基于PLC的裝配控制系統設計

何守磊，劉 意，仝 旭，徐凱文，殷 振

(蘇州科技大學 機械工程學院，江蘇 蘇州 215009)

0 引言

我國是一個機械制造大國，裝配加工領域十分廣泛，如精密機床裝配、汽車零部件裝配等。在當今智能化制造發展趨勢的大背景下，對工業生產的自動化與可監控化的要求越來越高，自動裝配控制系統設計的優劣及報警指示燈模塊的可靠性決定了其動作響應的及時性和安全性?？删幊踢壿嬁刂破?PLC)具有高可靠性和強抗干擾能力，被廣泛應用于現代自動化控制的加工生產中。本文設計了一種 基于PLC的裝配控制系統，主要完成料倉供料、回轉臺移送、機械手夾料輸送、報警及遠程組態監控功能。

1 裝配控制系統結構組成

本裝配控制系統包括傳感與檢測裝置(光電傳感器、限位檢測傳感器)、執行機構(氣缸、導桿、回轉臺、機械手)、電磁閥組單元、接線端口、支撐單元等，整體結構組成如圖1所示。

圖1 裝配系統結構組成

2 裝配控制系統控制流程

裝配控制系統控制流程如圖2所示。初始狀態為各氣缸均處于復位狀態，裝配臺工件檢測處于低電平狀態，零件有無和不足檢測傳感器均處于高電平狀態，機械手爪松開并等待輸送原材料，接線端口通電并與西門子PLC連接。

圖2 裝配控制系統控制流程

系統啟動后首先執行初始步復位操作，完成后開始執行落料單元的落料動作；落料動作完成后，執行回轉臺回轉轉移原材料動作，回轉到位，準備執行下一順控步；機械手在升降氣缸的驅動下，下降到指定位置抓取工件，延時后上升；接下來進行選擇判斷，確定順序執行下一動作或延時等待；最后完成機械手裝配零件動作，若零件原材料充足，系統跳轉至初始步，執行下一周期裝配任務，若零件不足或無零件，則執行報警單元功能。

3 裝配控制系統硬件設計

裝配控制 系統硬件主要由落料單元、回轉單元、機械手輸送單元、氣動控制回路和I/O分配共五部分組成。

3.1 落料單元

落料單元的作用是提供待裝配原料，并通過光電傳感器來判斷待裝配原料是否充足或有無。若原料不足或已耗盡，系統將會通過報警信號燈的不同閃爍方式來提醒工作人員及時加料。裝配臺落料機構示意圖如圖3所示，料倉中的芯料在重力的作用下下落在檔料氣缸的擋料塊上，此時，系統啟動頂料氣缸，頂住擋料塊上的工件不下落； 之后，擋料氣缸動作，擋料塊上的工件自然下落至物料回轉臺中，等待被回轉單元轉送至機械手單元下方； 系統檢測到原料已掉落至回轉臺后，首先復位擋料氣缸至初始位置，準備繼續擋料任務，然后復位頂料氣缸，使其余原料繼續下落至檔料塊上，等待下一周期供料任務。

圖3 裝配臺落料機構示意圖

3.2 回轉單元

零件從落料單元進入回轉(如圖4所示)單元料盤1后，回轉單元的光電傳感器將接收到的物料信息傳遞給PLC，PLC通過短暫延時操作后，置位擺動氣缸，使料盤1由圖4所示位置轉移到料盤2位置，即機械手輸送單元正下方； 同樣的，光電傳感器2通過輸入模塊，將零件已轉移至料盤2的信息傳遞給PLC，準備啟動機械手輸送單元進行夾料輸送任務； 待機械手夾料完成后，系統會自動復位擺動氣缸，回到初始位置，等待下一次回轉輸送任務。

圖4 裝配臺回轉機構示意圖

3.3 機械手輸送單元

機械手輸送單元(如圖5所示)可以實現機械手夾料與放料動作、機械手上下移動和機械手前后移動三種輸出動作。當裝配臺檢測到物料后，機械手輸送單元的動作流程是：機械手下行到位夾取待裝配零件—機械手上升到位—機械手前行到位—機械手下行到位—機械手爪松放料—機械手復位，等待下一循環周期任務。

3.4 氣動控制回路

氣動控制回路由頂料氣缸、擋料氣缸、手爪伸出氣缸、手爪提升氣缸、擺動氣缸和手指氣缸共六個兩位五通單電控電磁換向閥組成，如圖6所示。

圖5 裝配臺機械手機構示意圖

圖6 氣動控制回路

3.5 I/O口分配表

裝配控制系統采用西門子S7-200-226 CN的PLC，PLC主要控制對象為6個輸出電磁閥及3個報警指示燈，采用雙作用氣缸并以單向節流閥進行控制。裝配站PLC的I/O分配見表1。

表1 裝配站PLC的I/O分配

4 裝配控制系統軟件設計

基于PLC的裝配系統采用西門子STEP-Micro /WIN4.0編程軟件編輯PLC的梯形圖程序，通過PPI通信協議，借助PLC的RS485通信口將程序存放于存儲器中，其機械手抓件順控步和機械手爪下移動作控制程序如圖7、圖8所示。裝配系統裝配過程如圖9所示。

5 結束語

本控制系統軟件為裝配站的開發拓展打下了基礎，給今后裝配站遠程監控及性能優化提供了更加有效的思路。經實際應用，裝配控制系統運動靈活準確、執行速度快、報警提示及時、精準度高，完全達到了預期的控制效果，具有廣泛推廣、應用價值。

圖7機械手抓件順控步圖8機械手爪下移動作

圖9 裝配系統裝配過程