保险管自动装配控制系统设计

陈淑玲

摘 要：本文主要介绍了一台熔断器保险管自动装配机的控制系统，通过对整个控制系统的流程分析，确定整个系统的输入输出点数、采用的控制方式，要求操作直观方便，同时对本装配系统进行了人机交互系统和PLC控制设计，并已在企业得以生产应用。

关键词：装配自动化 人机交互 PLC控制

学校按某企业要求开发一台熔断器保险管自动化装配机控制系统。该系统主要完成保险管穿丝和焊帽两个装配任务。保险管的装配过程共完成穿丝→左折丝、切丝、右折丝→压帽装配三个工序，其装配过程如图1所示。

二、控制系统设计

PLC在自动化控制领域应用非常普遍，本系统选用三菱PLC。选择PLC型号时主要考虑控制功能、性价比、可扩展性、可操作性等因素。设定的输入输出点数估算PLC I/O点数需保留一定的扩展余量。根据保险管装配系统工作过程要求，PLC设置5个输入点，12个输出点，其余部分输入点可植入人机交互系统中，以节省资源。I/O点分配情况如下，输入点5个：X0-步进或伺服电动机归位原点、X1-转盘感应检测和计数检测、X13-瓷管导轨检测、X14-左帽盖导轨检测、X15-右帽盖导轨检测。输出点12个：Y0-步进或伺服电动机脉冲输出、Y1-瓷管振动盘、Y2-压丝汽缸和步进或伺服电动机反转、Y4-右帽盖振动盘、Y5-左帽盖振动盘、Y6-转速运行、Y7-送瓷管气阀、Y10-左压丝汽缸、Y11-左折丝汽缸、Y12-切丝汽缸、Y13-右压丝汽缸、Y14-右折丝汽缸。

综合各种因素考虑，保险管装配系统选用三菱FX1N-40MT-001，输入点24，输出点16的晶体管输出型PLC，能够有足够的余量，可以满足设计控制要求。根据PLC的硬件分析设计I/O连接图和主电路如图3和图4所示。

我们根据控制系统总体要求和具体情况进行PLC软件设计，画出控制流程梯形图。根据装配过程，完成自动穿丝和压帽工序，主要有以下四个工步及梯形图如下。

第一，当光电开关检测到振动盘有料时，系统启动送料机构，将空保险管送至穿丝位置，保险帽经导轨进入压帽位置。保险丝在压丝汽缸和送丝机构的作用下自左向右穿过保险管到达左折丝挡板位置，送丝机构完成自动穿丝动作，如图5所示。

第二，当左折丝挡板送丝到位后，左折丝挡板先完成压紧保险丝动作并完成折丝动作。程序如图6所示。

第三，左折丝动作完成以后，系统延时启动切断汽缸，完成切丝动作。当穿绕保险管的保险丝被切断后，系统执行右侧折丝动作。程序如图7所示。

第四，当保险丝穿过保险管并左右被弯曲折叠后，系统完成了自动穿丝过程，然后由汽缸推动已穿丝保险管经轨道送至焊帽位置。当光电开关检测到保险帽和已穿丝合格的保险管到达焊帽槽后，系统启动焊帽机构完成焊帽动作。在焊帽动作完成后装配合格的保险管掉入收料箱中。程序如图8所示。

三、人机界面设计

PLC的人机对话窗口，利用触摸屏HMI是一个非常好的选择。只要设置好HMI与PLC的通信协议，不需要另外编制复杂的通信程序。在组态HMI的界面程序时，只要将画面元件访问地址设定为相应的PLC内的数据寄存器，两者即建立相关联系。本设计选用触摸屏为显控SAMKOON，型号为SA-5.7C。

本自动装配要求有连续自动控制和手动控制两种操作方式。当选择自动运行模式时，系统自动完成各工步连续操作并实现循环加工。当选择手动调试加工时，每一步都要按下相应工步按钮才能执行，如图9所示。

1.手动模式

手动操作主要应用于保险管装配流程的调试和自动生产调整时的相关设置，在正常生产时无需手动操作。手动操作可以完成设备启动、单个保险管穿丝、折丝、切丝压帽等动作。手动操作可以选择不同功能按钮，完成单一动作或进行各相应装配参数设置。

2.自动模式

自动装配就是在正常装配过程中无需人工操作，由系统的穿丝机构和送料的振动盘完成装配的生产全过程。在自动模式装配生产时，系统还设置了计数功能显示，如图10所示。

四、结论

PLC控制系统的工作可靠性还与正确的硬件线路设计、高质量的元器件、良好的工作环境、编制监控程序等因素有关，因此采取合理的布局、正确的配线，采取相应的抗干扰措施，可以提高系统的抗干扰能力，使PLC 控制系统的工作可靠性和稳定性得到很大的提高。实践证明，本保险管自动装配机性能稳定，操作简单方便，已在企业投入生产，满足了企业要求。

参考文献：

[1]程广华.自动化装配系统及其应用[J].日用电器，2012（3）.

[2]徐海东.基于PLC的轴承自动装配机电气控制系统设计[J].仪表技术，2011（7）.

[3]田效伍.电气控制与PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2006.

（作者单位：广东省高级技工学校）