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基于PLC的工件自动分选装置设计
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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。

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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。

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表1 电磁阀、气缸状态表
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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:

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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。

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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)。

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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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