1 前言

    我校自主研发的自动化生产线是一套基于PLC控制的教学系统,也是一套模块化的生产实训系统。它集电气控制、PLC应用、传感器和气动等多种技术于一体,由自动上料、传输检测、真空分拣、颜色分拣、位置调整、配件供给和装配下料等七个工作站组成。自动上料站的功能是为其它工作站提供工件。工件由气动机械手抓取,经平移,升降,摆动等动作,放到输送带上,然后回归原位。

    2 系统的硬件设计

    自动上料模块是整个自动生产线系统的起始单元,主要由工件装料管和推出装置、支架、阀组、端子排组件、PLC、按钮、走线槽及底板等组成。主要功能是将放置在料仓中的工件自动推到物料盘上,以便使输送单元的机械手将其抓取并输送。具有手动、自动两种操作方式。在操作前应确保上料盘有料。

    2.1 动作过程

    上料单元主体是一个转动的料盘,料盘上设置两个管形料仓。在料盘口对应上料的位置安装了一个漫反射光电开关,功能是检测料盘口中有无储料。当工件到达料盘口时,光电开关检测到有工件存在,便向系统提供本单元物料盘有工件的信号。在输送单元的控制程序中,就可以利用该信号状态来驱动机械手装置来抓取此工件,送到传输带上。料仓中的工件在重力的作用下,自动向下移动一个工件,为下一次抓取工件做好准备。若当前料盘口中无工件,料盘将在程序控制下转动到料盘口中继续检测。直到两个料盘口均无工件,料盘停止转动。

    2.2 气动回路设计

    气动控制回路是本工作单元的执行机构,由气动机械手和上料转盘组成,完成上料和取料。机械手在结构上由两个直线气缸、一个摆动气缸和气爪组成。归位状态为:气爪闭,平移缸退,升降缸落,摆缸0°。一个工作循环:气爪闭→气爪开→升降缸升→平移缸进→气爪闭→平移缸退→摆缸180°→平移缸进→升降缸落→气爪开→平移缸退→升降缸升→摆缸0°。机械手可实现手臂平移、升降、摆动和气爪的抓取动作,由安装在气缸上的磁性接近开关来检测各气缸的极限位置,进而通过PLC实现位置控制。5个二位五通的双电控电磁阀集中安装在汇流板上,控制机械手的手臂进行平移、升降和摆动控制及上料盘的转动动作。

    2.3 PLC控制

    在上料单元中,检测气缸位置的磁性开关、检测料盘口有无工件的光电开关、传输带拥堵检测传感器和控制按钮,PLC共需14个输入端子接收外界信号。电磁阀控制的输出动作、故障信号和标志信号共需13个输出端子。选用西门子S7-300主单元,可以和从站之间交换信息。其I/0接线原理如图1所示。

    3 系统的软件设计

    PLC梯形图程序的设计方法有经验法和顺序控制法两种。顺序控制设计法的基本思想是将系统的一个工作周期划分为若干个顺序相连的步,用编程元件(例如存储器位M)来代表,在任何一步内各输出量的状态不变。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件,它可以是外部的输入信号,如按钮、限位开关的通断等。也可以是PLC内部产生的信号,如定时器和计数器的触点信号。使用顺序控制设计方法时,首先根据系统的工艺流程,画出如图2所示的顺序功能图,再根据顺序功能图画出梯形图来完成程序设计。