孫 移， 周宏雷

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電系，江蘇 江陰 214405)

PLC控制技術(shù)在水銀體溫計分號機中的應(yīng)用*

孫 移1， 周宏雷2

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電系，江蘇 江陰 214405)

體溫計生產(chǎn)中毛細管直徑及水銀玻璃包的容積存在一定誤差，造成了各體溫計刻度線位置和間隔不同；目前對體溫計區(qū)別不同的分號生產(chǎn)仍采用工人手工方式，效率低，勞動強度大；通過對水銀體溫計分號方式設(shè)計及其設(shè)備開發(fā)，設(shè)計了以可編程控制器(PLC)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，給出了PLC的硬件和軟件流程圖的設(shè)計方法，應(yīng)用該技術(shù)研制的分號機，自動化程度明顯提高，且有效減少了產(chǎn)品誤差，帶來了較好的經(jīng)濟效益。

PLC；體溫分號機；硬件；流程圖

體溫計是由一支帶毛細管的三棱玻璃管和一個與毛細管相通的水銀玻璃包組成。由于生產(chǎn)中體溫計的毛細管直徑與水銀玻璃包有一定誤差，導(dǎo)致同一溫度下，體溫計的刻度線位置及同一溫升下水銀柱升高的數(shù)值也不同；無錫某廠在生產(chǎn)時，通過人工標(biāo)定每支體溫計37 ℃和41 ℃兩個基準(zhǔn)位置線后，再人工測量兩基準(zhǔn)線間距L值，合格產(chǎn)品的L值在22～34 mm范圍內(nèi)，再以0.25 mm為一檔進行分類。這種人工分號誤差大、效率低，工人工作強度大。 課題組通過設(shè)計研發(fā)了一種半自動分號裝置?？梢酝ㄟ^攝像頭對體溫計基準(zhǔn)線間距進行圖像識別，自動分揀不同型號的水銀體溫計到相應(yīng)盒內(nèi)，提高了分號的效率和精度。

1 分號機的組成及工作要求

根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品分號的需要，考慮廢品和未檢出品，分號機共有50個分號檔。分號機裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。分號機主要包括送料裝置、圖像識別裝置、分號裝置和儲料裝置[1，2]。送料裝置通過傳送帶步進電機實現(xiàn)體溫計的輸送。圖像識別裝置由攝像頭攝取體溫計圖像，采集水銀體溫計上的基準(zhǔn)位置線距離L，經(jīng)計算機分析處理，識別其所屬分號值。檢測裝置包含漫射型光電傳感器，及其推送氣缸和氣缸限位開關(guān)等組成，為實現(xiàn)自動控制提供輸入信號。分號裝置主要包含分號步進電機、上盤、上盤軸、下盤，下盤軸、止推軸承、拉簧及支架等組成，用于實現(xiàn)體溫計分號動作。在分號滑槽的末端有儲料盒，儲料盒收集經(jīng)分號裝置分出的各個體溫計。

圖1 分號機裝置結(jié)構(gòu)圖1.推送氣缸；2.攝像頭；3.水銀體溫計；4.分號下盤；5.分號上盤；6.對射型光電傳感器；7.體溫計儲料盒；8.分號滑槽；9.分號步進電機；10.分號下盤定位孔；11.傳送帶步進電機；12.傳送帶；13.漫射型光電傳感器

2 分號機的工作原理及工作流程圖

分號機啟動后，PLC首先運行初始化程序，復(fù)位一些變量值，分號上盤和下盤共同以低速25n/min轉(zhuǎn)動，當(dāng)對射型光電傳感器檢測到分號轉(zhuǎn)盤定位孔后停止，使分號盤處在基準(zhǔn)位置，保證推送氣缸能把水銀體溫計順利推入分號盤槽內(nèi)。分號機工作開始時，水銀體溫計由人工放到分號機的傳送帶上，傳送帶以2.5n/min速度沿一個方向轉(zhuǎn)動；當(dāng)體溫計到達攝像頭的拍攝位置，被漫射型光電傳感器檢測到，傳送帶停轉(zhuǎn)；PLC啟動中斷程序，攝像頭對水銀體溫計的基準(zhǔn)刻度線拍攝，經(jīng)計算機分析處理后，識別出體溫計的L值所屬分號號碼，PC機通過自由通訊方式把分號號碼傳送給PLC[3，4]；推送氣缸把體溫計推入分號轉(zhuǎn)盤槽內(nèi)；PLC控制分號盤的步進電機以150n/min速度快速轉(zhuǎn)動，當(dāng)轉(zhuǎn)動到與分號號碼相對應(yīng)的角度，鎖緊氣缸夾緊分號盤的下盤，上盤在步進電機驅(qū)動下正轉(zhuǎn)3.6°后，此時上下盤的上下槽對齊，水銀體溫計通過滑槽落入相應(yīng)號碼的體溫計盒內(nèi)；上盤在步進電機驅(qū)動下反轉(zhuǎn)3.6°，恢復(fù)到初始位；鎖緊氣缸松開分號盤的下盤，完成1次分號動作，具體工作流程如圖2所示[5]。

圖2 分號機工作流程

3 PLC選型依據(jù)及輸入輸出點分配

根據(jù)分號機的結(jié)構(gòu)和工作原理，共需要輸入點數(shù)8個，輸出點數(shù)6個，結(jié)合設(shè)計規(guī)則15%余量的條件，選用西門子S7-200PLC；分號機有兩個步進電機，PLC要有2個脈沖量輸出，故選擇PLC型號為224 DC/DC型[6]；根據(jù)分號盤的轉(zhuǎn)動慣量和電機力矩，以及分號盤轉(zhuǎn)動的最小角度和性價比，選用步進電機和驅(qū)動器[7]；根據(jù)分號機運轉(zhuǎn)速度，選擇光電傳感器。硬件選用型號具體如表1。PLC與硬件的連接如圖3所示。相應(yīng)的輸入輸出分配點，如表2所示。

表1 分號機硬件選型

圖3 PLC硬件原理

名稱符號元件名稱對應(yīng)點數(shù)輸入點輸出點SB1啟動按鈕I0.0SB2停止按鈕I0.1SQ1推送氣缸底部磁性開關(guān)I0.2SQ2推送氣缸頂部磁性開關(guān)I0.3SQ3鎖緊氣缸底部磁性開關(guān)I0.4SQ4鎖緊氣缸頂部磁性開關(guān)I0.5SA1漫射型光電傳感器I0.6SA2對射型光電傳感器I0.7PULS+傳送帶步進電機脈沖Q0.0PULS+分號盤步進電機脈沖Q0.1DIR+傳送帶步進電機方向Q0.2DIR+分號盤步進電機方向Q0.3YA1推送氣缸電磁閥1Q0.4YA2鎖緊氣缸電磁閥2Q0.5

4 結(jié) 論

采用PLC控制作為水銀體溫計分號機的控制系統(tǒng)，硬件成熟穩(wěn)定，功能強大，程序編制方便，硬件運行抗干擾性好，調(diào)試周期短。分號機裝配后實物如圖4所示，經(jīng)企業(yè)投入生產(chǎn)使用，水銀體溫計分號機解決了原人工分號效率低和誤差大的問題，半自動分號機的速度可達1支/1 s，節(jié)省了人力，提高了體溫計的產(chǎn)量和質(zhì)量。

圖4 分號機實物

[1] 周宏雷，李光玲，潘永惠.體溫表標(biāo)定分號生產(chǎn)線設(shè)計[J]. 機械制造與自動化，2011(5)：22-25

[2] 周宏雷，李光玲，孫移，等. 漏送式體溫計分號機[P].中國發(fā)明專利，ZL201110150156.4，2012，9.2

[3] 高歌，蘇志武，S7-200 PLC與PC間的串口通信[J]. 北京廣播學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2005(3)：41- 46

[4] 張雪華.通過S7-200PLC自由通訊口與變送器的通訊[J]. 常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008(2)：65-66

[5] 廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009

[6] 西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團.深入淺出西門子S7-200PLC[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004

[7] 陳果.PLC控制步進電機分度的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 工業(yè)控制計算機，2008(5)：83-84

Application of PLC Control Technology to Classification Machine for Mercury Thermometer

SUNYi，ZHOUHong-lei

(Department of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangyin Polytechnic College，Jiangsu Jiangyin 214405，China)

There is certain deviation between the capillary diameter and the volume of mercury glass bulb in thermometer production ，which lead to the differece of thermometer scale location and spacing . The making of classified thermometer is still using manual mode，which is in low efficiency and high labor intensity . Through the design of mercury thermometer classification method and the development of its equipment, the classified thermometer control system based on PLC is developed in this article ，which give the design methods of PLC hardware and flow process chart.The classification thermometer made by this technology significantly improves automatic process, effectively reduces production error and obtains good economic benefit.

Programmable Logic Control(PLC)；classification thermometer；hardware；flow process chart

1672-058X(2013)09-0060-04

2013-03-03；

2013-04-13.

2011年江蘇省高?？蒲谐晒a(chǎn)業(yè)化推進項目(蘇教科[2011]13號).

孫移(1976-)，男，江蘇江陰人，副教授，從事機電一體化研究.

TP217

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責(zé)任編輯：代小紅