基于PLC和觸摸屏的原管排列系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：文章介紹基于PLC和觸摸屏的原管排列系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和控制方法。系統(tǒng)主要以三菱FX-3U和GP-4601觸摸屏為核心。根據(jù)用戶(hù)要求，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)的 I/O 分配圖和控制流程圖。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，該控制方法的控制效果很好。

關(guān)鍵詞：PLC；觸摸屏；控制流程圖

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。所以，努力提高生產(chǎn)效率成了整個(gè)企業(yè)的重中之重。某醫(yī)療公司在生產(chǎn)PVC真空采血管所必需的PVC原管時(shí)，采用人工方式對(duì)試管進(jìn)行裝箱，花費(fèi)的勞動(dòng)成本高、生產(chǎn)效率較低，影響了公司的發(fā)展，并且降低了產(chǎn)品的質(zhì)量和市場(chǎng)占有率。因此使用自動(dòng)化設(shè)備提高生產(chǎn)效率是該廠的首要任務(wù)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

該全自動(dòng)控制系統(tǒng)將從注塑機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的PVC原管通過(guò)提升機(jī)送到皮帶機(jī)上，通過(guò)翻轉(zhuǎn)變向后經(jīng)過(guò)機(jī)器手抓取將原管送入箱中，并將整箱的產(chǎn)品送出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：振動(dòng)料盤(pán)、雙螺旋送料結(jié)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、抓取機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)。其中取料機(jī)構(gòu)主要由一個(gè)機(jī)器手構(gòu)成，機(jī)器手采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的傳動(dòng)方式，機(jī)器手在水平、垂直兩個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)，并且在每個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上都有光電傳感器來(lái)檢測(cè)機(jī)器手的運(yùn)動(dòng)位置。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

原管在皮帶機(jī)運(yùn)動(dòng)后傳到振動(dòng)料盤(pán)，經(jīng)過(guò)料盤(pán)振動(dòng)和螺旋送料后原管運(yùn)動(dòng)到直線振動(dòng)器的平臺(tái)上；通過(guò)推管氣缸動(dòng)作將原管推到由氣缸控制的傾斜平臺(tái)上，平臺(tái)兩側(cè)是一個(gè)由反射板和光電傳感器組成的檢測(cè)裝置，當(dāng)檢測(cè)到有信號(hào)時(shí)PLC會(huì)控制氣缸動(dòng)作使原管下滑到換向裝置；換向裝置由氣缸與導(dǎo)向針組成，當(dāng)原管開(kāi)口朝下時(shí)，導(dǎo)向針會(huì)插進(jìn)原管。當(dāng)開(kāi)口朝上時(shí)，導(dǎo)向針會(huì)卡住原管使它不能繼續(xù)下滑。通過(guò)換向裝置的上升與翻轉(zhuǎn)使得所有原管變?yōu)橥?，變向成功的原管在氣缸的推?dòng)下運(yùn)動(dòng)到抓取平臺(tái)，最后，通過(guò)機(jī)器手放置到箱中完成動(dòng)作。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)控制

系統(tǒng)通過(guò)PLC和觸摸屏共同來(lái)控制，首先是硬件電路的設(shè)計(jì)，它的內(nèi)容包括：PLC接線的設(shè)計(jì)以及與觸摸屏通信的接線設(shè)計(jì)、I/O分布、伺服驅(qū)動(dòng)器接線設(shè)計(jì)以及真空泵等相關(guān)設(shè)備的接線設(shè)計(jì)。其次是軟件編寫(xiě)，它的內(nèi)容包括：系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)作程序、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序、系統(tǒng)的報(bào)警程序、手動(dòng)操作程序、單循環(huán)動(dòng)作程序等。最后是人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，它的內(nèi)容包括：手動(dòng)界面、自動(dòng)界面、報(bào)警界面以及產(chǎn)品信息界面等。通過(guò)人機(jī)界面可以記錄每日的生產(chǎn)數(shù)量與生產(chǎn)的節(jié)拍，從而更加方便、便捷的了解生產(chǎn)情況。

2.1 PLC選型

根據(jù)控制要求，系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行、暫停等操作通過(guò)觸摸屏的按鍵來(lái)控制，PLC的輸入信號(hào)主要有：光電傳感器檢測(cè)信號(hào)、伺服控制器的控制信號(hào)、磁開(kāi)關(guān)信號(hào)，它用來(lái)檢測(cè)氣缸的運(yùn)動(dòng)位置。PLC的輸出信號(hào)主要有：振動(dòng)料盤(pán)控制器、控制氣缸動(dòng)作的氣動(dòng)閥、燈塔等。根據(jù)上面所要求的I/O點(diǎn)個(gè)數(shù)，PLC的擴(kuò)展要求（A/D轉(zhuǎn)換模塊、CC-LINK遠(yuǎn)程I/O）。綜合整體要求選用了三菱FX3U-128MT/ES-A，它完全可以滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求。PLC可提供輸入輸出點(diǎn)各64個(gè)，系統(tǒng)的部分I/O圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的部分I/O圖

2.2 觸摸屏的設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)中觸摸屏采用Profce，原點(diǎn)位置和抓取高度等都設(shè)置在觸摸屏上，觸摸屏界面如圖3所示。

圖3 觸摸屏界面

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)為自動(dòng)、手動(dòng)、單循環(huán)動(dòng)作三種工作方式，因此，把每種工作方式放在獨(dú)立的模塊。由于系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行動(dòng)作是順序執(zhí)行，所以將自動(dòng)運(yùn)行的程序放在主控指令內(nèi)，這樣的話便于調(diào)試和修改。分析可知，在自動(dòng)運(yùn)行的狀態(tài)下，程序根據(jù)運(yùn)行動(dòng)作逐步掃描，其控制過(guò)程為順序循環(huán)控制。程序的模塊化編寫(xiě)，使得程序看起來(lái)比較清晰。系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)在不同模塊下查找使問(wèn)題解決起來(lái)比較簡(jiǎn)單。手動(dòng)狀態(tài)下，設(shè)備可以通過(guò)觸摸屏按鍵完成料盤(pán)的震動(dòng)、機(jī)器手運(yùn)行、氣缸的的前進(jìn)與回程、設(shè)備報(bào)警的消除等動(dòng)作。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，可以通過(guò)手動(dòng)操作使設(shè)備氣缸、機(jī)器手回到原位完成復(fù)位動(dòng)作。機(jī)器手控制程序如圖4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)采用日本三菱公司的FX3U-128MT/ES-A型號(hào)PLC，通過(guò)料盤(pán)震動(dòng)、氣缸動(dòng)作、機(jī)器手抓取等一系列動(dòng)作完成了原管的裝箱。原管排列系統(tǒng)使用PLC進(jìn)行控制，可以快速、大批量地將原管裝箱，系統(tǒng)的錯(cuò)誤率低且運(yùn)行平穩(wěn)，可顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。通過(guò)人機(jī)界面可以了解生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)工廠的智能化管理。原管排列系統(tǒng)投入生產(chǎn)以后，系統(tǒng)運(yùn)行較為平穩(wěn)，提高了該公司的生產(chǎn)效率。由于使用人機(jī)界面使得工人在操作時(shí)簡(jiǎn)單、方便。

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作者簡(jiǎn)介：馬健（1991-），男，在讀碩士研究生，研究方向：信號(hào)與信息處理。