纱锭卸料PLC控制系统设计.pdf

2 0 1 5年 1 1 月 第 4 4卷 第 1 1 期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e D e s i g n a n d Ma n u f a c t u ri n g E n g i n e e ri n g NO V． 2 01 5 Vo 1 ． 4 4 N o ． 1 1 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 55 0 9 X ． 2 0 1 5 ． 1 1 ． 0 1 2 纱锭 卸料 P L C控制 系统设计 徐连 强 无锡工艺职业技术学院 ， 江苏 宜兴2 1 4 2 0 6 摘要 为 了改变传统纺丝生产中纺丝绕 满锭子后 需人工把成品丝锭放到储料格里， 劳动强度 大、 效率低 的问题 ， 采用可编程逻辑控制 器控制机械 手 ， 实现 自动卸载成品丝锭 并存放到指定位 置。 系统得电后进行 自 检并完成各工作部件的初始化， 当传感器检测到有可卸载的成品丝锭时机械 手进行抓取 ， 然后把成品丝锭放到空的储料格 中， 动作完成后机械手 自动回到初始位置 ， 等待下 一 次抓取。生产实践证 明， 该控制 系统节约 了生产成本， 提 高了劳动生产率。 关键词 丝锭 ； 可编程逻辑控制器； 机械手； 自动卸料 中图分类号 T P 2 7 3 文献标志码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 5 1 1 0 0 5 1 一 O 3 目前 ， 纺织企业采用 的卸料方式通常为人工卸 料 ， 工作过程是纱锭上绕满纺丝后 ， 有料传感器检 测到料满并报警 ， 工人把纱锭取下放到送 料车里 ， 移送到储料格后把纱锭放到相应的储料位置 。 人工卸料方式劳动强度大 ， 而且容易对人造成 伤害 ， 出现不 良产 品的概率增加 ， 导致生产成本增 加 、 生产效率下降 ， 因此需要设计一套控制 系统来 实现 自动卸料和运料。 1 卸料装置机构设计 改进后的卸料装置机构 由机械手 、 直线导轨 、 拖链、 气动电磁阀、 储料格等组成， 机械手由可编程 逻辑控制器 P L C 控制 ， 完成取料 、 送料 、 卸料等工 作。在获得传感器的输入信号后 ， P L C能实现开关 逻辑 、 模拟 、 定时和顺序等控制⋯。由 P L C控制的 机械手在 自动完成取料 、 运料 、 卸料等动作后 回到 轨道原点处 初始位置 。改装完成后 的纱锭卸料 装置机构如图 1所示 。 2 控 制 系统硬件设计 1 P L C的选择。 P L C结构为整体模块 ， 在硬件的设计上相对较 简单。通过对系统控制要求的分析 ， 可知用于控制 纱锭卸料的 I ／ O点有 3 1 个 ， 根据输入 、 输 出口的总 点数要求再适 当留有余量 ， 选用三菱 F X 一 4 8 MR 型 P L C， 可满足设计要求。 储料格 机械 手 ，4 乜 厂1 0 二 一 J I1 、 n l 一 出料 口传感器 ； 2 一机 械手前 限位传感 器 ； 3 一机 械手 后限位 传 感器 ； 4 一机械 手上 限位传感器 ； 5 一机械手 下限位传感 ； 6 一 直线导 轨原点传感 器 ； 7 一机 械手旋转右 限位 ； 8 一 机械手旋转 左限位 ； 9 3楼传感器 ； l O _ 2楼传感器 ； 1 l 一 1 楼传感器 ； l 2 1格传感器 ； 1 3 2 格传感器； 1 4 3格传感器； 1 5 4格传感器 图 1 改造后控制装置 示意 图 2 I ／ O分配与 P L C接线图。 在分配好 P L C的地址后 ， 编制完成输入 ／输 出分配表或者画好输入 ／输出端子 的接线 图后就 可以进行 P L C的程序设计 ， 同时可进行 控制柜或 操作台的设计和现场施工。 P L C的输 入信号来 自于传 感器和开关按 钮。 纱锭卸料装置上的有料传感器为接近开关 ， 是利用 接近开关 的敏感特性来识别物体是否接近 ， 并输 出 相应的开关信号 ； 直线导轨原点使用的是一个 无触点的电感式传感器 ， 用于提供机械手直线运动 的起始点信号； 机械手上、 下、 左、 右 、 前 、 后的限位 收 稿 日期 2 o 1 50 9 0 2 作者简介 徐连强 1 9 7 3 一 ， 男 ， 河南 罗山人， 无锡工艺 职业技 术学 院讲师／ 工程 师，硕士 ， 主要研究方向为机电工程。 5l 2 0 1 5年第4 4卷 机械设计与制造工程 开关是磁性开关 ； 储料格 的 1 格 、 2格 、 3格 、 4格的 位置传感器也采用限位开关； 储料格的 1 楼、 2楼、 3 楼用的传感器是电感式传感器。机械手的动作 由气动电磁阀驱动 ， 机械手在导轨上的移动由步进 电机驱动。该卸料装置设置了 3个按钮 ， 分别是 自 检按钮、 启动按钮和停止按钮。系统得电后 ， 按下 自检按钮 ， 机械手 自动完成动作是否到位等检测 ； 按下启动按钮 ， 机械手 自动 回到导轨原 点准备就 绪 ； 按下停止按钮 ， 机械手在任意位置停止动作并 回到初始位置 。整个装置还设有 2个信号灯 ， 当供 料 口来料或储料格满时 ， 相应的信号亮起。 P L C控制系统 I ／ O分配表见表 1 ， P L C接线图 如图 2所示 。 3 控 制系统软件设计 控制系统的软件设计主要包括控制流程设计、 梯形图设计。 表 I 控制系统 I ／ 0分配表 信 号 名 称 } 信 号 名 称 输 入 点 、 输 出 点 嗝 伺 、 X O 有料传感器 Y 0 机械手气缸伸出 x1 导轨原点传感器 Y1 机械手气缸缩 回 X 2 机械手前 限位 Y 2 机械手气缸向上 【 3 机械手后限位 Y 3 机械手气缸下降 x 4 机械手上 限位 Y 4 机械手气缸旋转向左 5 机械手下 限位 Y 5 机械 手气缸旋转 向右 x 6 机械手左 限位 Y 6 机械手移动 电机向左 X 7 机械手右限位 Y 7 机械手移动 电机 向右 XI O 机械手导轨 限位 YI O 机械手放料 电机向上 X1 1 1 格 限位 YI 1 机械手放料 电机 向下 X1 2 2格 限位 Y1 2 出料 口有料指示灯 X1 3 3格 限位 Y1 3 储料格满指示灯 X1 4 4格 限位 X1 5 1 楼 限位 X1 6 2楼 限位 X1 7 3楼 限位 X 2 0 自检按钮 X 2 1 停止按钮 X 2 2 启动按 钮 {P P P P P C OM X2 2 X21 X2 0 Xl 7 Xl 6 Xl 5 Xl 4 X1 3 X1 2 Xl l X1 0 X7 X6 X5 X4 X3 X2 Xl X0 PLC COM 3 Y1 3 Y1 2 YI 1 Yl O C oM2 Y7 Y6 Y5 Y4 CoM 1 Y3 Y2 Yl Y0 z串 V 辛 辛 z} 辛 树w } 辛vw }] 图2 P L C外部接 线图 3 ． 1控 制 流 程 设 计 在系统得电后 ， 首先进行 系统 自检 ， 并对每个 工作部件进行初始化 ， 随后启 动装置进行工作 ， 当 进料检测传感器检测到有料时机械手进行抓料 ， 待 机械手抓料到位后 ， 把从出料 口抓的料移动放到空 的储料格中， 放料完成后机械手回到初始位置。当 工作完成或需要停机时 ， 按下停止按钮 ， 机械手停 止动作并回到初始 位置后停止。顺序控制系统流 程如图 3所示。 3 ． 2梯 形 图设 计 与编写 根据 图 3和表 1等设计出 自动卸料控制系统 P L C梯形图， 编写梯形 图时需结合 系统 的控 制要 求 、 机械手的动作过程等 ， 编写完成 的部分程序如 ．5 2 ． 图 3 顺序控制 流程 图 2 0 1 5年第 1 1 期 徐连强 纱锭卸料 P L C控制系统设计 图4所 示。当使 用简 易编 程器 将程 序输 入 P L C 时 ， 需要先将梯形图转换成指令助记符 ， 以便输入。 若是使用 P L C的辅助编程软件在计算机上进行编 程 ， 可在编程完成后将程序下载到 P L C中。 图4 卸料 P L C控制系统部分程序 4 工作过程验证分 析 本文所设计 的 P L C控 制系 统 的工 作过 程 如 下 1 系统完成 自检。系统得 电后 ， 按下 自检 按 钮 ， 系统进入 自检状态 。首先机械手 向右摆动到达 右限位后 ， 再 向左摆动 到左限位 ， 此时机械手上升 气缸得电机械手上升 ， 当机械手到达上限位后机械 手下降 ， 机械手手臂伸 出， 手臂到达前限位后手臂 缩回， 至此完成机械手 的 自检 ； 接着进行机械手的 送料 自检 ， 机械手从原点到储料格 1格限位点后 回 到原点 ， 然后从原点到储料格 2格限位点后回到原 点 ， 再从原点到达储料格 3格 限位点后 回到原点， 最后从 原点 到达储料 格4 格 限位 点后 回到原 点 。 系统 自检完成后 ， 机械手各部件 回到初始位置 ， 此 时系统方可启动 。 2 P L C控制 机械手 自动 装卸料。当有料传 感器检测到有料时 ，机械手手臂伸 出到达手臂 的 前 限位后 ，机械手手臂抬 起 上升 ，机械手手 臂上升到位取料后 ，机械手取料缩 回到位 ，右旋 转到达右限位后开始移动送料 ，机械手移动到 1 格 限位点后 ，手臂上 升 导 轨与 1楼平齐 ，当 手臂上升到 1楼限位点时 ，机械手伸 出到达前 限 位后机械手手臂下降 ，下降到位机械手卸料后缩 回，等机械手手臂缩 回到达限位后旋转到左限位 ， 然后机械手沿导轨移动回到原点 ，等待下一次送 料和卸料 。机械手往储料格送料的顺序是 1楼 1 格一1楼 2格～l 楼 3格～1楼 4格2楼 1格⋯3 楼 4格 ，当储料格放满丝锭后 ，移走放满丝锭的 储料格 ，放置新 的储料格 ，系统会 自动接着从 1 楼 1 格的顺序开始送料 。 5 结束语 在调试应用阶段 ， 本控制系统存在取料与卸料 不及时、 机械手动作不到位的情况 ， 通过调整或者 更换传感器， 提高传感器的灵敏度使问题得到解 决。在实际使用中， 采用电气控制柜面板进行操 作 ， 存在不能及时发现故障等问题。未来将做进一 步改进 ， 考虑采用触摸屏技术 ， 用组态软件进行实 时监控 ， 使控制系统的可靠性进一步增强。 参考文献 [ 1 ] 姚融融． 电气控制及 P L C [ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 1 0 ． [ 2 ] 张 同苏 ， 徐月华． 自动化 生产线安装与调试 [ M] ． 北京 中国 铁道 出版社 ， 2 0 1 0 ． De s i g n o f PLC c o nt r o l s y s t e m f o r s p i n dl e di s c ha r g e XU Li a n q i a n g Wu x i I n s t i t u t e o f A r t s T e c h n o l o g y ， J i a n g s u Y i x i n g ， 2 1 4 2 0 6 ，C h i n a Ab s t r ac t Th e r e a r e ma n y p r o b l e ms s u c h a s bi g l a b o r i n t e n s i t y a n d l o w p r o d uc t i o n e f f i c i e n c y i n t h e t r a d i t i o n a l s pi n n i n g p r o d u c t i o n．I t U S e S PLC a nd ma n i p u l a t o r t o r e ali z e a u t o ma t i c d i s c ha r g i n g p r o d u c t a c c u r a t e l y i n t o t h e ma t e r i a l s t o r a g e g r i d ．A f t e r s t a rt i n g ， t h e s y s t e m c a r r i e s o u t a c h e c k s e l f a n d i n i t i a l f o r ma t ．Wh e n r e c l a i m i n g s e n s i n g d e v i c e d e t e c t s t h e ma t e ri a l f o r g r a s p i n g ，t h e ma n i p u l a t o r mo v e s i n t o t h e ma t e r i a l s t o r a g e g ri d a n d c o mp l e t e s a u t o - ma t i c a l l y r e t u r n t o t h e i n i t i al p o s i t i o n ．T h e p r o d u c t i o n p r a c t i c e p r o v e s t h a t t h e c o n t r o l s y s t e m s a v e s p r o d u c t i o n c o s t ，i mp r o v e s l ab o r pr o du c t i v i t y． Ke y wo r d s wi r e i n g o t ；P L C；ma n i p u l a t o r ；a u t o ma t i c u n l o a d i n g 53 O 4 8 n 屹 2 “ 加