基于PLC和觸摸屏的原管排列系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：文章介紹基于PLC和觸摸屏的原管排列系統(tǒng)設(shè)計原理和控制方法。系統(tǒng)主要以三菱FX-3U和GP-4601觸摸屏為核心。根據(jù)用戶要求，設(shè)計了PLC控制系統(tǒng)的 I/O 分配圖和控制流程圖。在實際實施過程中，該控制方法的控制效果很好。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；控制流程圖

引言

隨著社會的不斷發(fā)展，企業(yè)之間的競爭日趨激烈。所以，努力提高生產(chǎn)效率成了整個企業(yè)的重中之重。某醫(yī)療公司在生產(chǎn)PVC真空采血管所必需的PVC原管時，采用人工方式對試管進(jìn)行裝箱，花費的勞動成本高、生產(chǎn)效率較低，影響了公司的發(fā)展，并且降低了產(chǎn)品的質(zhì)量和市場占有率。因此使用自動化設(shè)備提高生產(chǎn)效率是該廠的首要任務(wù)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

該全自動控制系統(tǒng)將從注塑機(jī)生產(chǎn)出來的PVC原管通過提升機(jī)送到皮帶機(jī)上，通過翻轉(zhuǎn)變向后經(jīng)過機(jī)器手抓取將原管送入箱中，并將整箱的產(chǎn)品送出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：振動料盤、雙螺旋送料結(jié)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、抓取機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)。其中取料機(jī)構(gòu)主要由一個機(jī)器手構(gòu)成，機(jī)器手采用伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠的傳動方式，機(jī)器手在水平、垂直兩個方向上運動，并且在每個運動方向上都有光電傳感器來檢測機(jī)器手的運動位置。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

原管在皮帶機(jī)運動后傳到振動料盤，經(jīng)過料盤振動和螺旋送料后原管運動到直線振動器的平臺上；通過推管氣缸動作將原管推到由氣缸控制的傾斜平臺上，平臺兩側(cè)是一個由反射板和光電傳感器組成的檢測裝置，當(dāng)檢測到有信號時PLC會控制氣缸動作使原管下滑到換向裝置；換向裝置由氣缸與導(dǎo)向針組成，當(dāng)原管開口朝下時，導(dǎo)向針會插進(jìn)原管。當(dāng)開口朝上時，導(dǎo)向針會卡住原管使它不能繼續(xù)下滑。通過換向裝置的上升與翻轉(zhuǎn)使得所有原管變?yōu)橥颍兿虺晒Φ脑茉跉飧椎耐苿酉逻\動到抓取平臺，最后，通過機(jī)器手放置到箱中完成動作。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)通過PLC和觸摸屏共同來控制，首先是硬件電路的設(shè)計，它的內(nèi)容包括：PLC接線的設(shè)計以及與觸摸屏通信的接線設(shè)計、I/O分布、伺服驅(qū)動器接線設(shè)計以及真空泵等相關(guān)設(shè)備的接線設(shè)計。其次是軟件編寫，它的內(nèi)容包括：系統(tǒng)自動動作程序、電機(jī)的驅(qū)動程序、系統(tǒng)的報警程序、手動操作程序、單循環(huán)動作程序等。最后是人機(jī)界面的設(shè)計，它的內(nèi)容包括：手動界面、自動界面、報警界面以及產(chǎn)品信息界面等。通過人機(jī)界面可以記錄每日的生產(chǎn)數(shù)量與生產(chǎn)的節(jié)拍，從而更加方便、便捷的了解生產(chǎn)情況。

2.1 PLC選型

根據(jù)控制要求，系統(tǒng)的自動運行、暫停等操作通過觸摸屏的按鍵來控制，PLC的輸入信號主要有：光電傳感器檢測信號、伺服控制器的控制信號、磁開關(guān)信號，它用來檢測氣缸的運動位置。PLC的輸出信號主要有：振動料盤控制器、控制氣缸動作的氣動閥、燈塔等。根據(jù)上面所要求的I/O點個數(shù)，PLC的擴(kuò)展要求（A/D轉(zhuǎn)換模塊、CC-LINK遠(yuǎn)程I/O）。綜合整體要求選用了三菱FX3U-128MT/ES-A，它完全可以滿足系統(tǒng)的要求。PLC可提供輸入輸出點各64個，系統(tǒng)的部分I/O圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的部分I/O圖

2.2 觸摸屏的設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設(shè)計中觸摸屏采用Profce，原點位置和抓取高度等都設(shè)置在觸摸屏上，觸摸屏界面如圖3所示。

圖3 觸摸屏界面

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計為自動、手動、單循環(huán)動作三種工作方式，因此，把每種工作方式放在獨立的模塊。由于系統(tǒng)的自動運行動作是順序執(zhí)行，所以將自動運行的程序放在主控指令內(nèi)，這樣的話便于調(diào)試和修改。分析可知，在自動運行的狀態(tài)下，程序根據(jù)運行動作逐步掃描，其控制過程為順序循環(huán)控制。程序的模塊化編寫，使得程序看起來比較清晰。系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，通過在不同模塊下查找使問題解決起來比較簡單。手動狀態(tài)下，設(shè)備可以通過觸摸屏按鍵完成料盤的震動、機(jī)器手運行、氣缸的的前進(jìn)與回程、設(shè)備報警的消除等動作。當(dāng)設(shè)備運行發(fā)生故障時，可以通過手動操作使設(shè)備氣缸、機(jī)器手回到原位完成復(fù)位動作。機(jī)器手控制程序如圖4所示。

3 結(jié)束語

系統(tǒng)采用日本三菱公司的FX3U-128MT/ES-A型號PLC，通過料盤震動、氣缸動作、機(jī)器手抓取等一系列動作完成了原管的裝箱。原管排列系統(tǒng)使用PLC進(jìn)行控制，可以快速、大批量地將原管裝箱，系統(tǒng)的錯誤率低且運行平穩(wěn)，可顯著提高勞動生產(chǎn)率。通過人機(jī)界面可以了解生產(chǎn)信息，實現(xiàn)工廠的智能化管理。原管排列系統(tǒng)投入生產(chǎn)以后，系統(tǒng)運行較為平穩(wěn)，提高了該公司的生產(chǎn)效率。由于使用人機(jī)界面使得工人在操作時簡單、方便。

參考文獻(xiàn)

[1]熊新民.自動控制原理與系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]滿永奎.三菱Q系列PLC原理與應(yīng)用設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[4]秦琴.基于PLC控制的玻璃清洗機(jī)的設(shè)計[J].機(jī)械工程與自動化，2009（4）：169-170.

作者簡介：馬健（1991-），男，在讀碩士研究生，研究方向：信號與信息處理。