全自動SMT元件移載機控制系統設計

譚對平

摘? 要：設計了一種全自動SMT元件移載機控制系統，通過PLC控制移載機自動將SMT元件從塑料托盤轉移到金屬托盤，詳細介紹了移載機控制系統的設計原理、結構組成及控制流程圖。實際運行結果表明該系統運行速度快、精度高，能完美適用于細小SMT元件，實現了對SMT元件高效地全自動移載。同時，該系統電氣結構簡單，程序易于維護，為SMT工廠節約了人工、設備成本，具有很強的實用性和廣泛的適用性。

關鍵詞：移載機;PLC;伺服電機;觸摸屏;自動控制系統

中圖分類號：TH22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

因為運輸的原因，很多從國外進口的SMT元件采用塑料托盤封裝，而在國內的生產工序上，有的工位需要耐高溫且取用元件的間距與原塑料托盤間距不一致，因此，進口的元件投入生產前，需要將元件移載到間距符合要求的金屬托盤上。全自動SMT元件移載機是一種高效的自動移載SMT元件的設備，能實現取料、送料、放料全過程自動化，同時，在觸摸屏上設置參數，可以擺放不同元件間距的托盤，節約了人工、設備成本，在SMT工廠得到廣泛應用。

1 總體設計

1.1 設計思路

全自動SMT元件移載機采用PLC控制，通過接收到觸摸屏設定的參數及獲取的行程開關信號，經PLC程序運算后驅動各執行元件，從而實現移載機的自動化控制。

如圖1所示，全自動SMT元件移載機由機架系統、進料盤系統、出料盤系統、移載機械手系統等組成。進料盤系統、出料盤系統、移載機械手都采用伺服電機驅動，通過伺服驅動器，可以精確地控制X軸、Y1軸、Y2軸的運行速度和停止位置。機械手取放料吸嘴由氣缸控制，氣缸上裝有傳感器感應上升位置和下降位置。同時，設有負壓傳感器檢測吸嘴是否吸取到元件。

1.2 機械運動

1.2.1 手動操作

合上控制面板上主開關電源，吸嘴自動置上位，X軸電機回到原點位置，Y1軸電機和Y2軸電機回到原點位置后，分別推動進料托盤和出料托盤前進到首列位置，或者關機前放元件列。點擊觸摸屏上手動操作按鈕，觸摸屏彈出手動操作頁面，可以進行如下手動操作：

（1）按“進料盤回原點”，進料托盤回到原點位置，設定好列數，按“執行”，進料托盤運行到相應的列數。

（2）按“出料盤回原點”，出料托盤回到原點位置，設定好列數，按“執行”，出料托盤運行到相應的列數。

（3）設定吸嘴到進料盤的行數，按“執行”，吸嘴移動到進料盤指定行數，設定吸嘴到出料盤的行數，按“執行”，吸嘴移動到進料盤指定行數。

（4）按“吸嘴下”，吸嘴運行到下限位，按“吸嘴上”，吸嘴運行到上限位。

（5）按“吸取”，吸嘴運行到下限位，真空電磁閥打開，延時30 ms（可設置），吸嘴運行到上限位，按“放置”，吸嘴運行到下限位，真空電磁閥關閉，反吹電磁閥打開，延時30 ms（可設置），吸嘴運行到上限位，反吹電磁閥關閉。

1.2.2 自動操作

在系統準備工作狀態，按機臺上的開始按鈕，觸摸屏彈出啟動參數確認頁面，確認設定數量、是否重新計數、是否檢測真空等參數后，移載機按預定的參數、程序開始自動運行。自動運行時雙色燈中綠色燈亮起。當檢測到運行故障時，紅色燈亮起，同時蜂鳴器響起，移載機暫停運行，排除故障后，按繼續按鈕，恢復自動運行。按暫停按鈕，移載機放置完元件，回到吸取元件位置后，暫時停止運行，按繼續按鈕，恢復自動運行。在自動運行過程中，發生緊急情況可隨時按緊急停止開關中斷。

2 電氣結構設計

2.1 電氣結構

移載機的機械運動由3臺伺服電機和一個氣缸來完成，如圖1所示，X軸電機主要完成移載機械手的水平運動，Y1軸電機主要完成進料托盤的水平運動，Y2軸電機主要完成出料托盤的水平運動。3臺伺服電機均有相應的伺服驅動器來驅動，能精確地調整運行速度及位置。吸嘴由氣缸控制，完成吸嘴的上下運動。

采用西門子S7-200（224XP）PLC作為系統的控制器，其結構特別緊湊但是具有驚人的實時性能，同時具有功能強大的通信功能，并且具有操作簡便的硬件和軟件。224XP具有2個串行通信端口，采用其中一個通信端口與觸摸屏連接，另一個端口與3臺伺服驅動器連接，均采用RS-232串口模式。伺服驅動器采用步科電氣的ED100系列，自帶編程功能，可以設定好電機的運行步驟，同時可以通過通信接受PLC的控制，減少了了PLC I/O端口的使用。

2.2 PLC I/O端口分布

由于采用了觸摸屏人機界面，也采用了通信模式控制伺服驅動器，整個系統非常簡潔，I/O分布也很簡單。

2.2.1 輸入端口設置

PLC輸入信號有命令和狀態2個部分，命令信號來自于按鈕、其中I0.0為開始按鈕信號，I0.1為暫停按鈕信號，I0.2為繼續按鈕信號。狀態信號來自于傳感器、伺服驅動器到位反饋信號。其中I0.3為吸嘴氣缸的下限位傳感器;I0.4為吸嘴氣缸的上限位傳感器;I0.5為吸嘴的空氣壓力傳感器;I1.0移載機械手電機到位信號，I1.1為進料托盤電機、I1.2為出料托盤電機到位信號。

2.2.2 輸出端口設置

PLC的輸出信號有6個，分別控制吸嘴上下、吸嘴吸取、吸嘴反吹電磁閥和雙色信號燈及蜂鳴器。其中Q0.0為吸嘴上下電磁閥控制信號;Q0.2分別為吸嘴吸取電磁閥控制信號;Q0.3為吸嘴反吹電磁閥控制信號;Q0.4為紅色燈信號;Q0.5為綠色燈信號;Q0.6為蜂鳴器信號。

3 軟件設計

3.1 PLC程序設計

移載機的PLC控制程序采用順序控制編程方法編寫，且將移載機的各個功能編寫成子程序，然后通過主程序調用子程序來完成整個工作流程，整個程序條理清楚，簡單易讀，后續維護方便。移載機的程序流程圖如圖2所示。主要子程序及功能如下：

（1）進料盤、出料盤、機械手回原點子程序，發送回原點命令給伺服驅動器，控制圖1中X軸、Y1軸、Y2軸電機回原點。

（2）進料盤子程序，控制Y1軸電機推動進料托盤移動到相應位置。

（3）出料盤子程序，控制Y2軸電機推動出料托盤移動到相應位置。

（4）機械手子程序，控制X軸電機推動吸嘴移動到相應位置。

（5）手動操作子程序，可手動完成各機械運動。

（6）吸取子程序，吸嘴完成一次取料流程。

（7）放置子程序，吸嘴完成一次放料流程。

（8）計算子程序，計算X軸、Y1軸、Y2軸電機下次運動的目標位置。

3.2 觸摸屏畫面設計

觸摸屏畫面包括參數設置、手動操作、故障狀態3個部分。參數設置主要包括元件托盤的規格設置，通過設置參數，可以適應不同規格的元件托盤。手動操作頁面則布置了各手動操作按鈕。故障狀態包括了吸嘴漏吸、進料托盤倉缺盤、放料托盤放滿等畫面。同時，還設計了一個監控畫面，可監控PLC全部順序控制繼電器的狀態，可用于遠程分析故障原因。

3.3 伺服控制器程序

伺服控制器程序包括回原點程序和運行程序。伺服控制器接收PLC傳送過來的回原點命令，自動執行回原點程序。運行程序中的目標位置接收到PLC傳送的位置信息，且接收到運行命令，驅動電機運行到目標位置。

4 結語

設計了一種基于PLC的全自動SMT元件移載機控制系統。該系統采用了觸摸屏人機界面，通過與伺服控制器串口通信的方式控制伺服電機，高效實用，操作方便。該系統運行速度快、精度高，能完美適用于細小SMT元件，實現了對SMT元件高效地全自動移載。同時，該系統電氣結構簡單，程序易于維護，達到了預期的設計目的，也為SMT工廠節約了人工、設備成本，具有很強的實用性和廣泛的適用性。

參考文獻

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[2]周燕.基于PLC技術的電氣工程自動化控制設計[J].通信電源技術，2018，35（2）：153-154，157.