加工自動(dòng)生產(chǎn)線三工位分揀單元的自動(dòng)化設(shè)計(jì)

張濤川

（河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 河源517000）

工業(yè)自動(dòng)線設(shè)備是能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品加工或裝配工作過程自動(dòng)化的一種機(jī)電一體化設(shè)備體系，通過采用一套能夠進(jìn)行自動(dòng)加工、檢測(cè)、裝配、運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械設(shè)備，組成具有高度連續(xù)性的、自動(dòng)化的生產(chǎn)線，來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和裝配功能。其顯著特點(diǎn)是綜合性和系統(tǒng)性。工業(yè)自動(dòng)線設(shè)備綜合運(yùn)用了機(jī)械傳動(dòng)、微電子技術(shù)、電工技術(shù)、傳感器技術(shù)、微機(jī)接口技術(shù)、通訊技術(shù)等，各個(gè)系統(tǒng)模塊在中央處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序的進(jìn)行系統(tǒng)工作。應(yīng)用工業(yè)自動(dòng)線設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)是一種先進(jìn)的生產(chǎn)組織形式，其大面積的應(yīng)用可顯著提高系統(tǒng)的可調(diào)整性，擴(kuò)大工藝適用范圍，提高設(shè)備的加工精度和自動(dòng)化程度，并可同計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代控制設(shè)備結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)整體自動(dòng)化車間與自動(dòng)化工廠。

筆者針對(duì)YP8035B加工自動(dòng)線的三工位分揀單元，根據(jù)分揀單元在自動(dòng)線中的控制功能要求，采用三菱FX 2N 36MR型PLC為中央控制處理器，以工件的是否金屬和黑白色彩判斷為依據(jù)，完成分揀控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 設(shè)備控制工藝要求

YP8035B加工自動(dòng)線是一套集成送料、加工、裝配、輸送和分揀功能單元的自動(dòng)線設(shè)備，是一套典型自動(dòng)線機(jī)械平臺(tái)，系統(tǒng)各單元采用了氣壓傳動(dòng)、變頻器傳動(dòng)、位置控制模塊，各控制單元分別由一臺(tái)PLC作為核心控制單元來承擔(dān)控制任務(wù)，并采用RS485通訊進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)控制。

圖1 分揀單元的實(shí)物結(jié)構(gòu)

分揀控制單元的實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖1所示，其在YP8035B自動(dòng)線中，主要對(duì)上一單元送來的已加工完成的、裝配完畢的工件進(jìn)行分揀，使黑白兩色的工件依據(jù)金屬和非金屬套件的不同，從不同的料槽進(jìn)行導(dǎo)向分流，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 分揀單元結(jié)構(gòu)示意圖

其整個(gè)分揀工藝要求：

（1）輸送帶將搬運(yùn)機(jī)械手傳送過來的工件傳送到入口處光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)傳送給PLC；

（2）PLC啟動(dòng)變頻器，帶動(dòng)傳送帶繼續(xù)輸送；

（3）工件被輸送到分揀傳感器區(qū)域進(jìn)行分揀；

（4）如分揀檢測(cè)到的工件為黑色+金屬套件，則啟動(dòng)1號(hào)推料氣缸，將工件推入1號(hào)料槽；如分揀檢測(cè)到的工件為白色+金屬套件，則啟動(dòng)2號(hào)推料氣缸，將工件推入1號(hào)料槽；如分揀檢測(cè)到的工件為黑色/白色+非金屬套件，則啟動(dòng)3號(hào)退料氣缸，將工件推入3號(hào)料槽。

2 控制系統(tǒng)原理

分揀單元控制系統(tǒng)采用三菱FX 2N系列PLC作為核心控制模塊，配套采用三菱變頻器控制三相異步電機(jī)帶動(dòng)輸送帶進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，采用增量式旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置控制信號(hào)反饋，使用入口傳感器信號(hào)為“1”時(shí)作為系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)，使用分揀傳感器信號(hào)作為分揀氣缸動(dòng)作信號(hào)，控制系統(tǒng)的控制邏輯如圖3所示。

圖3 分揀單元控制邏輯圖

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 PLC地址分配及硬件選型

根據(jù)設(shè)備的硬件情況，本控制單元的PLC的地址分配及功能定義如表1所示。

表1 分揀單元I/O分配表

如表1所示，本控制單元所需的輸入點(diǎn)數(shù)為9點(diǎn)，輸出為14點(diǎn)，內(nèi)部的輔助繼電器為2點(diǎn)，為兼顧到設(shè)備的后續(xù)升級(jí)要求，需要將PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)預(yù)留10~20%，故經(jīng)過綜合考慮，本控制單元所選取PLC型號(hào)為三菱FX 2N 36MR（繼電器型）PLC，其輸入點(diǎn)數(shù)為18，輸出點(diǎn)數(shù)為18，可以滿足本控制系統(tǒng)的要求。

分揀單元對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制要求較為簡(jiǎn)單，只需要有一般的高中低三段速的控制要求，一般的經(jīng)濟(jì)型變頻器即可滿足使用要求，故變頻器選用三菱FR-E740-0.75K型號(hào)變頻器，其額定電壓為三相400 V，適用于三相電機(jī)容量為0.75 kW以下的電動(dòng)機(jī)工作。

3.2 分揀單元?dú)鈩?dòng)控制回路設(shè)計(jì)

分揀單元?dú)飧卓刂撇捎脷鈩?dòng)回路驅(qū)動(dòng)，其控制回路的工作原理，如圖4所示。控制回路統(tǒng)一由氣站提供工作所需的壓縮控制，經(jīng)過匯流板分流至各工作氣缸回路，分揀單元的氣動(dòng)閥分別使用3個(gè)二位五通電磁閥，以對(duì)應(yīng)推料氣缸1、推料氣缸2、推料氣缸3，1Y1、2Y1和3Y1分別為控制3個(gè)推料氣缸電磁閥的控制端。

圖4 分揀單元?dú)鈩?dòng)原理圖

3.3 分揀單元PLC程序設(shè)計(jì)

本分揀單元的PLC控制程序如表2（指令表格式）所示。

表2 PLC控制程序（指令表格式）

4 結(jié)束語

PLC作為當(dāng)前主流的工業(yè)控制模塊，可靠性高，功能強(qiáng)大，可以滿足一般的中小型設(shè)備的控制要求。本文采用三菱FX2N系列PLC，設(shè)計(jì)PLC程序，通過對(duì)工件的黑白兩色識(shí)別和金屬與非金屬的判斷，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配工件的分組檢料，實(shí)現(xiàn)了控制要求，并可對(duì)于同類的自動(dòng)線分揀控制程序設(shè)計(jì)提供參考。

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