基于PLC的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

張慧玲,孟憲忠

（沈陽工學(xué)院機械與運載學(xué)院,遼寧撫順,113122）

基于PLC的自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

張慧玲,孟憲忠

（沈陽工學(xué)院機械與運載學(xué)院,遼寧撫順,113122）

本文介紹了一種基于OMRON小型PLC的自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)，它由輸送分揀單元、機器人搬運單元、物料歸正單元、加工單元、裝配單元五部分組成，文中敘述了五個單元的輸入輸出分配和工作流程。

PLC；控制；生產(chǎn)線

0 前言

自動化生產(chǎn)線的水平和制造能力代表了一個國家裝備制造能力的最高水平，是一個國家制造業(yè)發(fā)達程度和國家綜合實力的集中體現(xiàn)?？删幊炭刂破魇且环N無觸點設(shè)備，改變程序即可改變生產(chǎn)工藝，從制造生產(chǎn)可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據(jù)用戶的訂貨要求專門設(shè)計控制器，適合批量生產(chǎn)。由于這些特點，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。

1 自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)

本文假設(shè)一種典型的自動化生產(chǎn)線，它由輸送分揀單元、機器人搬運單元、物料歸正單元、加工單元、裝配單元五部分組成，集光、機、電、氣為一體，完成工件上料、搬運、加工、裝配等功能。通過傳輸鏈和轉(zhuǎn)角連成環(huán)形生產(chǎn)線。應(yīng)用PLC作為控制核心部件，研究控制系統(tǒng)的模塊組成、控制方式、功能的實現(xiàn)及整個系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)工作。對自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)進行設(shè)計分析，得出有實際意義和應(yīng)用價值的PLC控制系統(tǒng)。

2 PLC的選用

PLC控制系統(tǒng)具有多方面優(yōu)點，它使用方便，編程簡單，功能強，性能價格比高，硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強，可靠性高，抗干擾能力強，對于自動化生產(chǎn)線采用PLC控制可以使系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小，維修方便。自動化生產(chǎn)線的主機選用了OMRON公司的CPM1A-40和一個擴展I/O單元。

3 自動化生產(chǎn)線的工作單元3.1 輸送分揀單元

本單元要完成的任務(wù)：將裝入上料筒的工件推到由三相異步減速電動機驅(qū)動的環(huán)形傳送帶，通過安裝在分揀機構(gòu)上的不同類型傳感器對工件進行金屬與非金屬，白色與黑色分揀，經(jīng)光電開關(guān)檢測及旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖定位后，由推料氣缸將分揀出的金屬工件推到金屬儲料倉、白色工件推到白色儲料倉、藍色工件推到送料平臺進入下一工序加工。

表1 輸送分揀單元I/O分配表

本單元的工作流程為：啟動系統(tǒng)，變頻器啟動，交流減速電機帶動環(huán)形輸送線運行；在井式工件庫內(nèi)加入工件，推料傳感器和頂料傳感器均檢測到信號后，頂料氣缸伸出頂住工件；推料氣缸伸出，將工件推出到環(huán)形輸送線上；傳送帶輸送工件，出料臺傳感器檢測到信號后，程序開始計數(shù)；金屬工件位傳感器檢測到信號后，金屬推桿氣缸伸出將工件推入到金屬料槽中；白色工件位傳感器檢測到信號后，白色推桿氣缸伸出將工件推入到白色料槽中；藍色工件檢測位傳感器檢測到信號后，送料氣缸伸出將工件推入到送料升降臺上；送料升降臺傳感器檢測到信號后，升降氣缸上升；等待機器人搬運單元搬運，重復(fù)以上動作。

3.2 機器人搬運單元

本單元要完成的任務(wù)為：完成工件由上料位、加工位、裝配位等位置的搬運工作。

表2 機器人搬運單元I/O分配表

本單元的工作流程為：上料輸送分揀單元上料完成等待搬運后，直行步進電機運行，機器人前進到物料臺處，物料臺處傳感器檢測到信號后，手臂下降，手臂下限位傳感器檢測到信號后，延時1.5秒，氣夾動作夾緊工件，延時1.5秒手臂上升，手臂上升到位后，機器人前進到歸正臺處，歸正臺處傳感器檢測到信號后，手臂下降，手臂下限位傳感器檢測到信號后，氣夾動作釋放工件，延時1.5秒擺臂上升，等待歸正單元歸正完成。當(dāng)歸正完成信號（使用中間繼電器）發(fā)出，機器人手臂下降，手臂下限位傳感器檢測到信號后，延時1.5秒，氣夾動作夾緊工件，延時1.5秒手臂上升，手臂上升到位后，機器人前進到放料位處，當(dāng)放料位處傳感器檢測到信號后，機器人手臂下降，手臂下限位傳感器檢測到信號后，氣夾動作釋放工件，延時1.5秒手臂上升，手臂上升到位后，機器人前進到出料臺處等待加工完成。加工單元加工完成后，手臂下降；手臂下降到位后，延時1.5秒，氣夾動作夾緊工件，延時1.5秒手臂上升；手臂上升到位后，機器人前進到裝配臺處，當(dāng)裝配臺處傳感器檢測到信號后，機器人手臂下降，手臂下限位傳感器檢測到信號后，氣夾動作釋放工件，延時1.5秒手臂上升，手臂上升到位后，機器人后退回原點；等待下一個工件到位，重復(fù)以上動作。

3.3 物料歸正單元

本單元要完成的任務(wù)為：利用歸正塊、光電傳感器、電機實現(xiàn)對非圓柱外表面的筒狀物料位置進行歸正，這是一種簡潔的歸正機構(gòu)。

表3 物料歸正單元I/O分配圖

本單元的工作流程為：當(dāng)物料放置到托盤上后，啟動氣缸，活塞桿一端固定著的歸正塊向下運動，卡入物料的孔中，此時，使物料的中心位置歸正，若物料不在所要求的位置上，光電傳感器即被遮擋，電機開始啟動，電機只可一個方向低速運轉(zhuǎn)，當(dāng)光電傳感器在物料轉(zhuǎn)動過程中突然接通時，表示物料已到達要求的正確位置，此時，電機停轉(zhuǎn)，氣缸向上運動復(fù)位，物料歸正動作完成。

3.4 加工單元

本單元要完成的任務(wù)為：檢測到機器人搬運的工件信號后，啟動雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，根據(jù)工件性質(zhì)選擇不同的轉(zhuǎn)速，將工件恒速地送到主軸加工區(qū)進行模擬鉆孔加工。

表4 加工單元I/O分配圖

本單元的工作流程為：系統(tǒng)復(fù)位，轉(zhuǎn)盤停止在電感傳感器檢測位置；在入料位放置工件，光電傳感器檢測到工件到位，電磁離合器吸合，轉(zhuǎn)盤傳送工件到加工位置：轉(zhuǎn)盤到位后，虎鉗氣缸伸出，主軸氣缸下降，同時加工電機旋轉(zhuǎn)，刀具旋轉(zhuǎn)；主軸氣缸下降到位，延時后，主軸氣缸上升，虎鉗氣缸縮回，同時加工電機停止；電磁離合器吸合，轉(zhuǎn)盤傳送工件到出料位置，等待搬運；搬運完成后，等待下一工件到料，重復(fù)以上動作。

表5 裝配單元I/O分配圖

3.5 裝配單元

本單元完成的任務(wù)是：根據(jù)要求選擇配件裝配在工件上。主要完成工件的裝配過程。

本單元的工作流程為：機器人搬運單元將工件放置到裝配單元的裝配臺上后，裝配臺檢測傳感器檢測到信號，旋轉(zhuǎn)氣缸向左旋轉(zhuǎn)；左旋限位傳感器檢測到位信號后，料筒氣缸動作，料筒氣缸動作到位后，配件推桿氣缸伸出，將配件推出；配件推桿伸出限位傳感器檢測到伸出到位后，旋轉(zhuǎn)氣缸右旋；旋轉(zhuǎn)氣缸右旋限位傳感器檢測到位信號后，真空發(fā)生器動作，吸盤吸住配件；延時后，旋轉(zhuǎn)氣缸向左旋轉(zhuǎn)；左旋限位傳感器檢測到位信號后，吸盤釋放配件；延時后，旋轉(zhuǎn)氣缸右旋；旋轉(zhuǎn)氣缸右旋限位傳感器檢測到位信號后，裝配動作完成，等待裝配臺工件搬運。等待下一工件到來，重復(fù)以上動作。

4 結(jié)束語

本課題對自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)進行了研究，對輸送分揀單元、機器人搬運單元、物料歸正單元、加工單元、裝配單元五個單元進行了PLC的選型、I/O分配、工作過程分析，對整體的自動化生產(chǎn)線進行了總體設(shè)計。經(jīng)過試驗，設(shè)計內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)符合要求。

Automatic production line control system based on PLC

Zhang Huiling,Meng Xianzhong
(Shenyang Institute of machinery and transport, Fushun, Liaoning, 113122)

This paper introduces a control system of automatic production line based on small OMRON PLC, which consists of transportation and sorting unit,the robot handling unit,correcting unit,processing unit and assembling unit,this paper describes the input and output allocation and workflow.

PLC;control;production line

張慧玲（1980-），女，黑龍江人，研究生（碩士），講師，教師，研究方向為機器人技術(shù)。

孟憲忠（1978-），男，遼寧人，本科，工程師，研究方向為機械自動化。