PLC在生產(chǎn)線檢測(cè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

許文靜

（江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇江陰 214433）

質(zhì)量控制在生產(chǎn)制造中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。產(chǎn)品在出廠前，都要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)不合格品要及時(shí)采取措施加以解決，同時(shí)研究不合格品產(chǎn)生的原因以防再次發(fā)生。

空氣開(kāi)關(guān)也稱(chēng)斷路器，在電路中接通、分?jǐn)嗪统休d額定工作電流，并能在線路和電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載、短路、欠壓的情況下進(jìn)行可靠的保護(hù)[1]。在電力送配電線路上，空氣開(kāi)關(guān)質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到設(shè)備和人員的安全?？諝忾_(kāi)關(guān)內(nèi)部比較精密，由操作機(jī)構(gòu)、觸點(diǎn)、保護(hù)裝置(各種脫扣器)、滅弧系統(tǒng)等組成。如圖1為扁平結(jié)構(gòu)的空氣開(kāi)關(guān)示意圖，其內(nèi)部安裝金屬零部件的區(qū)域用虛線框出。

空氣開(kāi)關(guān)在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)多條生產(chǎn)線將銅金屬件、塑料外殼等部件組裝起來(lái)，其安裝完畢即用鉚釘鉚接，所以無(wú)法檢驗(yàn)內(nèi)部是否缺少零件。針對(duì)這一情況，本系統(tǒng)在空氣開(kāi)關(guān)生產(chǎn)流水線的最后一道工序位置上方，安裝一套檢測(cè)裝置，調(diào)節(jié)各接近開(kāi)關(guān)的靈敏度，使其在缺少零件時(shí)，通過(guò)PLC控制機(jī)械手進(jìn)行剔除。

1 生產(chǎn)線檢測(cè)控制過(guò)程

（1）生產(chǎn)線檢測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 空氣開(kāi)關(guān)示意圖

生產(chǎn)線檢測(cè)控制系統(tǒng)由機(jī)械手、兩條傳送帶、檢測(cè)裝置、光電計(jì)數(shù)器等主要部件組成。檢測(cè)控制系統(tǒng)如圖2所示。

本系統(tǒng)采用氣動(dòng)式機(jī)械手，能夠?qū)崿F(xiàn)三個(gè)自由度方向（水平、垂直和旋轉(zhuǎn)）的抓取或放置物品，具有操作范圍大，靈活性好，應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)。三自由度機(jī)械手為圓柱坐標(biāo)型。機(jī)械手上下、左右、旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作由三個(gè)氣缸和三個(gè)2/5的雙控電磁換向閥實(shí)現(xiàn)。機(jī)械手終端由一雙作用氣缸和一個(gè)2/5的單控電磁換向閥來(lái)完成控制，可以實(shí)現(xiàn)抓和放的動(dòng)作。

檢測(cè)裝置內(nèi)部使用了多只微型電渦流接近開(kāi)關(guān)，其位置與零件內(nèi)部位置對(duì)應(yīng)，接近開(kāi)關(guān)的靈敏度和工作距離可以調(diào)節(jié)。根據(jù)電渦流效應(yīng)，它能在一定的距離內(nèi)檢測(cè)有無(wú)金屬零件。如空氣開(kāi)關(guān)內(nèi)部相應(yīng)位置缺少金屬零件，檢測(cè)裝置就發(fā)出信號(hào)。接近開(kāi)關(guān)給出的是開(kāi)關(guān)信號(hào)（高電平或低電平），將此信號(hào)送給PLC，控制機(jī)械手，將合格產(chǎn)品與廢品分開(kāi)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)。

圖2 生產(chǎn)線產(chǎn)品檢測(cè)示意圖

（2）生產(chǎn)線檢測(cè)系統(tǒng)操作方式

1）手動(dòng)方式：在手動(dòng)方式下，利用按鈕對(duì)機(jī)械手每一動(dòng)作單獨(dú)進(jìn)行控制。如按“下降”按鈕，機(jī)械手下降；按“上升”按鈕，機(jī)械手上升。這種方式可以用于設(shè)備的調(diào)試及故障排除時(shí)的操作[2]。

2）回原點(diǎn)：用回原點(diǎn)操作可以使機(jī)械手置于原點(diǎn)位(機(jī)械手在縮回、最上面和最左面，且?jiàn)A緊裝置松開(kāi))，以便于維修時(shí)機(jī)械手的調(diào)整。

3）自動(dòng)方式：按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手從原點(diǎn)開(kāi)始接收到檢測(cè)裝置信號(hào)，就按工序自動(dòng)工作，直到按下停止按鈕，機(jī)械手自動(dòng)停機(jī)。

2 生產(chǎn)線檢測(cè)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）本系統(tǒng)控制要求

機(jī)械手初始位置在最上面和最左邊且?jiàn)A緊裝置松開(kāi)。按下啟動(dòng)按鈕，傳送帶Ⅰ啟動(dòng)。在傳送帶Ⅰ入口處，每進(jìn)來(lái)一個(gè)產(chǎn)品，接近開(kāi)關(guān)對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)光電計(jì)數(shù)器發(fā)出一個(gè)脈沖。如果產(chǎn)品合格，電渦流接近開(kāi)關(guān)輸出邏輯信號(hào)“0”；如檢測(cè)到產(chǎn)品內(nèi)部缺少零件，電渦流接近開(kāi)關(guān)輸出邏輯信號(hào)“1”，將不合格產(chǎn)品位置記憶下來(lái)，當(dāng)不合格產(chǎn)品到機(jī)械手位置（第3個(gè)產(chǎn)品間距） 時(shí)，傳送帶Ⅰ停止，機(jī)械手下降到下限位SQ3，手指夾住物品延時(shí)；手臂上升，上升到限位時(shí)碰到上限位開(kāi)關(guān)SQ4；機(jī)械手手臂縮回到限位SQ8；右轉(zhuǎn)180°碰到右限位開(kāi)關(guān)SQ5；手臂伸出到限位SQ7，手臂下降，到下限位碰到下限位開(kāi)關(guān)SQ3；手指松開(kāi)，廢品落到傳送帶Ⅱ上，傳送帶Ⅱ開(kāi)始工作，同時(shí)夾緊開(kāi)關(guān)復(fù)位；手臂上升，到上限位時(shí)碰到上限位開(kāi)關(guān)SQ4；手臂左轉(zhuǎn)，回到原點(diǎn)。

表1 PLC的I/O地址分配表

（2）硬件電路設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)輸入信號(hào)有檢測(cè)裝置信號(hào)、計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)信號(hào)、各限位信號(hào)和工作方式選擇信號(hào)等，輸入點(diǎn)22點(diǎn)。輸出信號(hào)有各電磁閥和電機(jī)等，輸出點(diǎn)共9個(gè)。其I/O接口分配如表1所示。

根據(jù)控制要求及端子數(shù)，此處選用西門(mén)子公司的S7-200系列中CPU226型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)為輸入24點(diǎn)，輸出16點(diǎn)，滿(mǎn)足控制所需端子數(shù)。選用三廂鼠籠型異步電機(jī)作為傳送帶的驅(qū)動(dòng)。分配 PLC的I/O端子接線如圖3所示。為了保證在PLC發(fā)生故障時(shí)，能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源，設(shè)置了交流接觸器KM。在開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，給外部負(fù)載提供交流電。按下“緊急停車(chē)”按鈕，可以在緊急情況下斷開(kāi)負(fù)載電源。

圖3 PLC外部接線圖

3 PLC程序設(shè)計(jì)

生產(chǎn)線檢測(cè)控制系統(tǒng)是典型的順序控制，它的工作循環(huán)是從檢測(cè)裝置開(kāi)始，一步一步有條不紊地進(jìn)行，每個(gè)工步的執(zhí)行都會(huì)使相應(yīng)的電磁鐵通電使得電磁鐵動(dòng)作，用行程開(kāi)關(guān)和定時(shí)器來(lái)判斷每一步是否完成，并決定是否啟動(dòng)下一個(gè)工步，采用順序梯形圖可以方便地完成相應(yīng)的控制過(guò)程[3]。自動(dòng)控制順序如圖4所示。

圖4 自動(dòng)控制順序圖

程序的整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

在該機(jī)械手控制程序中，用移位指令SHL_B對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)不合格的空氣開(kāi)關(guān)通過(guò)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，Ι0.0=1，使M0.0置位，同時(shí)光電計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有產(chǎn)品通過(guò)，Ι0.1=1，進(jìn)行一次移位，將M0.0的1移位到M0.1中，M0.1=1，傳送帶每次傳送一個(gè)產(chǎn)品，光電計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)接通一次，并進(jìn)行一次移位，當(dāng)光電開(kāi)關(guān)接通3次并進(jìn)行3次移位時(shí)，使M0.3=1。

圖5 主程序結(jié)構(gòu)圖

在程序中，運(yùn)用JMP指令可選擇不同操作方式的程序。當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)打在手動(dòng)位置，Ι2.2輸入端接1通，梯形圖中Ι2.2常開(kāi)接點(diǎn)閉合，JMP1～LBL1之間的工作梯形圖被跳過(guò)，JMP3～LBL3之間的工作梯形圖也被跳過(guò)，Ι2.2常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，執(zhí)行JMP2～LBL2之間的手動(dòng)梯形圖。另兩種操作方式，控制原理相似。具體程序略。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，PLC在生產(chǎn)線檢測(cè)上的運(yùn)用極大地提高了生產(chǎn)線檢測(cè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和效率，且PLC有著很大的靈活性，針對(duì)不同的產(chǎn)品檢測(cè)，只要更換檢測(cè)裝置及對(duì)I/O點(diǎn)的接線稍作修改，即能適合其他生產(chǎn)流水線產(chǎn)品的檢測(cè)。

［1］張蕊，卞偉華，張文蔚.電氣控制與PLC應(yīng)用技術(shù)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2010.

［2］王月芹.基于PLC機(jī)械手控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2011（24）：150-151.

［3］廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.