出版社,2011．

[3]吴迎春,许连强,张家骅.触摸屏和PLC在物料分拣系统中的应用[J].电气与自动化,2012,41(2):171-173．

[4]于昊.PLC在材料自动分拣系统中的应用[J].煤炭技术,2011(12):31-32.

作者:曾祥苹 单位:广州南洋理工职业学院机电与汽车学院