基于180裝盒機藥板推夾裝置控制系統設計

遼寧工業大學機械工程與自動化學院 張新彤 張德強

1 藥板推夾裝置的工作原理

圖1 推手機構總體布局

圖212 個完全一致的推手結構示意圖

該裝置利用推手主動輪和推手輸送鏈的連續運動，帶動固定在推手輸送鏈上的12個外形尺寸完全相同的推手，通過推手在推手軌道的前后運動，將鋁塑泡罩機產品輸送鏈上的藥板和說明書平穩地推入藥盒。推手的運動要在推手導軌上實現，推手輥子在軌道內滑動，帶動其上零件做往復運動，完成推藥和壓緊藥板兩個過程。

在推手前端推桿部增加一個可調節高度的壓藥片，避免在推藥過程中將藥板推散。壓藥片整個部分同推桿一樣固定在一個壓藥滑塊上，滑塊與滑軸配合，帶動壓藥片往復運動實現壓藥動作。由于推藥時先對藥板進行壓緊，再推藥，所以要在控制系統中控制壓藥伺服電機先于推藥伺服電機工作。

當產品輸送帶上有缺板，多板的位置時、設計一個安裝在推手架支板上的氣缸作為動力源的開閉塊機構。通過一個與氣缸推桿相連接的曲柄旋轉帶動曲柄固定軸上的開閉塊轉動，從而實現推手導軌的閉合，推手輥子不進入推手軌道，推手裝置不進行推藥工作。

2 控制系統的設計

2.1 藥板推夾裝置控制要求

在能滿足調試、維修、自動運行工作的需求下，藥板推夾裝置要求壓藥滑塊先行運動，帶動其上的壓板組合件和壓藥片對藥板進行壓緊，然后推藥滑塊運動，帶動其上的推桿運動，推桿和壓藥片共同運動將藥板推入藥盒，對于不合格的藥板，由開閉快機構實現軌道的開閉，進行剔除。要對其自動、手動、單周、回原點等不同工作狀態控制程序進行編制。

2.2 藥板推夾裝置的I/O分配

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3 控制系統硬件設計和選型

推藥裝置控制系統器件主要選用能控制相關設備的PLC控制器，配合執行元件伺服電機，氣缸和電磁閥。控制系統的硬件可靠性高，使用方便。最大限度地保證了功能的實現。

3.1 PLC的選型及其模塊配置

藥板推夾裝置中需要控制的對象有：壓藥伺服電機、推藥伺服電機、氣缸、接近開關和各類電磁閥。選用CPU型號為1214C DC/DC/DC,具有14個數字量輸入點，10個數字量輸出點。由于該控制系統的輸入輸出點數量超出了PLC自帶的輸入輸出，所以使用數字量擴展模塊對其輸入輸出進行補充。控制結構的硬件結構圖如下所示。

圖3 控制系統硬件結構圖

3.2 伺服電機的選型

S7-1200的高速輸出可以用于伺服電機的速度和位置控制。伺服電機用作執行元件，把自動控制系統的邏輯部分處理過的信號轉換為電動機軸上的直線位移、角位移、角速度等進行輸出。伺服電機每旋轉一定的角度，主軸上的脈沖編碼器就會發出對應數量的脈沖傳給PLC控制器。選用東元伺服電機JSMA-LC08AB，額定功率750W最大轉速3000rpm。可以滿足要求。

3.3 氣缸的選擇和計算

氣缸是將空氣進行壓縮將其轉化為機械能的一種裝置，通過氣缸推桿進行往復運動，氣缸推桿與關節軸承連接，關節軸承帶動旋轉塊進行回轉，實現推手軌道的開閉。經計算氣缸的缸徑為20mm,行程為25mm。由于開閉快只有一個運動方向，故選取單作用氣缸。安裝方式采用固定式氣缸選用可調緩沖。氣缸型號MSA-20X25-SDB。

4 控制系統軟件設計

4.1 主程序設計

在明確藥板推夾裝置的控制要求以及I/O分配后，主程序的設計由于藥板推夾裝置能滿足不同工作條件，當對應條件滿足時，系統將執行相應的子程序，子程序包括公共程序、手動程序、自動程序、回原點程序，主程序設計為典型的順序控制。采用TIA博途中的博途V13軟件進行編制，采用模塊化思想進行主程序設計，結構清晰便于調試。

圖4 藥板推夾裝置主程序梯形圖

4.2 公用程序設計

公用程序用于處理各種工作方式都需要執行的任務，以及不同種工作方式相互切換的處理，通常考慮：原點條件，初始狀態，復位非初始步。

圖5 藥板推夾裝置公用程序梯形圖

4.3 手動程序設計

利用按鈕對藥板推夾裝置壓藥和推藥的每個動作進行單獨控制，在該工作方式中，設有8個手動按鈕，分別控制推藥滑塊和壓藥滑塊以及推手軌道氣缸的相應動作，手動程序在編寫時為了防止方向相反的兩個動作被同時執行，設置了必要的互鎖，同時為了防止發生碰撞在電路中串聯限位開關加以限制。

圖6 藥板推夾裝置手動程序梯形圖

4.4 自動程序設計

根據工作流程要求，一個工作周期有壓藥片的上行、前行，下降、推手的前進后退，以及兩者推藥結束時回到初始位置這幾步，設計自動程序時，采用啟保停電路編程法，其中M0.0-M1.0為中間編程元件，M0.7后設置分支，即為推手和壓藥片各自復位，復位完成后，考慮到單周和連續的工作方式，以一條分支轉換到初始步，連續，單周用連續標志M1.2和轉換允許標志M1.3加以區別。

圖7 藥板推夾裝置自動程序順序功能圖

4.5 回原點程序設計

回原點程序是針對裝置出現故障、急停，或者調試時，壓藥片和推桿可能處于任何位置，當調試結束或者故障排除后，在進行正常工作前，要對壓藥片和推桿進行回原點處理。

4.6 藥板剔除程序設計

對于藥板和說明書存在多板和缺板的不合格產品，裝置設置三條接近光源，通過藥板接近光源時光線的接通斷開來檢測藥板的高度，利用推手軌道開閉氣缸缸桿的前后運動帶動開閉快機構，實現推手軌道的開閉，將不合格的藥板剔除出去。

5 結語

藥板推夾裝置是集機電氣一體化的產品。具有壓緊、推藥、檢測的功能。擁有良好的定位精度。采用了可靠性高的S7-1200PLC作為控制系統的核心，根據控制點和各控制功能的特點設計了系統的硬件控制結構和軟件程序。該控制系統在投入運行以來，系統運行穩定，完成了各項性能指標。提高了生產線的運行速度和生產效率。