機(jī)器人施釉生產(chǎn)線plc控制系統(tǒng)的設(shè)計

機(jī)器人施釉生產(chǎn)線plc控制系統(tǒng)的設(shè)計

1施釉過程復(fù)雜,環(huán)保作用差陶瓷是陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)的重要組成部分。目前，國際上的先進(jìn)陶瓷公司正在采用機(jī)器人陶瓷生產(chǎn)線，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好。我國是陶瓷的故鄉(xiāng),祖先曾創(chuàng)造了燦爛的陶瓷文化,但現(xiàn)在我們卻落后了,我國的傳統(tǒng)陶瓷企業(yè)能源、資源消耗大,污染高而高科技運用較少。在施釉工藝方面,許多企業(yè)還在采用手工的方法,工人完全憑經(jīng)驗進(jìn)行噴涂。由于工人的熟練程度和生產(chǎn)經(jīng)驗存在差異,再加上疲勞程度和工作狀態(tài)的影響,難以保證施釉質(zhì)量的穩(wěn)定,另外手工施釉工作條件惡劣,影響工人身體健康,因此必須利用高新技術(shù)對我國的陶瓷企業(yè)進(jìn)行改造。采用機(jī)器人施釉是解決以上問題的最佳途徑。國外的機(jī)器人施釉系統(tǒng)發(fā)展較快,應(yīng)用普遍,自動化程度較高,但是開放性差,引進(jìn)后很難進(jìn)行下一步開發(fā)。我國在這方面的研究還處于初級階段,本次機(jī)器人施釉生產(chǎn)線的自主開發(fā)及應(yīng)用將是一次有益的嘗試。2釉料供漿系統(tǒng)施釉生產(chǎn)線的構(gòu)成為:施釉機(jī)器人、輸供釉系統(tǒng)(包括泵、釉罐、釉料主管路循環(huán)回路以及帶自動噴槍的釉料供漿裝置,并配有自動定量控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng))、周邊設(shè)備(旋轉(zhuǎn)工作臺和線性物料輸送系統(tǒng)等)。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。3旋轉(zhuǎn)工作臺的原理該施釉生產(chǎn)線的周邊設(shè)備主要由旋轉(zhuǎn)工作臺和線性物料輸送系統(tǒng)構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)工作臺是機(jī)器人施釉的重要設(shè)備之一。它按功能可分為兩部分:一是轉(zhuǎn)動部分;二是用于陶坯傳輸和夾緊定位的部分。根據(jù)施釉工藝的需要,工作臺應(yīng)該能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度與速度的精確控制。這部分由交流伺服系統(tǒng)及高精度數(shù)控轉(zhuǎn)臺組成。三菱公司生產(chǎn)的通用交流伺服系統(tǒng)MELSERVO-J2-SUPER系列具有位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制三種控制模式,應(yīng)用靈活方便。該系列伺服電機(jī)采用了分辨率為131072脈沖/轉(zhuǎn)的絕對位置編碼器,可實現(xiàn)高精度位置控制。在位置控制模式下,可通過最大500kpps的高速脈沖串控制電機(jī)的速度和方向。在旋轉(zhuǎn)工作臺中采用了該系列伺服系統(tǒng),并設(shè)置為位置/速度控制模式,由計算機(jī)進(jìn)行控制模式的切換及位置指令脈沖串的輸出。用于陶坯傳輸?shù)难b置和夾緊定位用電磁鐵固定于旋轉(zhuǎn)工作臺之上,以便將待噴涂陶坯送到旋轉(zhuǎn)工作臺上,夾緊后進(jìn)行噴涂,噴涂完畢后再將陶坯由旋轉(zhuǎn)工作臺輸出。線性物料輸送系統(tǒng)包括上料輸送線和下料輸送線兩部分。如圖1所示,5#工位為旋轉(zhuǎn)工作臺,即噴涂工位,其左右兩側(cè)分別為上料輸送線和下料輸送線,各有四個工位,其中2#、3#、7#、8#、9#可作臨時儲料位,均裝有光電開關(guān)以檢測陶坯是否到達(dá)。各工位的輸送輥道均由各自電機(jī)單獨帶動。動作順序如下:未經(jīng)施釉的陶坯首先被置于1#工位,然后經(jīng)輸送輥道到達(dá)3#工位,橫向移載機(jī)3′(包括氣缸和橫向移載電機(jī))將陶坯輸送到4#工位,然后繼續(xù)前進(jìn)直至5#工位停止,并通知機(jī)器人陶坯到達(dá),準(zhǔn)備進(jìn)行施釉。噴涂完畢后,陶坯被輸送至9#工位。同樣,在經(jīng)過7#工位時,也需通過橫向移載機(jī)7′。輸送系統(tǒng)有手動和自動兩種運行方式,可隨時通過手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來切換。在手動方式下,可以用按鈕分別控制1#～9#各個工位的電機(jī),橫向移載機(jī)氣缸和電機(jī)等的起動和停止。這種方式適用于對生產(chǎn)線各部分進(jìn)行分別調(diào)試及故障檢修等情況。在正常生產(chǎn)情況下只使用自動方式,這時,整個輸送系統(tǒng)均由PLC來控制。4推動plc系統(tǒng)在我國的應(yīng)用PLC控制系統(tǒng)正得到日益廣泛的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的接觸器-繼電器控制系統(tǒng)相比,PLC控制系統(tǒng)具有控制靈活、抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點。當(dāng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型時PLC控制系統(tǒng)的改變比較容易實現(xiàn),能較好的適應(yīng)市場變化的需求。三菱公司生產(chǎn)的PLC具有體積小、控制靈活、具有良好性價比等特點,在我國機(jī)械設(shè)備和工業(yè)控制中應(yīng)用廣泛。根據(jù)機(jī)器人施釉周邊設(shè)備控制系統(tǒng)輸入輸出點數(shù)的需要,本系統(tǒng)選用三菱FX2N—48MR—001型可編程控制器。4.1plc輸出接口電路設(shè)計PLC的I/O電路如圖2所示。輸入X1為1#電機(jī)起動按鈕。X2～X7分別為2#、3#、5#、7#、8#、9#工位光電開關(guān)的常開觸點。X10和X11分別為移載機(jī)3′氣缸的上位、下位行程開關(guān)。X12和X13分別為移載機(jī)7′氣缸的上位、下位行程開關(guān)。X14為噴涂完畢信號SF,X15為應(yīng)答陶坯到位信號ARP。PLC輸出有18個,其中Y0～Y10對應(yīng)1#～9#工位的9個電機(jī),Y11、Y12分別對應(yīng)移載機(jī)3′的上升和下降電磁閥,Y13、Y14分別對應(yīng)移載機(jī)7′的上升和下降電磁閥,Y15、Y16分別對應(yīng)移載機(jī)3′和7′的電機(jī),Y17對應(yīng)夾緊電磁鐵。Y20輸出陶坯到位信號RP,Y21輸出應(yīng)答噴涂完畢信號ASF。輸出信號Y0～Y17沒有直接驅(qū)動交流接觸器或電磁閥,而是通過固態(tài)繼電器來驅(qū)動,這樣就將PLC輸出接口電路與交流接觸器或電磁閥等感性負(fù)載很好的隔離開來,從而可避免線圈通斷瞬間產(chǎn)生的大電流對PLC造成的不利影響。在PLC輸入輸出信號中,有四個信號起到了與計算機(jī)的聯(lián)系作用,這在整個生產(chǎn)過程中十分重要。PLC、計算機(jī)、轉(zhuǎn)臺和機(jī)器人之間的關(guān)系如圖3所示。在生產(chǎn)過程中,陶坯的傳輸由PLC控制,機(jī)器人和轉(zhuǎn)臺由計算機(jī)控制,它們之間必須傳遞某些信息才能使傳輸與施釉過程銜接起來,如前文所提及的PLC輸入信號X14、X15和輸出信號Y20、Y21。這四個信號通過帶光耦的數(shù)字量輸入輸出板IPC5375與計算機(jī)相聯(lián)。4.2元音程序4.2.1關(guān)對于各工況的并行控制輸送線控制中遵循的原則是:“一一跟進(jìn),并行控制”。即陶坯的輸送是一一跟進(jìn)的,當(dāng)前工位上的陶坯是否向下一工位輸送,需要判斷后面相關(guān)工位的狀態(tài)等條件,如不允許前進(jìn),則靜止等待至滿足條件為止。而并行控制是指程序并不是用順序控制設(shè)計法(功能圖表設(shè)計法)按照陶坯在生產(chǎn)線上從頭到尾的運動順序來設(shè)計的,各工位的電機(jī)是否起動都由特定的條件決定。這樣,既能保證生產(chǎn)的效率,又能保證設(shè)備的安全運行。比如2#工位電機(jī)停止的條件是2#、3#工位都有工件或移載機(jī)3′氣缸在上位。在其他情況下2#電機(jī)均保持運行狀態(tài)。其梯形圖如圖4所示。4.2.2plc的梯形圖程序設(shè)計陶坯到達(dá)噴涂工位后,與計算機(jī)的聯(lián)系是PLC程序設(shè)計中至關(guān)重要的一部分。如上所述,在PLC與計算機(jī)之間共有四種不同的信號。其動作順序如下:當(dāng)5#工位光電開關(guān)檢測到陶坯到達(dá)的信號時,一方面5#電機(jī)停轉(zhuǎn),另一方面向計算機(jī)發(fā)出陶坯到位信號RP。計算機(jī)收到這個信號后,立即向PLC發(fā)出應(yīng)答陶坯到位信號ARP,同時向機(jī)器人控制器和轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)信號,PLC收到ARP信號后,電磁鐵夾緊托盤,并將陶坯到位信號RP復(fù)位。接著機(jī)器人和轉(zhuǎn)臺按照編定的程序進(jìn)行動作。噴涂完畢后,計算機(jī)向PLC發(fā)出噴涂完畢信號SF。PLC收到此信號后,會向計算機(jī)發(fā)出應(yīng)答噴涂完畢信號ASF,同時夾緊電磁鐵松開,延時0.5s以后5#電機(jī)起動,將陶坯送出。這一部分的PLC梯形圖程序如圖5所示。PLC的梯形圖程序設(shè)計是PLC應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。結(jié)合上述PLC程序設(shè)計中的體會,筆者認(rèn)為在編程時應(yīng)注意以下幾個問題:①編程前必須先了解和熟悉被控設(shè)備的工藝過程和動作情況。②遵守梯形圖語言中的語法規(guī)定,主要是對指令要正確理解和使用,注意不同PLC指令之間的差別。③程序盡可能清晰簡短,這就要求注意程序的層次和編程方法,比如按功能將程序模塊化可使程序更清晰,使用輔助繼電器有時可簡化程序。④要重視程序的調(diào)試,使用實際信號時可能與模擬信號有差別,尤其是在多臺設(shè)備需要配合及使用剛開發(fā)出的新設(shè)備時,生產(chǎn)過程中可能有沒有預(yù)料到的情