基于PLC的氣動雙工位傳輸機(jī)的設(shè)計

張懷義 王福明 羅清 王富龍 谷海雷

【摘要】該文介紹了三菱FX2N-48MT-001PLC及FX2N-8EX輸入擴(kuò)展模塊控制的雙工位傳輸機(jī)的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)功能;完成了氣動回路、PLC系統(tǒng)、調(diào)速電機(jī)控制原理的設(shè)計;給出了伺服電機(jī)的部分控制程序。雙工位傳輸機(jī)在觸膜屏生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用，提高了觸摸屏的國產(chǎn)化生產(chǎn)能力。

【關(guān)鍵詞】雙工位傳輸機(jī);FX2N-48MT-001PLC;氣動控制技術(shù)

引言

氣動是實現(xiàn)現(xiàn)代傳送和控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，近年來PLC技術(shù)的發(fā)展，氣動控制用PLC來實現(xiàn)使控制系統(tǒng)更簡單，促使氣動控制技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，尤其是在自動化生產(chǎn)領(lǐng)域。

本設(shè)備用于柔性觸摸屏生產(chǎn)工藝中的絲印后菲林傳輸，裝置采用雙工位平臺接收兩臺絲印機(jī)下料，通過一個機(jī)械臂真空吸附抓取放入一傳輸段，傳輸段采用調(diào)速微型感應(yīng)馬達(dá)作傳輸動力并采用O型圈進(jìn)行滾輪方式將ITO膜送入IR爐，ITO膜的規(guī)格大小為500mm×500mm。

1.雙工位傳輸機(jī)的結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)動作

1.1 雙工位傳輸機(jī)的結(jié)構(gòu)

傳輸機(jī)的結(jié)構(gòu)見示意圖1。設(shè)備傳輸方向為從右向左，主要由橫向移動機(jī)構(gòu)，縱向移動機(jī)構(gòu)，機(jī)械臂，雙工位平臺A和B，整形機(jī)構(gòu)，傳輸段部件及機(jī)架等組成。

1.2 雙工位傳輸機(jī)實現(xiàn)的功能

（1）機(jī)架部分：機(jī)架采用6060型材，機(jī)架外圍以噴塑鈑金件封裝。底部裝有角輪、同時裝有6個可調(diào)高度的固定地腳;

圖1 雙工位傳輸機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

（2）雙工位平臺部分：550mm×550mm規(guī)格平臺可同時接收兩臺絲印機(jī)下料，通過工作平臺90度旋轉(zhuǎn)與不旋轉(zhuǎn)來滿足絲印機(jī)不同的傳輸方向;

（3）傳輸機(jī)械臂部分：機(jī)械臂利用伺服電機(jī)、同步帶和導(dǎo)軌驅(qū)動方式在雙工位平臺及傳輸段3個位置來回傳輸;通過升降氣缸和真空吸盤吸附在雙工位平臺抓取工件;

（4）傳輸段部件由滾輪完成。滾輪的驅(qū)動由調(diào)速微型感應(yīng)馬達(dá)完成，搬運(yùn)速度為0.5m/min～2.5m/min。

（5）電控系統(tǒng)：由伺服電機(jī)驅(qū)動和調(diào)速控制兩部分構(gòu)成，并留有與外部生產(chǎn)線或設(shè)備的I/O接口及安全裝置，以確保整體的可靠性。

2.雙工位傳輸機(jī)的工作過程和氣動回路設(shè)計

圖2 氣動回路原理圖

2.1 雙工位傳輸機(jī)的動作過程分析

工作過程為：

①抓手的初始位置停在原點，按下復(fù)位按鈕，抓手在原點復(fù)位;

②當(dāng)膜被放置在定位平臺A或B上時，定位平臺對其整形定位→真空吸附→定位平臺旋轉(zhuǎn)90°→定位平臺真空破壞;

③抓手由原點水平移動到定位平臺的上方（其位置由伺服驅(qū)動器控制）→抓手下降→抓手真空吸附膜→抓手上升→抓手向左水平移動到O形圈上方→抓手下降→抓手真空破壞→抓手和定位平臺回原點。

其中為檢測升降氣缸和旋轉(zhuǎn)氣缸的位置，對其都配有磁開關(guān);為檢測定位平臺和O形圈上方有無ITO膜，各配有一個光電傳感器。

2.2 雙工位傳輸機(jī)氣動回路系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)上述雙工位傳輸機(jī)的動作過程分析，設(shè)計的氣動回路系統(tǒng)如圖2所示。共有11個氣缸，其中定位平臺A或B上各有四個小氣缸，由減壓閥來控制氣壓的大小，由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)整形的速度。抓手的垂直移動由升降氣缸來控制，升降速度由節(jié)流閥來控制。定位平臺的90°旋轉(zhuǎn)由旋轉(zhuǎn)氣缸來控制，轉(zhuǎn)動速度的大小由節(jié)流閥AS2052E來控制。所有氣缸的動作由二位五通雙電磁閥來控制，定位平臺和抓手的真空吸附由二位三通單電磁閥控制，電磁閥得電后進(jìn)行真空吸附動作。

3.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

雙工位傳輸機(jī)的控制有兩種模式，一種是自動模式，另一種是手動模式。兩種模式通過觸摸屏中的按鍵控制，可以相互轉(zhuǎn)換。自動模式是傳輸機(jī)按照規(guī)定的控制要求完成動作，手動模式是技術(shù)人員通過觸摸屏上各個按鈕及開關(guān)完成對傳輸機(jī)的控制。

根據(jù)雙工位傳輸機(jī)的功能和控制模式，該系統(tǒng)共有24個輸入，17個輸出，故選用FX2N-48MT-OO1，其I/O點數(shù)為48點，24點輸入，24點晶體管輸出，由于實際情況，需要留有備用輸入信號口，所以增加FX2N-8EX輸入擴(kuò)展模塊，有8點輸入，完全滿足控制系統(tǒng)要求。

3.1 PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

雙工位傳輸機(jī)的PLC控制系統(tǒng)硬件電路原理及I/O如圖3所示。

該控制系統(tǒng)的一臺伺服電機(jī)采用高精度的位置控制模式，型號為MHMD042G1U，分辨率為1048576，伺服電機(jī)的速度由PLC的Y0輸出的高速脈沖的頻率控制，Y0最高可輸出達(dá)100KHz的脈沖，方向由PLC設(shè)定的控制代碼和Y2輸出的高低電平控制。

圖4 直流電壓與馬達(dá)轉(zhuǎn)速特性（代表值）

3.2 調(diào)速電機(jī)工作原理

選用的調(diào)速電機(jī)型號為VEXTA FBLM220C-GF，通過調(diào)整與驅(qū)動器相連的外部直流電源的電壓數(shù)值來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電壓調(diào)整范圍為0～5V，可以在0～3000r/min范圍內(nèi)驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)動，直流電壓與馬達(dá)轉(zhuǎn)速特性曲線如圖4所示;由于O形圈轉(zhuǎn)動方向只有一個，因此只需PLC輸給驅(qū)動器一個正轉(zhuǎn)的信號Y22即可。

4.雙工位傳輸機(jī)PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

雖然設(shè)備的動作步驟較多，但按順序依次動作，所以PLC程序采用順序步進(jìn)指令，順序步進(jìn)指令編程具有思路清晰的特點。在這里該文給出了用三菱PLC具有的位置控制指令編寫的伺服電機(jī)控制程序，部分控制程序見圖5。

圖5 伺服電機(jī)控制程序

5.結(jié)論

設(shè)計的雙工位傳輸機(jī)經(jīng)機(jī)械安裝和電氣調(diào)試，能滿足動作要求和控制要求。它具有以下特點：①控制可靠。采用三菱PLC控制，可靠性高，運(yùn)行穩(wěn)定，很好的滿足工業(yè)需要;②操作方便。氣路部分單獨安裝在一塊鋁板上，電氣接線部分有單獨的電控柜，便于維修保養(yǎng);③合理設(shè)置按鈕。急停、氣動、復(fù)位按鈕操作方便，操作面板簡潔，配有指示燈，指示清楚。

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