保險管自動裝配控制系統(tǒng)設(shè)計

陳淑玲

摘 要：本文主要介紹了一臺熔斷器保險管自動裝配機的控制系統(tǒng)，通過對整個控制系統(tǒng)的流程分析，確定整個系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)、采用的控制方式，要求操作直觀方便，同時對本裝配系統(tǒng)進行了人機交互系統(tǒng)和PLC控制設(shè)計，并已在企業(yè)得以生產(chǎn)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：裝配自動化 人機交互 PLC控制

學(xué)校按某企業(yè)要求開發(fā)一臺熔斷器保險管自動化裝配機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成保險管穿絲和焊帽兩個裝配任務(wù)。保險管的裝配過程共完成穿絲→左折絲、切絲、右折絲→壓帽裝配三個工序，其裝配過程如圖1所示。

二、控制系統(tǒng)設(shè)計

PLC在自動化控制領(lǐng)域應(yīng)用非常普遍，本系統(tǒng)選用三菱PLC。選擇PLC型號時主要考慮控制功能、性價比、可擴展性、可操作性等因素。設(shè)定的輸入輸出點數(shù)估算PLC I/O點數(shù)需保留一定的擴展余量。根據(jù)保險管裝配系統(tǒng)工作過程要求，PLC設(shè)置5個輸入點，12個輸出點，其余部分輸入點可植入人機交互系統(tǒng)中，以節(jié)省資源。I/O點分配情況如下，輸入點5個：X0-步進或伺服電動機歸位原點、X1-轉(zhuǎn)盤感應(yīng)檢測和計數(shù)檢測、X13-瓷管導(dǎo)軌檢測、X14-左帽蓋導(dǎo)軌檢測、X15-右帽蓋導(dǎo)軌檢測。輸出點12個：Y0-步進或伺服電動機脈沖輸出、Y1-瓷管振動盤、Y2-壓絲汽缸和步進或伺服電動機反轉(zhuǎn)、Y4-右帽蓋振動盤、Y5-左帽蓋振動盤、Y6-轉(zhuǎn)速運行、Y7-送瓷管氣閥、Y10-左壓絲汽缸、Y11-左折絲汽缸、Y12-切絲汽缸、Y13-右壓絲汽缸、Y14-右折絲汽缸。

綜合各種因素考慮，保險管裝配系統(tǒng)選用三菱FX1N-40MT-001，輸入點24，輸出點16的晶體管輸出型PLC，能夠有足夠的余量，可以滿足設(shè)計控制要求。根據(jù)PLC的硬件分析設(shè)計I/O連接圖和主電路如圖3和圖4所示。

我們根據(jù)控制系統(tǒng)總體要求和具體情況進行PLC軟件設(shè)計，畫出控制流程梯形圖。根據(jù)裝配過程，完成自動穿絲和壓帽工序，主要有以下四個工步及梯形圖如下。

第一，當(dāng)光電開關(guān)檢測到振動盤有料時，系統(tǒng)啟動送料機構(gòu)，將空保險管送至穿絲位置，保險帽經(jīng)導(dǎo)軌進入壓帽位置。保險絲在壓絲汽缸和送絲機構(gòu)的作用下自左向右穿過保險管到達左折絲擋板位置，送絲機構(gòu)完成自動穿絲動作，如圖5所示。

第二，當(dāng)左折絲擋板送絲到位后，左折絲擋板先完成壓緊保險絲動作并完成折絲動作。程序如圖6所示。

第三，左折絲動作完成以后，系統(tǒng)延時啟動切斷汽缸，完成切絲動作。當(dāng)穿繞保險管的保險絲被切斷后，系統(tǒng)執(zhí)行右側(cè)折絲動作。程序如圖7所示。

第四，當(dāng)保險絲穿過保險管并左右被彎曲折疊后，系統(tǒng)完成了自動穿絲過程，然后由汽缸推動已穿絲保險管經(jīng)軌道送至焊帽位置。當(dāng)光電開關(guān)檢測到保險帽和已穿絲合格的保險管到達焊帽槽后，系統(tǒng)啟動焊帽機構(gòu)完成焊帽動作。在焊帽動作完成后裝配合格的保險管掉入收料箱中。程序如圖8所示。

三、人機界面設(shè)計

PLC的人機對話窗口，利用觸摸屏HMI是一個非常好的選擇。只要設(shè)置好HMI與PLC的通信協(xié)議，不需要另外編制復(fù)雜的通信程序。在組態(tài)HMI的界面程序時，只要將畫面元件訪問地址設(shè)定為相應(yīng)的PLC內(nèi)的數(shù)據(jù)寄存器，兩者即建立相關(guān)聯(lián)系。本設(shè)計選用觸摸屏為顯控SAMKOON，型號為SA-5.7C。

本自動裝配要求有連續(xù)自動控制和手動控制兩種操作方式。當(dāng)選擇自動運行模式時，系統(tǒng)自動完成各工步連續(xù)操作并實現(xiàn)循環(huán)加工。當(dāng)選擇手動調(diào)試加工時，每一步都要按下相應(yīng)工步按鈕才能執(zhí)行，如圖9所示。

1.手動模式

手動操作主要應(yīng)用于保險管裝配流程的調(diào)試和自動生產(chǎn)調(diào)整時的相關(guān)設(shè)置，在正常生產(chǎn)時無需手動操作。手動操作可以完成設(shè)備啟動、單個保險管穿絲、折絲、切絲壓帽等動作。手動操作可以選擇不同功能按鈕，完成單一動作或進行各相應(yīng)裝配參數(shù)設(shè)置。

2.自動模式

自動裝配就是在正常裝配過程中無需人工操作，由系統(tǒng)的穿絲機構(gòu)和送料的振動盤完成裝配的生產(chǎn)全過程。在自動模式裝配生產(chǎn)時，系統(tǒng)還設(shè)置了計數(shù)功能顯示，如圖10所示。

四、結(jié)論

PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性還與正確的硬件線路設(shè)計、高質(zhì)量的元器件、良好的工作環(huán)境、編制監(jiān)控程序等因素有關(guān)，因此采取合理的布局、正確的配線，采取相應(yīng)的抗干擾措施，可以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使PLC 控制系統(tǒng)的工作可靠性和穩(wěn)定性得到很大的提高。實踐證明，本保險管自動裝配機性能穩(wěn)定，操作簡單方便，已在企業(yè)投入生產(chǎn)，滿足了企業(yè)要求。

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（作者單位：廣東省高級技工學(xué)校）