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(jì)過(guò)程，設(shè)計(jì)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(diǎn)對(duì)系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行分析，對(duì)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(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了汽缸蓋毛坯的加工和輸送的自動(dòng)化控制。該設(shè)計(jì)對(duì)提高汽缸蓋毛坯加工輸送線的生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平具有重要意義。

關(guān)鍵詞：PLC；自動(dòng)化控制；輸送線；控制系統(tǒng)

引言

世界制造業(yè)將快速進(jìn)入智能制造時(shí)代，隨著智能制造時(shí)代的來(lái)臨，機(jī)加工裝備未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)將是智能機(jī)床生產(chǎn)線。我國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀是大而不強(qiáng)，為解決這種現(xiàn)狀，在新的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中處于優(yōu)勢(shì)，就必須走智能制造強(qiáng)國(guó)之路，在工信部、各集團(tuán)公司及各級(jí)政府的支持下，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)都在進(jìn)行由傳統(tǒng)生產(chǎn)線升級(jí)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(jì)算機(jī)和數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展及廣泛使用，對(duì)于汽缸蓋毛坯加工這樣大批量生產(chǎn)的零件得以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jì)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(jìn)行加工，從毛坯加工到成型工件要經(jīng)過(guò)很多次功能相似的步驟進(jìn)行加工，一般由粗到細(xì)進(jìn)行逐步漸進(jìn)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(dòng)化生產(chǎn)線設(shè)計(jì)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。基于PLC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(gè)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(jī)械手裝置對(duì)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(jī)械手與回轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)加工之間進(jìn)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(dòng)放料一隔料伸出，擋料退回一手動(dòng)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(wú)料，隔料伸出擋料退→回轉(zhuǎn)輸送電機(jī)正轉(zhuǎn)→回轉(zhuǎn)裝置有料→轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)180°→回轉(zhuǎn)輸送電機(jī)反轉(zhuǎn)→翻轉(zhuǎn)裝置有料，壓料缸夾緊，回轉(zhuǎn)輸入電機(jī)停，下料轉(zhuǎn)臺(tái)回0°→工件翻轉(zhuǎn)90°→工件回轉(zhuǎn)90°→壓料缸松開(kāi)，OP20上位料無(wú)料→輸送電機(jī)啟動(dòng)，上位料有料，輸送電機(jī)停止一轉(zhuǎn)臺(tái)回0°，翻轉(zhuǎn)機(jī)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(guò)檢測(cè)磁性開(kāi)關(guān)和按鈕開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，根據(jù)PLC按鈕開(kāi)關(guān)的狀態(tài)控制電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而控制傳送帶的啟停：通過(guò)PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)回轉(zhuǎn)電機(jī)和翻轉(zhuǎn)電機(jī)的控制：系統(tǒng)分別在3個(gè)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(shí)現(xiàn)隔料和擋料，工件的夾緊和松開(kāi)也是通過(guò)磁性開(kāi)關(guān)量信號(hào)來(lái)對(duì)氣缸的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的：系統(tǒng)具有故障報(bào)警功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)變頻器會(huì)發(fā)出報(bào)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(gè)工位的動(dòng)作要求設(shè)計(jì)的以PLC為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主要有按鈕開(kāi)關(guān)、旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)和變頻器故障信號(hào)等共計(jì)58個(gè)；PLC控制輸出的執(zhí)行部件有三相異步電動(dòng)機(jī)、變頻器、接觸器、氣缸和故障指示燈等共計(jì)60個(gè)。從性價(jià)比出發(fā)，選擇FX2N一128MR-001型號(hào)的PLC，其具有64個(gè)輸入點(diǎn)和64個(gè)輸出點(diǎn)，繼電器輸出型，能夠滿足工廠自動(dòng)化的靈活性和自動(dòng)控制能力，選用此機(jī)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(bào)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(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)，變頻器型號(hào)選擇FR-E740-0，4K-CHT，變頻器控制電動(dòng)機(jī)主電路圖如圖2所示。報(bào)警系統(tǒng)是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障例如電動(dòng)機(jī)過(guò)載或發(fā)生工作人員誤操作時(shí)，通過(guò)指示燈報(bào)警起到提示作用，方便維修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)維修，保護(hù)控制系統(tǒng)硬件設(shè)備。

3，3氣動(dòng)控制

系統(tǒng)中3個(gè)工位的上料位放料、下料位放料、壓料缸壓緊均采用氣動(dòng)控制同，由7個(gè)電磁閥控制氣缸實(shí)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(kāi)、下料位放料和擋料，當(dāng)電磁鐵YV1和YV5得電時(shí)放料，失電時(shí)擋料，當(dāng)電磁鐵YV3和YV7得電時(shí)壓料缸壓緊，失電時(shí)，壓料缸松開(kāi)，當(dāng)電磁鐵YV2和YV5得電時(shí)下料位放料，失電時(shí)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(kāi)都是通過(guò)PLC的輸出控制電磁閥實(shí)現(xiàn)的，控制方法簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)。

4系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

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(dòng)運(yùn)行、全自動(dòng)運(yùn)行和報(bào)警系統(tǒng)三部分，半自動(dòng)運(yùn)行方式可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制上料、下料、轉(zhuǎn)臺(tái)的翻轉(zhuǎn)和回轉(zhuǎn)：全自動(dòng)運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)帶著工件回轉(zhuǎn)180°延時(shí)后回轉(zhuǎn)0，輸送電機(jī)停止，翻轉(zhuǎn)機(jī)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(kāi)，輸送電機(jī)啟動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)回0：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)載和變頻器故障，燈光報(bào)警，待機(jī)檢查。

系統(tǒng)中輸入信號(hào)和輸出信號(hào)數(shù)量非常多，是一個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)，用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)不規(guī)范，而且需要一定的經(jīng)驗(yàn)一般編程人員難以掌握且編程具有隨意性沒(méi)有規(guī)律可依據(jù)，可讀性差給以后生產(chǎn)線的維修帶來(lái)不便。與經(jīng)驗(yàn)法相比較，利用順序功能圖對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，優(yōu)點(diǎn)較多，順序功能圖中重要的是各步實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，過(guò)程是前級(jí)步動(dòng)作結(jié)束正是后續(xù)步開(kāi)始的條件，使系統(tǒng)中復(fù)雜過(guò)程在步的轉(zhuǎn)換中得到解決，編程方法簡(jiǎn)單，規(guī)律性強(qiáng)，可讀性強(qiáng)，方便調(diào)試和維修。順序功能圖是基于工藝流程的高級(jí)語(yǔ)言，由于生產(chǎn)線中三個(gè)工位的工藝流程是按順序進(jìn)行，適合用順序功能圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)順序功能圖如圖3所示。

5系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

程序經(jīng)過(guò)調(diào)試、修改后，程序基本正確，接下來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，按照系統(tǒng)硬件組成及接線圖，將PTJC與電動(dòng)機(jī)、變頻器、按鈕開(kāi)關(guān)、磁性開(kāi)關(guān)、電磁閥、電動(dòng)機(jī)過(guò)載保護(hù)和系統(tǒng)電源等連線安裝正確，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試并試運(yùn)行，系統(tǒng)的整體功能與系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能是否一致，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步完善，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的試運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)控制要求。

6結(jié)束語(yǔ)

對(duì)基于PLC的汽缸蓋毛坯加工輸送線控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)將復(fù)雜的聯(lián)鎖過(guò)程，利用順序功能圖進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便維修，控制靈活，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了汽缸蓋毛坯的加工和輸送的自動(dòng)化控制，提高了輸送線的生產(chǎn)效率。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了輸送線生產(chǎn)模式，可以根據(jù)廠家實(shí)現(xiàn)的控制功能進(jìn)行改進(jìn)，具有一定的市場(chǎng)推廣價(jià)值。