摘要：隨著工業(yè)自動化程度的提高，PLC控制的氣動系統(tǒng)在生產(chǎn)線中的應(yīng)用越來越普及。本文敘述了由哈工大SMC氣動中心研制的氣動模擬生產(chǎn)線演示臺的原理及結(jié)構(gòu)。該演示臺主要模擬在生產(chǎn)線中工件的組裝、裝箱、運輸及拆箱、拆卸等過程。用于在教學(xué)中演示氣動技術(shù)及PLC在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：可編程控制器(PLC)　氣動　生產(chǎn)線

1　引言

　　PLC目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制領(lǐng)域，無論是從國外引進的自動化生產(chǎn)線，還是自行設(shè)計的自動控制系統(tǒng)，都普遍采用了數(shù)字控制，而這些數(shù)字控制系統(tǒng)絕大部分是由單臺或多臺可編程控制器構(gòu)成，PLC以其高可靠性和操作的簡便性等優(yōu)點，已經(jīng)形成了一種趨勢，這種趨勢正方興未艾。而氣動技術(shù)近年來也得到了迅速發(fā)展，由于氣動技術(shù)是以空氣為介質(zhì)，具有防火、防暴、防電磁干擾、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、成本低及壽命長等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用。而PLC技術(shù)與氣動技術(shù)的一個共同點就是它們最基本的也是最具優(yōu)勢的領(lǐng)域都是順序動作的邏輯系統(tǒng)，PLC的開關(guān)量控制和氣動技術(shù)的出力、點位控制或兩種功能的復(fù)合控制，使它們在各種自動化生產(chǎn)線中大有用武之地。
　　為了充分展示氣動技術(shù)及PLC在自動化生產(chǎn)線上的應(yīng)用，哈工大SMC氣動技術(shù)中心研制了一臺氣動模擬生產(chǎn)線展臺，展示的是工件的組裝、拆卸及運輸。

2　系統(tǒng)的工作原理

　　模擬生產(chǎn)線示意圖如圖1所示，共分A區(qū)和B區(qū)兩個區(qū)。

圖1　模擬生產(chǎn)線示意圖

　　A區(qū)為工件的組裝、裝箱、搬運及拆箱、拆卸，包括三個機械手、四個轉(zhuǎn)運機、一個放球器和六條傳送帶，工作過程如下：A筒裝箱手將AL1帶上的4個空筒裝入箱中，A箱轉(zhuǎn)運機將有筒箱送到上層傳送帶AL2，運到放球器處將4個空筒裝球，然后由拉A箱轉(zhuǎn)運機將滿箱運到AL3上層帶上，至此工件的組裝、裝箱及搬運全部完成，接下來是拆箱、拆件及搬運的過程。A拆箱手將帶球筒分別拆送到ABL中帶上，然后分兩路進行，一路是空箱經(jīng)AJ3空箱轉(zhuǎn)運機、AL4下層帶、拉A空箱器、AL5下層帶、AJ1A箱轉(zhuǎn)運機完成空箱運輸，并繼續(xù)進行A筒裝箱過程。另一路ABL帶上的有球筒運至A件分檢器處被檢出，由AS3A件分拆轉(zhuǎn)向手將球倒入球道，并將空筒放上AL1帶，空筒運至終點進行下次裝箱。在工作過程中，幾乎每個機械手、轉(zhuǎn)運機都在工作，因同時有多個箱及筒投入運行，工作效率是很高的。
　　B區(qū)模擬的是工件或產(chǎn)品的組裝、包裝和拆卸、運輸，包括三個機械手、兩個轉(zhuǎn)向器、一個檢蓋器和三條傳送帶、一個輸送機，工件由底和蓋組成。工作過程如下：B裝箱手將完整工件裝箱，輸送機將箱運到右端，B拆箱手將4個工件拆開并分別送到ABL中帶上，然后空箱由輸送機運回左端繼續(xù)裝箱，中帶上工件的底和蓋在經(jīng)過檢蓋器時檢出是底還是蓋，若是底則由B件轉(zhuǎn)向器送上BL1裝配帶，若是蓋則由B裝蓋手進行裝蓋，B件門控器將組裝完成的 B工件放行，該工件再經(jīng)B件轉(zhuǎn)向器送到B件帶上完成該件循環(huán)過程。
　　在A、B兩區(qū)同時循環(huán)運行過程中，中帶是最繁忙的，它的工作速度決定了生產(chǎn)線的節(jié)拍，同時中帶上的協(xié)調(diào)也非常重要，一是在A拆箱手和B拆箱手同時工作時必須協(xié)調(diào)好，否則有可能發(fā)生相互碰撞而損壞機械手，二是在帶上實際有三種工件在運行，即A有球筒、B底、B蓋，因此設(shè)計了A件分檢器和檢蓋器使中帶上的運行有條不紊地進行。
　　由于該模擬生產(chǎn)線是一個演示展臺，因此必須設(shè)計成由零件組裝到成品，再由成品拆成零件這樣一個循環(huán)過程，而實際的生產(chǎn)線往往只有從零件上到成品下線這一過程，所以該展臺事實上要比實際生產(chǎn)線復(fù)雜一些。

3　系統(tǒng)構(gòu)成

　　(1)氣動系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的氣動件全部采用的是SMC公司的產(chǎn)品，共用了48個氣缸，48個兩位四通閥，2個真空發(fā)生器，其中檢蓋器由測長氣缸制成，B箱輸送機由1米長的無出桿氣缸制成，其它所有機械手、轉(zhuǎn)運機等均由普通氣缸制成。

　　(2)傳送系統(tǒng)

　　包括8個傳送帶和1個輸送機，除輸送機由無出桿氣缸制成外，傳送帶均由步進電機驅(qū)動，共使用了8臺步進電機。

　　(3)檢測系統(tǒng)

　　包括96個行程開關(guān)、6個接近開關(guān)、5個碰撞開關(guān)和1個測長氣缸。

　　(4)控制系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的全部控制功能由一臺松下電工FP3型可編程控制器實現(xiàn)，用于控制步進電機的的脈沖單元8個，控制系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2　控制系統(tǒng)原理框圖

4　控制流程及編程

　　(1)流程圖

　　PLC的程序運行方式是循環(huán)掃描方式，而非順序執(zhí)行方式，因此任何一個機械手在其條件滿足后即開始動作，各手之間是并行的，當然有的手與手之間存在因果或制約關(guān)系，如A拆箱手與B拆箱手在同時工作時，必須等對方一個動作結(jié)束且手回原位后才能開始自己的動作，而自己開始動作即告對方等待。控制流程圖如圖3 所示。

圖3　控制流程

(2)編程

　　機械手控制程序的編寫方式很多，各人有各人的習(xí)慣，這里采用的是用移位寄存器指令編寫控制程序，舉一例說明，如圖4所示。
　　這種方式的特點是緊湊、簡明、易讀，由于移位寄存器字長為16位，故可以控制15個連續(xù)動作。

圖4　工件組裝程序

5　結(jié)語

　　該展臺集中了氣動技術(shù)、PLC、串行通訊及步進電機的許多優(yōu)點，對生產(chǎn)線中的許多典型工序進行了模擬。曾先后參加了北京’97動力與傳動國際博覽會及’97黑龍江計算機技術(shù)展覽會，均受到好評，在哈工大SMC氣動中心的教學(xué)和科研中發(fā)揮了重要作用。