基于PLC的連接器自動(dòng)裝配機(jī)設(shè)計(jì)

程 磊，徐玉賢，金衛(wèi)星

（1．蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程系，江蘇 蘇州 215104；2．蘇州新亞電通有限公司，江蘇 蘇州 215132）

連接器是一種在電氣終端之間，提供連接與分離功能的元件。無(wú)論是在航空航天、汽車工業(yè)等軍工領(lǐng)域，還是在通信、PC 等消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)，連接器都有著非常廣泛的應(yīng)用。隨著連接器工業(yè)的迅速發(fā)展，連接器企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)，也越來(lái)越激烈。如何提高生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，已經(jīng)成為連接器企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

本文將介紹一種連接器自動(dòng)裝配機(jī)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)能自動(dòng)完成產(chǎn)品的加工檢測(cè)，大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。

1 生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備組成

連接器至少由膠芯和PIN 針兩部分組成。一般膠芯根據(jù)不同的需要，會(huì)有不同的外觀尺寸，而PIN針起到傳遞信號(hào)的關(guān)鍵作用。為了使連接器在安裝時(shí)方便固定，不易移位。連接器最外兩根PIN 針會(huì)有一個(gè)折角（行業(yè)內(nèi)稱之打K）。圖1 為連接器外觀圖。

圖1 連接器外觀圖

連接器的人工生產(chǎn)工藝流程是：PIN 針進(jìn)料→膠芯放基座→PIN 針定位→PIN 針打K→檢驗(yàn)。

首先，膠芯通過(guò)人工被放置在基座內(nèi)，同時(shí)PIN針通過(guò)振動(dòng)上料桶完成上料；然后工人手動(dòng)控制壓針機(jī)，完成PIN 針的定位、壓入。接著由工人將基座內(nèi)的連接器在打K 機(jī)上完成打K，最后通過(guò)品質(zhì)控制人員（QC）完成對(duì)不良品的檢測(cè)剔除。一個(gè)完整的生產(chǎn)流程正常需要4 名工人完成，包括裝基座、壓PIN 針、打K 和QC。

根據(jù)上述工藝流程，連接器自動(dòng)裝配機(jī)系統(tǒng)必須滿足以下控制要求：

（1）自動(dòng)裝配機(jī)能通過(guò)參數(shù)設(shè)定，能夠滿足相同結(jié)構(gòu)，不同規(guī)格的連接器裝配。

（2）為了方便裝配機(jī)檢測(cè)調(diào)試，裝配機(jī)應(yīng)既能自動(dòng)控制，又能手動(dòng)操作。

（3）自動(dòng)裝配機(jī)還要能自動(dòng)檢出不良品。

（4）能夠據(jù)需要對(duì)產(chǎn)能進(jìn)行調(diào)節(jié)，能對(duì)完成的產(chǎn)品數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示。

2 控制系統(tǒng)組成及系統(tǒng)設(shè)置

根據(jù)上述的控制要求，本裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)的輸入模塊，主要由動(dòng)作氣缸的位置傳感器、啟動(dòng)停止按鈕和產(chǎn)品檢測(cè)計(jì)數(shù)器等組成。通過(guò)氣缸位置傳感器，來(lái)確認(rèn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。輸出模塊主要由控制氣缸動(dòng)作的電磁閥組成。膠芯送料電磁閥控制兩路氣嘴。入位氣缸將膠芯送入加工軌道。其余氣缸也完成相對(duì)應(yīng)的各種動(dòng)作。蜂鳴器會(huì)在出現(xiàn)廢品時(shí)發(fā)聲報(bào)警。而整個(gè)工作實(shí)時(shí)監(jiān)控和系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)置，都需要通過(guò)觸摸屏來(lái)完成。PLC 控制主機(jī)采用三菱的FX2N-32MR-001 型PLC，它的16個(gè)輸入端和16個(gè)繼電器輸出端，完全能滿足該系統(tǒng)的要求。

系統(tǒng)的具體控制過(guò)程如下。膠芯通過(guò)振動(dòng)上料桶上料，然后會(huì)通過(guò)氣嘴的吹氣動(dòng)作，完成膠芯的入槽。為了防止膠芯入位電磁閥的誤動(dòng)作，在膠芯入槽的位置設(shè)計(jì)了兩個(gè)光纖傳感器，只有當(dāng)前后兩個(gè)傳感器都檢測(cè)到膠芯后，入位電磁閥才會(huì)動(dòng)作，將膠芯送入待加工軌道。

接下來(lái)通過(guò)膠芯移位電磁閥的控制，移位氣缸將膠芯依次送往PIN 針壓入、PIN 針打K 等工站。此外，廢品檢測(cè)，也是該系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能。我們通過(guò)對(duì)連接器PIN 針計(jì)數(shù)，來(lái)檢出不合格的缺P(pán)IN 產(chǎn)品。該工站被設(shè)置在PIN 針壓入和PIN 針打K 之間。PIN 針計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，考慮到PIN 針移動(dòng)速度較快，我們選用PLC 的高速計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)PIN 針的數(shù)目。同時(shí)，因?yàn)镻IN 針間距大多為2.0 mm；那么，相鄰PIN 針的距離大約只有1.5 mm。要精確檢出間距小、移動(dòng)速度快的PIN 針，我們選擇了基恩士的光纖傳感器。并在傳感器鏡頭前增加一個(gè)凸鏡，來(lái)聚焦發(fā)出的光線，增強(qiáng)系統(tǒng)計(jì)數(shù)精度。實(shí)際的效果也很好。當(dāng)產(chǎn)品以500 mm/s 速度移動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)也非常準(zhǔn)確穩(wěn)定。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 PLC 程序設(shè)計(jì)

PLC 程序設(shè)計(jì)，主要是通過(guò)對(duì)光纖傳感器檢測(cè)信號(hào)、觸摸屏控制信號(hào)和氣缸輸出狀態(tài)信號(hào)的采集，完成系統(tǒng)的動(dòng)作控制。系統(tǒng)的PLC 梯形圖比較復(fù)雜，這里介紹系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)思路，程序的流程圖如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)程序流程圖

首先，系統(tǒng)運(yùn)行前會(huì)進(jìn)行模式識(shí)別。在手動(dòng)模式下，觸摸屏上將會(huì)設(shè)置不同的按鈕，單獨(dú)控制每個(gè)氣缸，方便進(jìn)行系統(tǒng)的維護(hù)和檢測(cè)。如果是自動(dòng)模式下，系統(tǒng)先會(huì)進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，然后開(kāi)始生產(chǎn)過(guò)程。因?yàn)槟z芯比較輕，所以采用氣嘴吹動(dòng)的方式完成膠芯的送料。為了防止送料過(guò)程中的抖動(dòng)，膠芯在移到加工軌道前，要適當(dāng)延時(shí)，來(lái)確認(rèn)膠芯的位置。

然后，按照流程圖所描述的過(guò)程，進(jìn)行PLC 程序的編寫(xiě)。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們還將壓PIN 針和打K 的動(dòng)作，使用同一組電磁閥控制。這樣壓PIN 針和打K 將同時(shí)對(duì)前后兩組產(chǎn)品進(jìn)行，大大提高了生產(chǎn)效率。

3.2 觸摸屏設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用威綸的MT6070iH 觸摸屏。該屏使用400 MHz 主頻的CPU 和177.80 mm（7"）800×480 的觸摸面板，能滿足系統(tǒng)的控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控。觸摸屏軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)使用的是EB8000。

主要的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：觸摸屏畫(huà)面框圖，系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置界面，手動(dòng)操作界面，自動(dòng)操作界面，操作說(shuō)明界面。

系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定，將設(shè)定產(chǎn)品的生產(chǎn)速度、產(chǎn)量以及正常情況的每組的PIN 針數(shù)。手動(dòng)操作界面，需要設(shè)置每個(gè)氣缸的動(dòng)作按鈕，方便日常維護(hù)。自動(dòng)操作界面，是平時(shí)生產(chǎn)的操作界面，要顯示即時(shí)的工作狀態(tài)。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，會(huì)提醒操作員檢查相應(yīng)問(wèn)題所在。除外，還設(shè)計(jì)了操作說(shuō)明界面，方便操作員掌握使用該系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的連接器自動(dòng)裝配機(jī)，配合先進(jìn)的操作顯示觸摸屏，使該裝配機(jī)具有操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)報(bào)警、時(shí)實(shí)監(jiān)控等特點(diǎn)，具有較好的實(shí)際應(yīng)用性。

目前該系統(tǒng)己應(yīng)用到生產(chǎn)線中。使用裝配機(jī)之前，裝配需3 人作業(yè)，生產(chǎn)效率為2.7 K/h，裝配工時(shí)為4 S/PCS。使用裝配機(jī)后，每組生產(chǎn)7 PCS，產(chǎn)品尺寸等符合規(guī)范要求，制程不良為0.3 %，生產(chǎn)效率為5.5 K/h，裝配工時(shí)為0.65 S/PCS。

實(shí)踐證明，該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可以用于連接器的大批量生產(chǎn)。

[1]劉麗華.基于PLC 與觸摸屏的玻璃清洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2008，30(6)：58-62.

[2]廖常初. 可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M]. 重慶：重慶大學(xué)出版社，2002．