基于PLC的多工位粘合機控制系統(tǒng)設(shè)計

石平義 姜莉莉 余 輝

(廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，廣州 510006)

基于PLC的多工位粘合機控制系統(tǒng)設(shè)計

石平義 姜莉莉 余 輝

(廣東工業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，廣州 510006)

為解決耳機制造過程中存在的用工量大、裝配精度低、效率低及粘合不牢靠等問題，提出一種“PLC+交流伺服系統(tǒng)+人機界面”的多工位粘合機控制系統(tǒng)。對整個系統(tǒng)進行了現(xiàn)場運行和調(diào)試,結(jié)果表明：該系統(tǒng)提高了自動化程度和工作效率。

粘合機控制系統(tǒng) PLC 多工位 耳機

耳機是人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡墓ぞ撸S著電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，人們對耳機質(zhì)量的要求也越來越高，這給耳機制造商帶來機遇同時也帶來制造難題。耳機產(chǎn)品制造過程現(xiàn)狀為工序繁雜、自動化程度低、生產(chǎn)效率低下、勞動密集、生產(chǎn)成本高。耳機的關(guān)鍵部分——海綿與膠件粘合工序，從供料、抓料、海綿與膠件準確粘結(jié)由多人人工完成。由于人工操作隨機性大，造成產(chǎn)品質(zhì)量存在隱患，次品、不良品隨時產(chǎn)生。而國內(nèi)耳機制造企業(yè)與設(shè)備制造商對該制造過程自動化操作的設(shè)備較少，這勢必造成耳機生產(chǎn)質(zhì)量、數(shù)量難以滿足要求。國內(nèi)耳機生產(chǎn)廠家在很多工序方面的自動化水平還比較低,這樣嚴重影響了整個產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率[1]。因此，為解決上述問題筆者率先提出了一種以PLC為控制核心的耳機專用自動粘合機控制系統(tǒng)。

1 設(shè)備工藝流程和工作原理

耳機的關(guān)鍵裝配部件膠件來料為注塑成型，海綿是經(jīng)過專用沖床沖壓成型出來的。按照設(shè)計方案，自動粘合機(圖1)能實現(xiàn)自動送料、自動涂膠、自動粘合、自動卸料。根據(jù)耳機生產(chǎn)要求和工藝要求，該設(shè)備主要包含3個部分：膠件送料部分、海綿送料部分和工作臺部分。

自動粘合機的主要工藝流程為：膠件、海綿人工放料→推料裝置推送料→放料到工作臺→工作臺旋轉(zhuǎn)→膠件自動涂膠→海綿與膠件的粘合→卸料。

圖1 自動粘合機

設(shè)備工作原理為：人工一次性將一定量的海綿、膠件放入裝料芯軸，此時位于芯軸下方的貫通式伺服電機推送物料上升一個位置，吸嘴吸取推上來的膠件，放到工作臺對應(yīng)位置，工作臺旋轉(zhuǎn)到涂膠工位，對膠件自動涂膠。涂膠時，海綿送料部分同時動作。位于海綿送料部分的機械手抓取海綿并等待涂膠完畢，工作臺旋轉(zhuǎn)到該工位準確將海綿送到工作臺上與膠件配合(海綿推送機構(gòu)類似于膠件部分)，此時，位于該工位上方的氣缸動作，將海綿與膠件壓好。最后，工作臺旋轉(zhuǎn)到卸料工位，相應(yīng)的機構(gòu)動作，完成自動卸料。整機動作流程如圖2所示。

圖2 整機動作流程

2 粘合機控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1設(shè)計要求

根據(jù)設(shè)計目的和粘合機的工作原理，控制系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

a. 為保證控制系統(tǒng)運行的安全性，電氣系統(tǒng)應(yīng)有開機初始化、自診斷和急停保護裝置。

b. 為保證控制系統(tǒng)的可靠性和易維護性，應(yīng)采用氣缸、電機為動力源，具備觸摸屏人機界面。

c. 針對操作、調(diào)試要求，需要有手動、自動兩種工作模式。

d. 為了調(diào)試與生產(chǎn)，出膠量、涂膠速度、送料速度及工作臺旋轉(zhuǎn)時間等參數(shù)應(yīng)可調(diào)。

e. 為保證加工質(zhì)量和管理，應(yīng)具有實時監(jiān)控與自動原點檢測功能。

2.2總體設(shè)計

自動粘合機控制系統(tǒng)由上位機觸摸屏、下位機可編程控制器PLC組成。PLC輸入有數(shù)字量和模擬量，數(shù)字量輸入端連接手動/自動開關(guān)、開機/停機按鈕、伺服電機信號及限位開關(guān)信號等；模擬量輸入采用A/D模塊，連接傳感器。PLC輸出也有數(shù)字量和模擬量，數(shù)字量輸出連接伺服系統(tǒng)、電磁閥及交流接觸器等，模擬量輸出采用D/A模塊，與變頻器、電阻絲等連接[2]。系統(tǒng)通過PLC編程控制電磁閥、接觸器的動作，以實現(xiàn)工作臺定位與旋轉(zhuǎn)、滑動模組x、y向的運動、氣缸動作及涂膠系統(tǒng)動作等一系列功能。

2.3硬件選型

根據(jù)動作流程與控制系統(tǒng)要求，控制系統(tǒng)用到的輸入有31個，輸出有21個。考慮到成本和余量[3]，筆者選用三菱FX3U-64MT型PLC，它具有32個輸入，滿足控制系統(tǒng)要求。另外采用3個特殊功能模塊，其中一個是模擬量輸入模塊FX2N-4AD，此模塊是將傳感器的位置信號轉(zhuǎn)換為電信號(1～5V，4～20mA)[4]發(fā)送至PLC處理。另外兩個是脈沖量輸入模塊FX3U-1PG，用來分別實現(xiàn)對工作臺、送料與抓料的準確定位。人機界面選用威綸通TK6070ip系列觸摸屏。PLC與上位機之間采用RS-232C協(xié)議進行通信,要對PLC進行通信設(shè)置,將DM6645的值設(shè)為“1000”，即RS-232C通信方式。該串行通信可順利完成參數(shù)設(shè)定與狀態(tài)監(jiān)控功能[5]。粘合機控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。

圖3 粘合機控制系統(tǒng)框圖

2.4I/O地址分配

控制系統(tǒng)的I/O地址分配見表1。

表1 I/O地址分配

2.5主電路

粘合機控制系統(tǒng)主電路中主要有5個電機、PLC模塊接口等,其中工作臺伺服電機M1,用來為回轉(zhuǎn)工作臺提供90°分度回轉(zhuǎn)；M2～M5為4個推送物料貫通式直線伺服電機,用來將物料一個個推送到預(yù)定位置以便于抓取。每個電機支路上安裝有熱繼電器,對電機起到過載保護作用[6]。在主電路中設(shè)有熔斷器(FU6)以保護電路,并設(shè)有空氣開關(guān)(QS)。PLC由外部提供110V電壓進行工作。主電路如圖4所示。

圖4 粘合機控制系統(tǒng)主電路

2.6軟件設(shè)計

2.6.1程序設(shè)計

根據(jù)控制系統(tǒng)要求，軟件設(shè)計包括手動工作模式與自動工作模式。手動工作模式主要方是便運行前調(diào)試，通過觸摸屏上不同的按鈕實現(xiàn)不同的操作。而自動工作模式是設(shè)備的主要工作方式，也是該設(shè)計的重點。在自動模式下,設(shè)備以數(shù)字量和模擬量作為轉(zhuǎn)移信號，按預(yù)定的程序流程進行。筆者采用順序控制設(shè)計方法，即按照生產(chǎn)的工藝流程預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間順序，在工作過程中各個執(zhí)行機構(gòu)自動有序地進行動作[7]。該設(shè)計方法可以減少設(shè)計時間，而且方便仿真與調(diào)試。運用順序控制設(shè)計方法時，應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)程序流程，畫出順序功能圖，再根據(jù)順序功能圖畫出梯形圖。該控制系統(tǒng)程序采用步進梯形指令進行編程，這是目前比較流行和簡單易懂的編程方法，編程人員可以方便地進行維護[8]。粘合機控制系統(tǒng)程序流程如圖5所示。

為了保證各動作的順序性，系統(tǒng)在軟件設(shè)計上采用了前后動作互鎖功能，使得前后動作嚴格按照工作節(jié)拍運行。

圖5 粘合機控制系統(tǒng)程序流程

2.6.2觸摸屏界面設(shè)計

采用維綸通的TK6070ip系列HMI觸摸屏，該屏能夠直觀地顯示PLC、單片機和PC機上的數(shù)據(jù)信息，并支持與大多數(shù)PLC直接通信。PLC傳輸數(shù)據(jù)不需要運行其他任何特殊程序即可快速、有效地實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集、處理、監(jiān)控和輸出。

人機界面的開發(fā)基于EB8000組態(tài)軟件，該軟件支持離線模擬和在線模擬功能，極大地方便了程序的調(diào)試[9]。觸摸屏界面由初始頁面、模式選擇頁面、參數(shù)設(shè)置和開機原點檢測頁面組成。該系統(tǒng)觸摸屏主頁面如圖6所示。

圖6 觸摸屏主界面

3 結(jié)束語

筆者提出的自動粘合機將多道工序動作在一臺設(shè)備上完成，實現(xiàn)了耳機關(guān)鍵零部件的自動化送料與加工功能。通過理論分析和現(xiàn)場調(diào)試，證明該設(shè)備的粘合精度和效率能夠滿足設(shè)計和生產(chǎn)要求，運行穩(wěn)定可靠，自動化程度高，大幅提高了耳機的生產(chǎn)效率與質(zhì)量。目前，該設(shè)備已投入企業(yè)生產(chǎn)線，幫助企業(yè)實現(xiàn)部分自動化改造。

[1] 郭慧斌.滴膠粘合機的設(shè)計與研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2008.

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[4] 孟凡芹，朱煥勤，耿光輝.PLC控制油封供油裝置的研制[J].化工機械,2011，38(2)：220～221.

[5] 許菱，勞揚健，王金諾.基于PLC的堆垛機控制系統(tǒng)設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2005，(1)：72～73.

[6] 荀群德,楊超君，王宏睿，等.基于PLC的六工位組合機床的控制系統(tǒng)設(shè)計[J].組合機床與自動化加工技術(shù),2009,(7)：53～55.

[7] 李金成.三菱FX2NPLC功能指令應(yīng)用詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

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[9] 何益，胡姍姍，劉增強.基于PLC和WinCC的化工精餾塔控制系統(tǒng)設(shè)計[J].化工自動化及儀表，2011，38(6)：711～712.

PLC-basedControlSystemforMulti-stationFusingMachine

SHI Ping-yi,JIANG Li-li,YU Hui

(CollegeofMechanicalEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)

In order to reduce labor cost, improve assembly accuracy and efficiency as well as eradicate poor bonding, a control system for multi-station fusing machine which integrating PLC and AC servo system and man-machine interface was proposed. Practical application and debugging in-situ prove this system’s level of automation and operating efficiency.

control system for fusing machine, PLC, multi-station, headset

TH865

A

1000-3932(2016)05-0533-04

2016-04-15(修改稿)