赋能稀土新材料质控升级 ——PLC + 机器人 + 光谱仪自动化检测系统应用案例

在稀土新材料产业高质量发展的浪潮中，精准、高效的元素检测是保障产品质量、提升生产效率的核心环节。针对稀土氧化物、合金材料等产品的多元素检测需求，我司联合研发基于 PLC S7-1511+ABB 机器人 + 高精度光谱仪的自动化检测系统，实现从样品输送、精准检测到数据追溯的全流程智能化，为稀土新材料企业提供稳定可靠的质控解决方案。

一、客户痛点与核心需求

某国内领先的稀土永磁材料生产企业，专注于钕铁硼磁钢、稀土氧化物等产品的研发与生产，其产品广泛应用于新能源汽车、电子设备、高端装备等领域。在传统生产检测中，企业面临三大核心痛点：

1. 人工检测效率低：单样品检测需 30 分钟以上，无法满足生产线 24 小时连续运行的质控需求；

2. 检测精度不稳定：人工操作误差导致元素含量检测偏差超 ±0.1%，影响高端产品合格率；

3. 数据追溯困难：检测结果依赖纸质记录，无法实现全批次数据实时查询与追溯。

基于此，企业提出明确需求：需实现钕、镨、铽等 12 种稀土元素的在线检测，单样品检测周期≤3 分钟，检测误差≤±0.05%，支持多批次连续检测与数据自动存储追溯，同时降低人工干预成本。

二、核心硬件配置与系统架构

我司结合客户生产场景与技术需求，采用行业顶尖硬件设备与定制化软件算法，搭建全自动化检测系统，核心配置如下：

硬件类别	型号规格	核心作用
主控制器	西门子 PLC S7-1511	系统总控中枢，负责设备联动、逻辑判断、数据采集与传输，支持 Profinet 高速通信
人机交互终端	西门子 10 寸 KTP 触摸屏	可视化操作界面，实现检测参数设置、设备状态监控、检测结果显示、报警提示等功能
伺服驱动系统	西门子 V90（带绝对值编码器）	驱动样品输送平台与机器人末端执行器，定位精度达 ±0.1mm，保障样品输送稳定性
检测核心设备	高精度 X 射线荧光光谱仪（XRF）	多元素同步检测，检测范围 0.001%-99.99%，快速分析稀土元素种类及含量
自动化搬运设备	ABB IRB 120 工业机器人（负载 3kg）	实现样品盒自动抓取、检测位精准放置、检测后分类分拣，重复定位精度 ±0.01mm

系统采用 “分层控制 + 总线通信” 架构，PLC 通过 Profinet 总线与机器人、伺服系统、光谱仪实现实时数据交互，形成 “指令下发 - 执行反馈 - 数据处理” 的闭环控制，确保各设备协同高效运行。

三、全流程自动化检测方案

1. 智能样品输送：精准高效，无需人工干预

操作人员通过 10 寸 KTP 触摸屏设定伺服参数、目标检测元素及合格阈值后，点击 “启动” 即可触发系统自动运行。PLC S7-1511 向 ABB 机器人发送取料指令，机器人通过视觉定位模块获取样品盒坐标，从物料架精准抓取样品（重量≤4kg）；同时，PLC 控制 V90 伺服驱动输送转台，将样品盒平稳送至光谱仪检测入口，全程无需人工辅助，输送效率较传统人工提升 10 倍。

2. 精准检测与数据处理：误差可控，结果可靠

光谱仪接收到 PLC 的检测触发信号后，自动开启 X 射线检测模式，对稀土氧化物粉末样品（粒径 50-200μm）进行多元素同步扫描，扫描时间仅需 120 秒 / 样品。检测过程中，光谱仪实时将原始数据传输至 PLC，PLC 通过内置的基体效应校准算法（自主研发）消除干扰因素，精准计算各稀土元素的实际含量。

检测结果通过总线实时反馈至 KTP 触摸屏，以表格、曲线等可视化形式展示元素名称、含量数值、合格状态等信息，同时自动存储至 PLC 本地数据库，支持 10 万条以上数据存储与追溯，满足企业质量审核与合规要求。

3. 自动分拣与故障预警：闭环控制，稳定运行

检测完成后，PLC 根据预设的合格阈值，向机器人与伺服系统发送分拣指令：合格样品由机器人搬运至成品区，不合格样品送至废料区，输送平台自动复位等待下一批样品，形成检测 - 分拣闭环。

若检测过程中出现设备故障（如光谱仪检测异常、伺服定位偏差、机器人抓取失败等），PLC 立即触发声光报警，KTP 触摸屏显示故障代码、故障位置及处理建议，系统自动暂停运行，避免不合格产品流入下一道工序，保障检测准确性与生产线安全。