基于PLC的空调连接管装配机设计.pdf

２０１６ 年 ４ 月 第 ４４ 卷 第 ８ 期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ａｐｒ􀆱 ２０１６ Ｖｏｌ􀆱 ４４ Ｎｏ􀆱 ８ ＤＯＩ１０．３９６９／ ｊ􀆱 ｉｓｓｎ􀆱 １００１－３８８１􀆱 ２０１６􀆱 ０８􀆱 ００４ 收稿日期 ２０１５－０１－１８ 作者简介 单根立 （１９６４）， 男， 硕士， 教授， 主要从事液压、 气动技术方面的科研和教学工作。 Ｅ－ｍａｉｌ ｓｈａｎｇｅｎｌｉ１２３＠ １６３􀆱 ｃｏｍ。 基于 ＰＬＣ 的空调连接管装配机设计 单根立， 王磊刚 （河北科技大学机械工程学院， 河北石家庄 ０５００１８） 摘要 介绍了将泡沫管与铜管 ２ 个零件装配到一起的自动套管装配机。 该设备采用电机、 气缸控制机械手的动作， 利 用 ＰＬＣ 控制整套设备系统的工作。 用机械设备代替手工操作， 减少人工操作， 具有稳定可靠的性能， 提高了生产效率。 关键词 自动套管装配机； ＰＬＣ； 机械手 中图分类号 ＴＰ２７１ 文献标志码 Ｂ 文章编号 １００１－３８８１ （２０１６） ０８－０１０－３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ Ｐｉｐｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ Ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ＳＨＡＮ Ｇｅｎｌｉ， ＷＡＮＧ Ｌｅｉｇａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００１８， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｓｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｍａｃｈｉｎｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｓｓｅｍｂｌｅ ｆｏａｍ ｐｉｐｅ ａｎｄ ｃｏｐｐｅｒ ｐｉｐｅ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｉｎ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐ⁃ ｍｅｎｔ， ｍｏｔｏｒ ａｎｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗｅｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ， ＰＬＣ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗｏｒｋ． Ｕｓｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｍａｎｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｍａｎｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ， ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｐｅｒｆｏｒｍ⁃ ａｎｃｅ， ｓｏ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃａｓｉｎｇ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｍａｃｈｉｎｅ ； ＰＬＣ； Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ 随着时代的发展， 居民生活水平显著提高， 空调 成为居民生活中常见的家用电器［１］。 空调主要由室内 机、 室外机和连接管道三部分组成。 连接管道的作用 是将室内机和室外机连接到一起， 让室内机和室外机 构成一个封闭的系统， 这样空调制冷剂可以在内、 外 机之间进行循环流动， 从而实现空调的制冷或制热［２］。 空调连接管由铜管和泡沫管组成， 在铜管外套泡 沫管是为了减少能量的损失。 铜是一种导热性良好的 金属， 在空调制冷或制热的过程中会产生大量热， 这 些热量通过铜管传到室内或室外。 如果铜管露在外 面， 将会影响空调的制冷或制热效果， 此外还会加剧 铜管的老化［３］。 因此必须在铜管外套上泡沫管。 图 １ 为生产空调连接管的一个工序示意图， 此 前， 都是人工将泡沫管外套和铜料按定长截取后， 再 人工将铜料穿入泡沫管外套。 整个生产过程完全手工 操作， 不但费工费时劳动强度大， 而且产品质量无法 得到保障， 严重影响了企业的经济效益［４］。 图 １ 装配原理图 １ 机械结构和工作原理 该工位由穿管工作平台、 牵引机构、 压紧机构、 切断机构、 导向机构、 换位机构等组成， 如图 ２ 所示。 图 ２ 穿管机机械结构 穿管的工作过程如下 （１） 系统得电工作， 牵引机构的机械手夹紧泡 沫管， 由传送带带动牵引机构沿工作平台导向槽从切 断机构一端向导向机构一端移动， 泡沫管到达导向机 构的位置时停止， 进行下一个机械动作。 （２） 压紧机构气缸控制机械手将泡沫管压紧固定。 （３） 将铜管推入泡沫管， 切断机构将泡沫管切 断， 同时牵引机构机械手松开并上升后由传送带带动 牵引机构到开始位置。 （４） 压紧机构由气缸控制回到初始位置。 （５） 换位机构通过竖直气缸将套管成品托起后 再由水平气缸推出， 将成品移到下一个工位进行 处理。 （６） 换位机构回到初始位置， 与此同时， 机构 开下一次循环。 ２ 气动控制系统设计 通过分析套管机的机械结构和工作原理， 设计了 气动控制系统。 其气动控制回路如图 ３ 所示， 由气 源、 气动三联件、 电磁阀、 单向节流阀、 气缸组 成［５］。 气缸的换向由二位五通换向阀控制， 其中为保 证铜管的推进速度平稳恒定， 采用单向节流阀来控制 气缸的伸缩速度［６］。 图 ３ 机械气动控制回路图 ３ ＰＬＣ 控制系统设计 ３􀆱 １ 控制系统的总体方案 图 ４ 所示为 ＰＬＣ 控制机械手框架图， 系统采用 ＰＬＣ 控制， 需要同时控制 ５ 套机械手上下、 竖直、 夹 紧动作。 为了保证牵引机构机械手的精确定位， 采用 电机与同步齿形带相连， 实现牵引机械手的同步运 动［７］， 其他的压紧机构、 穿管机构、 切断机构和夹紧 机构采用气缸控制， 同时为了方便操作人员实时监控 设备运行和操作， 采用了触摸屏控制， 人机对话将十 分直观［８］。 系统的工作分为全自动模式和手动模式。 在全自 动模式下， 机械手的每个动作执行完后， 下一个动作 自动执行， 不停地往复进行穿管； 在手动模式下， 各 机械手的动作由按钮进行控制［９］。 此外， 设备设置了 复位键， 当有特殊情况发生系统出错时， 可以通过还 原键将系统还原到初始状态。 图 ４ ＰＬＣ 控制机械手框架图 ３􀆱 ２ ＰＬＣ 控制系统的设计 ＰＬＣ Ｉ／ Ｏ 地址分配见表 １， 由 ＰＬＣ 控制电磁阀的 通断实现各个机构的运动。 表 １ ＰＬＣ Ｉ／ Ｏ 地址分配 输入 输出 输入点功能说明输出点功能说明 Ｘ１手动Ｙ０夹紧缸伸出继电器 Ｘ２停止Ｙ１夹紧缸缩回继电器 Ｘ３自动启动Ｙ２机械手伸出继电器 Ｘ４夹紧缸原位开关Ｙ３电机正转继电器 Ｘ５机械手上下缸原位开关Ｙ４压紧水平缸缩回继电器 Ｘ６传感器检测Ｙ５压紧竖直缸伸出继电器 Ｘ７压紧水平缸原位开关Ｙ６压紧竖直缸缩回继电器 Ｘ１０压紧竖直缸原位开关Ｙ７软管剪断缸伸出继电器 Ｘ１１软管剪断缸原位开关Ｙ１０软管剪断缸缩回继电器 Ｘ１２换位竖直缸原位开关Ｙ１１换位竖直缸缩回继电器 Ｘ１３换位水平缸原位开关Ｙ１２换位水平缸伸出继电器 Ｘ１４铜管推进缸原位开关Ｙ１３换位水平缸缩回继电器 Ｘ１５夹紧缸到位开关Ｙ１４铜管推进缸伸出继电器 Ｘ１６压紧竖直缸到位开关Ｙ１５铜管推进缸缩回继电器 Ｘ１７软管剪断缸到位开关Ｙ１６电机反转继电器 Ｘ２０换位水平缸到位开关 Ｘ２１铜管推进缸到位开关 １１第 ８ 期单根立 等 基于 ＰＬＣ 的空调连接管装配机设计 该系统采用 ＰＬＣ 为中央处理单元， 有 １７ 个输入 点、 １５ 个输出点。 输入点有信号采集和模式选择 ２ 种方式， 检测牵引机构的行程开关与 ＰＬＣ 相连。 模 式选择包括自动、 手动、 停止 ３ 部分。 通过行程开关 控制机械手的移动， 利用气缸的原位开关和到位开关 控制气缸的移动， 其中行程开关通过 ＰＬＣ 控制输出 继电器的通断来实现控制机械手的动作。 此外增设复 位开关， 可以使每次开机准确定位［１０－１１］。 ３􀆱 ３ ＰＬＣ 控制流程 根据设备需要实现的顺序动作绘制了控制流程 图， 方便后期 ＰＬＣ 控制程序的编写。 具体控制动作 顺序如图 ５ 所示。 图 ５ ＰＬＣ 控制流程图 ４ 结束语 通过机械、 电气、 ＰＬＣ 控制系统的综合设计， 套 管机套管与人工操作套管相比， 机械手操作灵活， 穿 孔效率更高， 减少劳动力， 对操作工人技术水平要求 不高， 为企业节约成本， 提高企业竞争力， 有广阔的 市场应用前景。 参考文献 ［１］ 周亮，王冬．家用空调的工作原理及安装注意事项［Ｒ］． 沈阳远大铝业工程有限公司，２０１０． ［２］ 家电英才网．空调工作原理及发展历程［ＯＬ］．ｈｔｔｐ／ ／ ｗｅｎｋｕ􀆱 ｂａｉｄｕ􀆱 ｃｏｍ／ ｌｉｎｋ ｕｒｌ＝ｚＢｄｂＦＤ８ＫｅＥＺＦＸＬｒＣ４Ｈｓ３ｊｆ ｊＰｗｑｊｆＤ７９ｚｘＡｒｎｐ７ＯＢ１４ＥｖｘＡｚａＴ４２ＯｗＤＸｋｍｌｄｒＨＫｆｍＦ７７Ｍ ７ｊｚ＿ＢｖＸ－ｓ４ｅｅＷＪＰｇｏｘＨ８ｋＲＫｔｚｌＳｆｑｑｅ５ｃｎＵ＿ｋＤｍ［２０１１－ ０７－０２］． ［３］ ＧＢ９２３７⁃２００１ 制冷和供热机械制冷系统安全要求［Ｓ］． ［４］ 刘金涛．套管全自动装配机的设计［Ｒ］．大连金玛硼业科 技集团有限公司，２０１３． ［５］ 路甬祥．液压气动技术手册［Ｍ］．北京机械工业出版 社，２００２１－３． ［６］ 罗庚兴，宁玉珊．气动安装机械手的 ＰＬＣ 控制［Ｊ］．制造 业自动化，２０１１，３３（１）８２－８４． ［７］ 丁时锋，李清香．一种 ＰＬＣ 控制的气动送卸料机的设计 ［Ｊ］．液压与气动，２０１２（４）７８－７９． ［８］ 周鸿杰，骆敏舟，李涛，等．基于 ＰＬＣ 的工业取料机械手 系统设计［Ｊ］．工业仪表与自动化装置，２０１０（３）５０－ ５２． ［９］ 马俊峰，唐立平．基于 ＰＬＣ 的顺序步进式控制系统设计 研究［Ｊ］．液压与气动，２０１２（８）５８－６１． ［１０］ 张国政，刘有余．ＰＬＣ 控制的多工序气动夹具设计［Ｊ］． 机床与液压，２０１２，４０（１０）４０－４３． ［１１］ 单根立，蒋立坤，张栩骏，等．基于 ＰＬＣ 的敷布机吊带机 械手的设计［Ｊ］．机床与液压，２０１３，４１（９）５９－６０． （上接第 ９ 页） ［２］ 楚文龙，李英杰，杨冬．基于卧式加工中心主轴箱的可靠 性增长技术研究［Ｊ］．现代制造技术与装备，２０１１（２） １７－１８． ［３］ 杨志伟，任工昌，孟勃敏．加工中心故障模式的可靠性 分析［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１１（１０）１０－ １３． ［４］ 张凯，刘春时，李焱．提高卧式加工中心可靠性的措施 ［Ｊ］．机床与液压，２０１２，４０（３）１５７－１６１． ［５］ 段广云，苟卫东，黄永玉．可交换工作台加工中心故障 模式的可靠性分析［Ｊ］．制造技术与机床，２０１３（７）８６－ ８９． ［６］ 谢黎明，杜义康，靳岚，等．运用 ＭＡＴＬＡＢ 对高速卧式加 工中心进行可靠性建模［Ｊ］．机械设计与制造，２０１２（６） ６６－６７． ［７］ 李兴凯．数控机床刀塔的结构分析及可靠性研究［Ｊ］．制 造业自动化，２０１４（１８）６５－６７． ［８］ 张根保，刘杰，杨毅，等．面向最小维修的数控机床可靠 性评估［Ｊ］．机床与液压，２０１４，４２（５）１８０－１８４． ［９］ 杨兆军，陈传海，陈菲，等．数控机床可靠性技术的研究 进展［Ｊ］．机械工程学报，２０１３，４９（２０）１３０－１３９． ２１机床与液压第 ４４ 卷