一個單人防差錯工作站電控系統設計

徐思源

摘 要：設計了一套適應多種同類產品的單人操作防差錯工作站電控系統。該系統的功能是根據輸入的產品型號，確定工件取放的順序；可監測輸入工件的數量；記錄各個品種的使用數量和批次；記錄工人組裝順序；通過監測取放工件的時間和工件盒重量的變化情況，判斷可能的存在的誤操作行為，通過語音播放提醒操作者注意；對出現錯誤取放工件的情況，進行語音和聲光報警處理。本文就其設計思想、工作原理、控制方案、程序設計等要點進行闡述。

關鍵詞：單人防差錯工作站 誤操作 語音提醒

中圖分類號：TM623 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）05（c）-0037-02

Abstract：The electric control system of the single error-proofing workstation was designed for adapting to many varieties of the same kand of products.The systems function include determining the pick-and-place sequence of parts through inputting the product type and include monitoring the quantity of parts and recording the used quantity of parts 、 recording the production orders 、 recording the assembly sequence of operator and include providing alarm for the error operation with voice and sound-light through monitoring the pick-and-place time of the part and the weight of the workpiece box. The design idea and the working principle and the control scheme and the programming was discussed.

Key Words： Single error-proofing workstation； Error operation； Voice alerts.

隨著社會對產品成本降低、產品質量提高、產品更替快速、產品制造周期縮短等需求日趨迫切，對產品的質量穩定性的要求跟著不斷提高。防差錯工作站由控制管理工控機、控制plc、各個品種工件數量檢測傳感器、加工工具、組裝后檢測傳感器組成。本文設計的單人防差錯工作站電控系統，通過指示燈提示指引操作者取到正確的工件，并判斷抓取工件的準確性，保證產品的安裝無遺漏，并可將工件數量、工件組裝順序、各個傳感器的變化值和各個工件抓取和安裝耗費時間發給控制管理工控機，用于追溯和統計計算。

1 系統組成與功能分析

設計防差錯工作站系統結構原理圖如圖1所示。

指示燈提示貨架部件主要由提醒正確取貨位置的光柵、工件檢測秤傳感器、工件盒、工件盒范圍檢測光柵等組成。操作員按照提醒正確取貨位置的光柵的指示抓取工件，控制系統記錄工件抓取前后的相應取貨位置的重量，以及工件的抓取時間。控制系統根據重量變化和工件抓取時間判斷抓取的正確性，避免誤碰引起的報錯提示。當未按指引提示抓取工件時，語音提示并且聲光報警。

工具掛架部件主要由工具檢測力傳感器、工具掛件、工具掛架上的提示指示燈組成。操作員按照提示燈指示抓取工具對工件進行加工，加工完成后，將工具放回工具掛架，當放錯位置時，控制系統觸發聲光報警。

裝配臺部件由提醒正確取貨位置的光柵、工件檢測秤傳感器、工件安裝夾具等組成。用于提示是否進行裝配，控制系統記錄每個工序裝配過程中的重量變化值。

防錯工作站系統布局圖，如圖1所示。

2 控制系統硬件設計

防錯工作站系統的控制框圖如圖2所示，硬件主要由研華工控機、omron nj301型plc、ethercat站點、各個傳感器、光柵組成。圖中ethercat站點均由模擬量、數字量i/o輸入輸出模塊組成。

2.1 防錯工作站系統的工作要求

（1）指引操作者抓取工序工件或工具，放入指定的位置。

（2）當控制系統判斷操作者違反安裝順序時，聲光報警提示操作者，確認后繼續進行工序的安裝。控制系統具有誤碰判斷功能。

（3）記錄操作情況包括中斷操作和確認操作。

（4）記錄操作過程中各工序傳感器的變化情況。

（5）控制系統判斷工件抓取情況，不確定工件是否抓取和安裝時，只進行語音提示。

（6）工作流程為。

操作員觸碰取工件位的指引光柵→記錄當前時間、工序號和開始記錄傳感器的值→操作員離開指引光柵 判斷是否為操作員誤碰→記錄當前時間，結束記錄傳感器的值→按照指引放置工件到裝配位置→操作員觸碰裝配位指引光柵→判斷是否為操作員誤碰→記錄當前時間、工序號和開始記錄傳感器的值→操作員離開裝配位指引光柵→按照指引進行下一步操作。

2.2 核心器件

控制plc采用omron nj301-1100，具有以太網通訊接口

NX 數字輸入單元I/O輸入模塊采用omron GX-ID1618 NPN輸入

NX數字輸出模塊采用omron GX-OD1618 NPN輸出

NX 模擬量輸入模塊采用omron GX-AD0471

2.3 傳感器的選用

本系統中力傳感器用于檢測掛架的重量的變化，秤傳感器用于檢測工件或加工工件受力的變化。指示光柵用于提示在正確的位置操作，并且作為工序加工的順序判斷。

3 控制系統軟件設計

防錯工作站系統是順序控制。所以plc采用步進順控指令編程。plc控制程序包括初始化程序、復位程序和自動運行程序。研華工控機程序分為初始化程序，狀態監測程序、狀態分析處理程序、數據庫讀寫程序、語音播放程序。

啟動時系統的裝配位置沒有工件并且系統處于第一工序狀態，啟動后操作員不斷裝配生產，工作完成后，按下停止按鈕，使系統處于待機等待狀態。

4 結語

防錯工作站主要應用于多品種同類產品的手工裝配工作中，控制plc通過工控機獲取產品的名稱，進行產品加工導引，有效的保證了零件的裝配順序。通過檢測取料架工件盒和裝配工裝的重量的變化情況和取料時間的評估判斷，提醒操作者注意可能發生的問題，有效的減少了漏裝和錯裝情況的發生。該系統已成功應用于產品裝配線上，結果表明性能穩定，效果很好，具有一定的推廣應用價值。

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