PLC控制的气动模拟生产线

摘要：随着工业自动化程度的提高，PLC控制的气动系统在生产线中的应用越来越普及。本文叙述了由哈工大SMC气动中心研制的气动模拟生产线演示台的原理及结构。该演示台主要模拟在生产线中工件的组装、装箱、运输及拆箱、拆卸等过程。用于在教学中演示气动技术及PLC在自动化生产线上的应用。
关键词：可编程控制器(PLC)　气动　生产线

1　引言

　　PLC目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域，无论是从国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都普遍采用了数字控制，而这些数字控制系统绝大部分是由单台或多台可编程控制器构成，PLC以其高可靠性和操作的简便性等优点，已经形成了一种趋势，这种趋势正方兴未艾。而气动技术近年来也得到了迅速发展，由于气动技术是以空气为介质，具有防火、防暴、防电磁干扰、结构简单、工作可靠、成本低及寿命长等优点，在工业生产的各个领域得到了普遍的应用。而PLC技术与气动技术的一个共同点就是它们最基本的也是最具优势的领域都是顺序动作的逻辑系统，PLC的开关量控制和气动技术的出力、点位控制或两种功能的复合控制，使它们在各种自动化生产线中大有用武之地。
　　为了充分展示气动技术及PLC在自动化生产线上的应用，哈工大SMC气动技术中心研制了一台气动模拟生产线展台，展示的是工件的组装、拆卸及运输。

2　系统的工作原理

　　模拟生产线示意图如图1所示，共分A区和B区两个区。

图1　模拟生产线示意图

　　A区为工件的组装、装箱、搬运及拆箱、拆卸，包括三个机械手、四个转运机、一个放球器和六条传送带，工作过程如下：A筒装箱手将AL1带上的4个空筒装入箱中，A箱转运机将有筒箱送到上层传送带AL2，运到放球器处将4个空筒装球，然后由拉A箱转运机将满箱运到AL3上层带上，至此工件的组装、装箱及搬运全部完成，接下来是拆箱、拆件及搬运的过程。A拆箱手将带球筒分别拆送到ABL中带上，然后分两路进行，一路是空箱经AJ3空箱转运机、AL4下层带、拉A空箱器、AL5下层带、AJ1A箱转运机完成空箱运输，并继续进行A筒装箱过程。另一路ABL带上的有球筒运至A件分检器处被检出，由AS3A件分拆转向手将球倒入球道，并将空筒放上AL1带，空筒运至终点进行下次装箱。在工作过程中，几乎每个机械手、转运机都在工作，因同时有多个箱及筒投入运行，工作效率是很高的。
　　B区模拟的是工件或产品的组装、包装和拆卸、运输，包括三个机械手、两个转向器、一个检盖器和三条传送带、一个输送机，工件由底和盖组成。工作过程如下：B装箱手将完整工件装箱，输送机将箱运到右端，B拆箱手将4个工件拆开并分别送到ABL中带上，然后空箱由输送机运回左端继续装箱，中带上工件的底和盖在经过检盖器时检出是底还是盖，若是底则由B件转向器送上BL1装配带，若是盖则由B装盖手进行装盖，B件门控器将组装完成的 B工件放行，该工件再经B件转向器送到B件带上完成该件循环过程。
　　在A、B两区同时循环运行过程中，中带是最繁忙的，它的工作速度决定了生产线的节拍，同时中带上的协调也非常重要，一是在A拆箱手和B拆箱手同时工作时必须协调好，否则有可能发生相互碰撞而损坏机械手，二是在带上实际有三种工件在运行，即A有球筒、B底、B盖，因此设计了A件分检器和检盖器使中带上的运行有条不紊地进行。
　　由于该模拟生产线是一个演示展台，因此必须设计成由零件组装到成品，再由成品拆成零件这样一个循环过程，而实际的生产线往往只有从零件上到成品下线这一过程，所以该展台事实上要比实际生产线复杂一些。

3　系统构成

　　(1)气动系统

　　该系统的气动件全部采用的是SMC公司的产品，共用了48个气缸，48个两位四通阀，2个真空发生器，其中检盖器由测长气缸制成，B箱输送机由1米长的无出杆气缸制成，其它所有机械手、转运机等均由普通气缸制成。

　　(2)传送系统

　　包括8个传送带和1个输送机，除输送机由无出杆气缸制成外，传送带均由步进电机驱动，共使用了8台步进电机。

　　(3)检测系统

　　包括96个行程开关、6个接近开关、5个碰撞开关和1个测长气缸。

　　(4)控制系统

　　该系统的全部控制功能由一台松下电工FP3型可编程控制器实现，用于控制步进电机的的脉冲单元8个，控制系统原理框图如图2所示。

图2　控制系统原理框图

4　控制流程及编程

　　(1)流程图

　　PLC的程序运行方式是循环扫描方式，而非顺序执行方式，因此任何一个机械手在其条件满足后即开始动作，各手之间是并行的，当然有的手与手之间存在因果或制约关系，如A拆箱手与B拆箱手在同时工作时，必须等对方一个动作结束且手回原位后才能开始自己的动作，而自己开始动作即告对方等待。控制流程图如图3 所示。

图3　控制流程

(2)编程

　　机械手控制程序的编写方式很多，各人有各人的习惯，这里采用的是用移位寄存器指令编写控制程序，举一例说明，如图4所示。
　　这种方式的特点是紧凑、简明、易读，由于移位寄存器字长为16位，故可以控制15个连续动作。

图4　工件组装程序

5　结语

　　该展台集中了气动技术、PLC、串行通讯及步进电机的许多优点，对生产线中的许多典型工序进行了模拟。曾先后参加了北京’97动力与传动国际博览会及’97黑龙江计算机技术展览会，均受到好评，在哈工大SMC气动中心的教学和科研中发挥了重要作用。