PLC控制的气动模拟生产线
摘要：随着工业自动化程度的提高，plc控制的气动系统在生产线中的应用越来越普及。本文叙述了由哈工大smc气动中心研制的气动模拟生产线演示台的原理及结构。该演示台主要模拟在生产线中工件的组装、装箱、运输及拆箱、拆卸等过程。用于在教学中演示气动技术及plc在自动化生产线上的应用。
关键词：可编程控制器（plc） 气动 生产线
1 引言
plc目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域，无论是从国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都普遍采用了数字控制，而这些数字控制系统绝大部分是由单台或多台可编程控制器构成，plc以其高可靠性和操作的简便性等优点，已经形成了一种趋势，这种趋势正方兴未艾。而气动技术近年来也得到了迅速发展，由于气动技术是以空气为介质，具有防火、防暴、防电磁干扰、结构简单、工作可靠、成本低及寿命长等优点，在工业生产的各个领域得到了普遍的应用。而plc技术与气动技术的一个共同点就是它们zui基本的也是优势的领域都是顺序动作的逻辑系统，plc的开关量控制和气动技术的出力、点位控制或两种功能的复合控制，使它们在各种自动化生产线中大有用武之地。
为了充分展示气动技术及plc在自动化生产线上的应用，哈工大smc气动技术中心研制了一台气动模拟生产线展台，展示的是工件的组装、拆卸及运输。
2 系统的工作原理
模拟生产线示意图如图1所示，共分a区和b区两个区。
图1 模拟生产线示意图
a区为工件的组装、装箱、搬运及拆箱、拆卸，包括三个机械手、四个转运机、一个放球器和六条传送带，工作过程如下：a筒装箱手将al1带上的4个空筒装入箱中，a箱转运机将有筒箱送到上层传送带al2，运到放球器处将4个空筒装球，然后由拉a箱转运机将满箱运到al3上层带上，至此工件的组装、装箱及搬运全部完成，接下来是拆箱、拆件及搬运的过程。a拆箱手将带球筒分别拆送到abl中带上，然后分两路进行，一路是空箱经aj3空箱转运机、al4下层带、拉a空箱器、al5下层带、aj1a箱转运机完成空箱运输，并继续进行a筒装箱过程。另一路abl带上的有球筒运至a件分检器处被检出，由as3a件分拆转向手将球倒入球道，并将空筒放上al1带，空筒运至终点进行下次装箱。在工作过程中，几乎每个机械手、转运机都在工作，因同时有多个箱及筒投入运行，工作效率是很高的。
b区模拟的是工件或产品的组装、包装和拆卸、运输，包括三个机械手、两个转向器、一个检盖器和三条传送带、一个输送机，工件由底和盖组成。工作过程如下：b装箱手将完整工件装箱，输送机将箱运到右端，b拆箱手将4个工件拆开并分别送到abl中带上，然后空箱由输送机运回左端继续装箱，中带上工件的底和盖在经过检盖器时检出是底还是盖，若是底则由b件转向器送上bl1装配带，若是盖则由b装盖手进行装盖，b件门控器将组装完成的b工件放行，该工件再经b件转向器送到b件带上完成该件循环过程。
在a、b两区同时循环运行过程中，中带是zui繁忙的，它的工作速度决定了生产线的节拍，同时中带上的协调也非常重要，一是在a拆箱手和b拆箱手同时工作时必须协调好，否则有可能发生相互碰撞而损坏机械手，二是在带上实际有三种工件在运行，即a有球筒、b底、b盖，因此设计了a件分检器和检盖器使中带上的运行有条不紊地进行。
由于该模拟生产线是一个演示展台，因此必须设计成由零件组装到成品，再由成品拆成零件这样一个循环过程，而实际的生产线往往只有从零件上到成品下线这一过程，所以该展台事实上要比实际生产线复杂一些。
3 系统构成
（1）气动系统
该系统的气动件全部采用的是smc公司的产品，共用了48个气缸，48个两位四通阀，2个真空发生器，其中检盖器由测长气缸制成，b箱输送机由1米长的无出杆气缸制成，其它所有机械手、转运机等均由普通气缸制成。
（2）传送系统
包括8个传送带和1个输送机，除输送机由无出杆气缸制成外，传送带均由步进电机驱动，共使用了8台步进电机。
（3）检测系统
包括96个行程开关、6个接近开关、5个碰撞开关和1个测长气缸。
（4）控制系统
该系统的全部控制功能由一台松下电工fp3型可编程控制器实现，用于控制步进电机的的脉冲单元8个，控制系统原理框图如图2所示。
图2 控制系统原理框图
4 控制流程及编程
（1）流程图
plc的程序运行方式是循环扫描方式，而非顺序执行方式，因此任何一个机械手在其条件满足后即开始动作，各手之间是并行的，当然有的手与手之间存在因果或制约关系，如a拆箱手与b拆箱手在同时工作时，必须等对方一个动作结束且手回原位后才能开始自己的动作，而自己开始动作即告对方等待。控制流程图如图3所示。
图3 控制流程
（2）编程
机械手控制程序的编写方式很多，各人有各人的习惯，这里采用的是用移位寄存器指令编写控制程序，举一例说明，如图4所示。
这种方式的特点是紧凑、简明、易读，由于移位寄存器字长为16位，故可以控制15个连续动作。
图4 工件组装程序
5 结语
该展台集中了气动技术、plc、串行通讯及步进电机的许多优点，对生产线中的许多典型工序进行了模拟。曾先后参加了北京’97动力与传动博览会及’97黑龙江计算机技术展览会，均受到好评，在哈工大smc气动中心的教学和科研中发挥了重要作用。
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电缆硫化热补器的适用范围及特点
多级泵传输工作原理
应使抗燃油滤芯保持良好的工作状况，以便能随时投入使用
201*7阴离子交换树脂技术要求
ALthen EB100微型压力传感器主要特性
正规的空压机有哪些厂家
关键词：可编程控制器（plc） 气动 生产线
1 引言
plc目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域，无论是从国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，都普遍采用了数字控制，而这些数字控制系统绝大部分是由单台或多台可编程控制器构成，plc以其高可靠性和操作的简便性等优点，已经形成了一种趋势，这种趋势正方兴未艾。而气动技术近年来也得到了迅速发展，由于气动技术是以空气为介质，具有防火、防暴、防电磁干扰、结构简单、工作可靠、成本低及寿命长等优点，在工业生产的各个领域得到了普遍的应用。而plc技术与气动技术的一个共同点就是它们zui基本的也是优势的领域都是顺序动作的逻辑系统，plc的开关量控制和气动技术的出力、点位控制或两种功能的复合控制，使它们在各种自动化生产线中大有用武之地。
为了充分展示气动技术及plc在自动化生产线上的应用，哈工大smc气动技术中心研制了一台气动模拟生产线展台，展示的是工件的组装、拆卸及运输。
2 系统的工作原理
模拟生产线示意图如图1所示，共分a区和b区两个区。
图1 模拟生产线示意图
a区为工件的组装、装箱、搬运及拆箱、拆卸，包括三个机械手、四个转运机、一个放球器和六条传送带，工作过程如下：a筒装箱手将al1带上的4个空筒装入箱中，a箱转运机将有筒箱送到上层传送带al2，运到放球器处将4个空筒装球，然后由拉a箱转运机将满箱运到al3上层带上，至此工件的组装、装箱及搬运全部完成，接下来是拆箱、拆件及搬运的过程。a拆箱手将带球筒分别拆送到abl中带上，然后分两路进行，一路是空箱经aj3空箱转运机、al4下层带、拉a空箱器、al5下层带、aj1a箱转运机完成空箱运输，并继续进行a筒装箱过程。另一路abl带上的有球筒运至a件分检器处被检出，由as3a件分拆转向手将球倒入球道，并将空筒放上al1带，空筒运至终点进行下次装箱。在工作过程中，几乎每个机械手、转运机都在工作，因同时有多个箱及筒投入运行，工作效率是很高的。
b区模拟的是工件或产品的组装、包装和拆卸、运输，包括三个机械手、两个转向器、一个检盖器和三条传送带、一个输送机，工件由底和盖组成。工作过程如下：b装箱手将完整工件装箱，输送机将箱运到右端，b拆箱手将4个工件拆开并分别送到abl中带上，然后空箱由输送机运回左端继续装箱，中带上工件的底和盖在经过检盖器时检出是底还是盖，若是底则由b件转向器送上bl1装配带，若是盖则由b装盖手进行装盖，b件门控器将组装完成的b工件放行，该工件再经b件转向器送到b件带上完成该件循环过程。
在a、b两区同时循环运行过程中，中带是zui繁忙的，它的工作速度决定了生产线的节拍，同时中带上的协调也非常重要，一是在a拆箱手和b拆箱手同时工作时必须协调好，否则有可能发生相互碰撞而损坏机械手，二是在带上实际有三种工件在运行，即a有球筒、b底、b盖，因此设计了a件分检器和检盖器使中带上的运行有条不紊地进行。
由于该模拟生产线是一个演示展台，因此必须设计成由零件组装到成品，再由成品拆成零件这样一个循环过程，而实际的生产线往往只有从零件上到成品下线这一过程，所以该展台事实上要比实际生产线复杂一些。
3 系统构成
（1）气动系统
该系统的气动件全部采用的是smc公司的产品，共用了48个气缸，48个两位四通阀，2个真空发生器，其中检盖器由测长气缸制成，b箱输送机由1米长的无出杆气缸制成，其它所有机械手、转运机等均由普通气缸制成。
（2）传送系统
包括8个传送带和1个输送机，除输送机由无出杆气缸制成外，传送带均由步进电机驱动，共使用了8台步进电机。
（3）检测系统
包括96个行程开关、6个接近开关、5个碰撞开关和1个测长气缸。
（4）控制系统
该系统的全部控制功能由一台松下电工fp3型可编程控制器实现，用于控制步进电机的的脉冲单元8个，控制系统原理框图如图2所示。
图2 控制系统原理框图
4 控制流程及编程
（1）流程图
plc的程序运行方式是循环扫描方式，而非顺序执行方式，因此任何一个机械手在其条件满足后即开始动作，各手之间是并行的，当然有的手与手之间存在因果或制约关系，如a拆箱手与b拆箱手在同时工作时，必须等对方一个动作结束且手回原位后才能开始自己的动作，而自己开始动作即告对方等待。控制流程图如图3所示。
图3 控制流程
（2）编程
机械手控制程序的编写方式很多，各人有各人的习惯，这里采用的是用移位寄存器指令编写控制程序，举一例说明，如图4所示。
这种方式的特点是紧凑、简明、易读，由于移位寄存器字长为16位，故可以控制15个连续动作。
图4 工件组装程序
5 结语
该展台集中了气动技术、plc、串行通讯及步进电机的许多优点，对生产线中的许多典型工序进行了模拟。曾先后参加了北京’97动力与传动博览会及’97黑龙江计算机技术展览会，均受到好评，在哈工大smc气动中心的教学和科研中发挥了重要作用。
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