PLC在生产线检测控制系统中的应用.pdf

自动化 DOI 1 0 ． 3 9 6 9／ j ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 3 ． 1 0 ． 0 1 3 P L C在生产线检测控制系统中的应用 许文静 江 阴职业技 术学院， 江苏江阴 2 1 4 4 3 3 摘要在空气开关的生产过程中，因其内部零部件较多， 所以检查验收难度较大。采用电涡流式接近开关和机械手相结合，当 接近开关检测到不合格产品，就发送信号给机械手，实现自动检测。系统采用了西门子s 7 2 2 6 P L C 控制检测过程， 对生产线检 测控制装置硬件电气图进行设计，编写了相应的控制程序，实现了传送带检测系统的手动 、回原点、自动的操作方式。该系统 的设计，提高了生产线检测控制系统的自动化程度和效率，且稍经改装能适合其它生产流水线产品的检测。 关键词 P L C；传送带 ；机械手 中图分类号 T P 2 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 3 1 00 0 4 404 Ap p l i c a t i o n o f P LC i n P r o d u c t i o n L i n e T e s t i n g Co n t r o l S y s t e m XU We n - j i n g J i a n g y i n P o l y t e c h n i c C o l l e g e ，J i a n g y i n 2 1 4 4 3 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Ch e c k i n g i s a n i mp o r t a n t p r o b l e m wh i c h n e e d s l o t s o f wo r k i n t h e p r o c e s s o f p r o d u c i n g a i r s wi t c h， b e c a u s e o f i t s i n t e r n a l p a r t s ， i n c l u d i n g t h e d e s i g n o f h a r d wa r e f o r p r o d u c t i o n l i n e t e s t i n g c o n t r o l d e v i c e s a n d t h e wr i t i n g o f c o r r e s p o n d i n g c o n t r o l p r o g r a m， t o a c h i e v e ma n u a l， o r i g i n a n d a u t o ma t i c c o n t r o l mo d e s for p r o d u c t i o n l i n e t e s t i n g c o n t r o l s y s t e m． Th e d e s i g n o f t h e s y s t e m i mp r o v e s t h e a u t o ma t i o n a n d e f f i c i e n c y ，a n d s l i g h t l y mo d i fi e d t o fit t h e t e s t i n g o f o t h e r p r o d u c t i o n l i n e p r o d uc t s ． Ke y wo r ds P L C；c o n v e y o r ；ma c h i n e h a n d 质量控制在生产制造 中是一个重要 的环节 。 产品在 出厂前 ，都要对产 品进行检查 ，如发现不 合格 品要及时采取措施加 以解决 ，同时研究不合 格品产生的原因以防再次发生。 空气开关也称断路器 ，在 电路 中接通 、分断 和承载额定 作 电流 ，并能在线路和电动机发生 过载 、短路 、欠压的情况下进行可靠的保护u 。在 电力送配 电线路上 ，空气开关质量 的优劣 ，直接 关系到设 备和人员的安全 。空气开关内部 比较精 密，由操作机构 、触点、保护装置 各种脱扣器1 、 灭弧系统等组成。如图 1 为扁平结构 的空气开关示 意图，其内部安装金属零部件的区域用虚线框出。 空气开关在生产过程中，经多条生产线将铜 金属件 、塑料外壳等部件组装起来 ，其安装完毕 即用铆 钉铆接 ，所 以无法检 验 内部 是否缺 少零 件。针对这一情况 ，本系统在空气开关生产 流水 线 的最后一道 工序 位置上方 ，安装 一套检 测装 置，调节各接近开关的灵敏度，使其在缺少零件 时，通过 P L C 控制机械手进行剔除。 1 生产线检测控制过程 1 生产线检测控制系统结构 生产线检测控制系统 由机械手、两条传送 F 曩 ■ ■ ■ ■ T 0 I ， ■ z ] 曩■ 4 4 { 0 苴0 釜t L上 ￡■-五 蕾 图 1空气 开关示意 图 许文静P L C 在生产线检测控制 系统中的应用 工业自 带、检测装置、光电计数器等主要部件组成。检 测控制系统如图2 所示 。 本系统采用气动式机械手，能够实现三个 自 由度方向 水平 、垂直和旋转 的抓取或放置物 品 ， 具有操作 范 围大 ， 灵活性好 ， 应用广泛 的 特点 。三 自由度机械手为圆柱坐标型。机械手上 下 、左右 、旋转 的动作 由三个气缸和三个 2 ／ 5的 双控 电磁换 向阀实现 。机械手终端 由一双作用气 缸和一个 2 ／ 5的 单控 电磁换 向阀来完成控制 ， 可 以实现抓和放的动作 。 检测装置内部使用了多只微型电涡流接近开 关 ，其位置与零件 内部位置对应 ，接近开关 的灵 敏度和工作距离可 以调节 。根据 电涡流效应 ，它 能在一定的距离内检测有无金属零件。如空气开 关内部相应位置缺少金属零件 ，检测装置就发出 信号。接近开关给出的是开关信号 高电平或低 电平 ，将此信号送给P L C ，控制机械手，将合格 产 品与废品分开 ，实现 自动检测 。 。 1 ． 机械手2 ． 接近开关3 ． 电机4 ． 空气开关 5 ． 光电计数器6 ． 传送带 I 7 ． 传送带Ⅱ 图2 生产线产品检测示意图 2 生产线检测系统操作方式 1 手动方式 在手动方式下 ，利用按钮对机 械手每一 动作单独进行 控制 。 如按“ 下降 ” 按 钮，机械手下降 ；按“ 上升”按钮，机械手上 升。这种方式可以用于设备的调试及故障排除时 的操作 】 。 2 回原点 用 回原点操作可以使机械手置于 原点位 机械手在缩回、最上面和最左面 ，且夹紧 装置松开 ， 以便于维修时机械手的调整。 3 自动方式 按下启动按钮 ， 机械手从 原 点开始接收到检测装置信号 ，就按工序 自动工 作 ，直到按下停止按钮 ， 机械手 自动停机 。 2 生产线检测控制系统硬件设计 1 本系统控制要求 机械手初 始位置在最上面和最左边且夹 紧装 置松开。按下启动按钮 ，传送带 I 启动。在传送 带 1人 口处 ，每进来一个产 品，接近开关对该产 品进行检测 ，同时光电计数器发出一个脉冲。如 果 产 品 合 格 ，电涡 流 接 近 开 关 输 出逻 辑 信 号 “ 0 ” ；如检测 到产品内部缺少零件 ，电涡流接近开 关输出逻辑信号 “ 1 ” ，将不合格产品位置记忆下 来，当不合格产品到机械手位置 第 3 个产品间 距 时，传送带 I 停止 ，机械手下降到下限位 S Q 3 ， 手指夹住物品延时 ；手臂上升 ，上升到限 位时碰 到上 限位开关 S Q 4 ；机械手手臂缩 回到限 位 S Q 8 ；右转 1 8 o o 碰 到右 限位开关 S Q 5 ；手臂伸 出到 限位 S Q 7 ，手臂下降 ，到下限位碰到下限位 开关 S Q 3 ；手指松开 ，废品落到传送带 Ⅱ 上 ，传 表 1 P L G的I ／ 0地址分配表 名称 输入地址 名 称 输入地址 接近开关 I O ． O 手臂缩回 I l l3 光电计数开关 1 0 ． 1 手臂上升 I 1 -4 手臂下限位 l 0 ． 2 手臂下降 I 1 ．5 输 手臂上限位 1 0 - 3 手臂右转 I 1 ．6 手臂右限位 I O ． 4 手臂左转 I 1 ．7 手臂左限位 I O ． 5 手指夹紧 I 2 ．O 手臂伸出限位 I O ． 6 手臂松开 I 2 ． 1 入 手臂缩回限位 I O ．7 手动 I 2 ． 2 启动按钮 I 1 ．O 回原点 I 2 3 停止按钮 I 1 ． 1 自动 I 2 ．4 手臂伸出 I L 2 伸出 Q O ．0 左转 Q0 ． 5 输 缩回 Q 0 ． 1 夹紧 Q 0 ． 6 上升 Q 0 ．2 电机1 控制 Q 1 ． o 下降 Q0 ．3 电机2 控制 Q1 ． 1 入 右转 QO ．d 原位指示灯 Q 1 ． 2 自动化 送 带 Ⅱ开始工作 ，同时夹紧开关 复位 ；手臂上 升 ，到上 限位 时碰 到上 限位 开关 S Q 4 ；手 臂左 转 ，回到原点。 2 硬件电路设计 该系统输入信号有检测装置信号、计数开关 信号 、各限位信号和工作方式选择信号等，输入 点2 2 点。输出信号有各电磁阀和电机等，输出点 共 9 个。其 I ／ 0接 口分配如表 1 所示。 根据 控 制 要求 及 端 子 数 ， 此 处选 用 西 门 子公 司 的 S 7 2 0 0系列 中 C P U 2 2 6型 P L C，其 I ／ 0 点 数为输 人 2 4点 ，输 出 1 6点 ，满 足控制 所需 端 子数 。选用 三厢 鼠笼型异步 电机作 为传送带 的驱 动 。 分 配 P L C的 I ／ 0端 子 接 线 如 图 3所 示 。为 了保证 在 P L C发 生故 障时 ，能可靠 地切 断 P L C的 负 载 电 源 ，设 置 了交 流 接 触 器 K M。 在 开 始运 行 时按下“ 负载 电源 ”按钮 ，使 K M 线 圈得 电并 自锁 ，给外部 负载提供 交流 电。按 下 “ 紧急停 车 ”按 钮 ，可 以在 紧急情况下 断开 负载 电源 。 接近 开关 光电计数器 下限位 上 限位 右 限位 左 限位 伸 限位 缩限位 启 动按钮 停止按 钮 伸 出 缩 回 上升 下 降 右 转 左 转 夹 紧 松 开 手动 回原点 自动 l 0 ． 0 Ll KM 一 1 0． 1 SQ3 0 10．2 1L So4 ，一 10．3 SO5 10 ．4 2 L S Q6 1 0 ．5 Q 0 ． 0 _ [ ] _ Y V l伸 出 S Q7 I O ． 6 Q O ． I _ [ 二 卜 _ Y v 2 缩 回 SO8 l 0 ．7 Q 0 ． 2 _ [ ] _ Y v 3 上 升 S B 一 I 1 ,0 Q O ． 3 _ [ ] _ Y v 4下 降 S B 2 l 1 ．1 Q 0 ． 4 _ [ ] _ Y v 5右 转 S B 3 SB4 l 1 ．2 Q O ． 5 _ [ 二 卜 _ Y v 6左 转 ／ 一 I l 3瓮 Q 0 6 _ [ 卜 Y V 7加 紧 S 8 5 S B6 I l 4 Q ’ 棚 _ [ ] _ K M 1 电 机 1 l 1 ．5 Q 1 ． 1 _ [ K M 2 电 机 2 S B 7 l 1 ． 6 SB8 l I ． 7 SB9 I 2 ． 0 S B1 O 一 I 2 ． 1 l 2 ． 2 一 l 2 3 I 2 ． 4 1M 2M M L 同3 P L C外部接线图 3 P L C程序设计 生产线检测控制系统是典型的顺序控制 ，它 的工作循环是从检测装置开始 ，一步一步有条不 紊地进行 ，每个工步 的执行都会使相应的电磁铁 通电使得电磁铁动作，用行程开关和定时器来判 断每一 步是否完成 ，并决定 是否启 动下一个 工 步，采用顺序梯形图可以方便地完成相应的控制 过程 。自动控Ni le , 序如图4 所示 。 图4 自动控制顺序 图 传送带2 工作 程序的整体结构如图5 所示。 在 该 机 械 手 控 制 程 序 中 ， 用 移 位 指 令 S H LB 对产品进行计数。当不合格的空气开关通 过接近开关时，1 0 ．0 1 ，使M 0 ．0 置位，同时光电 计数 开关检测到有产 品通过 ，1 0 ． 1 1 ，进行一次 移 位 ，将 M0 ． 0的 1 移 位到 M 0 ． 1中 ，M0 ． 1 1 ，传 送带每次传送一个产品，光电计数开关接通一 次 ，并进行一次移位 ，当光 电开关接通 3 次并进 釜羔 兰 釜 盗 许文静P L C 在生产线捡测控制系统中的应用 工业自 图5 主程序结构图 行 3 次移位时 ，使 M0 ． 3 1 。 在程序 中 ，运用 J MP指令可选择不 同操作方 - 卜- ’ 一- ’ 一- ’ 一 - - ’ 一 上接第 2 4页 参考文献 [ 1 ] Ma r k W．S p o n g ， M． V i d y a s a g a r ．R o b o t D y n a mi c s a n d C o n t r o l l M J． N e w Y o r k ，U S A Wi l e y ，2 0 0 4 ． [ 2 ]唐 国宝，黄田． D e l t a 并联机构标定方法研究 [ J ]． 机 械 工程 学报 ，2 0 0 3 ，3 9 8 5 5 6 0 ． 1 3 J D e b l a i s e D，Ma u r i n e P ． E f f e c t i v e G e o me t r i c a l C al i b r a t i o n o f D e l t a P a r a l l e l R o b o t U s e d i n N e u r o s u r g e r y [ A]． 2 0 0 5 I EE E ／ RS J I n t e r n a t i o n a l Co n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n t R o b o t s a n d S y s t e m [ c ]． P i s e a t a w a y ， N J ， U S A I EE E， 2 0 0 5 1 31 3 -1 31 8 ． 1 4 j Z h u Y a n h e ，Y a n J i h o n g ，Z h a o J i e ，e t a 1 ． A u t o n o mo u s Ki n e ma t i c S e l f - Ca l i b r a t i o n o f a No v e l Ha p t i c D e v i c e l A J． 2 0 0 6 I E E E ／ R S J I n t e rna t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n t e l l i ． g e n t R o b o t s a n d S y s t e m [ C]． P i s c a t a w a y ， N J ， US A I EE E。 2 0 0 6 4 6 5 4 4 6 5 9 ． [ 5 ]R e n a u d P ，A n d r e ff N，Ma r q u e t F ，e t a 1 ． V i s i o n b a s e d k i n e ma t i c c a l i b r a t i o n o f a H4 p a r all e 1 me c h a n i s m l A 1． 2 0 o 3 I n t e r n a t i o n al Co n f e r e n c e o n Ro b o t i c s a n d Au t o ma ． t i o n l C ]．P i s c a t a w a y ， N J ， U S A I E E E ， 2 0 0 3 l l 9 1 1 1 9 6 ． 式 的程序 。当选择开关打在手动位置 ，I 2 ． 2输入 端 接 1 通 ，梯 形 图 中I 2 ．2常 开 接 点 闭 合 ， J M P 1 ～ L B L 1之 间 的 工 作 梯 形 图 被 跳 过 ， J MP 3 ～ L B L 3 之间的工作梯形 图也被跳过 ，I 2 ． 2 常 闭接点 断开 ，执行 J MP 2 ～ L B L 2之 间的手动梯 形 图。另两种操作方式 ，控制原理相似 。具体程序 略。 4 结语 实践证明 ，P L C在 生产线检测上的运用极大 地提高 了生产 线检测 控制 系统 的 自动化程 度和 效率 ，且 P L C有着 很大 的灵活性 ，针对 不 同的 产品检测 ，只要更换检测装置及对 I ／ O点的接线 稍作修改 ，即能适合其他生产流水线产品的检 测 。 参考文献 [ 1 ]张蕊 ，卞伟华 ，张文蔚． 电气控制与 P L C应用技术 [ M]． 上海上海科学技术出版社，2 0 1 0 ． [ 2 ]王月芹． 基于P L C机械手控制系统设计与 实现 [ J ]． 机 电产品开发与创新 ，2 0 1 1 2 4 1 5 0 1 5 1 ． [ 3 ]廖常初． P L C基础及应用 [ M]． 北京机械工业出版 社 ．2 0 0 3 ． 作者简介许文静，女，1 9 7 8 年生，江苏江阴人，硕士 ， 讲师。研究领域 机电一体化及电气工程。 编辑 向飞 - - - - 一 - - 一 - -卜 - 卜- - 卜一 卜一 -卜一 - 一 [ 6 ] R e n a u d P，A n d r e ff N，L a v e s t J M，e t a 1 ． S i mp l i f y i n g t h e Ki n e ma t i c Ca l i b r a t i o n o f P a r a l l e l Me c h a n i s ms Us i n g V i s i o n B a s e d Me t r o l o g y l J j． I E E E T r a n s a c t i o n o n R o b o t i c s ，2 0 0 6 ，2 2 1 1 2 2 2 ． [ 7 ] T r a s l o s h e r o s A，S e b a t i a n J M，C a s t i l o E，e t a 1 ． O n e Ca me r a i n Ha n d f o r Ki n e ma t i c Cali b r a t i o n o f a P a r all e l R o b o t[ A]．2 0 1 0 I E E E ／ R S J I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n I n t e l l i g e n t R o b o t s a n d S y s t e m [ c ]．P i s e a t a w a y ， NJ ，US A I E E E，2 01 05 6 7 3 5 6 7 8 ． [ 8 ]张学武． 求线性方程组最小二乘解的递推方法 [ J ]． 河北农业技术师范学院学报，1 9 9 3 ，7 1 4 1 4 7 ． [ 9 ]刘成业，李文广，马世国，等． 一种机器人工具坐标系 标定方法 [ J ]． 山东科学，2 0 1 2 ，2 5 1 6 9 7 4 ． [ 1 0 ]梁泉．未知环境 中基于强化学习的移动机器人路径 规划 [ J ]． 机电工程，2 0 1 2 0 4 4 7 7 4 8 1 ． [ 1 1 ]张文增 ，陈强，孙振 国，等． 弧焊机器人工件坐标快 速标定方法 [ J ]． 焊接学报，2 0 0 5 ，2 6 7 1 - 4 ． 第一作者简介曾奇，男，1 9 8 9 年生，湖南衡阳人 ，硕 士研究生。研究领域 机器人精度标定。 编辑 向飞