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基于PLC的工件自动分选装置设计 |
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作者： |
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摘要：通过对自动生产线上2种工件进行自动分选，对自动分选装置动作过程进行分析，按实际工况要求，设计出自动控制系统。阐述系统中各软硬件的配置，及系统中顺序控制智能化创新设计和解决的关键问题。
关键词： PLC；自动分选装置；生产线；气动
引言
随着工业自动化的发展，PLC与自动生产线在工业生产中应用越来越广泛，尤其是PLC具有强大的算术运算、定时、计数、逻辑控制、顺序控制、存储等功能。自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统。自动生产线的工件传送系统一般包括上下料装置、传送装置、组合加工和储料装置。在特定情况下需要采用执行机构完成不同工件的传送。主要描述自动生产线中的一个环节，通过自动分选装置分别将不同的工件输送到不同的生产线上。PLC与气动装置在自动分选与卸物的应用，可以借鉴为各种气动与控制系统设计的应用范例，同时作为液压与气动、自动化设计等课程的工程项目训练与教学的平台。
1自动分选装置设计
1.1分选装置工作状态分析
自动生产线上有不同工件，根据系统设计的要求，会分选进入相关的生产线。扬州电力设备修造厂的设备主生产线上有很多工件，按照不同的装配要求分配到A生产线与B生产线，通过工件识别传感器识别A线工件与B线工件，再由自动分选装置的气动技术移位到相应的生产线上。自动分选装置示意图如图1所示。
若工件A：下降气缸Y降落、机械手通过握紧气缸Z握紧、提升气缸Y提升、气缸X1左行、下降气缸Y降落、握紧气缸Z松开，使工件放在归定的A生产线上，提升气缸Y提升、气缸X1右行原位、待下个工作的识别判断。
若工件B：下降气缸Y降落、机械手通过握紧气缸Z握紧、提升气缸Y提升、气缸X2右行、下降气缸Y降落、握紧气缸Z松开，使工件放在归定的B生产线上，提升气缸Y提升、气缸X2左行到原位、待下个工作的识别判断。
1.2 气动回路的设计
自动分选装置的气动控制回路（见图2）是由2个握紧气缸Z（根据需要，有时5个）、一个提升气缸Y、一个A线气缸X1、一个B线气缸X2、一个工件识别传感器SP、组成，另外有握紧到位传感器SZ，分选装置有物传感器SW，上升到位传感器SY+，下降到位传器SY-，A线气缸左行到位传感器SX1-，A线气缸右行到位传感器SX1+，B线气缸左行到位传感器SX2-，B线气缸右行到位传感器SX2-，握紧松开二位五通电磁阀YVZ，上升下降二位五通电磁阀YVY，A线二位五通电磁阀YVX1，B线二位五通电磁阀YVX2，气缸的动作状态及电磁阀的状态见表1。
表1 电磁阀、气缸状态表
 2 控制系统设计
2.1 流程图及控制系统状态分析
系统的初始状态为：气缸Z松开、握紧到位SZ传感器为0；气缸Y上极限，上升到位传感器SY+为1；气缸X1右极限，A线右行到位传感器SX1+为1； 气缸X2左极限，B线左行到位传感器SX2-为1。
根据系统工作原理，设计出系统流程图（见图3）。经系统识别传感器判断，分别从A线与B线分析自动分选装置的控制流程：
若是A线工件则系统对应的电磁阀工作时序为：YVY失电（下降到位传感器SY-为1）、YVZ得电（握紧到位SZ传感器为1，分选装置有物传感器SW为1）、YVY得电（上升到位传感器SY+为1）、YVX1得电（A线左行到位传感器SX1-为1）、YVY失电（下降到位传感器SY-为1）、YVZ失电（握紧到位SZ传感器为0）、YVY得电（上升到位传感器SY+为1，分选装置有物传感器SY为0）、YVX1失电（A线右行到位传感器SX1+为1）回到原位。
若是B工件则系统的对应的电磁阀工作时序为：YVY失电（下降到位传感器SY-为1）、YVZ得电（握紧到位SZ传感器为1，机械手有物传感器SW为1）、YVY得电（上升到位传感器SY+为1）、YVX2得电（B线右行到位传感器SX1+为1）、YVY失电（下降到位传感器SY-为1）、YVZ失电（握紧到位SZ传感器为0）、YVY得电（上升到位传感器SY+为1，机械手有物传感器SW为0）、YVX2失电（B线左行到位传感器SX2-为1）回到原位。
2.2 PLC设计
本系统核心是采用西门子S7-200系列的CPU224的PLC为中央处理单元，输入点有14个点，输出点有10个点。各点的分布情况见图4。输入点分别有信号采集与模式选择2种方式，工件识别传感器通过数据通信口RS-485口与PLC相连，由急停按钮（I0.0）、信号判断采集（I0.1）、位置采集（I0.2~I1.1）、气路保护（I1.5）4部分组成。模式选择分别由自动、手动、停止3部分组成，另增设手动状态下的点动步进开关，作调试或检修过程的步进。
以A线生产线来说明分选的控制过程（见图5）： 1，下降；2，握紧；3，上升；4，左移；5，下降；6，松开；7，上升；8，右移。下降时的限位状态为：SZ为0、SW为0、SX1+为1、SX1-为0、SY+从1到0、SY-从0到1。以此类推，可以分析出各个状态的行程状态。通过各个状态的行程对A线工作过程的3个二位五通电磁阀进行过程控制，根据工作原理得出图6的电磁阀得电时序图。经过状态逻辑计算，设计出PLC梯形图（略）。
2.3、HMI的设计
MT500 系列触摸屏专门为工业环境设计，它的适用温度范围 (0～45°C)和PLC 的使用范围是一样的。打开Easy-Manager，选择Easy-Builder，在菜单“编辑”中选择“系统参数”项,在对话框中，PLC类型选择SIEMENS的S7-200，人机类型选择MT510T（640×640），完成参数的设定。
3结语
本系统通过PLC的智能化控制自动生产线上的气动机械手，结构简单、成本低廉、自动化程度高、操作方便，运行一年来性能稳定，可以广泛应用到自卸系统的各个领域，同时也可以作为教学与课程设计的一个实用的范例。
参考文献：
[1] National Instruments Corp.LabVIEW Data Acquistion Basics Manual[M].2003
[2] 陈久松，等.火力发电机组氢气干燥系统及HMI组态[J].设备管理与维修,2008,(10):32-34
[3] 路甬祥.液压气动技术手册[M].北京：机械工业出版社,2006
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(9/20/2011) |
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