基于PLC的集装箱地板钻孔锁钉装置系统设计.pdf

1 訇 化 基于P L C 的集装箱地板钻孔锁钉装置系统设计 一- 璧 ⋯ 一⋯ 一⋯ 蓄 lf UlAL qTM I 喜 差 孝 皇 钻 孔 锁 钉 装 置 如 图 所 示 ， 主 要 由 ； 式 将 钉 吹 。 ～ “ 以 下 几 部 分 组 成 ⋯～⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～ 1 车体行走装置。主要完成车体的总体移 2 系统的技术难点 收稿日期2 0 1 3 -I 1 - 0 1 基金项目辽宁省教育厅重点实验室项 目 1 s 2 0 1 0 0 8 0 作者简介王晓磊 1 9 7 9一 ，男，辽宁锦州人，讲师，硕士，研究方向为 自动控制。 [ 9 8 1 第3 6 卷第5 期2 0 1 4 - 0 5 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 訇 4 1a l 曰 L 目 1 ． 锁钉枪；2 ． 锁钉下压气缸；3 ． 钻孔装置；4 同步带传动 ；5 ． 左右平移导轨 6 ． 工位转换 工作台；7 ． 钻孔电机8 ． 气吹管 9 ．上料机构 ；1 O ．锁定钉 ；1 l 撮 动给料器；1 2 ． 回转步进 电机 ；1 3 ． 集装箱侧壁；1 4 _ 左右平 移气缸 图1 集装箱 自动钻孔锁钉装置 梁的中心线上 ，如图2 所示 。由于采用人工焊接集 装箱横梁，所 以在焊接 的过程 中横梁不一定会和 集装箱的车体垂直 ，但在钻孔的过程中要使钻孔 的位置在横梁的中心线上 。 图2 钻 孔示 意图 解决方法 在车体上对称安装两个传感器来 感应检测横梁的边缘 ，如图3 所示。AB C D为横梁 边缘的俯视图。I J 为横梁钻孔的中心线 ，O为左侧 检 测到 信号 而右 侧没 检测 到信 号 的平 台 回转 中 心 ，O1 为右侧检测到信号的平 台回转 中心 。E、F 点为传感器位 置，且左侧传感器先检测到 ，右侧 无信号 ，这 时车体继续前进 ，直至右侧传感器检 测到信号 ，此时两传感器 的位置为E1 、F 1 但并不 在钻孔中心线上， 此时前进的距离为h 。此时可将过 程分为两步车体平 台旋转 0 角 ，此时传感器所在 的位置为E 2 、F 2 ；车体再前行d 即可到达钻孔中心 线上 ，两步 同时进行，节省时间。H为第2 个传感 器检测到横梁时两传感器 的中点，G为旋转0后两 传感器 的中点。设两传感器的距离为a ，第一个传 感器检测到横梁 与第一个传感器检测到横梁的距 离为h ，横梁的宽度为e ， c 为车体旋转0后传感器位置 前行的距离。根据示意图3 可知工作台旋转角度为 0 a r c t a n h 口 车体前进的距离d 为 G日 0I G xs i no ‘ 2 CG日 t a n0 d 三一 c 一 旦 2 2 最后将得到的角度与距离转换成脉冲 当量分 别送给步进电机和伺服 电机 。由于横梁摆放倾斜 的角度很小，故横 向的偏离误差在位置误差的范 围内。 图3 定位分析图 3 控制系统的硬件组成 设计 中采 用的是三菱公 司生产的F 3 U系列 的 F 3 U1 2 8 MT P L C，外加两块F 2 N一 1 6 E X的输入扩展 模块 。当设备在运行过程中主要采用传感器采集 第3 6 卷第5 期2 0 1 4 0 5 上 【 9 9 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表1 输入输出地址分配 输入 输 出 X 0 0 手动按钮 X 6 O 锁钉缸 1 下位磁性 开关 Y o 0 伺服脉冲 X 0 1 自动按钮 X 6 1 锁钉缸2 下位磁性 开关 Y 0 1 步进脉冲 X0 2 急停 ． X 6 2 锁钉缸3 下位磁性开关 Y 0 2 伺服方 向 X0 3 手动 复位 X 6 3 锁钉缸4 下位磁性 开关 Y 0 3 步进方 向 X0 4 启动 ’ X6 4 锁钉缸5 下位磁性开关 Y0 4 钻孔 电机 X0 5 车退 X6 5 锁钉缸6 下位磁性开关 Y 0 5 模式转换 X0 6 车进 X 6 6 锁钉缸7 下位磁性开关 Y 0 6 速度 1 XO 7 工作台左转 X6 7 锁钉缸8 下位磁性开关 Y0 7 正转 Xl 0 工作台右转 X7 0 锁钉缸9 下位磁性开关 Y1 0 反转 Xl 1 钻孔升／ 降 X7 1 锁钉缸 1 0 下位磁性开关 Yl 1 钻；f L 1 气缸 X1 2 钻头转 X7 2 锁钉缸 1 上位磁性开关 Y1 2 钻孔2 气缸 X1 3 导 向伸／ 缩 X7 3 锁钉缸2 上位磁性开关 Y1 3 钻f t 3 气缸 Xl 4 锁钉枪转 X7 4 锁钉缸 3 上位磁性开关 Y1 4 钻孔4 气缸 X1 5 锁钉枪升／ 降 X7 5 锁钉缸4 上位磁性开关 Y1 5 钻-f [ , 5 气缸 X1 6 滑台平移伸／ 缩 X7 6 锁钉缸5 上位磁性开关 Y1 6 钻；f h 6 气缸 Xl 7 振动给料1 X7 7 锁钉缸6 上位磁性开关 Y1 7 钻；f L 7 气缸 X 2 O 振动给料2 X1 0 0 锁钉缸7 上位磁性开关 Y2 0 钻；f t , 8 气缸 X 2 1 分料缸 1 , 2 伸／ 缩 X1 0 1 锁钉缸8 上位磁性开关 Y2 1 钻孔9 气缸 X2 2 下料 缸 1 , 2 伸／ 缩 X1 0 2 锁钉缸9 上位磁性开关 Y2 2 钻；f L l O 气缸 X 2 3 左转左限位 X1 0 3 锁钉缸 1 0 上 位磁 性开关 Y 2 3 锁钉下 压1 气缸 X 2 4 右转 右限位 X1 0 4 分料气缸1 左磁性开关 Y 2 4 锁钉下 压2 气缸 X 2 5 中间位 X1 0 5 分料气缸 1 右磁性 开关 Y2 5 锁钉下 压3 气缸 X 2 6 检 测横梁传感器 1 X1 0 6 分料气缸2 左磁性 开关 Y 2 6 锁钉下压4 气缸 X2 7 检测横梁传感器2 X1 0 7 分料气缸2 右磁性开关 Y 2 7 锁钉下压5 气缸 X 3 0 导 向伸 出磁性开关1 X1 1 0 平移气缸前磁性开关 Y 3 0 锁钉下压6 气缸 X 3 1 导向伸 出磁性开关2 Xl 1 l 平移气缸 后磁性开关 Y 3 1 锁钉下压7 气缸 X 3 2 导 向缩 回磁性开关 1 X1 1 2 前防撞传感器 Y3 2 锁钉下压8 气缸 X 3 3 导 向缩 回磁性开关2 X1 1 3 前左 防撞传感器 Y 3 3 锁钉下压9 气缸 X 3 4 钻孔气缸 1 上位磁性开关 X1 1 4 前右 防撞传 感器 Y3 4 锁钉 下压1 0 气缸 X 3 5 钻孔气缸2 上 位磁 性开关 Xl 1 5 后左防撞传 感器 Y3 5 锁钉马达 1 X 3 6 钻孔气缸3 上 位磁性 开关 X1 1 6 后右 防撞传 感器 Y3 6 锁钉马达2 X 3 7 钻孔气缸4 上位磁性开关 X1 1 7 检测是否到箱外传感器 Y3 7 锁钉马达3 X 4 0 钻孔气缸5 上 位磁 性开关 Y 4 0 锁钉马达4 X 4 1 钻孔气缸6 上位磁 性开关 Y4 1 锁钉 马达5 X 4 2 钻孔气缸7 上位磁性开关 Y4 2 锁钉 马达6 X 4 3 钻孔气缸8 上 位磁 性开关 输 出 Y4 3 锁钉 马达7 X 4 4 钻孔气缸9 上位磁性开关 Y6 O 吹钉 阀1 Y4 4 锁钉 马达8 X 4 5 钻孔气缸l 0 上位磁性开关 Y6 1 吹钉 阀2 Y4 5 锁钉 马达 9 X 4 6 钻孔气缸 1 下位磁性开关 Y6 2 吹钉阀3 Y 4 6 锁钉 马达1 0 X 4 7 钻孔气缸2 下位磁性开关 Y6 3 吹钉阀4 Y 4 7 导 向气缸 X5 0 钻孔气缸3 下位磁性开关 Y64 吹钉阀5 Y 5 0 分料气缸 1 X 5 1 钻孔气缸4 下位磁性开关 Y6 5 吹钉阀6 Y 5 1 分料气缸2 X 5 2 钻孔气缸5 下位磁性开关 Y6 6 吹钉阀7 Y 5 2 下料气缸2 X 5 3 钻孔气缸6 下位磁性开关 Y6 7 吹钉阀8 Y5 3 下料气缸2 1 1 0 0 1 第3 6 卷第5 期2 0 1 4 0 5 上 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l lI5 出 表1 续 X 5 4 钻孔气缸7 下位磁性开关 Y7 0 吹钉阀9 Y5 4 振动给料 1 X 5 5 钻孔气缸8 下位磁性开关 Y7 1 吹钉 阀1 0 Y5 5 振动给料2 X 5 6 钻孔气缸9 下位磁性开关 Y5 6 平移气缸 X 5 7 钻孔气缸 l 0 下位磁性 开关 Y5 7 报警 信息传送给P L C 进行处理 。根据实际需要确定所需 I ／ 0口。具体I ／ O口分配如表 1 所示。伺服电机主要 用来驱动车体行走 ，步进电机 用于工作 台旋转 。 钻孔 电机采用统一控制 ，共控制 1 0 台。钻孔下压 气缸采用分别控制 。模 式转换主要是实现伺服 电 机 的速度和位置控制转换 ，当车体行走过程 中采 用 速度 控制 ， 当要实 现位 置 纠正时 采用 位置 控 制 。防撞传感器主要用 来防止发生意外时车体碰 到集装箱侧壁 ，以免发生危险。 4 软件编程 系统 复位可分为手动 复位和上 电复位 。上 电 复位为P L C的首个扫描周期 自动复位 ，包括首次上 料送钉 ，手动复位是通过人按下手动 按钮 复位 。 程序可分为 自动程序和手动程序。手 动程序主要 用来调试和维修使用 。在 自动程序 时，车体在行 进过程 中，检测横梁的两个传感器会 先后检 测到 两个信号 ，通过这两个信号可判 断车体工作 台为 左转还是右转 ，同时计算出工作 台所需旋转 的角 度 以及车体的位移 ，实现 车体前移和工作 台的旋 转 ，使钻孔位置保证在横梁 的中心线上 。钻头上 升的过程 中钻头一直旋转 ，只有钻头 上升到位 时 才可以停转 。由于集装箱地板为几块拼接而成 ， 所 以要判断是否为接缝，在接缝处为同一梁 ，不能 用边沿判断 ，直接行进至两排钉 的中心线距离钻 孔 。钻孔完成后工作台前移，到位后进行锁钉 ，锁 钉后进行上料 ，完成一个循环。具体的流程如 图4 所示。根据流程图编制了相关的软件程序。 5 结束语 实践 证明，采用专机可大大提高 集装箱钻孔 锁钉的效率，节省了人工划线、钻孔、摆钉 、锁钉 工序，降低劳动强度。同时该控制系统具有控制简 单 、方便，使用该专机钻孔锁钉更准确等特点。 参考文献 【 1 】王 明武． 基于P L C 的全 自动 铝锭码垛机设计 【 J ] ． 机床与液 压 ， 2 0 1 2 ， 4 0 2 1 0 1 1 0 3 ． 匝 I工 作 台 伸 出 l ] 下 压 锁 钉 ， 锁 钉 枪 转 l ◇ Y l 锁钉枪 上升 ，锁钉枪停转，供料器给料 锁钉枪上升到位，工作 台收 回 图4 流程图 【 2 】王晓磊， 李晓丹． 基于P L C的高压测漏机控制系统设计与 分析[ J 1 ． 机床 与液压 ，2 0 1 3 ， 4 8 1 0 2 1 0 3 ． 【 3 】肖艳军， 李磊， 周婧， 关玉明． 基于P L C的自动续料机械手 【 J ] ． 机械设计 与制造 ，2 0 1 l ， 1 1 2 1 5 2 1 5 3 ． [ 4 】朱凌宏． 基于P L C的液压驱动式机械手动作设计[ J 】 ．机床 与液压 ，2 0 1 l ， 3 9 6 7 9 - 8 0 ． 【 5 】王 月芹． 基于P L C的气动 机械手控制 系统设计【 J 】 ． 机 电产 品开发与创新， 2 0 1 2 ， 2 5 5 1 3 3 1 3 5 ． 第3 6 卷第5 期2 0 1 4 - 0 5 上 [ 1 0 1 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m