基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)設(shè)計

楊一曼

摘要：介紹了汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)的總體設(shè)計過程，設(shè)計了以PLC為控制核心的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)，重點對系統(tǒng)的控制要求進行分析，對控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)硬件組成和控制系統(tǒng)程序軟件進行了設(shè)計。通過對控制系統(tǒng)的開發(fā)，實現(xiàn)了汽缸蓋毛坯的加工和輸送的自動化控制。該設(shè)計對提高汽缸蓋毛坯加工輸送線的生產(chǎn)效率和自動化水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：PLC；自動化控制；輸送線；控制系統(tǒng)

引言

世界制造業(yè)將快速進入智能制造時代，隨著智能制造時代的來臨，機加工裝備未來發(fā)展的趨勢將是智能機床生產(chǎn)線。我國制造業(yè)的現(xiàn)狀是大而不強，為解決這種現(xiàn)狀，在新的國際競爭環(huán)境中處于優(yōu)勢，就必須走智能制造強國之路，在工信部、各集團公司及各級政府的支持下，國內(nèi)很多企業(yè)都在進行由傳統(tǒng)生產(chǎn)線升級改造成智能生產(chǎn)線或者籌劃建設(shè)智能制造生產(chǎn)線。

計算機和數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛使用，對于汽缸蓋毛坯加工這樣大批量生產(chǎn)的零件得以實現(xiàn)自動化控制，設(shè)計了基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對汽缸蓋毛坯的加工及輸送，提高了汽缸蓋工藝水平及質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益。

1系統(tǒng)控制要求分析

汽缸蓋毛坯在加工工位的夾具上進行加工，從毛坯加工到成型工件要經(jīng)過很多次功能相似的步驟進行加工，一般由粗到細進行逐步漸進加工，粗加工有利于快速切除毛坯中大量多余的材質(zhì)，精加工可以滿足零件的尺寸精度。加工工藝技術(shù)是自動化生產(chǎn)線設(shè)計的基礎(chǔ)，它決定生產(chǎn)線中所需要的加工設(shè)備和工藝流程?；赑LC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)是將汽缸蓋毛坯加工生產(chǎn)線分為3個工位分別為OP10，OP20和OP30，其中工位OP10和OP30工藝流程相似，工位OP20功能是上料，在工位OP10和OP30處分別配置了機械手裝置對工件數(shù)次回轉(zhuǎn)加工，回轉(zhuǎn)加工是一種加工方式，并設(shè)有輸送工件裝置，在各機械手與回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)加工之間進行工件收放，所有這些工作都按工藝流程執(zhí)行。

工位OP10分為上料工位和下料工位，上料工位的工藝流程為：手動放料一隔料伸出，擋料退回一手動擋料一隔料退回，擋料伸出：下料工位的工藝流程為：OP10下料位有料，翻轉(zhuǎn)裝置無料，隔料伸出擋料退→回轉(zhuǎn)輸送電機正轉(zhuǎn)→回轉(zhuǎn)裝置有料→轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)180°→回轉(zhuǎn)輸送電機反轉(zhuǎn)→翻轉(zhuǎn)裝置有料，壓料缸夾緊，回轉(zhuǎn)輸入電機停，下料轉(zhuǎn)臺回0°→工件翻轉(zhuǎn)90°→工件回轉(zhuǎn)90°→壓料缸松開，OP20上位料無料→輸送電機啟動，上位料有料，輸送電機停止一轉(zhuǎn)臺回0°，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)回0°。

2控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)是以可編程控制器PLC作為控制核心，通過檢測磁性開關(guān)和按鈕開關(guān)的狀態(tài)，根據(jù)PLC按鈕開關(guān)的狀態(tài)控制電動機，進而控制傳送帶的啟停：通過PLC控制變頻器實現(xiàn)對回轉(zhuǎn)電機和翻轉(zhuǎn)電機的控制：系統(tǒng)分別在3個工作的上料、下料放料和上料、下料擋料處設(shè)置氣缸，作用是實現(xiàn)隔料和擋料，工件的夾緊和松開也是通過磁性開關(guān)量信號來對氣缸的控制來實現(xiàn)的：系統(tǒng)具有故障報警功能，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時變頻器會發(fā)出報警提示，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件組成

3，1PLC選型及系統(tǒng)配置

根據(jù)工藝流程中3個工位的動作要求設(shè)計的以PLC為核心的自動控制系統(tǒng)中，主要有按鈕開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、磁性開關(guān)和變頻器故障信號等共計58個；PLC控制輸出的執(zhí)行部件有三相異步電動機、變頻器、接觸器、氣缸和故障指示燈等共計60個。從性價比出發(fā)，選擇FX2N一128MR-001型號的PLC，其具有64個輸入點和64個輸出點，繼電器輸出型，能夠滿足工廠自動化的靈活性和自動控制能力，選用此機型完全能夠滿足基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)的控制要求。

3，2變頻器及報警系統(tǒng)

基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)中汽缸蓋的翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)利用變頻器控制電動機實現(xiàn)，變頻器型號選擇FR-E740-0，4K-CHT，變頻器控制電動機主電路圖如圖2所示。報警系統(tǒng)是當系統(tǒng)出現(xiàn)故障例如電動機過載或發(fā)生工作人員誤操作時，通過指示燈報警起到提示作用，方便維修人員及時發(fā)現(xiàn)及時維修，保護控制系統(tǒng)硬件設(shè)備。

3，3氣動控制

系統(tǒng)中3個工位的上料位放料、下料位放料、壓料缸壓緊均采用氣動控制同，由7個電磁閥控制氣缸實現(xiàn)，分別是控制工位OP10和OP30上料位放料和擋料、壓料缸壓緊和松開、下料位放料和擋料，當電磁鐵YV1和YV5得電時放料，失電時擋料，當電磁鐵YV3和YV7得電時壓料缸壓緊，失電時，壓料缸松開，當電磁鐵YV2和YV5得電時下料位放料，失電時下料位擋料：工位OP20的上料位放料和擋料是由電磁鐵YV4的得電和失電控制。氣缸的伸出和退回，氣缸的壓緊和松開都是通過PLC的輸出控制電磁閥實現(xiàn)的，控制方法簡單，可靠性強。

4系統(tǒng)程序設(shè)計

基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)程序分為半自動運行、全自動運行和報警系統(tǒng)三部分，半自動運行方式可以實現(xiàn)手動控制上料、下料、轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)：全自動運行方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺帶著工件回轉(zhuǎn)180°延時后回轉(zhuǎn)0，輸送電機停止，翻轉(zhuǎn)機構(gòu)壓緊氣缸壓緊工件翻轉(zhuǎn)90°，工件回轉(zhuǎn)90°，壓緊氣缸松開，輸送電機啟動，轉(zhuǎn)臺和翻轉(zhuǎn)機構(gòu)回0：當系統(tǒng)出現(xiàn)過載和變頻器故障，燈光報警，待機檢查。

系統(tǒng)中輸入信號和輸出信號數(shù)量非常多，是一個復(fù)雜的自動控制系統(tǒng)，用經(jīng)驗法進行程序設(shè)計不規(guī)范，而且需要一定的經(jīng)驗一般編程人員難以掌握且編程具有隨意性沒有規(guī)律可依據(jù)，可讀性差給以后生產(chǎn)線的維修帶來不便。與經(jīng)驗法相比較，利用順序功能圖對程序進行設(shè)計，優(yōu)點較多，順序功能圖中重要的是各步實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，過程是前級步動作結(jié)束正是后續(xù)步開始的條件，使系統(tǒng)中復(fù)雜過程在步的轉(zhuǎn)換中得到解決，編程方法簡單，規(guī)律性強，可讀性強，方便調(diào)試和維修。順序功能圖是基于工藝流程的高級語言，由于生產(chǎn)線中三個工位的工藝流程是按順序進行，適合用順序功能圖進行程序設(shè)計。系統(tǒng)順序功能圖如圖3所示。

5系統(tǒng)測試結(jié)果

程序經(jīng)過調(diào)試、修改后，程序基本正確，接下來進行現(xiàn)場調(diào)試，按照系統(tǒng)硬件組成及接線圖，將PTJC與電動機、變頻器、按鈕開關(guān)、磁性開關(guān)、電磁閥、電動機過載保護和系統(tǒng)電源等連線安裝正確，進行現(xiàn)場調(diào)試并試運行，系統(tǒng)的整體功能與系統(tǒng)要求實現(xiàn)的功能是否一致，對系統(tǒng)進一步完善，經(jīng)過一段時間的試運行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)控制要求。

6結(jié)束語

對基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)進行設(shè)計，該系統(tǒng)將復(fù)雜的聯(lián)鎖過程，利用順序功能圖進行程序設(shè)計，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，方便維修，控制靈活，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了汽缸蓋毛坯的加工和輸送的自動化控制，提高了輸送線的生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)設(shè)計提供了輸送線生產(chǎn)模式，可以根據(jù)廠家實現(xiàn)的控制功能進行改進，具有一定的市場推廣價值。