基于PLC的氣動雙工位傳輸機的設計

張懷義 王福明 羅清 王富龍 谷海雷

【摘要】該文介紹了三菱FX2N-48MT-001PLC及FX2N-8EX輸入擴展模塊控制的雙工位傳輸機的結構和實現功能;完成了氣動回路、PLC系統、調速電機控制原理的設計;給出了伺服電機的部分控制程序。雙工位傳輸機在觸膜屏生產領域得到應用，提高了觸摸屏的國產化生產能力。

【關鍵詞】雙工位傳輸機;FX2N-48MT-001PLC;氣動控制技術

引言

氣動是實現現代傳送和控制的關鍵技術之一，近年來PLC技術的發展，氣動控制用PLC來實現使控制系統更簡單，促使氣動控制技術的應用范圍更廣，尤其是在自動化生產領域。

本設備用于柔性觸摸屏生產工藝中的絲印后菲林傳輸，裝置采用雙工位平臺接收兩臺絲印機下料，通過一個機械臂真空吸附抓取放入一傳輸段，傳輸段采用調速微型感應馬達作傳輸動力并采用O型圈進行滾輪方式將ITO膜送入IR爐，ITO膜的規格大小為500mm×500mm。

1.雙工位傳輸機的結構和實現動作

1.1 雙工位傳輸機的結構

傳輸機的結構見示意圖1。設備傳輸方向為從右向左，主要由橫向移動機構，縱向移動機構，機械臂，雙工位平臺A和B，整形機構，傳輸段部件及機架等組成。

1.2 雙工位傳輸機實現的功能

（1）機架部分：機架采用6060型材，機架外圍以噴塑鈑金件封裝。底部裝有角輪、同時裝有6個可調高度的固定地腳;

圖1 雙工位傳輸機結構示意圖

（2）雙工位平臺部分：550mm×550mm規格平臺可同時接收兩臺絲印機下料，通過工作平臺90度旋轉與不旋轉來滿足絲印機不同的傳輸方向;

（3）傳輸機械臂部分：機械臂利用伺服電機、同步帶和導軌驅動方式在雙工位平臺及傳輸段3個位置來回傳輸;通過升降氣缸和真空吸盤吸附在雙工位平臺抓取工件;

（4）傳輸段部件由滾輪完成。滾輪的驅動由調速微型感應馬達完成，搬運速度為0.5m/min～2.5m/min。

（5）電控系統：由伺服電機驅動和調速控制兩部分構成，并留有與外部生產線或設備的I/O接口及安全裝置，以確保整體的可靠性。

2.雙工位傳輸機的工作過程和氣動回路設計

圖2 氣動回路原理圖

2.1 雙工位傳輸機的動作過程分析

工作過程為：

①抓手的初始位置停在原點，按下復位按鈕，抓手在原點復位;

②當膜被放置在定位平臺A或B上時，定位平臺對其整形定位→真空吸附→定位平臺旋轉90°→定位平臺真空破壞;

③抓手由原點水平移動到定位平臺的上方（其位置由伺服驅動器控制）→抓手下降→抓手真空吸附膜→抓手上升→抓手向左水平移動到O形圈上方→抓手下降→抓手真空破壞→抓手和定位平臺回原點。

其中為檢測升降氣缸和旋轉氣缸的位置，對其都配有磁開關;為檢測定位平臺和O形圈上方有無ITO膜，各配有一個光電傳感器。

2.2 雙工位傳輸機氣動回路系統設計

根據上述雙工位傳輸機的動作過程分析，設計的氣動回路系統如圖2所示。共有11個氣缸，其中定位平臺A或B上各有四個小氣缸，由減壓閥來控制氣壓的大小，由節流閥來調節整形的速度。抓手的垂直移動由升降氣缸來控制，升降速度由節流閥來控制。定位平臺的90°旋轉由旋轉氣缸來控制，轉動速度的大小由節流閥AS2052E來控制。所有氣缸的動作由二位五通雙電磁閥來控制，定位平臺和抓手的真空吸附由二位三通單電磁閥控制，電磁閥得電后進行真空吸附動作。

3.PLC控制系統設計

雙工位傳輸機的控制有兩種模式，一種是自動模式，另一種是手動模式。兩種模式通過觸摸屏中的按鍵控制，可以相互轉換。自動模式是傳輸機按照規定的控制要求完成動作，手動模式是技術人員通過觸摸屏上各個按鈕及開關完成對傳輸機的控制。

根據雙工位傳輸機的功能和控制模式，該系統共有24個輸入，17個輸出，故選用FX2N-48MT-OO1，其I/O點數為48點，24點輸入，24點晶體管輸出，由于實際情況，需要留有備用輸入信號口，所以增加FX2N-8EX輸入擴展模塊，有8點輸入，完全滿足控制系統要求。

3.1 PLC控制系統硬件電路設計

雙工位傳輸機的PLC控制系統硬件電路原理及I/O如圖3所示。

該控制系統的一臺伺服電機采用高精度的位置控制模式，型號為MHMD042G1U，分辨率為1048576，伺服電機的速度由PLC的Y0輸出的高速脈沖的頻率控制，Y0最高可輸出達100KHz的脈沖，方向由PLC設定的控制代碼和Y2輸出的高低電平控制。

圖4 直流電壓與馬達轉速特性（代表值）

3.2 調速電機工作原理

選用的調速電機型號為VEXTA FBLM220C-GF，通過調整與驅動器相連的外部直流電源的電壓數值來控制電機的轉速，電壓調整范圍為0～5V，可以在0～3000r/min范圍內驅動馬達轉動，直流電壓與馬達轉速特性曲線如圖4所示;由于O形圈轉動方向只有一個，因此只需PLC輸給驅動器一個正轉的信號Y22即可。

4.雙工位傳輸機PLC控制系統軟件設計

雖然設備的動作步驟較多，但按順序依次動作，所以PLC程序采用順序步進指令，順序步進指令編程具有思路清晰的特點。在這里該文給出了用三菱PLC具有的位置控制指令編寫的伺服電機控制程序，部分控制程序見圖5。

圖5 伺服電機控制程序

5.結論

設計的雙工位傳輸機經機械安裝和電氣調試，能滿足動作要求和控制要求。它具有以下特點：①控制可靠。采用三菱PLC控制，可靠性高，運行穩定，很好的滿足工業需要;②操作方便。氣路部分單獨安裝在一塊鋁板上，電氣接線部分有單獨的電控柜，便于維修保養;③合理設置按鈕。急停、氣動、復位按鈕操作方便，操作面板簡潔，配有指示燈，指示清楚。

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