基于PLC控制的自動(dòng)分撿系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

基于PLC控制的自動(dòng)分撿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)了一套基于PLC控制的柔性生產(chǎn)線自動(dòng)分撿系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能是提取從流水線傳送帶上送過(guò)來(lái)的工件，檢測(cè)工件的類型，并進(jìn)行分類，最后將其推放到對(duì)應(yīng)的工件滑槽里。本文就其設(shè)計(jì)思想、工作原理、控制方案、程序設(shè)計(jì)等要點(diǎn)進(jìn)行了闡述。實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐證明, 該系統(tǒng)完全適用于FMS柔性生產(chǎn)線的工件自動(dòng)分檢，使柔性生產(chǎn)線的效率大幅度提高。關(guān)鍵詞：PLC；柔性生產(chǎn)線；分撿系統(tǒng)Design of the Auto-categorizing System based on PLCAbstract:An auto-categorizing system for the flexible production line based on PLC is designed in this paper. The functions of the system are to fetch the work-pieces transported by belt conveyor and check the types of the work-pieces, and finally sort them into respective grooves for work-pieces. The idea of the design and the principle of the operation are described in the paper as well as the control method and programming. The relative experiments show that the system can be used in the flexible production line in FMS for the auto-categorizing of work-pieces perfectly. It helps improve the productivity of the flexible production line heavily.Key Words: plc；the flexible production line；categorizing System1 前言隨著社會(huì)對(duì)產(chǎn)品多樣化、低制造成本以及短制造周期等需求日趨迫切,柔性制造系統(tǒng)(FMS，F(xiàn)lexible Manufacturing System)發(fā)展頗為迅速。20世紀(jì)80年代后,制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入基于計(jì)算機(jī)的集成制造(CIMS)時(shí)代,FMS已成為各國(guó)機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展重點(diǎn)。FMS標(biāo)志著傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展變革的新時(shí)代,自其誕生以來(lái)就顯示出強(qiáng)大的生命力。迄今,世界上已有大量的FMS在運(yùn)行,僅日本就有175套完整的FMS。美國(guó)是最早將FMS用于生產(chǎn)的國(guó)家,也是FMS硬、軟件技術(shù)最高的國(guó)家。德、英、意等西方國(guó)家都在大力開(kāi)發(fā)與應(yīng)用FMS,并制訂了短、長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃。國(guó)際上以柔性生產(chǎn)方式生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)值已占制造業(yè)總產(chǎn)值的75%以上,且有不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)1。柔性制造系統(tǒng)作為當(dāng)今世界制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的前沿科技,為未來(lái)機(jī)構(gòu)制造工廠提供了一幅宏偉的藍(lán)圖,將成為21世紀(jì)機(jī)械制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式2。FMS是由加工系統(tǒng)、物料系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的，并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進(jìn)行調(diào)整的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。其中，物料系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)工件及工裝夾具的自動(dòng)供給和裝卸,以及完成工序間的自動(dòng)傳送、調(diào)運(yùn)、分檢和存貯工作,包括各種傳送帶、自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)、工業(yè)機(jī)器人及專用起吊運(yùn)送機(jī)等。分檢系統(tǒng)提取從流水線傳送帶上送過(guò)來(lái)的工件，檢測(cè)工件的類型，并進(jìn)行分類，最后將其推放到對(duì)應(yīng)的工件滑槽里。本文設(shè)計(jì)的基于PLC控制的自動(dòng)分撿系統(tǒng)，根據(jù)工件的顏色和材質(zhì)在線檢測(cè)，快速分類，提高分檢效率。2系統(tǒng)組成與功能分析本設(shè)計(jì)的工件分為三種，第一種為紅色紅色工件，第二種為黑色塑料工件，第三種為銀色金屬工件，設(shè)計(jì)基于PLC控制的自動(dòng)分撿系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。氣動(dòng)提取部件控制系統(tǒng)PLC S7-300識(shí)別工件提取工件至檢測(cè)部件檢測(cè)部件發(fā)送信號(hào)控制指令控制指令分檢部件圖1 分檢系統(tǒng)組成框圖圖2 分檢系統(tǒng)裝配圖氣動(dòng)提取部件主要是由提取工件的氣動(dòng)機(jī)械手、直線驅(qū)動(dòng)單元、光電傳感器、電磁接近傳感器等組成。當(dāng)工件由流水線傳送帶將傳送過(guò)來(lái)，光電傳感器檢測(cè)到有工件后，機(jī)械手將其抓住實(shí)現(xiàn)提取動(dòng)作，直線驅(qū)動(dòng)單元帶動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)送動(dòng)作，將工件運(yùn)送到檢測(cè)單元。檢測(cè)與分檢部件主要由分檢動(dòng)作執(zhí)行元件、傳送帶、工件分類堆放滑槽和各種檢測(cè)傳感器等組成。當(dāng)氣動(dòng)提取部件將工件傳送到檢測(cè)部件的傳送帶上，光電傳感器檢測(cè)到有工件，便啟動(dòng)傳送帶和第一個(gè)執(zhí)行擋桿將工件擋住檢測(cè)位置，該位置安裝兩個(gè)傳感器，即電感式傳感器和漫反射傳感器，其中電感式傳感器檢測(cè)工件是否為金屬，漫反射傳感器傳感器檢測(cè)工件是否為黑色，檢測(cè)完畢判斷出工件為哪類工件時(shí)，相應(yīng)的執(zhí)行元件帶動(dòng)擋桿旋轉(zhuǎn)擋在相應(yīng)的工件分類位置，實(shí)現(xiàn)分類堆放，最后撥板復(fù)位，傳送部分停止運(yùn)動(dòng)，完成分檢，如圖2所示。3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)分撿系統(tǒng)的控制框圖如圖3所示，硬件主要由S7300 型PLC 微機(jī)控制器與各傳感器、電機(jī)的接口電路等組成?？刂泼姘錝7300PLC控制器檢測(cè)傳感器執(zhí)行氣缸傳送電機(jī)信號(hào)顯示圖3 分撿系統(tǒng)的控制框圖1.1 PLC 控制系統(tǒng)的工作要求要求PLC 控制系統(tǒng)能夠控制工件的提取、檢測(cè)與分檢等動(dòng)作。其工作流程為:流水線傳送帶上工件到位氣動(dòng)提取部件檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手位置檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手狀態(tài)機(jī)械手下降抓取工件機(jī)械手沿直線驅(qū)動(dòng)單元移動(dòng)檢測(cè)工件送到分檢傳送帶機(jī)械手下降松開(kāi)機(jī)械手上升機(jī)械手返回啟動(dòng)分檢傳送帶檢測(cè)工件類型檢測(cè)相應(yīng)執(zhí)行擋桿狀態(tài)相應(yīng)執(zhí)行擋桿伸出相應(yīng)執(zhí)行擋桿縮回檢測(cè)工件分檢到位。1.2 核心器件Simatic S7-300 是一種模塊式的結(jié)構(gòu), 主要由機(jī)架、CPU 模塊、信號(hào)模塊、功能模塊、接口模塊、通信模塊、電源模塊和編程設(shè)備組成, 各種模塊安裝在機(jī)架上, 系統(tǒng)構(gòu)成和擴(kuò)展都十分方便45。根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求, 控制模塊選用：CPU-313C 2DP，I/O模塊選用：CP 342-2。1.3傳感器選用傳感器是一種具有檢測(cè)某種變量并把檢測(cè)結(jié)果傳送出去的功能器件,在本系統(tǒng)中主要用來(lái)檢測(cè)工件是否到位、工件類型和行程控制等。具體的傳感器選型與應(yīng)用如表1所示。表1傳感器選型與應(yīng)用序號(hào)傳感器定義傳感器類型功能1PART_AV1光電傳感器檢測(cè)傳送帶上的工件是否到位，以便啟動(dòng)提取部件21B1_1電磁接近傳感器檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否位于起始位置31B1_2電磁接近傳感器檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否位于中間位置41B1_3電磁接近傳感器檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否位于終點(diǎn)位置51B2_1電磁接近傳感器檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否伸出，處于抓取狀態(tài)61B2_2電磁接近傳感器檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否縮回，處于等待狀態(tài)71B3_1電磁接近傳感器檢測(cè)氣動(dòng)機(jī)械手是否抓到工件8PART_AV2光電傳感器檢測(cè)工件是否到位，以便啟動(dòng)分檢部件92B1_1電磁接近傳感器檢測(cè)1#執(zhí)行擋桿是否伸出，處于工作狀態(tài)102B1_2電磁接近傳感器檢測(cè)1#執(zhí)行擋桿是否縮回，處于等待狀態(tài)112B2_1電磁接近傳感器檢測(cè)2#執(zhí)行擋桿是否伸出，處于工作狀態(tài)122B2_2電磁接近傳感器檢測(cè)2#執(zhí)行擋桿是否縮回，處于等待狀態(tài)132B3電感式傳感器檢測(cè)工件是否為金屬142B4漫反射傳感器檢測(cè)工件是否為黑色152B5反射式傳感器檢測(cè)工件是否分檢到位1.4 I/O分配根據(jù)自動(dòng)分檢系統(tǒng)的控制要求,PLC 的輸入、輸出地址表如表2所示。表2 I/O地址分配表輸入地址功能說(shuō)明輸出地址功能說(shuō)明I0.0傳送帶上的工件到位Q0.0氣動(dòng)機(jī)械手左移I0.1氣動(dòng)機(jī)械手位于起始位置Q0.1氣動(dòng)機(jī)械手右移I0.2氣動(dòng)機(jī)械手位于中間位置Q0.2氣動(dòng)機(jī)械手伸縮I0.3氣動(dòng)機(jī)械手位于終點(diǎn)位置Q0.3氣動(dòng)機(jī)械手張閉I0.4氣動(dòng)機(jī)械手伸出，處于抓取狀態(tài)Q0.4傳送帶電機(jī)的啟停I0.5氣動(dòng)機(jī)械手縮回，處于等待狀態(tài)Q0.5暫停工件氣缸伸出I0.6氣動(dòng)機(jī)械手抓到工件Q0.61#分檢執(zhí)行汽缸伸出I0.7工件到位，啟動(dòng)分檢部件Q0.72#分檢執(zhí)行汽缸伸出I0.81#執(zhí)行擋桿伸出，處于工作狀態(tài)Q0.8提取部分故障報(bào)警I0.91#執(zhí)行擋桿縮回，處于等待狀態(tài)Q0.9分檢部分故障報(bào)警I0.102#執(zhí)行擋桿伸出，處于工作狀態(tài)I0.112#執(zhí)行擋桿縮回，處于等待狀態(tài)I0.12檢測(cè)工件是否為金屬I(mǎi)0.13檢測(cè)工件是否為黑色I(xiàn)0.14檢測(cè)工件是否分檢到位4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)由于自動(dòng)分檢系統(tǒng)的工作過(guò)程是順序動(dòng)作,所以控制程序采用步進(jìn)順控指令編程?？刂瞥绦虬ǔ跏蓟绦颉?fù)位程序和自動(dòng)運(yùn)行程序。自動(dòng)運(yùn)行方式起動(dòng)時(shí)系統(tǒng)必須處在原位,即提取部件、分檢部件均處原位。系統(tǒng)起動(dòng)后連續(xù)重復(fù)運(yùn)行,直到按下“?！卑粹o或報(bào)警時(shí),系統(tǒng)運(yùn)行至原位后停機(jī)。提取和分檢部分的程序流程圖如圖4、5所示。是 結(jié) 束抓手夾緊，機(jī)械手左移返回開(kāi)始抓手伸出是機(jī)械手右移檢測(cè)機(jī)械手右移到位否檢測(cè)機(jī)械手伸出到位抓手伸出，復(fù)位右移命令是否檢測(cè)機(jī)械手伸出到位否是抓手張開(kāi)檢測(cè)機(jī)械手收回到位機(jī)械手收回抓手伸出是否抓手張開(kāi)，復(fù)位左移命令檢測(cè)機(jī)械手在初始位置否檢測(cè)機(jī)械手初始位，有工件件開(kāi) 始是否檢測(cè)機(jī)械手伸出到位抓手抓緊是檢測(cè)抓手已經(jīng)抓到工件是否否機(jī)械手收回是檢測(cè)機(jī)械手收回到位圖4 提取部分程序流程圖開(kāi) 始檢測(cè)到有工件M1傳送帶電機(jī)啟動(dòng)檢測(cè)到工件后延遲4秒 擋桿縮回檢測(cè)到工件后延遲2秒開(kāi)始檢測(cè)傳感器信號(hào)2B2傳感器信號(hào)有/1無(wú)/02B4傳感器信號(hào)有/1無(wú)/0 0 1 1 1 0 01Y1汽缸啟動(dòng)2Y1汽缸啟動(dòng)2B5傳感器有信號(hào)置位的汽缸均復(fù)位M1傳送帶電機(jī)停止程序結(jié)束圖5 分檢部分程序流程圖5. 結(jié)束語(yǔ)柔性生產(chǎn)線自動(dòng)分撿系統(tǒng)采用的是并行控制、模塊化設(shè)計(jì)思想,無(wú)論是機(jī)械裝置,還是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),都具有良好的可擴(kuò)展性、高度的柔性和靈活性。其不僅適用于少數(shù)品種物品的分檢,也可拓展到多種物品的分檢;不僅適用于成品的分檢,也適用于零部件的分散輸送。該系統(tǒng)已成功地運(yùn)用于機(jī)電工程實(shí)驗(yàn)室柔性生產(chǎn)線上。結(jié)果表示性,能穩(wěn)定,效果良好,完全適用于FMS柔性生產(chǎn)線的工件自動(dòng)分檢，使柔性生產(chǎn)線的效率大幅度提高,具有一