基于PLC的集裝箱地板鉆孔鎖釘裝置系統(tǒng)設(shè)計

1、基于PLC的集裝箱地板鉆孔鎖釘裝置系統(tǒng)設(shè)計王曉磊 李曉丹 （遼寧工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(xué)院， 遼寧 錦州121001）摘要：目前，集裝箱木地板的安裝主要由工人手工劃線、鉆孔、擺釘、鎖釘來完成，因此會造成集裝箱產(chǎn)品質(zhì)量不高，生產(chǎn)效率低等問題。針對這一問題，研制了一集鉆孔鎖釘于一體的自動化專機。介紹了該專機的結(jié)構(gòu)及定位原理，給出了控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，繪制了流程圖。實踐證明：該專機既降低了操作人員的勞動強度，又提高了生產(chǎn)效率，使鉆孔鎖釘位置更加準確，從而提高了集裝箱地板的裝配質(zhì)量。關(guān)鍵詞：PLC;集裝箱; 鉆孔；鎖釘中圖分類號:TP273Drilling and Locking Device S

2、ystem Design of Container Floor Based on PLCWANG Xiao-lei , LI Xiao-dan(College of Mechanical Engineer and Automation，Liaoning University of Technology ,Jinzhou 121000,China)Abstract: Because the container wood floor installation is mainly finished depending on workers manual marking, drilling, putt

3、ing nail, locking, the question comes up such as low product quality and production efficiency. In order to solve this problem, a special drilling locking automation machine is developed. The structure of the special machine and positioning principle are introduced, PLC control system structure is g

4、iven out and PLC main program function block diagram is drawn. The Practice has proved that the special machine not only reduces the labor intensity of operators, but also improves the production efficiency, the location of the drilling and locking is more accurate, thus the quality of the container

5、 floor assembly is improved. Key words: PLC; container floor; drilling; locking集裝箱，是一種用于貨物周轉(zhuǎn)的大型裝貨容器，具有一定強度和剛度。在中途換車或換船時無需將貨物取出換箱。因此集裝箱在船舶、 HYPERLINK /view/64932.htm t _blank 港口、橋梁、隧道、多式聯(lián)運相配套的 HYPERLINK /view/153887.htm t _blank 物流系統(tǒng)中廣泛使用，已實現(xiàn)了標準化生產(chǎn)制做。 目前，大多數(shù)的集裝箱廠家都采用人工劃線、鉆孔、擺釘、鎖釘，勞動強度巨大，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不高。

6、針對此問題，本文提出了采用PLC控制的自動鉆孔鎖釘裝置來代替工人手動鉆孔鎖釘操作。1.結(jié)構(gòu)組成簡介 集裝箱自動鉆孔鎖釘裝置如圖1所示，主要由以下幾部分組成：（1）車體行走裝置。主要完成車體的總體移動，實現(xiàn)鉆孔鎖釘位置的定位功能。車體的驅(qū)動主要由伺服電機、減速器及同步帶傳遞到車體后軸，實現(xiàn)車體的移動及定位功能。（2）平臺的對中裝置。對中裝置由氣缸和直線導(dǎo)軌組成。當(dāng)車體與箱體不在同一中心線時，兩側(cè)氣缸伸出，自動對中。（3）工作臺回轉(zhuǎn)裝置。該裝置主要通過步進電機與齒輪傳動，實現(xiàn)工作臺的回轉(zhuǎn)定位。（4）鉆孔裝置采用電機帶動同步帶實現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)，氣缸下壓實現(xiàn)進給，共10個鉆孔裝置，一次可完成一排的鉆孔。

7、（5）工作臺鉆孔鎖釘工位轉(zhuǎn)換。鉆孔后要進行鎖釘，工位轉(zhuǎn)換采用的是氣缸和直線導(dǎo)軌實現(xiàn)。（6）鎖釘裝置采用氣缸與直線導(dǎo)軌進給，鎖釘由氣馬達鎖釘槍實現(xiàn)，直接將上步已鉆完的10個孔進行鎖釘。（7）供料系統(tǒng)完成鎖釘所需的螺釘由上料機構(gòu)工作。上料機構(gòu)共2組，以滿足節(jié)拍要求。振動給料器負責(zé)將釘排序，輸送到分料機構(gòu)上。分料機構(gòu)由分料缸和下料缸組成。分料結(jié)束后，采用氣吹的方式將釘吹到鎖釘槍，實現(xiàn)上料。2.系統(tǒng)的技術(shù)難點 （1）如何保證車體走直線。由于鉆孔過程在集裝箱內(nèi)部進行，如何保證車體沿集裝箱中線行走。本裝置采用加大車體輪子寬度的方法實現(xiàn)，同時采用對中裝置實現(xiàn)車體平臺自動對中。6531312111014987

8、4211.鎖釘槍2.鎖釘下壓氣缸3. 鉆孔裝置 4同步帶傳動5.左右平移導(dǎo)軌6.工位轉(zhuǎn)換工作臺7.鉆孔電機8.氣吹管9.上料機構(gòu)10.鎖定釘11.振動給料器12. 回轉(zhuǎn)步進電機13.集裝箱側(cè)壁14.左右平移氣缸圖1集裝箱自動鉆孔鎖釘裝置3.系統(tǒng)的技術(shù)難點 （1）如何保證車體走直線。由于鉆孔及鎖釘過程在集裝箱內(nèi)部進行，如何保證車體沿集裝箱中線行走。本裝置采用加大車體輪子寬度的方法實現(xiàn)，同時采用對中裝置實現(xiàn)車體平臺自動對中。（2）車體鉆孔定位鉆孔之前，如何保證鉆頭在集裝箱的每條橫梁的中心線上，如圖2所示。由于采用人工焊接集裝箱橫梁，所以在焊接的過程中橫梁不一定會和集裝箱的車體垂直，但在鉆孔的過程中

9、要使鉆孔的位置在橫梁的中心線上。圖2鉆孔示意圖解決方法：在車體上對稱安裝兩個傳感器來感應(yīng)檢測橫梁的邊緣，如圖3所示。ABCD為橫梁邊緣的俯視圖。IJ為橫梁鉆孔的中心線，O為左側(cè)檢測到信號而右側(cè)沒檢測到信號的平臺回轉(zhuǎn)中心，O1為右側(cè)檢測到信號的平臺回轉(zhuǎn)中心。E、F點為傳感器位置，且左側(cè)傳感器先檢測到，右側(cè)無信號，這時車體繼續(xù)前進，直至右側(cè)傳感器檢測到信號，此時兩傳感器的位置為E1、F1但并不在鉆孔中心線上,此時前進的距離為h。此時可將過程分為兩步：車體平臺旋轉(zhuǎn)角，此時傳感器所在的位置為E2、F2；車體再前行d即可到達鉆孔中心線上，兩步同時進行，節(jié)省時間。H為第2個傳感器檢測到橫梁時兩傳感器的中點

10、，G為旋轉(zhuǎn)后兩傳感器的中點。設(shè)兩傳感器的距離為a,第一個傳感器檢測到橫梁與第一個傳感器檢測到橫梁的距離為h,橫梁的寬度為e, c為車體旋轉(zhuǎn)后傳感器位置前行的距離。根據(jù)示意圖3可知工作臺旋轉(zhuǎn)角度為 車體前進的距離d為：最后將得到的角度與距離轉(zhuǎn)換成脈沖當(dāng)量分別送給步進電機和伺服電機。由于橫梁擺放傾斜的角度很小，故橫向的偏離誤差在位置誤差的范圍內(nèi)。圖3定位分析圖4.控制系統(tǒng)的硬件組成設(shè)計中采用的是三菱公司生產(chǎn)的F3U系列的F3U128MTPLC，外加兩塊F2N-16EX的輸入擴展模塊。當(dāng)設(shè)備在運行過程中主要采用傳感器采集信息傳送給PLC進行處理。根據(jù)實際需要確定所需I/O口。具體I/O口分配如表1所

11、示。伺服電機主要用來驅(qū)動車體行走，步進電機用于工作臺旋轉(zhuǎn)。鉆孔電機采用統(tǒng)一控制，共控制10臺。鉆孔下壓氣缸采用分別控制。模式轉(zhuǎn)換主要是實現(xiàn)伺服電機的速度和位置控制轉(zhuǎn)換，當(dāng)車體行走過程中采用速度控制，當(dāng)要實現(xiàn)位置糾正時采用位置控制。防撞傳感器主要用來防止發(fā)生意外時車體碰到集裝箱側(cè)壁，以免發(fā)生危險。表1輸入輸出地址分配輸入輸出X00手動按鈕X60鎖釘缸1下位磁性開關(guān)Y00伺服脈沖X01自動按鈕X61鎖釘缸2下位磁性開關(guān)Y01步進脈沖X02急停X62鎖釘缸3下位磁性開關(guān)Y02伺服方向X03手動復(fù)位X63鎖釘缸4下位磁性開關(guān)Y03步進方向X04啟動X64鎖釘缸5下位磁性開關(guān)Y04鉆孔電機X05車退X6

12、5鎖釘缸6下位磁性開關(guān)Y05模式轉(zhuǎn)換X06車進X66鎖釘缸7下位磁性開關(guān)Y06速度1X07工作臺左轉(zhuǎn)X67鎖釘缸8下位磁性開關(guān)Y07正轉(zhuǎn)X10工作臺右轉(zhuǎn)X70鎖釘缸9下位磁性開關(guān)Y10反轉(zhuǎn)X11鉆孔升/降X71鎖釘缸10下位磁性開關(guān)Y11鉆孔1氣缸X12鉆頭轉(zhuǎn)X72鎖釘缸1上位磁性開關(guān)Y12鉆孔2氣缸X13導(dǎo)向伸/縮X73鎖釘缸2上位磁性開關(guān)Y13鉆孔3氣缸X14鎖釘槍轉(zhuǎn)X74鎖釘缸3上位磁性開關(guān)Y14鉆孔4氣缸X15鎖釘槍升/降X75鎖釘缸4上位磁性開關(guān)Y15鉆孔5氣缸X16滑臺平移伸/縮X76鎖釘缸5上位磁性開關(guān)Y16鉆孔6氣缸X17振動給料1X77鎖釘缸6上位磁性開關(guān)Y17鉆孔7氣缸X2

13、0振動給料2X100鎖釘缸7上位磁性開關(guān)Y20鉆孔8氣缸X21分料缸（1,2）伸/縮X101鎖釘缸8上位磁性開關(guān)Y21鉆孔9氣缸X22下料缸（1,2）伸/縮X102鎖釘缸9上位磁性開關(guān)Y22鉆孔10氣缸X23左轉(zhuǎn)左限位X103鎖釘缸10上位磁性開關(guān)Y23鎖釘下壓1氣缸X24右轉(zhuǎn)右限位X104分料氣缸1左磁性開關(guān)Y24鎖釘下壓2氣缸X25中間位X105分料氣缸1右磁性開關(guān)Y25鎖釘下壓3氣缸X26檢測橫梁傳感器1X106分料氣缸2左磁性開關(guān)Y26鎖釘下壓4氣缸X27檢測橫梁傳感器2X107分料氣缸2右磁性開關(guān)Y27鎖釘下壓5氣缸X30導(dǎo)向伸出磁性開關(guān)1X110平移氣缸前磁性開關(guān)Y30鎖釘下壓6氣

14、缸X31導(dǎo)向伸出磁性開關(guān)2X111平移氣缸后磁性開關(guān)Y31鎖釘下壓7氣缸X32導(dǎo)向縮回磁性開關(guān)1X112前防撞傳感器Y32鎖釘下壓8氣缸X33導(dǎo)向縮回磁性開關(guān)2X113前左防撞傳感器Y33鎖釘下壓9氣缸X34鉆孔氣缸1上位磁性開關(guān)X114前右防撞傳感器Y34鎖釘下壓10氣缸X35鉆孔氣缸2上位磁性開關(guān)X115后左防撞傳感器Y35鎖釘馬達1X36鉆孔氣缸3上位磁性開關(guān)X116后右防撞傳感器Y36鎖釘馬達2X37鉆孔氣缸4上位磁性開關(guān)X117檢測是否到箱外傳感器Y37鎖釘馬達3 X40鉆孔氣缸5上位磁性開關(guān)Y40鎖釘馬達4X41鉆孔氣缸6上位磁性開關(guān)Y41鎖釘馬達5X42鉆孔氣缸7上位磁性開關(guān)Y4

15、2鎖釘馬達6X43鉆孔氣缸8上位磁性開關(guān)輸出Y43鎖釘馬達7X44鉆孔氣缸9上位磁性開關(guān)Y60吹釘閥1Y44鎖釘馬達8X45鉆孔氣缸10上位磁性開關(guān)Y61吹釘閥2Y45鎖釘馬達9X46鉆孔氣缸1下位磁性開關(guān)Y62吹釘閥3Y46鎖釘馬達10X47鉆孔氣缸2下位磁性開關(guān)Y63吹釘閥4Y47導(dǎo)向氣缸X50鉆孔氣缸3下位磁性開關(guān)Y64吹釘閥5Y50分料氣缸1X51鉆孔氣缸4下位磁性開關(guān)Y65吹釘閥6Y51分料氣缸2X52鉆孔氣缸5下位磁性開關(guān)Y66吹釘閥7Y52下料氣缸2X53鉆孔氣缸6下位磁性開關(guān)Y67吹釘閥8Y53下料氣缸2X54鉆孔氣缸7下位磁性開關(guān)Y70吹釘閥9Y54振動給料1X55鉆孔氣缸8

16、下位磁性開關(guān)Y71吹釘閥10Y55振動給料2X56鉆孔氣缸9下位磁性開關(guān)Y56平移氣缸X57鉆孔氣缸10下位磁性開關(guān)Y57報警5.軟件編程系統(tǒng)復(fù)位可分為手動復(fù)位和上電復(fù)位。上電復(fù)位為PLC的首個掃描周期自動復(fù)位，包括首次上料送釘，手動復(fù)位是通過人按下手動按鈕復(fù)位。程序可分為自動程序和手動程序。手動程序主要用來調(diào)試和維修使用。在自動程序時，車體在行進過程中，檢測橫梁的2個傳感器會先后檢測到2個信號，通過這兩個信號可判斷車體工作臺為左轉(zhuǎn)還是右轉(zhuǎn)，同時計算出工作臺所需旋轉(zhuǎn)的角度以及車體的位移，實現(xiàn)車體前移和工作臺的旋轉(zhuǎn)，使鉆孔位置保證在橫梁的中心線上。鉆頭上升的過程中鉆頭一直旋轉(zhuǎn)，只有鉆頭上升到位時

17、才可以停轉(zhuǎn)。由于集裝箱地板為幾塊拼接而成，所以要判斷是否為接縫，在接縫處為同一梁，不能用邊沿判斷，直接行進至兩排釘?shù)闹行木€距離鉆孔。鉆孔完成后工作臺前移，到位后進行鎖釘，鎖釘后進行上料，完成一個循環(huán)。具體的流程如圖4所示。根據(jù)流程圖編制了相關(guān)的軟件程序。圖4流程圖結(jié)束語實踐證明，采用專機可大大提高集裝箱鉆孔鎖釘?shù)男?，?jié)省了人工劃線、鉆孔、擺釘、鎖釘工序，降低勞動強度。同時該控制系統(tǒng)具有控制簡單、方便，使用該專機鉆孔鎖釘更準確等特點。參考文獻： HYPERLINK /ajax/author/view_reference.aspx?jid=06F9648445BE563616AFA4A1E106

18、7A20&aid=B3B5095B5E04B9435682598B6B425795&yid=99E9153A83D4CB11&vid=1371F55DA51B6E64&iid=0B39A22176CE99FB t _blank 1王明武.基于PLC的全自動鋁錠碼垛機設(shè)計J.機床與液壓,2012,40(2):101-103 HYPERLINK /ajax/author/view_reference.aspx?jid=06F9648445BE563616AFA4A1E1067A20&aid=BA2F795AD5B3894F4E53E25F3F06A99B&yid=FF7AA908D58E97FA&iid=5D311CA918CA9A03 t _blank 2王曉磊,李曉丹.基于PLC的高壓測漏機控制系統(tǒng)設(shè)計與分析J.機床與液壓,2013,4(8):102-103 HYPERLINK /ajax/author/view_reference.aspx?jid=A22B4A863C3F3890835BA2080F622B31&aid=6E824112ADBA0FCA29BF5AD862C9B724&yid=9377ED8094509821&iid=0B39A22176CE99FB t _blank