基于PLC缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)的研制

趙承旺，譚 強(qiáng)

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西柳州 545005）

0 引言

在機(jī)加工車(chē)間，缸蓋從毛胚上線(xiàn)，經(jīng)過(guò)機(jī)床一系列工序加工完成后，在缸蓋加工面、加工孔及內(nèi)腔留下不少鋁屑及其他雜質(zhì)，因此缸蓋吹屑是下線(xiàn)前不可缺少的一道工序。目前柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司的缸蓋吹屑工序普遍采用人工用風(fēng)槍吹屑的方式，吹屑過(guò)程中操作者需要一手來(lái)回翻轉(zhuǎn)缸蓋，一手用風(fēng)槍把各個(gè)加工面和內(nèi)腔吹幾遍，以達(dá)到吹屑目的。由于風(fēng)槍出風(fēng)量較大，出風(fēng)口與缸蓋表面接觸后形成很大噪聲，操作者需要佩戴耳塞和護(hù)目鏡，防止噪聲以及鋁屑飛濺對(duì)耳朵和眼睛的傷害。鑒于現(xiàn)有缸蓋吹屑人工操作，有噪聲高、安全性差、效率不佳、人員勞動(dòng)負(fù)荷重等問(wèn)題，根據(jù)缸蓋吹屑工藝要求，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了一臺(tái)缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)，實(shí)現(xiàn)缸蓋吹屑自動(dòng)化作業(yè)。

1 主要結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 主要構(gòu)成

吹屑機(jī)主要由機(jī)械部分和控制系統(tǒng)2部分組成：機(jī)械部分主要由安全門(mén)、吹屑平臺(tái)和吹屑管組成；控制系統(tǒng)由PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、安全光柵、繼電器、電磁閥、開(kāi)關(guān)電源組成。

1.2 工作原理

整個(gè)吹屑機(jī)為一個(gè)相對(duì)密封的空間，內(nèi)部有上、下、左、右、前、后共6組吹屑?xì)夤埽瑢?duì)應(yīng)缸蓋外型的6個(gè)面；每一組有5～8根氣管，采用銅管材質(zhì)材料，方便彎折，安裝時(shí)出氣孔對(duì)應(yīng)到每一個(gè)加工孔或加工面，保證吹氣位置正確（圖1）。由于氣管太多而氣量有限，因此自動(dòng)吹氣過(guò)程中，每一組吹氣管也是輪流工作，保持每一根氣管有足夠的出氣量，才能達(dá)到較好的吹屑效果。當(dāng)缸蓋被推到位置，設(shè)備啟動(dòng)后自動(dòng)按順序把缸蓋6個(gè)加工面輪流吹一遍，達(dá)到吹屑目的。由于吹屑機(jī)內(nèi)部相對(duì)密封，因此外部噪聲較小，同時(shí)鋁屑也無(wú)法飛濺出來(lái)。當(dāng)設(shè)備吹屑完成后，缸蓋被送出，人工搬走，完成一個(gè)循環(huán)。

2 控制流程

缸蓋自動(dòng)吹屑及控制流程主要由裝料、進(jìn)料、吹屑、出料等工序組成。具體流程步驟如下：①人工把缸蓋裝在進(jìn)料底板上；②送料氣缸縮回，把缸蓋推到吹氣位置，閘門(mén)關(guān)閉；③電磁閥打開(kāi)，按順序吹完缸蓋6個(gè)面；④吹屑工作完成，閘門(mén)打開(kāi)，送料氣缸把缸蓋推出；⑤人工把缸蓋搬走，重新放缸蓋，進(jìn)入下一循環(huán)。根據(jù)以上步驟，缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)工作流程時(shí)序如圖2所示。

圖1 吹屑機(jī)部分結(jié)構(gòu)

吹屑機(jī)硬件主要由控制機(jī)構(gòu)、傳感器機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。其中，控制機(jī)構(gòu)是整個(gè)設(shè)備的關(guān)鍵部位，作用是根據(jù)外部輸入信號(hào)來(lái)控制設(shè)備相應(yīng)的輸出動(dòng)作，因此采用PLC作為控制機(jī)構(gòu)的核心；傳感器機(jī)構(gòu)主要是用來(lái)判斷送料氣缸是否到位，門(mén)開(kāi)關(guān)動(dòng)作是否完成，并把相應(yīng)信號(hào)輸入給PLC，本設(shè)備傳感器由磁性開(kāi)關(guān)組成；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是設(shè)備動(dòng)作部分。在本次設(shè)計(jì)中，送料機(jī)構(gòu)及門(mén)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)使用氣缸驅(qū)動(dòng)，為保證安全，控制閥均選用三位五通電磁閥。

圖2 缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)工作流程時(shí)序

圖3 硬件構(gòu)成

3 電氣原理設(shè)計(jì)

根據(jù)缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)控制要求，可以確定PLC各個(gè)輸入個(gè)輸出信號(hào)的功能（圖3）。

缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)自動(dòng)控制流程如下：①設(shè)備正常開(kāi)機(jī)后，按下復(fù)位按鈕SB1，設(shè)備各動(dòng)作回原點(diǎn)；②把缸蓋放到進(jìn)料底板上，按下雙手啟動(dòng)按鈕SB2；③底板氣缸電磁閥接通，氣缸開(kāi)始退回，退到位信號(hào)SQ1觸發(fā)，進(jìn)料口門(mén)閘電磁閥接通，氣缸伸出，門(mén)關(guān)到位信號(hào)SQ3觸發(fā)；④6組吹屑電磁閥依次輪流接通，接通間隔時(shí)間為10 s；⑤吹屑結(jié)束，進(jìn)料口門(mén)閘打開(kāi)，門(mén)開(kāi)到位信號(hào)SQ4觸發(fā)，底板送料氣缸伸出；⑥人工搬運(yùn)缸蓋，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)；⑦送料氣缸伸縮過(guò)程及進(jìn)料口門(mén)開(kāi)關(guān)過(guò)程，如人工觸碰光柵，安全信號(hào)SQ5觸發(fā)，設(shè)備動(dòng)作停止；⑧設(shè)備運(yùn)行過(guò)程如出現(xiàn)異常或故障，按下急停按鈕SB3，設(shè)備停止運(yùn)行（圖4）。

4 PLC選型與設(shè)計(jì)

4.1 PLC的選型

目前國(guó)內(nèi)使用較多的PLC品牌是西門(mén)子、三菱和歐姆龍。考慮公司品牌統(tǒng)一性，在西門(mén)子和三菱2個(gè)品牌之間選擇。綜合成本及編程便利性，本設(shè)計(jì)選擇三菱FX2N系列PLC。

由于缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)控制邏輯較為簡(jiǎn)單，所用到的IO點(diǎn)數(shù)（即PLC的輸入輸出端子的數(shù)量）也比較少，根據(jù)時(shí)序圖統(tǒng)計(jì)出設(shè)備控制所需要的IO點(diǎn)數(shù)分別為8個(gè)輸入點(diǎn)和12個(gè)輸出點(diǎn)，預(yù)留20%余量以便后續(xù)增加相關(guān)功能，因此輸入點(diǎn)數(shù)為8×120%=9.6；輸出點(diǎn)數(shù)為 12×120%=14.4。

根據(jù)計(jì)算所需的IO點(diǎn)數(shù)，輸入點(diǎn)需要10個(gè)，輸出點(diǎn)需要15個(gè)，結(jié)合三菱FX2N系列PLC規(guī)格，選用FX2N-32MR-001作為本次設(shè)計(jì)所用的PLC控制器，帶有16個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)所需要求。

4.2 PLC IO口分配

缸蓋自動(dòng)吹屑機(jī)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)有雙手啟動(dòng)，急停、氣缸位置信號(hào)、復(fù)位按鈕共8個(gè)輸入點(diǎn)；輸出控制有吹屑6個(gè)電磁閥、三色燈、進(jìn)料氣缸、門(mén)閘氣缸共12個(gè)輸出點(diǎn)。PLC具體的IO口分配見(jiàn)表1。

4.3 PLC梯形圖邏輯設(shè)計(jì)

程序編寫(xiě)采用梯形圖設(shè)計(jì)，梯形圖語(yǔ)言是PLC程序設(shè)計(jì)中最為常用的編程語(yǔ)言，與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性。

本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分PLC程序如圖5所示：每行程序從左至右，自上而下執(zhí)行，每條語(yǔ)句給控制器CPU（Central Processing Unit，中央處理器）一條指令，規(guī)定CPU下一步如何操作；CPU自行判斷內(nèi)部輸入信號(hào)狀態(tài)，如果滿(mǎn)足條件，則執(zhí)行相應(yīng)步驟操作，對(duì)應(yīng)輸出外部控制信號(hào)。

圖4 電氣原理

5 結(jié)束語(yǔ)

把缸蓋吹屑由人工操作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吹屑控制功能，實(shí)踐應(yīng)用證明其可行性及可靠性完全滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。由于使用了PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)作業(yè)，在減少操作者勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，還能提高生產(chǎn)效率和作業(yè)安全性，對(duì)后續(xù)人工操作的類(lèi)似工作崗位進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化有借鑒作用。

表1 PLC I/O地址分配表

圖5 PLC部分程序