PLC 傳送帶電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂 超

（長(zhǎng)春理工大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

0 引 言

當(dāng)前，在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)過程中采用的機(jī)床分為自動(dòng)和半自動(dòng)兩種。為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，滿足大規(guī)模的需求，需要在生產(chǎn)過程中利用自動(dòng)化手段，在保證質(zhì)量?jī)?yōu)化的同時(shí)，能夠?qū)C(jī)床數(shù)量控制到一定規(guī)模，同時(shí)將干線裝配線升級(jí)為高效的自動(dòng)化流水線，減少人工成本損失，提高生產(chǎn)效率[1]。

1 系統(tǒng)整體設(shè)備

對(duì)于系統(tǒng)整體設(shè)備的發(fā)展，可以通過紙箱加工傳輸看出其重要性。生產(chǎn)線在傳輸過程中由傳送帶完成其傳輸任務(wù)。因此，當(dāng)接觸到封口機(jī)后，紙箱會(huì)立刻用紙帶進(jìn)行密封操作，由自動(dòng)打包機(jī)打包后在電子稱上稱重再由人工貼上標(biāo)簽，并由流水輸送線傳送到倉庫中，根據(jù)紙箱的不同類型對(duì)其進(jìn)行分類和保存[2]。因此，為了滿足紙箱類別的不同需要，對(duì)傳送帶進(jìn)行設(shè)置，使傳送帶能夠輸送不同類型紙箱到指定位置。輸送過程中，包裝機(jī)要能夠在完成上一個(gè)紙箱的包裝任務(wù)后，立刻輸送出下一個(gè)紙箱。

1.1 自動(dòng)生產(chǎn)線

1.1.1 自動(dòng)生產(chǎn)線定義

自動(dòng)生產(chǎn)線是工業(yè)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，由傳統(tǒng)人工裝配的生產(chǎn)線改變而來。與傳統(tǒng)的人工生產(chǎn)線相比，自動(dòng)生產(chǎn)線能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量的生產(chǎn)任務(wù)，具有較高的生產(chǎn)率，且能夠減少生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的合格率。

1.1.2 自動(dòng)生產(chǎn)線的特點(diǎn)

自動(dòng)生產(chǎn)線的發(fā)展主要由當(dāng)前的生產(chǎn)技術(shù)水平?jīng)Q定。大量的生產(chǎn)需要決定了自動(dòng)生產(chǎn)線的發(fā)展規(guī)模。因此，對(duì)于自動(dòng)化生產(chǎn)線而言，它的專業(yè)化水平由當(dāng)前的信息技術(shù)水平?jīng)Q定。PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)生產(chǎn)線的大規(guī)模應(yīng)用[3]。在生產(chǎn)過程中，可以利用技術(shù)手段對(duì)其進(jìn)行控制，達(dá)到對(duì)生產(chǎn)線的全方位檢測(cè)，保證自動(dòng)化生產(chǎn)線能夠按照設(shè)定的要求運(yùn)作。

1.1.3 自動(dòng)生產(chǎn)線的現(xiàn)狀和今后發(fā)展的方向

自動(dòng)生產(chǎn)線雖然在國(guó)內(nèi)發(fā)展時(shí)間較短，但其應(yīng)用規(guī)模已達(dá)到了較高水平，體現(xiàn)了自動(dòng)生產(chǎn)線在國(guó)內(nèi)的適應(yīng)性。自動(dòng)生產(chǎn)線的實(shí)現(xiàn)可以看作是傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)與當(dāng)代信息技術(shù)的互補(bǔ)。一方面實(shí)現(xiàn)了工業(yè)產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)的目標(biāo)，另一方面體現(xiàn)了信息技術(shù)的便利性。借助信息技術(shù)可以對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)線整體的生產(chǎn)過程。自動(dòng)生產(chǎn)線極大地減少了人力損耗，降低了人力成本，相對(duì)于傳統(tǒng)的生產(chǎn)線是一種巨大的進(jìn)步，體現(xiàn)了當(dāng)前信息技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的可發(fā)展性。對(duì)于使用者，自動(dòng)生產(chǎn)線只需要利用信息存儲(chǔ)的功能預(yù)先設(shè)置好的命令程序，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的控制和調(diào)整，滿足生產(chǎn)線在不同生產(chǎn)情況下的需要。對(duì)于用戶，極大地降低了對(duì)生產(chǎn)線的依賴程度，能夠利用設(shè)定好的指令進(jìn)行各種操作，無論是順序調(diào)整還是生產(chǎn)時(shí)間調(diào)整，都可以在允許的范圍內(nèi)進(jìn)行操作。自動(dòng)生產(chǎn)線相對(duì)于傳統(tǒng)生產(chǎn)線的優(yōu)勢(shì)在于，能夠?qū)⒁坏烂钤诙虝r(shí)間內(nèi)傳遞給整個(gè)生產(chǎn)線。相對(duì)于人工傳遞信息來說，時(shí)間效率非常高。相對(duì)于過去的生產(chǎn)線而言，信息軟件的使用降低了使用門檻，普通人只要在短時(shí)間內(nèi)接受培訓(xùn)，就可以對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行相應(yīng)操作，使自動(dòng)生產(chǎn)線能夠適應(yīng)越來越多的領(lǐng)域。同時(shí)，生產(chǎn)過程中可以由生產(chǎn)者調(diào)控生產(chǎn)線，滿足生產(chǎn)線在不同生產(chǎn)任務(wù)下的工作需要。在機(jī)器人領(lǐng)域，由于機(jī)器人的精確性和抗疲勞性，生產(chǎn)過程中能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間的工作需求，同時(shí)保證較高的精確度。機(jī)械手臂可以將人工優(yōu)勢(shì)和機(jī)械優(yōu)勢(shì)結(jié)合，只需要通過電腦終端的控制，就可以對(duì)機(jī)械手臂進(jìn)行工作需求的設(shè)定。機(jī)械手臂的精確度也是目前人工無法達(dá)到的。傳感器技術(shù)與機(jī)械手臂相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)工業(yè)生產(chǎn)，并且能夠操作生產(chǎn)產(chǎn)品。

2 系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)控制方案

由于生產(chǎn)線的多變性，在生產(chǎn)產(chǎn)品的過程中，需要對(duì)產(chǎn)品完成輸送任務(wù)和包裝任務(wù)。其中，包裝任務(wù)的實(shí)現(xiàn)主要由人工解決，操作人員需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行包裝檢測(cè)，在滿足相應(yīng)的包裝要求后，再對(duì)其進(jìn)行包裝操作。包裝過程中，一方面要能夠在短時(shí)間內(nèi)完成包裝任務(wù)；另一方面要防止包裝過程出錯(cuò)影響成品質(zhì)量。因此，這個(gè)過程需要傳感器行協(xié)助。傳感器的存在主要是幫助操作人員檢測(cè)紙箱的包裝情況。當(dāng)紙箱處于未包裝狀態(tài)時(shí)，它會(huì)將其檢測(cè)出來并傳送給操作人員進(jìn)行包裝。當(dāng)紙箱完成包裝后，會(huì)立刻檢測(cè)下一個(gè)紙箱。

2.2 系統(tǒng)的工作流程

生產(chǎn)過程中，需要有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，通過信號(hào)調(diào)整動(dòng)態(tài)分配整體的生產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足系統(tǒng)各部分的需求，保證生產(chǎn)線進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)應(yīng)對(duì)發(fā)生的各種意外情況。

對(duì)于系統(tǒng)來說，系統(tǒng)首先要進(jìn)行通電操作才能恢復(fù)工作狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入到工作狀態(tài)后，第一步是將之前的工作指令進(jìn)行清除達(dá)到初始狀態(tài)，并將警告燈由原先的紅色變?yōu)榫G色，以提示可以進(jìn)行生產(chǎn)操作。當(dāng)完成生產(chǎn)操作后，系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)到原來的狀態(tài)，進(jìn)行待機(jī)指令。系統(tǒng)的狀態(tài)可以通過警告燈的顏色分辨。通過改變警告燈的顏色，可以決定系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀態(tài)。

傳感器是生產(chǎn)線中的一個(gè)重要部件，主要由生產(chǎn)工作臺(tái)控制，主要作用是監(jiān)測(cè)整體的生產(chǎn)線，了解生產(chǎn)線上每一個(gè)產(chǎn)品的狀態(tài)。系統(tǒng)將檢測(cè)指令傳遞給傳感器后，傳感器會(huì)監(jiān)測(cè)正在裝配的產(chǎn)品，如果不符合要求，會(huì)向系統(tǒng)發(fā)出異常信息。當(dāng)裝配過程中出現(xiàn)意外狀況時(shí)，傳感器會(huì)對(duì)系統(tǒng)發(fā)出警告。當(dāng)生產(chǎn)工件傳遞到裝配臺(tái)后，機(jī)械手臂會(huì)由系統(tǒng)控制進(jìn)入到工作狀態(tài)，并將裝配好的工件傳遞到輸送帶上，由輸送帶對(duì)其進(jìn)行輸送操作。

光電傳感器通過監(jiān)測(cè)工件的輸送狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)和系統(tǒng)的指令下達(dá)，進(jìn)而調(diào)整輸送帶。由事先設(shè)定好的指令，對(duì)不同顏色的工件進(jìn)行分類，不同的工具將會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序輸送到不停的滑槽。每當(dāng)對(duì)一個(gè)工件完成輸送操作指令后，會(huì)進(jìn)行對(duì)下一個(gè)工件的操作[4]。

整體的工作流程完成后，機(jī)械手臂和檢測(cè)器恢復(fù)到原始狀態(tài)進(jìn)行待機(jī)操作，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的程序?qū)ζ溥M(jìn)行指令清空，使生產(chǎn)線恢復(fù)到原先的生產(chǎn)狀態(tài)。此時(shí)，可以利用系統(tǒng)的停止按鈕，將整體的工作狀態(tài)停止，使生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制待機(jī)操作。這個(gè)過程中，系統(tǒng)警告燈會(huì)由綠色變?yōu)辄S色，再由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，提示系統(tǒng)可以進(jìn)行下一步操作。

生產(chǎn)過程中難免會(huì)出現(xiàn)意外狀況，如果出現(xiàn)生產(chǎn)原料不足的現(xiàn)象，會(huì)有紅色警報(bào)燈提示發(fā)出警告信號(hào)。問題解決后，警報(bào)燈恢復(fù)到正常的綠色狀態(tài)，其他的警告燈也停止閃爍。

3 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)過程中，一般會(huì)選擇不同的程控器。日本歐姆龍公司生產(chǎn)的CPM2A程控器既能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，也能夠提高工作效率，并在生產(chǎn)過程中根據(jù)生產(chǎn)要求的不同實(shí)現(xiàn)兩方面的功能。

3.1 控制過程

對(duì)于傳送帶而言，電機(jī)會(huì)負(fù)責(zé)整體的傳送動(dòng)力。將1號(hào)輸送帶的生產(chǎn)工件傳遞到包裝機(jī)上，包裝機(jī)會(huì)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，符合要求的產(chǎn)品會(huì)進(jìn)行包裝操作，而不符合要求的產(chǎn)品則會(huì)輸送到另一個(gè)傳送帶上進(jìn)行下一步操作。自動(dòng)包裝機(jī)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的指令，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的包裝操作，并檢測(cè)產(chǎn)品的包裝狀態(tài)。如果產(chǎn)品的包裝狀態(tài)出現(xiàn)異常，會(huì)進(jìn)行警報(bào)。完成包裝操作后，產(chǎn)品會(huì)傳送到1號(hào)傳送帶的末端，由人工對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。人工負(fù)責(zé)產(chǎn)品稱重和產(chǎn)品檢測(cè)的任務(wù)。當(dāng)傳遞到2號(hào)工作站后，輸送帶的任務(wù)完成，恢復(fù)到初始狀態(tài)準(zhǔn)備下一個(gè)產(chǎn)品的輸送。此時(shí)，生產(chǎn)線的電機(jī)會(huì)停止驅(qū)動(dòng)進(jìn)行待機(jī)操作，直到接收到下一個(gè)輸送的產(chǎn)品。這個(gè)過程中，輸送帶會(huì)檢測(cè)電子秤的工作狀態(tài)，而電子秤的不同狀態(tài)決定了電機(jī)是否處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

3.2 傳送過程

生產(chǎn)線的輸送帶由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的開關(guān)一般位于生產(chǎn)線的起始位置。當(dāng)輸入開始指令后，PLC控制系統(tǒng)會(huì)將指令傳遞給生產(chǎn)線的開關(guān)，由生產(chǎn)線負(fù)責(zé)識(shí)別信號(hào)命令，并決定開關(guān)的工作狀態(tài)。電機(jī)的工作狀態(tài)由產(chǎn)品生產(chǎn)狀態(tài)決定。當(dāng)產(chǎn)品輸送到生產(chǎn)線上后沒有完成包裝操作時(shí)，會(huì)提示電機(jī)將產(chǎn)品輸送到包裝機(jī)上；檢測(cè)到輸送帶上沒有產(chǎn)品時(shí)，會(huì)返回待機(jī)信號(hào)，使電機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。1號(hào)輸送帶的傳感器會(huì)檢測(cè)輸送帶的狀況，根據(jù)狀況的不同返回不同的信號(hào)。不同的信號(hào)決定終端不同的工作狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)產(chǎn)品完成時(shí)，另一個(gè)產(chǎn)品沒有及時(shí)輸送，檢測(cè)器會(huì)選擇返回待機(jī)信號(hào)，由PLC繼電器將其斷開。

4 結(jié) 論

通過對(duì)上述控制系統(tǒng)的運(yùn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，控制系統(tǒng)本身的穩(wěn)定工作效率可以保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止出現(xiàn)意外故障，對(duì)于長(zhǎng)久運(yùn)行有著巨大的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)價(jià)值。試驗(yàn)過程中通過調(diào)整相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)，將張力、伸長(zhǎng)率等控制在相應(yīng)范圍內(nèi)，并調(diào)整工作環(huán)境的溫度使系統(tǒng)在適宜的環(huán)境下運(yùn)行，而試驗(yàn)車的速度調(diào)整為250 m/min，使產(chǎn)品符合要求，且能夠提高產(chǎn)品的合格率。