全自動SMT元件移載機控制系統(tǒng)設(shè)計

譚對平

摘? 要：設(shè)計了一種全自動SMT元件移載機控制系統(tǒng)，通過PLC控制移載機自動將SMT元件從塑料托盤轉(zhuǎn)移到金屬托盤，詳細(xì)介紹了移載機控制系統(tǒng)的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)組成及控制流程圖。實際運行結(jié)果表明該系統(tǒng)運行速度快、精度高，能完美適用于細(xì)小SMT元件，實現(xiàn)了對SMT元件高效地全自動移載。同時，該系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)簡單，程序易于維護，為SMT工廠節(jié)約了人工、設(shè)備成本，具有很強的實用性和廣泛的適用性。

關(guān)鍵詞：移載機;PLC;伺服電機;觸摸屏;自動控制系統(tǒng)

中圖分類號：TH22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

因為運輸?shù)脑?，很多從國外進(jìn)口的SMT元件采用塑料托盤封裝，而在國內(nèi)的生產(chǎn)工序上，有的工位需要耐高溫且取用元件的間距與原塑料托盤間距不一致，因此，進(jìn)口的元件投入生產(chǎn)前，需要將元件移載到間距符合要求的金屬托盤上。全自動SMT元件移載機是一種高效的自動移載SMT元件的設(shè)備，能實現(xiàn)取料、送料、放料全過程自動化，同時，在觸摸屏上設(shè)置參數(shù)，可以擺放不同元件間距的托盤，節(jié)約了人工、設(shè)備成本，在SMT工廠得到廣泛應(yīng)用。

1 總體設(shè)計

1.1 設(shè)計思路

全自動SMT元件移載機采用PLC控制，通過接收到觸摸屏設(shè)定的參數(shù)及獲取的行程開關(guān)信號，經(jīng)PLC程序運算后驅(qū)動各執(zhí)行元件，從而實現(xiàn)移載機的自動化控制。

如圖1所示，全自動SMT元件移載機由機架系統(tǒng)、進(jìn)料盤系統(tǒng)、出料盤系統(tǒng)、移載機械手系統(tǒng)等組成。進(jìn)料盤系統(tǒng)、出料盤系統(tǒng)、移載機械手都采用伺服電機驅(qū)動，通過伺服驅(qū)動器，可以精確地控制X軸、Y1軸、Y2軸的運行速度和停止位置。機械手取放料吸嘴由氣缸控制，氣缸上裝有傳感器感應(yīng)上升位置和下降位置。同時，設(shè)有負(fù)壓傳感器檢測吸嘴是否吸取到元件。

1.2 機械運動

1.2.1 手動操作

合上控制面板上主開關(guān)電源，吸嘴自動置上位，X軸電機回到原點位置，Y1軸電機和Y2軸電機回到原點位置后，分別推動進(jìn)料托盤和出料托盤前進(jìn)到首列位置，或者關(guān)機前放元件列。點擊觸摸屏上手動操作按鈕，觸摸屏彈出手動操作頁面，可以進(jìn)行如下手動操作：

（1）按“進(jìn)料盤回原點”，進(jìn)料托盤回到原點位置，設(shè)定好列數(shù)，按“執(zhí)行”，進(jìn)料托盤運行到相應(yīng)的列數(shù)。

（2）按“出料盤回原點”，出料托盤回到原點位置，設(shè)定好列數(shù)，按“執(zhí)行”，出料托盤運行到相應(yīng)的列數(shù)。

（3）設(shè)定吸嘴到進(jìn)料盤的行數(shù)，按“執(zhí)行”，吸嘴移動到進(jìn)料盤指定行數(shù)，設(shè)定吸嘴到出料盤的行數(shù)，按“執(zhí)行”，吸嘴移動到進(jìn)料盤指定行數(shù)。

（4）按“吸嘴下”，吸嘴運行到下限位，按“吸嘴上”，吸嘴運行到上限位。

（5）按“吸取”，吸嘴運行到下限位，真空電磁閥打開，延時30 ms（可設(shè)置），吸嘴運行到上限位，按“放置”，吸嘴運行到下限位，真空電磁閥關(guān)閉，反吹電磁閥打開，延時30 ms（可設(shè)置），吸嘴運行到上限位，反吹電磁閥關(guān)閉。

1.2.2 自動操作

在系統(tǒng)準(zhǔn)備工作狀態(tài)，按機臺上的開始按鈕，觸摸屏彈出啟動參數(shù)確認(rèn)頁面，確認(rèn)設(shè)定數(shù)量、是否重新計數(shù)、是否檢測真空等參數(shù)后，移載機按預(yù)定的參數(shù)、程序開始自動運行。自動運行時雙色燈中綠色燈亮起。當(dāng)檢測到運行故障時，紅色燈亮起，同時蜂鳴器響起，移載機暫停運行，排除故障后，按繼續(xù)按鈕，恢復(fù)自動運行。按暫停按鈕，移載機放置完元件，回到吸取元件位置后，暫時停止運行，按繼續(xù)按鈕，恢復(fù)自動運行。在自動運行過程中，發(fā)生緊急情況可隨時按緊急停止開關(guān)中斷。

2 電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 電氣結(jié)構(gòu)

移載機的機械運動由3臺伺服電機和一個氣缸來完成，如圖1所示，X軸電機主要完成移載機械手的水平運動，Y1軸電機主要完成進(jìn)料托盤的水平運動，Y2軸電機主要完成出料托盤的水平運動。3臺伺服電機均有相應(yīng)的伺服驅(qū)動器來驅(qū)動，能精確地調(diào)整運行速度及位置。吸嘴由氣缸控制，完成吸嘴的上下運動。

采用西門子S7-200（224XP）PLC作為系統(tǒng)的控制器，其結(jié)構(gòu)特別緊湊但是具有驚人的實時性能，同時具有功能強大的通信功能，并且具有操作簡便的硬件和軟件。224XP具有2個串行通信端口，采用其中一個通信端口與觸摸屏連接，另一個端口與3臺伺服驅(qū)動器連接，均采用RS-232串口模式。伺服驅(qū)動器采用步科電氣的ED100系列，自帶編程功能，可以設(shè)定好電機的運行步驟，同時可以通過通信接受PLC的控制，減少了了PLC I/O端口的使用。

2.2 PLC I/O端口分布

由于采用了觸摸屏人機界面，也采用了通信模式控制伺服驅(qū)動器，整個系統(tǒng)非常簡潔，I/O分布也很簡單。

2.2.1 輸入端口設(shè)置

PLC輸入信號有命令和狀態(tài)2個部分，命令信號來自于按鈕、其中I0.0為開始按鈕信號，I0.1為暫停按鈕信號，I0.2為繼續(xù)按鈕信號。狀態(tài)信號來自于傳感器、伺服驅(qū)動器到位反饋信號。其中I0.3為吸嘴氣缸的下限位傳感器;I0.4為吸嘴氣缸的上限位傳感器;I0.5為吸嘴的空氣壓力傳感器;I1.0移載機械手電機到位信號，I1.1為進(jìn)料托盤電機、I1.2為出料托盤電機到位信號。

2.2.2 輸出端口設(shè)置

PLC的輸出信號有6個，分別控制吸嘴上下、吸嘴吸取、吸嘴反吹電磁閥和雙色信號燈及蜂鳴器。其中Q0.0為吸嘴上下電磁閥控制信號;Q0.2分別為吸嘴吸取電磁閥控制信號;Q0.3為吸嘴反吹電磁閥控制信號;Q0.4為紅色燈信號;Q0.5為綠色燈信號;Q0.6為蜂鳴器信號。

3 軟件設(shè)計

3.1 PLC程序設(shè)計

移載機的PLC控制程序采用順序控制編程方法編寫，且將移載機的各個功能編寫成子程序，然后通過主程序調(diào)用子程序來完成整個工作流程，整個程序條理清楚，簡單易讀，后續(xù)維護方便。移載機的程序流程圖如圖2所示。主要子程序及功能如下：

（1）進(jìn)料盤、出料盤、機械手回原點子程序，發(fā)送回原點命令給伺服驅(qū)動器，控制圖1中X軸、Y1軸、Y2軸電機回原點。

（2）進(jìn)料盤子程序，控制Y1軸電機推動進(jìn)料托盤移動到相應(yīng)位置。

（3）出料盤子程序，控制Y2軸電機推動出料托盤移動到相應(yīng)位置。

（4）機械手子程序，控制X軸電機推動吸嘴移動到相應(yīng)位置。

（5）手動操作子程序，可手動完成各機械運動。

（6）吸取子程序，吸嘴完成一次取料流程。

（7）放置子程序，吸嘴完成一次放料流程。

（8）計算子程序，計算X軸、Y1軸、Y2軸電機下次運動的目標(biāo)位置。

3.2 觸摸屏畫面設(shè)計

觸摸屏畫面包括參數(shù)設(shè)置、手動操作、故障狀態(tài)3個部分。參數(shù)設(shè)置主要包括元件托盤的規(guī)格設(shè)置，通過設(shè)置參數(shù)，可以適應(yīng)不同規(guī)格的元件托盤。手動操作頁面則布置了各手動操作按鈕。故障狀態(tài)包括了吸嘴漏吸、進(jìn)料托盤倉缺盤、放料托盤放滿等畫面。同時，還設(shè)計了一個監(jiān)控畫面，可監(jiān)控PLC全部順序控制繼電器的狀態(tài)，可用于遠(yuǎn)程分析故障原因。

3.3 伺服控制器程序

伺服控制器程序包括回原點程序和運行程序。伺服控制器接收PLC傳送過來的回原點命令，自動執(zhí)行回原點程序。運行程序中的目標(biāo)位置接收到PLC傳送的位置信息，且接收到運行命令，驅(qū)動電機運行到目標(biāo)位置。

4 結(jié)語

設(shè)計了一種基于PLC的全自動SMT元件移載機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了觸摸屏人機界面，通過與伺服控制器串口通信的方式控制伺服電機，高效實用，操作方便。該系統(tǒng)運行速度快、精度高，能完美適用于細(xì)小SMT元件，實現(xiàn)了對SMT元件高效地全自動移載。同時，該系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)簡單，程序易于維護，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的，也為SMT工廠節(jié)約了人工、設(shè)備成本，具有很強的實用性和廣泛的適用性。

參考文獻(xiàn)

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