基于PLC的连接器自动装配机设计

2012-08-29徐玉贤金卫星

装备制造技术 2012年7期

程磊，徐玉贤，金卫星

（1．苏州工业职业技术学院电子工程系，江苏苏州 215104；2．苏州新亚电通有限公司，江苏苏州 215132）

连接器是一种在电气终端之间，提供连接与分离功能的元件。无论是在航空航天、汽车工业等军工领域，还是在通信、PC 等消费类电子产品市场，连接器都有着非常广泛的应用。随着连接器工业的迅速发展，连接器企业之间的竞争，也越来越激烈。如何提高生产的自动化程度，已经成为连接器企业发展的关键。

本文将介绍一种连接器自动装配机的设计，该系统能自动完成产品的加工检测，大大提高劳动生产率。

1 生产工艺流程及设备组成

连接器至少由胶芯和PIN 针两部分组成。一般胶芯根据不同的需要，会有不同的外观尺寸，而PIN针起到传递信号的关键作用。为了使连接器在安装时方便固定，不易移位。连接器最外两根PIN 针会有一个折角（行业内称之打K）。图1 为连接器外观图。

图1 连接器外观图

连接器的人工生产工艺流程是：PIN 针进料→胶芯放基座→PIN 针定位→PIN 针打K→检验。

首先，胶芯通过人工被放置在基座内，同时PIN针通过振动上料桶完成上料；然后工人手动控制压针机，完成PIN 针的定位、压入。接着由工人将基座内的连接器在打K 机上完成打K，最后通过品质控制人员（QC）完成对不良品的检测剔除。一个完整的生产流程正常需要4 名工人完成，包括装基座、压PIN 针、打K 和QC。

根据上述工艺流程，连接器自动装配机系统必须满足以下控制要求：

（1）自动装配机能通过参数设定，能够满足相同结构，不同规格的连接器装配。

（2）为了方便装配机检测调试，装配机应既能自动控制，又能手动操作。

（3）自动装配机还要能自动检出不良品。

（4）能够据需要对产能进行调节，能对完成的产品数量进行统计以及工作状态的实时显示。

2 控制系统组成及系统设置

根据上述的控制要求，本装配系统结构如图2所示。

图2 控制系统框图

系统的输入模块，主要由动作气缸的位置传感器、启动停止按钮和产品检测计数器等组成。通过气缸位置传感器，来确认系统的工作状态。输出模块主要由控制气缸动作的电磁阀组成。胶芯送料电磁阀控制两路气嘴。入位气缸将胶芯送入加工轨道。其余气缸也完成相对应的各种动作。蜂鸣器会在出现废品时发声报警。而整个工作实时监控和系统的运行设置，都需要通过触摸屏来完成。PLC 控制主机采用三菱的FX2N-32MR-001 型PLC，它的16个输入端和16个继电器输出端，完全能满足该系统的要求。

系统的具体控制过程如下。胶芯通过振动上料桶上料，然后会通过气嘴的吹气动作，完成胶芯的入槽。为了防止胶芯入位电磁阀的误动作，在胶芯入槽的位置设计了两个光纤传感器，只有当前后两个传感器都检测到胶芯后，入位电磁阀才会动作，将胶芯送入待加工轨道。

接下来通过胶芯移位电磁阀的控制，移位气缸将胶芯依次送往PIN 针压入、PIN 针打K 等工站。此外，废品检测，也是该系统的一项重要功能。我们通过对连接器PIN 针计数，来检出不合格的缺PIN 产品。该工站被设置在PIN 针压入和PIN 针打K 之间。PIN 针计数准确，是系统正常运行的关键，考虑到PIN 针移动速度较快，我们选用PLC 的高速计数器来计PIN 针的数目。同时，因为PIN 针间距大多为2.0 mm；那么，相邻PIN 针的距离大约只有1.5 mm。要精确检出间距小、移动速度快的PIN 针，我们选择了基恩士的光纤传感器。并在传感器镜头前增加一个凸镜，来聚焦发出的光线，增强系统计数精度。实际的效果也很好。当产品以500 mm/s 速度移动时，计数也非常准确稳定。

3 控制系统软件设计

3.1 PLC 程序设计

PLC 程序设计，主要是通过对光纤传感器检测信号、触摸屏控制信号和气缸输出状态信号的采集，完成系统的动作控制。系统的PLC 梯形图比较复杂，这里介绍系统程序的设计思路，程序的流程图如图3 所示。

图3 系统程序流程图

首先，系统运行前会进行模式识别。在手动模式下，触摸屏上将会设置不同的按钮，单独控制每个气缸，方便进行系统的维护和检测。如果是自动模式下，系统先会进行参数的设置，然后开始生产过程。因为胶芯比较轻，所以采用气嘴吹动的方式完成胶芯的送料。为了防止送料过程中的抖动，胶芯在移到加工轨道前，要适当延时，来确认胶芯的位置。

然后，按照流程图所描述的过程，进行PLC 程序的编写。实际设计中，我们还将压PIN 针和打K 的动作，使用同一组电磁阀控制。这样压PIN 针和打K 将同时对前后两组产品进行，大大提高了生产效率。