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【摘要】針對廣州南洋理工職業學院現有光機電一體化實訓系統在實際應用中表現出來的缺陷和不足，從供料裝置、觸摸屏畫面制作等方面提出若干改進和完善意見。在此改進基礎上系統供料自動化程度有所提高，控制功能更加強大、靈活，觸摸屏界面友好直觀，方便對控制系統進行操作和監視。

【關鍵詞】光機電一體化；供料裝置；觸摸屏畫面設計

1引言

隨著電子商務的興起，物流服務的需求日益增長，而物料分揀作為物流作業中的一個重要環節越來越受到人們的重視。有研究表明，分揀作業是耗費人力、時間、成本最高的環節，使用人力占整個物流中心的50%左右，作業時間占60%以上，而作業成本達到物流中心總成本的40%左右[1]。因此，一個高效、穩定的自動分揀系統是現代先進配送中心必需的設施。我校的ZY36809B2光機電一體化實訓裝置就是一個模擬的物料自動分揀系統，該實訓裝置涉及氣壓傳動、PLC應用技術、變頻器及傳感器應用等機電類專業知識，為學生提供了一個整合所學知識，理論聯系實踐，提高綜合應用能力的平臺。然而，該物料分揀系統在實際教學中出現了供料麻煩（需要較多人工輔助供料），物料分揀效率低，無人機交互界面等問題，這對提高學生的實訓興趣和實踐技能造成了一定的影響。本文針對該系統在使用中出現的問題提出了若干改進和完善意見，重新設計了自動供料裝置，增加了人機交互界面，在觸摸屏上直接控制物料分揀系統動作及參數設置，使整個控制更加靈活，同時方便對整個工作狀態進行實時監控。

2物料自動分揀系統的組成及工作原理

2.1分揀系統的組成。物料自動分揀系統如圖1所示，主要有三部分組成：供料單元、機械手單元和分揀單元。2.1.1供料單元。供料單元負責將不同材質的圓形工件依次送入供料口。具體實現過程為：轉盤中的弧形推桿在直流電機帶動下轉動，將轉盤中事先放好的工件通過開口槽推出，到達供料口。各部分組成見圖2所示。2.1.2機械手單元。機械手單元負責將供料口的工件搬運到分揀料口進行分揀。具體組成見圖3所示。整個機械手單元可完成上升/下降、伸出/縮回、左/右擺動和手爪夾緊/松開四個自由度動作，具體實現方式是：（1）上升/下降：通過筆型氣缸7實現雙向運動，氣缸上磁性開關限定上升/下降位置。（2）伸出/縮回：通過雙聯氣缸5實現雙向運動，氣缸上磁性開關限定伸出/縮回位置。（3）左/右擺動：通過擺動氣缸1配合限位螺釘、電感傳感器和緩沖閥限定擺動角度。（4）手爪夾緊/松開：使用氣爪8控制機械手夾緊與松開的動作。機械手每次從原點位置（擺動缸擺動到取料位、縮回、上升、手爪松開）開始搬運，具體動作流程如圖4所示。2.1.3分揀單元。分揀單元負責將分揀料口的工件按照鋁質工件、白色尼龍件、黑色尼龍件的順序分別分揀到三個下料斜槽中。具體組成見圖5所示。2.2物料自動分揀系統工作原理。當整個設備處于正常狀態時，PLC上電，報警黃燈亮，所有執行部件自動復位，處于等待狀態；此時手動將若干個待分揀工件平放在供料單元的轉盤中，按下啟功按鈕，轉盤中的弧形推桿開始轉動將工件推到供料口開始供料，此時報警綠燈亮，為運行狀態。當供料口光電傳感器檢測到有工件時，處在原點位置的機械手開始按照圖4所示動作流程將工件抓取到分揀單元的分揀料口，此時分揀料口的光電傳感器會檢測到待分揀工件并啟動傳送帶以一定的速度運行，將工件傳送到待分揀區域（對應斜槽），具體分揀識別依靠電感傳感器和光纖傳感器；分揀料口若長時間檢測不到有待分揀工件，則傳送帶自動停止運行。另外當機械手完成一次搬運放下工件后會自動返回原點位置，若供料口有料會繼續循環上述過程進行物料搬運，分揀過程和機械手上料同時進行；若供料口長時間檢測不到工件，報警紅燈亮，提示需要進行上料。分揀過程中若按下停止按鈕，推桿、輸送帶等運動機構會立即停下來，而機械手會自動完成一次搬運流程最終停在原點位置。圖6為整個物料自動分揀系統的工作框圖。

3物料自動分揀系統存在問題及改進方案

為提高學生實訓條件，增強學生綜合應用知識的能力，該物料自動分揀系統可做進一步改進和完善，具體細節如下：3.1針對供料裝置自動化程度低、供料麻煩的改進意見。改進前，結合圖2供料單元組成所示：轉盤開口槽的槽口距離供料口6距離較長，大概有3個工件的長度，從而導致物料供應最后剩余1-2個（小于3個）工件時，會出現即使轉盤中弧形推桿不斷旋轉也無法將料推到供料口的情況，此時只能靠人工將工件推送到供料口，供料較麻煩。如果供料口一直無料的話，轉盤中推桿會一直旋轉，浪費資源。對此可對供料裝置在結構上進行若干改進，這里為解決料少時推桿無法將工件推到供料口的問題，現將供料裝置改進為圖7所示情況。轉盤中間圓錐面會在電機帶動下轉動，上料槽口有一個擋板，轉盤在旋轉過程中工件依次從傾斜的料槽滑下到達供料口，供料口前方仍有物料檢測支架擋住，機械手每取走一個工件，滑槽上面的工件在重力作用下下滑填補供料口，完成自動供料。即使最終料很少，也會滑下滑槽到達供料口，解決了原供料裝置出現的問題。3.2對該物料自動分揀系統設計觸摸屏控制及監視界面。觸摸屏全稱為觸摸式圖形顯示終端，它通過觸摸式工業顯示器把人和機器連為一體，是一種人機交互裝置，故又稱人機交互界面。觸摸屏替代了傳統控制按鈕和指示燈，優化了工藝流程，減少了電氣設備數量，大大減少了設備故障率，保障了設備的穩定生產。它可以用來設置參數，顯示數據，監控設備狀態，以曲線/動畫等形式描繪自動化控制過程，從而使整個控制更方便、快捷、表現力更強，同時可簡化為PLC的控制程序，功能強大，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式，目前在企業中被廣泛應用[2]。原物料自動分揀系統沒有人機交互界面，為提高學生的綜合應用知識能力，使所學知識與實際工作崗位貼合，可在原系統基礎上增設觸摸屏人機交互界面，這不僅為整個控制系統的操作和監控提供了便利，同時為學生提供了一個與社會崗位緊密貼合的工作情景。針對此設想，本文應用三菱公司的GOT1000系列觸摸屏設計制作了2組畫面。相對原物料自動分揀系統而言，增加觸摸屏畫面后，該系統控制功能更為強大，可以直接在觸摸屏畫面上觀察已完成分揀工件總個數以及其中鋁質工件、白色尼龍件、黑色尼龍件個數；另外可以在觸摸屏畫面上任意設置完成一定個數工件分揀任務后自動停機功能，由此還可以衍生出許多其他的功能，使整個控制更加靈活。以下是設計的2組畫面：（1）首頁顯示系統名稱及當前日期、時間，并可切換到設置監視界面。如圖8所示。（2）設置監視界面包括系統啟動、停止控制以及是否在完成規定分揀任務后自動停止選擇開關。同時對已分揀物料的總數、鋁質工件、白色尼龍件和黑色尼龍件進行計數顯示，各種報警燈顯示等。具體畫面如圖9所示。

4結語

我校Y36809B2光機電一體化實訓設備為我校機電類學生提供了很好的綜合實踐平臺，使學生能夠將平時所學的零散專業知識進行整合、并應用于實踐。對該設備進行上述改進和完善，無疑為學生提供了一個更好的實踐條件，同時為開發其它更為復雜的光機電一體化實驗設備提供了一定的參考價值。

參考文獻

[1]陳照強,馬琳,張緒鵬,等.一類規則形狀物品的自動分揀原理[J].山東輕工業學院學報,2010,24(4):20-23．

[2]蓋超會,陽勝峰.三菱PLC與變頻器、觸摸屏綜合培訓教程[M].北京:中國電力出版社,2011．

[3]吳迎春,許連強,張家驊.觸摸屏和PLC在物料分揀系統中的應用[J].電氣與自動化,2012,41(2):171-173．

[4]于昊.PLC在材料自動分揀系統中的應用[J].煤炭技術,2011(12):31-32.

作者:曾祥蘋 單位:廣州南洋理工職業學院機電與汽車學院