基于PLC控制的自動插件機的研制

俞立峰 王啟超

摘 要：針對浙江省磁棒線圈企業生產方式以勞動密集型為主，生產設備自動化程度低，工人勞動強度大，加工效率低，次品率高，環保安全不過關等問題，設計了一種基于PLC控制的自動插件機，其機械部分采用了組裝方便的框架結構和多類型的傳動機構；自動控制部分采用PLC技術、觸摸屏技術、驅動技術等實現設備的自動化控制。實踐證明，該設備運行穩定、可靠，且工作效率高。

關鍵詞：PLC； 設備；機械設計；電氣控制

本文提出采用組裝方便的框架結構和多類型的傳動機構等相關的機械結構設計和全過程自動監測系統的智能控制系統設計來實現磁棒插調的自動化的功能，有效減少低素質勞動用工量，節約勞動力成本，提高勞動生產率，提升產品優良品質率，確保安全環保生產。

1 工藝革新方案

原有磁棒插入磁棒套筒的工藝為手工操作，套筒內徑尺寸略大于磁棒外徑，手動方式將磁棒粘上膠水后插入套筒，并在LCR阻抗分析儀的測量下，調解磁棒的插入深度，故費時、費力，又不環保。

現采用磁棒插調機加工的方式是，套筒內徑略小于磁棒外徑，屬于過盈配合，具體流程是，將套筒和磁棒放入支撐板的零件插座內，當放有套筒和磁棒放入支撐板的零件插座被運輸到壓桿下方，然后壓桿推壓磁棒，使磁棒在外力的作用下，推擠套筒，達到緊密配合的效果，通過壓桿低端上安裝的檢測裝置實時測量線圈頻率的變化，當擠壓深度到達預設頻率時，停止擠壓，然后反轉提升壓桿。

2 系統總體設計方案

系統總體設計由機械結構設計和電氣控制系統設計兩大部分組成。機械部分重點設計框架結構機架和多類型的傳動機構等。電氣控制部分重點完成氣路的設計、智能PLC控制系統的軟硬件設計、觸摸屏人機交互程序及相應界面的設計。

3 機械結構的設計

原有磁棒插入磁棒套筒的工藝為手工操作，套筒內徑尺寸略大于磁棒外徑，手動方式將磁棒粘上膠水后插入套筒，并在LCR阻抗分析儀的測量下，調解磁棒的插入深度，故費時、費力，又不環保。現采用磁棒插調機加工的方式是，套筒內徑略小于磁棒外徑，屬于過盈配合，具體流程是，將套筒和磁棒放入支撐板的零件插座內，步進電機通過帶傳動、鏈傳動，拖動支撐板轉動，當放有套筒和磁棒放入支撐板的零件插座被運輸到壓桿下方時，步進電機10暫停輸出，壓桿在步進電機10的帶動下推壓磁棒，使磁棒在外力的作用下，推擠套筒，達到緊密配合的效果，通過壓桿低端上安裝的檢測裝置實時測量線圈頻率的變化，當擠壓深度到達預設頻率時，步進電機停止轉動，然后反轉提升壓桿，同時，支撐板在步進電機4的帶動下前移。自動插件機的機械結構如圖1所示：

4 電氣控制系統設計

4.1 氣動控制設計

該系統的上料機構和下料機構均采用氣動的控制方式，其氣路控制原理圖如圖2所示。

1號氣動機械手0號氣缸進氣，完成取料，然后1號氣缸進氣，機械手帶動工件旋轉，到指定位置后0號氣缸放氣工件落入零件插座，然后利用2號氣缸推桿的撞擊力來推緊工件，保證工件到位。步進電機通過帶傳動，鏈傳動拖動支撐板前移，當零件加工完成后，2號氣動機械手3號氣缸進氣，完成取料，然后4號氣缸進氣，機械手帶動工件旋轉，到指定位置后3號氣缸放氣工件下料完成。

4.2 軟件界面設計

采用國產的MCGS軟件開發監控系統，系統可以實現人機交互、報警、數據歸檔、報表、用戶管理等功能。觸摸屏上的軟件按鈕代替了傳統的機械按鈕，同時可通過觸摸屏直接設置系統參數。主畫面如圖3所示。

5 結論

經過調試，本設備加工效率為3000個/小時，是純手工操作速度的5倍，綜合良品率達到了97%，功能穩定可靠，達到設計要求。磁棒線圈自動插件機在設計上優點明顯，機械結構簡單、緊湊、高效，電氣控制部分自動化程度高，設備操作方便，穩定性好。通過加工設備的創新來改變零件的加工工藝，提供生產效益的同時實現了安全環保生產。

參考文獻

[1]王建華主編.電氣工程師手冊.機械工業出版社，2007

[2]蔡曉霞，朱丹，董紅平.PLC技術與應用項目化教程.電子科技大學出版社，2014