摘要:本文针对实际生产需要,通过对工艺流程的分析,设计了采用PLC控制的全自动产品检测装置,给出了控制系统硬件组成和软件流程图。实践应用表明,本装置性能稳定、可靠,操作方便,极大提高了产品的检测质量与效率、减轻工人劳动强度、降低生产成本,提高企业经济效益。
关键词:检测装置; 可编程控制器; 控制系统
0 引言
某公司某一规格的产品检测工作原来都是依靠手工进行,由于产品的规格极小,是直径3mm,高2mm的圆柱体,依靠人工逐一检测不但耗时、费力、生产效率低、成本高,有时还会因为人为的因素导致漏检、错拣,让不合格产品蒙混过关。为了提高生产效率,保证检测质量,降低生产成本,提高企业竞争力,需要开发研制一台全自动产品检测装置。
1 全自动产品检测装置工艺要求及结构简图
本检测装置要完成的工艺要求为:
(1)提取待检测产品;
(2)产品性能检测;
(3)如检测产品为不合格品则放入废品收集处;
(4)如检测产品为合格品则放入合格品储料筒中。
根据工艺要求设计的全自动产品检测装置结构简图如图1所示。
本检测装置共有四个转臂,它们在同一个水平面上,各成90度角。四个转臂由转盘下的一台直流电机带动同时动作,每个转臂末端都有一个吸盘,用于吸取与放下产品。将待检测产品放在待测储料筒内,料筒下方有带取料孔的滑块。滑块用于从料筒中取出产品。转臂从滑块孔中吸取出产品后,逆时针转动90度到检测设备中检测产品性能是否合格,检测完毕后转臂再逆时针转动90度到不合格品收集处,如果检测的产品为不合格品,转臂吸盘松气将产品放入到不合格品收集处; 如果检测的产品为合格品,转臂仍吸住产品,逆时针转动90度,将合格品放入送料滑块的送料孔中,滑块将合格品送入合格品储料筒中。如此循环。
图1 装置结构简图
1待测储料筒,2检测设备 3不合格品收集4合格储料筒5转盘 6气动控制盘 7 电气控制盘
2 检测装置控制系统设计
2.1 检测装置的操作方式
本检测装置分为手动操作方式和自动运行操作方式。自动操作方式又分为单步、单周期和连续操作方式。
自动运行操作方式是PLC控制系统的主要运行方式,只要运行条件具备,PLC发出启动预告,由操作人员确认并按下“启动”响应按钮后,PLC自动启动系统。装置从初始状态开始,装置的动作将自动地、连续不断地周期性循环。在工作中,如按下“停止”按钮,装置则动作停止。重新起动时,须用手动操作方式将装置移回初始状态,然后按下“启动”按钮,装置又重新开始连续工作。在工作中,如按下“复位”按钮,则装置将继续完成一个周期的动作后,回到初始状态后自动停止[1]。
在运行方式设计的同时,还必须考虑到停止方式设计。本装置的停止方式有正常停止、暂时停止和紧急停止三种。
2.2 工作过程
本检测装置的工作过程:
在自动运行方式下的工作过程从初始状态开始,按下“启动”按钮后,机器就连续重复工作,分以下几步:
(1)步进电机带动放待检测产品的储料筒转动,如果检测到有产品的圆柱孔,步进电机会停止转动;(2)取料滑块动作,将储料筒中的产品取入到取料孔中;(3)转臂下降,转臂上的吸盘吸走取料孔内的产品;(4)转臂上升,直流电机带动转盘使转臂逆时针转90度后停止;(5)转臂下降,在检测设备处检测产品性能是否合格;(6)转臂上升,转臂逆时针转90度后停止;(7)转臂下降,如检测的产品不合格,则吸盘松气,将不合格品放入废品收集处;如检测的产品合格,则吸盘不松气;(8)转臂上升,转臂逆时针转90度;(9)转臂下降,同时吸盘松气,将检测合格的产品放入送料滑块的送料孔中;(10)送料滑块气缸将产品送入合格品储料筒内。至此,此检测装置完成一个周期动作。
本检测装置的动作条件是必须完成前一步动作才能进行下一步的动作,并且只有所有前提条件均满足时,才能执行下一步的动作[2]。
2.3 控制系统硬件设计
依据本检测装置的工艺流程,实际控制需求以及输入/输出变量特点,确定系统主要为开关量控制,根据输入输出变量数量、 类型、 控制要求,同时按 I/O点数 20%~30%的备用量原则,系统选用S7—200CPU224AC/DC/DC继电器输出的PLC为核心控制器件,它有24个输入点,16个输出点,2个RS485的通讯口,一个通讯口与计算机相连,一个与人机界面相连,方便编程与调试[3、4]。控制系统硬件结构简图如图2 所示。
人机界面 PLC 步进电机
驱动器 直流电机 气阀开关
输出 步进电机 各个传感器,按钮
图2 控制系统硬件结构简图
控制系统选用TD200的人机界面实现对检测装置运行状态的监视和提示,并完成简单的系统参数设置,程序的调用。
2.4 控制系统软件程序设计
根据全自动检测装置的工艺要求,确定了各个动作的顺序和相互关系,画出工艺流程图。控制系统软件程序设计引入了模块化思想进行编程,结构清晰,调试方便。根据功能、 控制对象的不同,系统分为自检模块、 运行模块、 故障模块、 停车模块,由一个主程序、 若干子程序构成。主程序的功能是检测各按钮及故障报警状态,在需要的时候调用各个子程序,以完成相应的控制功能[5]。
自检模块主要完成 PLC、 步进电机驱动器等状态检测及其初始化,确认设备状态正常后,PLC才会按指令继续运行。运行模块是控制系统软件的核心,运行模块根据工作方式又分为自动运行模式子模块、 手动运行子模块、单周期运行子模块。自动运行模式程序流程图如图 3所示。
当系统出现故障时,错误信息会传送至故障模块,由故障模块将其错误的性质、类型、严重性做出判断,一般故障时,仅向人机界面发出错误提示信息,严重时,调用停车模块,中止生产并发出警报。根据程序流程图,再由PLC输入输出的逻辑关系编写出梯形图[6]。
将编制好的程序先用西门子S7-200的仿真软件进行仿真,用于验证程序是否正确。仿真正确通过后,再将程序输入到PLC进行联机调试。
3 结束语
采用PLC控制的全自动检测装置设计完成后,经过安装调试已投入到实际生产,通过在实际生产中的应用表明,它具有结构紧凑,性能稳定可靠,操作方便的特点。可满足工艺要求,能够大大提高检测效率,保证检测质量,降低成本,减轻工人的劳动强度,取得了良好的经济效益。