基于S7-200 PLC的散热片自动化装配的控制系统设计.pdf

第 1 1 期 2 0 1 4年 1 1月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M o du l a r M a c h i ne To o l Au t o ma t i c M a nu f a c t ur i ng Te c h n i q u e No． 11 NO V ．2 01 4 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 4 1 1 0 1 0 7 0 3 D O I 1 0 ． 1 3 4 6 2 ／ j ． e n k i ． mm t a mt ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 2 8 基于 S 7 2 0 0 P L C的 散热片 自动化装配的 控制系统设计 冰 于复 生 ， ， 徐升 明 ， 杜桂 林 ， 时维康 1 ． 山东建筑大学 机 电工程学院， 济南 2 5 0 1 0 1 ； 2 ． 山东省高校机械工程创新技术重点实验室， 济南 2 5 0 1 0 1 摘要 文章设计 了基 于 P L C的散热片 自动化装配的控制 系统 ， 该 系统采用凸轮分割器传动的转盘来 分配工装 ， 用振动盘进行散热片和焊针的上料 ， 采用光电开关进行信号的采集， 用 P L C实现 外来信号 触发的对 电磁 阀的顺序控制， 完成 了气动机械手手臂的竖直上升下降、 手臂的水平伸 出放 回， 手爪的 开合 ， 吸屑装置的开关等功能 ， 同时通过三通开关实现了四台机械手的联动 ， 使它们分别 完成散热片 和焊针的运送、 夹紧电机的运动、 以及成品的下料等功能 ， 并控制 电机进行散热 片的钻孔和攻丝， 介 绍 了相应的硬件和软件设计 ， 该 系统最终实现 了自动装配， 满足 了工业 需求。 关键词 S 7 - 2 0 0； 散 热片装配 ； 控制 系统 中图分类号 T H 1 6 4 T G 6 5 文献标识码 A De s i g n o f t h e Con t r o l Sy s t e m o f t he He a t S i n k As s e m b l y Au t o m a t i o n Ba s e d o n t he S 7- 2 0 0 PLC YU F u- s h e n g ’ ， XU S h e n g mi n g ， DU Gu i l i n ， S HI W e i k a n g 1 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ， S h a n d o n g J i a n z h u U n i v e r s i t y ， J i n a n 2 5 0 1 0 1 ，C h i n a ； 2 ． Ke y La b o r a t o r y o f Me c h a n i c a l En g i n e e rin g I n n o v a t i o n Te c h n o l o g y i n Un i v e r s i t i e s o f S h a n d o n g． J i n a n 2 5 0 1 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a pe r d e s i g n e d t h e h e a t s i n k a s s e mb l y a u t o ma t i o n’ S c o n t r o l s ys t e m b a s e d o n P LC． Th e s ys t e m a d o p t s t h e CAM d i v i d e r d r i v i ng wh e e l t o a l l o c a t e t o o l i n g， a d o p t s v i b r a t i o n p l a t e t o f e e d o n he a t s i n k a n d we l d i n g n e e d l e， a d o p t s p h o t o e l e c t r i c s wi t c h t o a c q u i r e s i g n a 1 ． Th i s s y s t e m us e s P LC t o r e a l i z e e x t e rn a l t r i g g e r s i g na l t o the o r d e r o f t h e s o l e n o i d v a l v e c o n t r o l a n d Co mp l e t e s the p n e u ma t i c ma n i p u l a t o r a nn u p a n d d o wn v e r t i c a l l y，ou t a n d b a c k h o riz o n t a l l y， the g rip p e r ’ S o p e n i n g a n d c l os i n g， s u c k c r u mb s d e v i c e’ S o p e n i n g a n d c l o s i n g，e t c ． At the s a me t i me， t h r o u g h the 3一 wa y s wi t c h a c h i e v e s t h e f o u r l i n k a g e o f t h e ma n i p u l a t o r ． I t ma k e s the m t o c o mp l e t e the tra n s p o r t o f the h e a t s i n k a n d we l d i n g n e e d l e， t he mo v e me n t o f t h e c l a mp i n g mo t o r a n d the b l a n k i n g o f t h e f i n i s h e d p r o d u c t a n d o the r f u nc ti o n s，r e s p e c t i v e l y ． I t a l s o c o n t r o l s the mo t o r t o d ril l a n d t a p t h e h e a t s i n k s ． T hi s p a p e r i n tro d u c e s t h e d e s i g n i n g o f t h e ha r d wa r e a n d s o f t ware a c c o r di n g l y． Th i s s y s t e m a c h i e v e s the a u t o ma t i c a s s e mb l y I n the e n d t o me e t the I n d u s t r i a l d e man d． Ke y wo r d sS 7 2 0 0；h e a t s i nk a s s e mb l y；c o n tro l s ys t e m 0 引言 P L C是一种方便开发与联 网且抗干扰能力强的可 编程逻辑控制器件 ， 在 自动化生产线中得到了广泛 的 应用 ， 目前人们加大 了在其 自动化控制系统设计中 的应用 ， 浙 江工业大 学的何 洋基 于 P L C和气 动 的音 圈 自动装配控制系统 的研究 ， 湖南科技大学的杨书仪 运用 P L C实现钢板弹簧 自动剪切生产线 ， 沈阳理工 大学的汪建业设计的 P L C在多工位 自动装配机中的 应用 。 等。 散热片结构复杂 ， 目前企业对该 工件 的装 配还 全部采用人 工装配 ， 事故 率高 、 造成 眼 睛疲 劳等 问 题 ， 不仅影 响了它 的生产 率 ， 还影 响该工 件装配 的 质量 ， 针对散热片在人工装配 当中的种种 问题 和充 分利用 P L C在 自动 生产线控 制系统 中的可靠性 和 灵 活 性 ， 应 用 S 7 2 0 0型 P L C设 计 了其 自动 化 装 配 的控 制 系 统 。 1 自动装配 系统机械 结构及气 路设计 图 1 为散热片 自动化装配主要设备， 该设备的组成 为 三支光电开关进行信号的采集， 一台散热片专用振 动盘和一台机械手来完成散热片的上料 ， 钻孔和攻丝电 收稿 日期 2 0 1 4一 O 1 2 0； 修 回日期 2 0 1 4 0 21 8 基金项目 国家 自然基金资助项 目 5 1 0 7 5 2 4 5 作者简介 于复生 1 9 6 9 一 ， 男， 山东潍坊人 ， 山东建筑大学教授， 博士后 ， 主要从事精密测控系统与机器人工程研究 工作 ， E 1 6 3 ． c o m。 1 O 8- 组 合机 床与 自动 化加 工技 术 第 1 1 期 机来实现对散热片的钻孑 L 和攻丝， 一台焊针专用振动盘 和一台机械手来完成焊针的的上料 ， 一台机械手和两台 电机来实现焊针的夹紧， 一台机械手来完成对成品的正 确下料， 一台机械手来完成碎屑的清理， 一台分割器来 驱动转盘的转动， 各个工位在转盘上的具体分配如图2 所示。该散热片 自动化装配系统 占地面积小、 效率高。 各机械手之间通过三通接头相连， 实现各个机械手之间 的联动， 用 P L C实现一台主控机械手的顺序控制来带动 其它机械手的联动， 当气泵打开， 各机械手处于初始预 定位置。 然后 P L C的顺序控制带动机械手的运动， 其中 一 台主控机械手的气路原理如图 3 所示。 1自动旋转转盘和夹具 2 ． 散热片上料机构 3 ． 散热片钻孔机构 4 ． 散热片 攻丝机构 5 ． 焊针 上料机构 6焊针夹紧机构 7 ． 成品下料机构 图 1 散热片 自动化装配主要设备 焊针夹紧 关来重新启动 P L C， 又一个周期的动作开始 ， 控制系统 的动作依次循环进行。 2 控制 系统 的硬件设计 2 ． 1 P L C 的选用 及 其 I ／ o 定义 表 根据 系统 的要 求 ， 共 需 要 P L C 的输 人 点 数 为 四 点， 分别为系统的总开关 系统上电 、 光电开关 程序 的启动开关 、 传感器 1开关 检测是否正常上料 、 传 感器 2开关 检测是否正常下料 ， 所需 的输 出点数为 七点 ， 即 五对气缸的电磁阀控制点、 报警灯的开关 、 吸 屑装置 的电磁 阀控制 开关 。 根据 控 制 要 求 选 用 P L C 的 是 s 7 2 0 0 系 列 C P U 2 2 4 X P型 ， 该 P L C有 1 4个 输入 点 ， 1 0个 输 出点 可 以满足所 涉及 控 制 系统 对 P L C I ／ O点 数 的要求 ， P L C 的输入输 出地址分 配分别如表 1和表 2所示 。 表 1 输入控制信号地址分配 输入控制信号 输 入地 分配 程序启动 系统上电 报警装置 1 报警装置 2 l 0 ． O I O 1 I O ． 2 l 0 ． 3 表 2 输 出信号控制地址分配 输出控制信号 输 出地址分配 汽缸 1电磁阀充 、 泄气 汽缸 2电磁阀充、 泄气 汽缸 3电磁阀充 、 泄气 汽缸 4电磁阀充 、 泄气 汽缸 5电磁阀充、 泄气 报警灯亮 吸屑开关 Q O ． 1 Q O ． 2 Q O ． 3 Q O ． 4 Q O 5 Q o ． 6 Q o ． 7 机械手控 制系统 的 P L C接线 图如 图 4所示 。P L C 的各输 入 、 输 出 口的 功 能按 照 表 1 、 表 2分 配 。其 中 Q O ． 0～ Q 0 ． 5以及 Q 0 ． 7输 出端 口通过控制继 电器来 散 热片 上 料 控制 电磁 阀 。 图2工位在转盘上分布 图 手臂水平 手臂竖 直 伸缩气缸 升降气缸 手爪开合气缸 1 ． r j 2 减 压阀 31 2 ． 节流 阀 1 3 、 1 4 ． 消 声器 ； 1 51 7 ． 电磁 阀 1 8 汇流板 图 3机械 手 的气 路 原 理 本 散热片 自动化装 配系统 中机械 手 的水平 伸 缩 、 竖直下降等动作的快慢的控制主要由节流阀控制气缸 的通气 量来实现 ， 各个 电磁 阀的开关 控制 均 由 P L C的 程序按照具体的设定时间来控制， 一个周期动作 的时 间有具体设定的要求， 一个周期的动作时间控制在电 机的间歇 时间 以内 ， 电机 再一 次 的转 动 又通 过光 电开 1 M 1 M 1 00 1 L 1 01 Q O o 1 o 5 Q o ．4 1 o ． 6 1 o 7 ZM 2 I Z M l Oo Q o 5 1 1 1 Q o 6 I l 2 Q o 7 I l 3 Q 1 o I l 4 Q 1 1 I 1 5 zM M L 圈 4控 制 系统 接 线 图 2 ． 2电机 的选用 及 电路设计 根据夹紧焊针机构的要求采用单片机控制的两个 相 同的大扭 矩减速 步进 电机 ， 当触 发光 电开 关时 ， 电机 的转动带 动两个偏 心 轮 的转动 ， 偏 心轮 将 焊针 沿着 夹 具的槽推进 散热片 内 ， 电机转动 的方 向和 时间 的控 制 ， 都 由单片机来控制。单片机控制电机的驱动电路图如 图 5所示