基于PLC的連接器自動裝配機設計

程 磊，徐玉賢，金衛星

（1．蘇州工業職業技術學院 電子工程系，江蘇 蘇州 215104；2．蘇州新亞電通有限公司，江蘇 蘇州 215132）

連接器是一種在電氣終端之間，提供連接與分離功能的元件。無論是在航空航天、汽車工業等軍工領域，還是在通信、PC 等消費類電子產品市場，連接器都有著非常廣泛的應用。隨著連接器工業的迅速發展，連接器企業之間的競爭，也越來越激烈。如何提高生產的自動化程度，已經成為連接器企業發展的關鍵。

本文將介紹一種連接器自動裝配機的設計，該系統能自動完成產品的加工檢測，大大提高勞動生產率。

1 生產工藝流程及設備組成

連接器至少由膠芯和PIN 針兩部分組成。一般膠芯根據不同的需要，會有不同的外觀尺寸，而PIN針起到傳遞信號的關鍵作用。為了使連接器在安裝時方便固定，不易移位。連接器最外兩根PIN 針會有一個折角（行業內稱之打K）。圖1 為連接器外觀圖。

圖1 連接器外觀圖

連接器的人工生產工藝流程是：PIN 針進料→膠芯放基座→PIN 針定位→PIN 針打K→檢驗。

首先，膠芯通過人工被放置在基座內，同時PIN針通過振動上料桶完成上料；然后工人手動控制壓針機，完成PIN 針的定位、壓入。接著由工人將基座內的連接器在打K 機上完成打K，最后通過品質控制人員（QC）完成對不良品的檢測剔除。一個完整的生產流程正常需要4 名工人完成，包括裝基座、壓PIN 針、打K 和QC。

根據上述工藝流程，連接器自動裝配機系統必須滿足以下控制要求：

（1）自動裝配機能通過參數設定，能夠滿足相同結構，不同規格的連接器裝配。

（2）為了方便裝配機檢測調試，裝配機應既能自動控制，又能手動操作。

（3）自動裝配機還要能自動檢出不良品。

（4）能夠據需要對產能進行調節，能對完成的產品數量進行統計以及工作狀態的實時顯示。

2 控制系統組成及系統設置

根據上述的控制要求，本裝配系統結構如圖2所示。

圖2 控制系統框圖

系統的輸入模塊，主要由動作氣缸的位置傳感器、啟動停止按鈕和產品檢測計數器等組成。通過氣缸位置傳感器，來確認系統的工作狀態。輸出模塊主要由控制氣缸動作的電磁閥組成。膠芯送料電磁閥控制兩路氣嘴。入位氣缸將膠芯送入加工軌道。其余氣缸也完成相對應的各種動作。蜂鳴器會在出現廢品時發聲報警。而整個工作實時監控和系統的運行設置，都需要通過觸摸屏來完成。PLC 控制主機采用三菱的FX2N-32MR-001 型PLC，它的16個輸入端和16個繼電器輸出端，完全能滿足該系統的要求。

系統的具體控制過程如下。膠芯通過振動上料桶上料，然后會通過氣嘴的吹氣動作，完成膠芯的入槽。為了防止膠芯入位電磁閥的誤動作，在膠芯入槽的位置設計了兩個光纖傳感器，只有當前后兩個傳感器都檢測到膠芯后，入位電磁閥才會動作，將膠芯送入待加工軌道。

接下來通過膠芯移位電磁閥的控制，移位氣缸將膠芯依次送往PIN 針壓入、PIN 針打K 等工站。此外，廢品檢測，也是該系統的一項重要功能。我們通過對連接器PIN 針計數，來檢出不合格的缺PIN 產品。該工站被設置在PIN 針壓入和PIN 針打K 之間。PIN 針計數準確，是系統正常運行的關鍵，考慮到PIN 針移動速度較快，我們選用PLC 的高速計數器來計PIN 針的數目。同時，因為PIN 針間距大多為2.0 mm；那么，相鄰PIN 針的距離大約只有1.5 mm。要精確檢出間距小、移動速度快的PIN 針，我們選擇了基恩士的光纖傳感器。并在傳感器鏡頭前增加一個凸鏡，來聚焦發出的光線，增強系統計數精度。實際的效果也很好。當產品以500 mm/s 速度移動時，計數也非常準確穩定。

3 控制系統軟件設計

3.1 PLC 程序設計

PLC 程序設計，主要是通過對光纖傳感器檢測信號、觸摸屏控制信號和氣缸輸出狀態信號的采集，完成系統的動作控制。系統的PLC 梯形圖比較復雜，這里介紹系統程序的設計思路，程序的流程圖如圖3 所示。

圖3 系統程序流程圖

首先，系統運行前會進行模式識別。在手動模式下，觸摸屏上將會設置不同的按鈕，單獨控制每個氣缸，方便進行系統的維護和檢測。如果是自動模式下，系統先會進行參數的設置，然后開始生產過程。因為膠芯比較輕，所以采用氣嘴吹動的方式完成膠芯的送料。為了防止送料過程中的抖動，膠芯在移到加工軌道前，要適當延時，來確認膠芯的位置。

然后，按照流程圖所描述的過程，進行PLC 程序的編寫。實際設計中，我們還將壓PIN 針和打K 的動作，使用同一組電磁閥控制。這樣壓PIN 針和打K 將同時對前后兩組產品進行，大大提高了生產效率。

3.2 觸摸屏設計

本系統采用威綸的MT6070iH 觸摸屏。該屏使用400 MHz 主頻的CPU 和177.80 mm（7"）800×480 的觸摸面板，能滿足系統的控制和實時監控。觸摸屏軟件設計平臺使用的是EB8000。

主要的設計內容包括：觸摸屏畫面框圖，系統參數設置界面，手動操作界面，自動操作界面，操作說明界面。

系統參數設定，將設定產品的生產速度、產量以及正常情況的每組的PIN 針數。手動操作界面，需要設置每個氣缸的動作按鈕，方便日常維護。自動操作界面，是平時生產的操作界面，要顯示即時的工作狀態。當出現問題時，會提醒操作員檢查相應問題所在。除外，還設計了操作說明界面，方便操作員掌握使用該系統。

4 結束語

本文設計的連接器自動裝配機，配合先進的操作顯示觸摸屏，使該裝配機具有操作簡單、自動報警、時實監控等特點，具有較好的實際應用性。

目前該系統己應用到生產線中。使用裝配機之前，裝配需3 人作業，生產效率為2.7 K/h，裝配工時為4 S/PCS。使用裝配機后，每組生產7 PCS，產品尺寸等符合規范要求，制程不良為0.3 %，生產效率為5.5 K/h，裝配工時為0.65 S/PCS。

實踐證明，該設備運行穩定可靠，可以用于連接器的大批量生產。

[1]劉麗華.基于PLC 與觸摸屏的玻璃清洗機控制系統設計[J].制造業自動化，2008，30(6)：58-62.

[2]廖常初. 可編程控制器應用技術[M]. 重慶：重慶大學出版社，2002．