基于PLC的开关电源外壳生产线控制系统设计.pdf

设计与研究Des．叼nandR嗍咄 基 于PLC的 开 关 电 源 外 壳 生 产 线 控 制 系 统 设 计 肖艳军马学为朱博关玉明 河北工业大学机械工程学院，天津300130 摘要PLC 的使用可以在生产线控制系统设计中起到重要作用。以PLC作为控制核心。并将触摸屏用于 构建人机交互系统。这一方式在电源壳生产线控制系统中得以应用并取得了良好的运行效果，实现 了生产自动化，生产过程安全可靠。 关键词可编程控制器触摸屏冲压机械手 中图分类号TP273文献标识码B D esi gn of product linecontr ol syst em fort he swi t chi ng pow ersuppl y shel lbasedonPLC X IA OY anj un。M AX uew ei ，ZH UBo，G U A NY um i ng SchoolofM echani cal Engi neer i ng，HebeiU ni versi t y of Technol ogy，Ti anj in300130，C H N A bst r act TheuseofPL Ccanpl ayani m port antr ole i nt hepr oductli necont rolsyst emdesi gn．W e usePL Cast he cont rolcor e；andt het ouch scr e eni susedt obui l dt he syst em of hum an-com put er i nt eract i on．Thi s schem ei s appl i ed int he pow ersuppl y shel l product i on li necont rol syst emand achi eves goodoperat i ng r esul t s．I tr eali zes product i on aut om at i onandt he product i onprocess i ssaf eandrel iable． K eyw ordsProgram m abl eLogi cC ont r ol l er；TouchScr een；Stam pi ng；Robot 开关电源是利用现代电力电子技术，维持稳定输 出电压的一种电源，目前被广泛应用于各种电子设备。 开关电源的广泛使用，使得开关电源外壳的生产需求 量猛增。开关电源外壳生产主要完成卷材矫平、冲孑L 切角、落料、折弯、攻丝、放铆钉、冲压铆钉等几个主要 加工工艺。目前每道工序都是通过人工操作机器的方 式完成，且每道工序间都需要人员进行物料的搬运。 这种传统的生产方式难以保证产品质量的同一性，生 产效率低下，安全隐患多。在原有工艺路线基础上对 工艺进行整合、提高生产自动化水平、提高企业生产技 术含量是急需解决的核心问题。设计一套稳定可靠的 自动化生产线可以很好地解决这些问题，并提高企业 的市场竞争力。本项目采用PLC作为控制核心，系统 构成灵活，扩展容易使用方便，编程简单，能适应各种 恶劣的运行环境，抗干扰能力很强。在工业生产控制 过程中，PLC的使用在机械制造、石油化工、冶金钢铁、 汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。 此外壳成型；将成型的外壳抓取至传送带上，传送带前 进将外壳送至机械手2的起始位置下方，然后机械手 2将外壳抓起并传送到攻丝机部分，攻丝机对外壳进 行相应位置的攻丝；攻完丝后，机械手4把外壳搬运到 放铆钉装置上，由于工件放置的位置不同，故机械手4 在传送过程中需将工件旋转180。；等放铆钉装置完成 铆钉的自动安放动作后，由机械手6把放好铆钉的外 壳运送到第2台冲压机上冲压铆钉，最后把冲压好的 工件由机械手6放到输送皮带上运走。考虑到产品的 形状、加工位置和材料，3台机械手都是采用真空吸盘 实现工件的拾取。整个过程由机械手、传送带、冲压机 和攻丝机等配合完成开关电源外壳自动流水线的生产 工艺流程。其工艺流程示意图与实际工位布置示意图 如图l 和图2所示。 匿吁匝母 固囤母吁匦皿 匦虱团 图1工艺流程示意图 1 自动生产线工艺流程2控制系统核心硬件选择 卷材首先经过矫平装置将板料矫平，再经过冲压 机上安装的跳步模下压完成冲孑L切角、落料和折弯，至 根工艺流程，控制系统需要控制1台矫平机，2 台压机，2条传送带，3台机械手，1台攻丝机和1台放 铆钉装置。根据需要检测的信号，选择7个E3F3一 D 11M 型光电传感器和6个Z一15G L型行程开关。根 据传感器、磁性开关、行程开关、按钮等的数量统计共 有53个输入点，根据相关执行元件统计共有46个输 出点。由此选择PLC西门子S7200226C PU ，24输 入／16输出；7-200CN 系列开关量输入输出扩展模 块，8输入／8输出；S7200系列扩展模块16输入／16 输出两台。共计64输入点，56输出点，输入输出点 各预留出了17％和18％。 1一传送带；2、4、6一机械手；3一攻丝机；s铆钉装置。 图2实际工位布置示意图 K i nco伺服系统3套，主 要控制3台机械手的移动， 可以实现每个工位的精确定 位；K i nco步进系统一套，实 现传送带的送料功能；人机 交互选择使用M C G S的 TPC 7062K S触摸屏，它是一 套以嵌入式低功耗CPU 为 核心的高性能嵌人式一体化 触摸屏。系统控制柜的实物 照片如图3。 图3控制柜实物照片 3真空吸盘气动回路的设计 本项目不仅用到了各种气缸，吸盘在机械手上的 应用也是设计中的重点。机械手通过吸盘抓取工件， 要求抓取稳定准确，真空吸盘气动回路设计如图4所 示。电磁阀通电后，气体高速通过真空发生器并在其 输出口产生负压，此时吸盘和工件表面形成一个密闭 的负压空间，由此实现对工件的拾取，真空压力开关可 以检测到负压的存在并将信号传送到PLC内部，通知 PLC吸盘的抓取动作完成，从而进行下一步动作。 4控制系统软件设计 触摸屏设计可以实现在线修改参数，并具有实时 监控，故障报警和效率计算等功能。人机交互界面设 计了主界面、报警界面和机械手等多个操作监视界面。 每个界面可以看到相应部分的实际工作状态，并可以 D嗍n册dRe㈣ 设 计与 研 究 根据实际情况对设备进行操作。触摸屏程序拥有友好 界面、设计合理、操作简单、安全可靠以及具有很高的 实用价值等特点。触摸屏主界面如图5所示。 真空吸盘 图4真空吸盘气动回路设计 图5触摸屏主界面图 i 幺项目生产工艺较为复杂，根据工艺路线和机械 动作的先后顺序，画出程序流程图如图6 并编写 PLC 程序，编写控制程序时需要注意工艺之间的协调 与约束，尤其是程序必须保证机械手准备好压机才可 下压完成动作，否则将对设备造成重大损害。具体编 程采用模块化编程方法，设计了自动模式和手动模式 两种工作方式，自动模式的情况下机械手能够配合冲 压机和攻丝机等连续动作，手动模式主要目的是方便 维护人员调试，操作简单，安全可靠。 5现场调试中的问题及解决方法 1调试过程中烧掉了两个真空压力开关。分析 认为由于压力开关直接接到了24V 和0V 之间，没接 电阻，万用表测定电流值过大，超过了说明书上标注的 5～40m A 的范围。将压力开关接到PLC的输入点和 0V 之间，由于PLC 内部电阻而起到限电流的作用，经 过调试后问题解决。 磁q, llb玎_’．1-与研究D esignandR删向 手自动状态检测 报警点 报警处理 皇塾鲨查竺塑皇墨竺 厩 动子 世 矗 通用子程 手自动切换准备 零完成标志 ◇ ◇ 蒜k 图6程序流程图 2机械手2传送部分运用了单个电磁阀控制双 气缸同步上下运动的方案，但是实际调试过程中两个 气缸运动不同步。分析认为由于气缸的阻力大小、气 缸和接头的密封性、气缸之间的制造差异性和管路气 压的分配损失都能影响到气缸的同步。在气缸的接口 加调速阀，分别调节两个气缸的气流量，可达到基本同 步的目的。 3手动调试机械手2下位移动时撞到气缸。分 析认为由于电动机移动和气缸升降单独控制，所以在 实际操作过程中，很容易使操作者误操作而撞到气缸。 在电动机移动程序中加上气缸的上升条件进行程序互 锁，可以避免操作手动调试过程中的失误，提高手动调 试的安全性。 解决了上述调试过程中遇到的问题，生产线进入 自动化运行阶段，设备可长时间可靠运行。PLC程序 经过实践检验可靠稳定。 6结语 经过生产线操作人员的确认及对相关数据分析， 整个生产线工作稳定可靠，可以进行长时间连续运转。 气缸回 伺服回 ___________一 』一 唾零完 气缸缩回、上 丽i 翮 改善了高强度的生产劳动，实现了开关电源外壳的生 产自动化，减少了人为操作的危险，达到了高效益、高 品质的生产。据统计，目前该生产线的运行效率相比 过去的传统人工生产，效率提高了60％一80％，产品 的质量也有一定的提高，提高了企业在行业内的综合 竞争力。 参考文献 [1]钟伟，张建国，李金山，等．基于PL C控制的全自动硬币包装线系统 设计与实现[ J]．制造业自动化，2011，33 6148149． [2]张文明，刘志军．组态软件控制技术[M ]．北京清华大学出版社， 2006． [3]王卫兵，高俊山．可编程序控制器原理及应用[M ]．北京机械工业 出版社，2002． [ 4] 控制系统的设计与开发[J] ．天津工业大学学报，2008，1276 58 61． [ 5] 文方，姜孝华．多级电动机同步驱动控制系统[ J] ．电气传动，2000， 30514一17． 第一作者肖艳军，男，1976年生，博士，讲师，主 要研究方向是智能控制。 编辑孙德茂收稿日期20121018 文章编号131121 如果您想发表对本文的看法。请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。 名词解释- 凝壳铸造熔融金属浇入铸型，停留一定的时间后将未凝固金属倾出，获得空心铸件的铸造法。铸件的壁厚取决于停留时 间。 78 糌 鲨羞一 一一一一一一一 一匝匝巫匝匝匮巫匝匝匝匝匝匝一