摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，PLC控制的氣動(dòng)系統(tǒng)在生產(chǎn)線中的應(yīng)用越來越普及。本文敘述了由哈工大SMC氣動(dòng)中心研制的氣動(dòng)模擬生產(chǎn)線演示臺(tái)的原理及結(jié)構(gòu)。該演示臺(tái)主要模擬在生產(chǎn)線中工件的組裝、裝箱、運(yùn)輸及拆箱、拆卸等過程。用于在教學(xué)中演示氣動(dòng)技術(shù)及PLC在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC)　氣動(dòng)　生產(chǎn)線

1　引言

　　PLC目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制領(lǐng)域，無論是從國(guó)外引進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，還是自行設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，都普遍采用了數(shù)字控制，而這些數(shù)字控制系統(tǒng)絕大部分是由單臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器構(gòu)成，PLC以其高可靠性和操作的簡(jiǎn)便性等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)形成了一種趨勢(shì)，這種趨勢(shì)正方興未艾。而氣動(dòng)技術(shù)近年來也得到了迅速發(fā)展，由于氣動(dòng)技術(shù)是以空氣為介質(zhì)，具有防火、防暴、防電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。而PLC技術(shù)與氣動(dòng)技術(shù)的一個(gè)共同點(diǎn)就是它們最基本的也是最具優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域都是順序動(dòng)作的邏輯系統(tǒng)，PLC的開關(guān)量控制和氣動(dòng)技術(shù)的出力、點(diǎn)位控制或兩種功能的復(fù)合控制，使它們?cè)诟鞣N自動(dòng)化生產(chǎn)線中大有用武之地。
　　為了充分展示氣動(dòng)技術(shù)及PLC在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的應(yīng)用，哈工大SMC氣動(dòng)技術(shù)中心研制了一臺(tái)氣動(dòng)模擬生產(chǎn)線展臺(tái)，展示的是工件的組裝、拆卸及運(yùn)輸。

2　系統(tǒng)的工作原理

　　模擬生產(chǎn)線示意圖如圖1所示，共分A區(qū)和B區(qū)兩個(gè)區(qū)。

圖1　模擬生產(chǎn)線示意圖

　　A區(qū)為工件的組裝、裝箱、搬運(yùn)及拆箱、拆卸，包括三個(gè)機(jī)械手、四個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)、一個(gè)放球器和六條傳送帶，工作過程如下：A筒裝箱手將AL1帶上的4個(gè)空筒裝入箱中，A箱轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)將有筒箱送到上層傳送帶AL2，運(yùn)到放球器處將4個(gè)空筒裝球，然后由拉A箱轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)將滿箱運(yùn)到AL3上層帶上，至此工件的組裝、裝箱及搬運(yùn)全部完成，接下來是拆箱、拆件及搬運(yùn)的過程。A拆箱手將帶球筒分別拆送到ABL中帶上，然后分兩路進(jìn)行，一路是空箱經(jīng)AJ3空箱轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)、AL4下層帶、拉A空箱器、AL5下層帶、AJ1A箱轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)完成空箱運(yùn)輸，并繼續(xù)進(jìn)行A筒裝箱過程。另一路ABL帶上的有球筒運(yùn)至A件分檢器處被檢出，由AS3A件分拆轉(zhuǎn)向手將球倒入球道，并將空筒放上AL1帶，空筒運(yùn)至終點(diǎn)進(jìn)行下次裝箱。在工作過程中，幾乎每個(gè)機(jī)械手、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)都在工作，因同時(shí)有多個(gè)箱及筒投入運(yùn)行，工作效率是很高的。
　　B區(qū)模擬的是工件或產(chǎn)品的組裝、包裝和拆卸、運(yùn)輸，包括三個(gè)機(jī)械手、兩個(gè)轉(zhuǎn)向器、一個(gè)檢蓋器和三條傳送帶、一個(gè)輸送機(jī)，工件由底和蓋組成。工作過程如下：B裝箱手將完整工件裝箱，輸送機(jī)將箱運(yùn)到右端，B拆箱手將4個(gè)工件拆開并分別送到ABL中帶上，然后空箱由輸送機(jī)運(yùn)回左端繼續(xù)裝箱，中帶上工件的底和蓋在經(jīng)過檢蓋器時(shí)檢出是底還是蓋，若是底則由B件轉(zhuǎn)向器送上BL1裝配帶，若是蓋則由B裝蓋手進(jìn)行裝蓋，B件門控器將組裝完成的 B工件放行，該工件再經(jīng)B件轉(zhuǎn)向器送到B件帶上完成該件循環(huán)過程。
　　在A、B兩區(qū)同時(shí)循環(huán)運(yùn)行過程中，中帶是最繁忙的，它的工作速度決定了生產(chǎn)線的節(jié)拍，同時(shí)中帶上的協(xié)調(diào)也非常重要，一是在A拆箱手和B拆箱手同時(shí)工作時(shí)必須協(xié)調(diào)好，否則有可能發(fā)生相互碰撞而損壞機(jī)械手，二是在帶上實(shí)際有三種工件在運(yùn)行，即A有球筒、B底、B蓋，因此設(shè)計(jì)了A件分檢器和檢蓋器使中帶上的運(yùn)行有條不紊地進(jìn)行。
　　由于該模擬生產(chǎn)線是一個(gè)演示展臺(tái)，因此必須設(shè)計(jì)成由零件組裝到成品，再由成品拆成零件這樣一個(gè)循環(huán)過程，而實(shí)際的生產(chǎn)線往往只有從零件上到成品下線這一過程，所以該展臺(tái)事實(shí)上要比實(shí)際生產(chǎn)線復(fù)雜一些。

3　系統(tǒng)構(gòu)成

　　(1)氣動(dòng)系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的氣動(dòng)件全部采用的是SMC公司的產(chǎn)品，共用了48個(gè)氣缸，48個(gè)兩位四通閥，2個(gè)真空發(fā)生器，其中檢蓋器由測(cè)長(zhǎng)氣缸制成，B箱輸送機(jī)由1米長(zhǎng)的無出桿氣缸制成，其它所有機(jī)械手、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)等均由普通氣缸制成。

　　(2)傳送系統(tǒng)

　　包括8個(gè)傳送帶和1個(gè)輸送機(jī)，除輸送機(jī)由無出桿氣缸制成外，傳送帶均由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，共使用了8臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。

　　(3)檢測(cè)系統(tǒng)

　　包括96個(gè)行程開關(guān)、6個(gè)接近開關(guān)、5個(gè)碰撞開關(guān)和1個(gè)測(cè)長(zhǎng)氣缸。

　　(4)控制系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的全部控制功能由一臺(tái)松下電工FP3型可編程控制器實(shí)現(xiàn)，用于控制步進(jìn)電機(jī)的的脈沖單元8個(gè)，控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2　控制系統(tǒng)原理框圖

4　控制流程及編程

　　(1)流程圖

　　PLC的程序運(yùn)行方式是循環(huán)掃描方式，而非順序執(zhí)行方式，因此任何一個(gè)機(jī)械手在其條件滿足后即開始動(dòng)作，各手之間是并行的，當(dāng)然有的手與手之間存在因果或制約關(guān)系，如A拆箱手與B拆箱手在同時(shí)工作時(shí)，必須等對(duì)方一個(gè)動(dòng)作結(jié)束且手回原位后才能開始自己的動(dòng)作，而自己開始動(dòng)作即告對(duì)方等待?？刂屏鞒虉D如圖3 所示。

圖3　控制流程

(2)編程

　　機(jī)械手控制程序的編寫方式很多，各人有各人的習(xí)慣，這里采用的是用移位寄存器指令編寫控制程序，舉一例說明，如圖4所示。
　　這種方式的特點(diǎn)是緊湊、簡(jiǎn)明、易讀，由于移位寄存器字長(zhǎng)為16位，故可以控制15個(gè)連續(xù)動(dòng)作。

圖4　工件組裝程序

5　結(jié)語

　　該展臺(tái)集中了氣動(dòng)技術(shù)、PLC、串行通訊及步進(jìn)電機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，對(duì)生產(chǎn)線中的許多典型工序進(jìn)行了模擬。曾先后參加了北京’97動(dòng)力與傳動(dòng)國(guó)際博覽會(huì)及’97黑龍江計(jì)算機(jī)技術(shù)展覽會(huì)，均受到好評(píng)，在哈工大SMC氣動(dòng)中心的教學(xué)和科研中發(fā)揮了重要作用。