基于PLC的生產(chǎn)線自動配料系統(tǒng)設計摘要

邱德常

（四川東材科技集團股份有限公司，四川 綿陽 621000）

目前科學技術快速發(fā)展，越來越多的自動化設備應用在工廠中，尤其是對于電子以及機械方面，自動化設備更是應用廣泛。這種情況下，自動生產(chǎn)線也得到了廣泛的應用和發(fā)展，同時提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品的品質(zhì)。而應用自動生產(chǎn)線也可以節(jié)省原料，降低損失，在很多方面都有很大的效果。經(jīng)過長時間的發(fā)展，自動配料生產(chǎn)線已經(jīng)越來越完善，既包括自動控制技術，也包括機械技術以及傳感器技術。而自動配料生產(chǎn)線的發(fā)展源頭是傳統(tǒng)的流水生產(chǎn)線，經(jīng)過發(fā)展后，效率得到了有效的提高，而同時因為整個系統(tǒng)屬于自動系統(tǒng)，所以整個過程不可避免的也需要可編程控制器進行控制。一般來說，可編程控制器的運算是邏輯運算，通過邏輯數(shù)字（0和1）對控制進行要求。目前來說，PLC在很多區(qū)域都有所應用，具有非常高的可靠性和靈活性，在本文中也可以實現(xiàn)自動配料系統(tǒng)的控制功能。

1 自動配料系統(tǒng)總體設計方案

1.1 自動配料實訓平臺的組成

自動配料平臺的組成單元有配送、搬運、供應、觸摸屏以及傳輸單元幾部分。對于每個部分來說都可以相互獨立，屬于機電一體化的系統(tǒng)。對于搬運單元來說，抓取設備是機械手；將變頻器以及電動機等應用于輸送單元；將推料氣缸應用于配料單元。

1.2 各單元的功能及組成

下圖1表示的是實訓平臺的結構。系統(tǒng)的各部分功能如下。

第一，供應單元主要是通過統(tǒng)計需要設計整個過程的入料量，該單元可以進行真實操作，對物料的傳送非常方便。第二，搬運單元主要是完成物料的抓放，通過程序的控制完成四個方向的工作。第三，配送單位主要是通過對工作單元進行分類，在不同物料槽中裝入不同的工件。第四，傳輸單元主要對工件進行傳送，一旦傳感器檢測到落料口處有工件，電動機就會通過皮帶傳送工件。第五，觸摸屏主要是完成操作者和設備之間的溝通。每個單元都可以進行設計以及部件的拆卸。

如圖2為系統(tǒng)模塊圖。

圖1 實訓平臺的組成

圖2 系統(tǒng)模塊圖

下圖3表示的是系統(tǒng)的整體模型，在自動配料系統(tǒng)中，采用的技術包括傳感器技術、機械技術以及氣壓傳動、可編程控制等。

1.3 控制板的設計及系統(tǒng)工作

（1）控制面板。在整個系統(tǒng)中，控制面板屬于非常重要的一部分，設計出合適的控制面板可以使整個系統(tǒng)十分便捷且靈活。本文中研究的自動配料生產(chǎn)線的控制面板如圖4。

圖3 系統(tǒng)整體模型

圖4 控制面板

首先，對于電源供電模塊來說，使用的電源為50Hz的三相或者單相的交流電源、24V的直流穩(wěn)壓電源以及其他各式電源開關等等。

其次，對于開關模塊來說，包括啟動開關、停止開關以及復位開關，每個開關都選擇的器件是按鈕。通過對啟動按鈕進行設計可以使整個系統(tǒng)開始運行；停止按鈕的功能則是在系統(tǒng)完成工作后，按下使系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)、完成循環(huán)；復位按鈕的功能是在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者系統(tǒng)報警的情況下，通過按下復位按鈕，完成系統(tǒng)的停止工作以及復位工作。

接著，對于PLC模塊來說，則是整個系統(tǒng)的關鍵部分，屬于系統(tǒng)的中心，控制整個系統(tǒng)的正常運行。

最后，對于變頻器模塊來說，主要功能是完成運輸單元的控制，也就是控制三相交流異步電動機。

（2）系統(tǒng)工作任務。①對于該系統(tǒng)來說，首先應該進行的是初始化工作，也就是將手臂裝置旋轉(zhuǎn)到極限位置，這時可以發(fā)現(xiàn)綠色的警示燈發(fā)光，也就是表示這時可以進行啟動工作。②如果完成整個過程的配料工作，系統(tǒng)的機械手就會自動復位，表示完成一個工作周期，并且在1s的停頓后自動進入到下一個工作循環(huán)，完成一個周期后再次停止，如此往復。對于整個系統(tǒng)來說，如果在系統(tǒng)正常運行的一個周期內(nèi)按動停止按鈕，那么系統(tǒng)就會自動停止工作，紅燈警示閃爍。③如果系統(tǒng)不能完成工件的正常供給。那么系統(tǒng)的警示紅燈就會閃爍，而綠燈不變。

2 控制系統(tǒng)設計

2.1 設計思路

對于本系統(tǒng)來說，選擇的控制思路是氣-電共同控制。所謂氣電對系統(tǒng)進行共同控制就是說設計一個控制邏輯電路、電磁閥等。對于系統(tǒng)來說，啟動信號是通過邏輯電路設計的，邏輯電路的輸出信號為電信號，之后通過啟動信號對氣動閥進行驅(qū)動之后完成工作。而對于任何一個完整控制系統(tǒng)來說，都可以進行長距離的物料運輸，而運輸?shù)男盘杽t為電子信號，系統(tǒng)中的邏輯電路的控制位置可以不和生產(chǎn)的位置在一起，而且對于控制電路以及執(zhí)行組件來說也是可以分開，因為這樣盡管在很差的環(huán)境內(nèi)，系統(tǒng)也可以進行工作，比如易燃易爆環(huán)境等。整個自動配料系統(tǒng)的控制部分采用的是啟動控制，十分完整，可以很好地抵抗外界的干擾，同時易于控制，而且在編寫程序等過程中都十分靈活，對于復雜的環(huán)境也可以應用。對于驅(qū)動以及進行功率的輸出來說；而控制電路主要的功能則是處理來自輸入與輸出傳來的信號，以及邏輯狀態(tài)。因此對于該系統(tǒng)來說，主要也包括啟動以及電器兩個控制電路部分。

2.2 電氣控制設計

（1）控制方式的選擇。對于可編程控制器PLC來說，其控制部分是用戶部分對系統(tǒng)進行控制的部分，也就是繼電器以及接線，對于用戶來說，要求較少，用戶盡管不具有計算機科學的基礎也可以完全了解程序的元件符號，解讀程序中各種繼電器的組合。對于PLC程序來說，其發(fā)展基礎是計算機的編程語言的簡化，具有一定的風格和結構。而PLC編程語言屬于圖形化語言，同時也是分模塊的，對于繼電器來說也表述十分直接，在編程過程中很容易進行以及了解。在操作過程中，可以直接根據(jù)繼電器電路通過符號的翻譯直接得到PLC程序，可以說整個過程十分實用而且方便。在本系統(tǒng)中，使用的PLC控制器是FX2N-48MR型，生產(chǎn)公司是三菱公司，而對于PLC來說，在整個控制過程中發(fā)揮了控制功能，X叫做輸入；C叫做計數(shù)器，Y叫做輸出，M,T叫做繼電器。

（2）PLC控制設計。在本系統(tǒng)中，主信號的系統(tǒng)主要來自觸摸屏各種按鈕，包括復位、啟動、關閉按鈕等，通過按鈕或者觸摸屏的連接，將信號輸入到PLC中，得到主信號能夠?qū)怏w的流向進行改變的元件叫做電磁換向閥，而該元件在該系統(tǒng)中也有所應用，主要是用于動力控制，也就是控制啟動元件的控制運動方向。在本系統(tǒng)中，使用的排氣節(jié)流閥是下圖5所示的，可以對氣動回路進行調(diào)速控制。而一旦對排氣或者進氣的閥進行調(diào)節(jié)，排氣腔中的壓力就會變化，為了維持或者對氣體壓力進行改變，活塞桿需要保持穩(wěn)定的運動。

2.3 輸送單元氣動控制設計

對于氣缸的機械手部分來說，輸送單元位于上方，使用的電磁閥為插入方式的，如下圖6。對于啟動電路來說，氣缸的換向閥是控制啟動的機械手，而本系統(tǒng)選擇五通雙電控電磁換向閥。對于雙電控以及單電磁的換向閥來說，二者存在一定的不同，首先，對于單電磁閥來說，一旦控制信號消失，因為存在彈簧，所換向閥的閥芯就會重置；其次，對于雙電控電磁換向閥來說，如果電磁線圈兩端沒有電壓，換向閥的位置是由電信號決定的，兩個控制信號是不是“1”，相同的雙電磁閥時，兩個電磁線圈同時得電，這樣在控制的過程中得電是不容許的，否則將會導致電磁換向閥的線圈損壞。當然在此種情況下，也不能夠?qū)㈤y芯所處的位置進行確定。

圖6 手抓氣路圖

3 系統(tǒng)的結構

3.1 傳送和分揀機構

對于整個系統(tǒng)的結構來說，在進行工作之前已經(jīng)完成了加工運輸過程中設備的組裝，而檢驗以及歸類的工作屬于光纖傳感器。在傳送以及分揀的機構中，使用的元件包括推料缸、光纖自身傳感器、料槽、磁感應接近傳感器等。

3.2 傳動機構

對于傳動機構而言，需要選擇一種三相交流異步電動機，該系統(tǒng)中選用的齒輪減速電動機。該電動機可以實現(xiàn)驅(qū)動材料的運送，主要組成部分有電動機的支架、皮帶以及整個電機。而電動機的運動速度可以通過變頻器控制，固定電動機可以使用電機支架。

3.3 分揀單元的PLC控制及編程

對于本文研究的系統(tǒng)來說，使用的輸入地址一共有7個輸入點，其中包括兩個急停，也就是一個啟動，一個停止，還有在設計傳感器信號時需要使用到的5個輸入信號。使用的輸出地址有4個，其中兩個輸出到變頻器。在本文中，對于變頻器單元來說，在進行連接時不能使用前幾個單元一樣的方法以及相關的設計，同時變頻器單元的安裝位置應該在放置架中。這種情況下，對于PLC來說，輸出點應該先連接于接線排，之后在不通電的情況下，使用導線將其接在變頻器的控制模塊，相應地完成電動機的控制，對于變頻器的驅(qū)動輸出部分來說，也需要使用安全的導線插在終端插孔，之后使用接線端子與交流電機完成連接。

4 結語

對于本文中的設備來說，在各方面都可以滿足要求，也可以對其進行重新安裝、設計以及個單元的。最重要的是，在使用過程中，可以很快地進行故障的檢查和檢修。此外，本文在進行設計時，對于整個系統(tǒng)的選型以及控制方法進行了深入的分析和比較，最后選擇PLC控制技術，同時在機械抓手方面選擇啟動控制。本文通過結合一般理論以及實踐中遇到的問題和總結的經(jīng)驗，規(guī)劃了自動配料生產(chǎn)線的整體結構，同時構思了系統(tǒng)的電子部分、電氣控制部分以及軟件部分。

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