自动生产线装配单元电气控制系统装调实验综述

2015-03-14秦娟娟吴卫东

机电信息 2015年15期

秦娟娟吴卫东

（1.安徽国防科技职业学院，安徽六安237011；2.安徽永成电子机械技术有限公司，安徽六安237011）

0 引言

随着高职院校教育教学改革不断深入，教学模式不断创新，实验教学环节重要性也突显出来。因此开发一门理实一体、能为学生实现从“学生到职工”的转变提供重要平台的实验课程显得尤为重要。当代中国已经是举世瞩目的制造大国，自动化生产线在机械制造、电子、航空、食品等越来越多的领域得到广泛应用，掌握自动线控制技术成为电气自动化技术和机电一体化专业的学生的职业发展方向。适时在职业院校开展自动线安装与调试实验，可以使学生了解现代化工业进程中工业产品被加工的方式，认识自动生产线的结构、运动、驱动、传感、控制方式，能够使学生具备自动线设备的安装、编程、调试、故障诊断和排除能力。

1 实验条件

1.1 实验硬件平台

自动线安装与调试采用“天煌”T HJDAL－2型自动生产线拆装与调试实训装置为实验平台。该实训装置可分为供料、加工、装配、分拣和机械手搬运5个单元，可以完成工件的自动上料，机械手（搬运单元）将工件送入加工单元进行加工，加工完成后再由机械手送往装配单元进行装配和冲压，最后由机械手送入分拣单元进行产品分拣的整个工作流程的自动控制。该装置采用开放式结构，可供学生进行机械部件、气动控制系统和电气控制系统的拆装、调试、运行。

1.2 实验单元的组成

本实验是对T HJDAL－2型自动生产线拆装与调试实训装置的装配单元的电气控制系统进行安装与调试。装配单元由井式供料单元、三工位旋转工作台、平面轴承、冲压装配单元、光电传感器（E3Z－LS63）、电感传感器（LE4－1 K）、磁性开关（DC73L和 MT－22）、电磁阀（SY5120）、PLC 主机（CPU224 DC／DC／DC）、交流伺服电机（R88 M－G20030 H－Z）及驱动器（R7 DBP02 HH－Z）、警示灯、支架、机械零部件构成，主要完成工件紧合装配，由伺服电机控制三工位旋转工作台的旋转、装配区完成工件装配、冲压区完成工件冲压3个动作完成。图1为T HJDAL－2型自动生产线拆装与调试实训装置的装配单元结构图。

2 实验内容

根据T HJDAL－2型实训装置的装配单元工作流程，设计PLC控制I／O接线图并正确安装接线；设计PLC控制的顺序功能图与梯形图程序，并下载调试；完成装配单元电气控制系统的软硬件设计与安装。装配单元具体工作流程如下：

图1 THJDAL－2型实训装置的装配单元结构图

当三工位旋转工作台的原点检测传感器检测到待装配工件1后，伺服电机驱动工作台顺时针旋转，将工件1送往装配区，位于井式工件库的下方，1号气缸伸出顶住井式工件库内的倒数第二个工件2；底层工件下方的2号气缸退回（原本是伸出状态，挡住工件以免工件掉落），底层工件落下，装配在井式工件库下方的工件1上，完成装配，2号气缸伸出复位，1号气缸复位缩回，伺服电机启动，顺时针旋转，将装配好的工件送往冲压区，3号气缸带动冲头下降，将装配好的工件压紧，3号气缸复位，伺服电机启动，顺时针旋转，将加工好的工件送回工件台原点，发出加工完成信号。搬运单元机械手将工件搬走送往分拣单元，操作过程结束，等待装配下一个工件。若井式工件库内工件不足或无工件，向系统发出报警信号。

3 实验原理

本实验的核心控制技术是利用PLC完成在位置控制模式下，对伺服电动机的速度、方向、角位移进行精确控制，从而形成具有反馈的闭环自动控制系统。

3.1 伺服系统参数设置

本实验平台采用欧姆龙通用SMARTSTEP2系列AC伺服系统，适用于以加工机床和一般加工设备的高精度定位和平稳的速度控制为主的范围宽广的各种领域，具有位置控制和速度控制两种模式。本单元采用位置控制模式，需要对表1中几个参数进行设置。

表1 伺服系统位置控制模式参数设定

3.2 伺服系统的连接

装配单元的三工位旋转工作台是由欧姆龙通用SMARTSTEP2系列AC伺服电机控制的，伺服电机又由西门子晶体管输出型PLC主机CPU224（DC／DC／DC）能够输出高速脉冲的Q0.0和Q0.1口进行控制。通过控制Q0.0的输出脉冲频率和个数可以控制伺服电机的速度和角位移，通过控制Q0.1可以实现对伺服电机方向的控制。图2是装配单元中西门子PLC主机CPU224（DC／DC／DC）与伺服系统的连接。