PLC控制技术在水银体温计分号机中的应用*

孙 移， 周宏雷

(江阴职业技术学院 机电系，江苏 江阴 214405)

PLC控制技术在水银体温计分号机中的应用*

孙 移1， 周宏雷2

(江阴职业技术学院 机电系，江苏 江阴 214405)

体温计生产中毛细管直径及水银玻璃包的容积存在一定误差，造成了各体温计刻度线位置和间隔不同；目前对体温计区别不同的分号生产仍采用工人手工方式，效率低，劳动强度大；通过对水银体温计分号方式设计及其设备开发，设计了以可编程控制器(PLC)为基础的控制系统，给出了PLC的硬件和软件流程图的设计方法，应用该技术研制的分号机，自动化程度明显提高，且有效减少了产品误差，带来了较好的经济效益。

PLC；体温分号机；硬件；流程图

体温计是由一支带毛细管的三棱玻璃管和一个与毛细管相通的水银玻璃包组成。由于生产中体温计的毛细管直径与水银玻璃包有一定误差，导致同一温度下，体温计的刻度线位置及同一温升下水银柱升高的数值也不同；无锡某厂在生产时，通过人工标定每支体温计37 ℃和41 ℃两个基准位置线后，再人工测量两基准线间距L值，合格产品的L值在22～34 mm范围内，再以0.25 mm为一档进行分类。这种人工分号误差大、效率低，工人工作强度大。 课题组通过设计研发了一种半自动分号装置。可以通过摄像头对体温计基准线间距进行图像识别，自动分拣不同型号的水银体温计到相应盒内，提高了分号的效率和精度。

1 分号机的组成及工作要求

根据企业产品分号的需要，考虑废品和未检出品，分号机共有50个分号档。分号机装置结构如图1所示。分号机主要包括送料装置、图像识别装置、分号装置和储料装置[1，2]。送料装置通过传送带步进电机实现体温计的输送。图像识别装置由摄像头摄取体温计图像，采集水银体温计上的基准位置线距离L，经计算机分析处理，识别其所属分号值。检测装置包含漫射型光电传感器，及其推送气缸和气缸限位开关等组成，为实现自动控制提供输入信号。分号装置主要包含分号步进电机、上盘、上盘轴、下盘，下盘轴、止推轴承、拉簧及支架等组成，用于实现体温计分号动作。在分号滑槽的末端有储料盒，储料盒收集经分号装置分出的各个体温计。

图1 分号机装置结构图1.推送气缸；2.摄像头；3.水银体温计；4.分号下盘；5.分号上盘；6.对射型光电传感器；7.体温计储料盒；8.分号滑槽；9.分号步进电机；10.分号下盘定位孔；11.传送带步进电机；12.传送带；13.漫射型光电传感器

2 分号机的工作原理及工作流程图

分号机启动后，PLC首先运行初始化程序，复位一些变量值，分号上盘和下盘共同以低速25n/min转动，当对射型光电传感器检测到分号转盘定位孔后停止，使分号盘处在基准位置，保证推送气缸能把水银体温计顺利推入分号盘槽内。分号机工作开始时，水银体温计由人工放到分号机的传送带上，传送带以2.5n/min速度沿一个方向转动；当体温计到达摄像头的拍摄位置，被漫射型光电传感器检测到，传送带停转；PLC启动中断程序，摄像头对水银体温计的基准刻度线拍摄，经计算机分析处理后，识别出体温计的L值所属分号号码，PC机通过自由通讯方式把分号号码传送给PLC[3，4]；推送气缸把体温计推入分号转盘槽内；PLC控制分号盘的步进电机以150n/min速度快速转动，当转动到与分号号码相对应的角度，锁紧气缸夹紧分号盘的下盘，上盘在步进电机驱动下正转3.6°后，此时上下盘的上下槽对齐，水银体温计通过滑槽落入相应号码的体温计盒内；上盘在步进电机驱动下反转3.6°，恢复到初始位；锁紧气缸松开分号盘的下盘，完成1次分号动作，具体工作流程如图2所示[5]。

图2 分号机工作流程

3 PLC选型依据及输入输出点分配

根据分号机的结构和工作原理，共需要输入点数8个，输出点数6个，结合设计规则15%余量的条件，选用西门子S7-200PLC；分号机有两个步进电机，PLC要有2个脉冲量输出，故选择PLC型号为224 DC/DC型[6]；根据分号盘的转动惯量和电机力矩，以及分号盘转动的最小角度和性价比，选用步进电机和驱动器[7]；根据分号机运转速度，选择光电传感器。硬件选用型号具体如表1。PLC与硬件的连接如图3所示。相应的输入输出分配点，如表2所示。

表1 分号机硬件选型

图3 PLC硬件原理

名称符号元件名称对应点数输入点输出点SB1启动按钮I0.0SB2停止按钮I0.1SQ1推送气缸底部磁性开关I0.2SQ2推送气缸顶部磁性开关I0.3SQ3锁紧气缸底部磁性开关I0.4SQ4锁紧气缸顶部磁性开关I0.5SA1漫射型光电传感器I0.6SA2对射型光电传感器I0.7PULS+传送带步进电机脉冲Q0.0PULS+分号盘步进电机脉冲Q0.1DIR+传送带步进电机方向Q0.2DIR+分号盘步进电机方向Q0.3YA1推送气缸电磁阀1Q0.4YA2锁紧气缸电磁阀2Q0.5

4 结 论

采用PLC控制作为水银体温计分号机的控制系统，硬件成熟稳定，功能强大，程序编制方便，硬件运行抗干扰性好，调试周期短。分号机装配后实物如图4所示，经企业投入生产使用，水银体温计分号机解决了原人工分号效率低和误差大的问题，半自动分号机的速度可达1支/1 s，节省了人力，提高了体温计的产量和质量。

图4 分号机实物

[1] 周宏雷，李光玲，潘永惠.体温表标定分号生产线设计[J]. 机械制造与自动化，2011(5)：22-25

[2] 周宏雷，李光玲，孙移，等. 漏送式体温计分号机[P].中国发明专利，ZL201110150156.4，2012，9.2

[3] 高歌，苏志武，S7-200 PLC与PC间的串口通信[J]. 北京广播学院学报：自然科学版，2005(3)：41- 46

[4] 张雪华.通过S7-200PLC自由通讯口与变送器的通讯[J]. 常州工程职业技术学院学报，2008(2)：65-66

[5] 廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2009

[6] 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200PLC[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004

[7] 陈果.PLC控制步进电机分度的设计与实现[J]. 工业控制计算机，2008(5)：83-84

Application of PLC Control Technology to Classification Machine for Mercury Thermometer

SUNYi，ZHOUHong-lei

(Department of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangyin Polytechnic College，Jiangsu Jiangyin 214405，China)

There is certain deviation between the capillary diameter and the volume of mercury glass bulb in thermometer production ，which lead to the differece of thermometer scale location and spacing . The making of classified thermometer is still using manual mode，which is in low efficiency and high labor intensity . Through the design of mercury thermometer classification method and the development of its equipment, the classified thermometer control system based on PLC is developed in this article ，which give the design methods of PLC hardware and flow process chart.The classification thermometer made by this technology significantly improves automatic process, effectively reduces production error and obtains good economic benefit.

Programmable Logic Control(PLC)；classification thermometer；hardware；flow process chart

1672-058X(2013)09-0060-04

2013-03-03；

2013-04-13.

2011年江苏省高校科研成果产业化推进项目(苏教科[2011]13号).

孙移(1976-)，男，江苏江阴人，副教授，从事机电一体化研究.

TP217

A

责任编辑：代小红