一种基于气压传动与PLC的固相装料机的研发

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

传统的固相检测装料机多采用继电器控制方式和人工控制方式来控制各个工位的运行，或直接采用机械结构控制，随着所需功能的增强，效率的提高，显然这种方式已经无法满足生产的需要，而且其对于机构的设计、调整和维修也带来很大的不便 J。

随着社会的不断发展，行业间的竞争也日渐激烈，在不断改进产品质量的同时，还要向自动化方向发展。

气压传动相对于机械传动与液压传动，结构简单、轻便、安装维护简单，介质为空气，安全、无污染。PLC由于其具有非常高的抗干扰能力和可靠性，被广泛应用于工业控制的各个领域。固相装料机系统采用 S7。

200系列 PLC控制气压元件的动作，通过 RS485通讯接口将数据采集至触摸屏，实现了实时监控，增加了装料机的柔性。实验证明，其具有创新性，提高了可靠性和生产效率，应用价值较高。

1 固相装料机总体设计和工作原理该固相装料机是集上料、装料、振动、取料为-体的小型生产线，主要功能是将固相样本连续装入塑料容器中并进行检测。并能单独实现某-工位的运行，工件的计数，达到灵活给料 目的，生产流程如图 1所不 。

匾巫囹 亘 卧 匝塑 雯图 1 固相装料机生产流程图固相装料机总体结构示意如图 2所示，主要由分度盘、三工位执行机构、取料机构、传感器、变频器、触摸屏等组成。通过触摸屏控制各工位的动作，并输入触摸屏光电传感器霍尔传感器气源电机图2 固相装料机示意图气缸4气缸5分度盘给料步进电机变频器收稿 日期：2013-01-18作者简介：樊勇(1959-)，男，北京人，教授，本科 ，主要从事自动机械及测控技术方面的科研和教学工作。

58 液压与气动 2013年第9期装料重量。分度盘每旋转-个工位，霍尔传感器将会检测-次，同时光电传感器检测工位上是否放有装料塑料容器，将检测信号传给 PLC进行逻辑分析，并控制三个工位的执行机构，准确完成装料工作。

2 固相装料机气动系统设计如图3中气动三联件 1，其主要作用是为装置提供清洁、润滑、稳定气源；上筛板推料气缸 2，其主要作用是将上筛板从料盒中推入到压料气缸的底部；下筛板压料气缸 3，其主要作用是将放入到位的下筛板压入到塑料容器中；固相送料气缸 4，其主要作用是将出料口对准容器，防止样品洒出；下筛板推料气缸 5，其主要作用是将下筛板从料盒中推人到压料气缸的底部；上筛板压料气缸6，其主要作用是将放人到位的上筛板压入到塑料容器中，以实现对样本的密封；取料气缸 7，其主要作用为将装好的样品通过气压吹入指定的容器中。

1.气动三联件 2.上筛板推料气缸 3.下筛板压料气缸4.固相送料气缸 5.下筛板推料气缸 6.上筛板压料气缸7.取料气缸图3 气动回路控制图此气动系统中采用了2个的双向电磁阀和4个单向阀分别控制上述各个气缸的动作，以电磁换向阀作为驱动气缸的主控阀，通过 PLC的输入输出信号来控制其动作的先后顺序。采用以上设计方式的目的是，防止在突然断电和急停时水平和竖直方向的气缸发生冲突。在气缸运行过程中采用磁性开关配合完成整套动作，如果要改变整套动作的顺序，只需要改变控制程序即可 J。

3 系统时序图和流程图3.1 系统工位图和时序图系统分度盘各工位如图4所示，主要工位时序图如图5所示。

1.传感器位置 2.下筛板放置工位 3.步进电机给料工位4.振动工位 5.上筛板放置工位 6.取料工位 7.装料工位图4 分度盘示意图霍尔传感器接收到的分度凸轮的脉冲光电传感器下筛板工位运行状态装料工位运行状态上筛板工位运行状态图5 时序图图 6 系统程序流程 图4 PLC自动控制系统设计4.1 PLC选型PLC是专门为工业环境下所开发的可编程控制设备。其良好的稳定性、抗干扰性和柔性已在工业控制方面得到广泛的应用。根据 PLC的特点及固相装料机控制系统的要求，本控制系统需要输入点数为 132013年第9期 液压与气动 59个，输出点数为 13个。综合各方面考虑，该控制系统将 S7-200 CPU 224和 EM223扩展拈进行组合，以满足硬件要求。配置如表 1所示 ]。

表 1 PLC单元与扩展单元选型品牌 型号 规格 备注西门子 CPU 224 INPUT：14 OUTPUT：10 DC/DC/DC西门子 EM223 INPUT：4 OUTPUT：4 DC/DC/DC4.2 I/O 地址 分配根据固相装料机控制系统的要求，PLC控制的输入、输出的地址如表 2所示。

表 2 固相装料机 PLC控制的输入、输出点分配表序号 名 称 输入点 序号 名 称 输出点0 分度盘信号 10.0 O 步进电机脉冲 Qo.0塑料容器检测1 10.1 1 步进电机制动 Qo.1 信号下筛板垂直上2 10.2 2 下筛板垂直阀 Qo.2 位信号下筛板垂直上 下筛板水平工 3 I(. 3 3 Qo.3 位信号 作阀下筛板水平起 下筛板水平复 4 10.4 4 QO.4 始位 位阀下筛板水平工 5 10.5 5 装料垂直阀 Qo.5 作位6 装料垂直上位 10.6 6 上筛板垂直阀 Qo.6上筛板水平工7 装料垂直下位 10.7 7 Qo.7 作阀下筛板垂直上 上筛板水平复 8 I1. 0 8 Q1.o 位信号 位阀下筛板垂直上9 I1.1 9 振动电磁阀 Q1.1 位信号下筛板水平起 1O I1. 2 l0 变频器运行 Q2.o 始位下筛板水平工11 n.3 11 变频器备用 Q2.1 作位12 急停 I1.4 12 取料电磁阀 Q2.2l3 威纶通触摸屏 485串口 l34.3 触摸屏画面设计根据固相装料机的相关要求，系统选用威纶通系列触摸屏，型号为 MT6070iH，该触摸屏具有较好的编程界面、优良的稳定性和较高的性价比，故选用之。监控画面如图7所示。

图7 触摸屏画面5 实验结果及结论基于气压传动与 PLC的固相装料机的投入使用，与人工装料对比可得到结果如表 3所示。

表 3 人工装料和现固相装料机对比第 1年成 所需人 名称 工作效率 稳定性 计数 成本本核算 员数人工 6 h不出现装料 10个/min 14万元 6人 不精确 高 故障现装 40个/min 1O万元 1人 24 h不出现料机 可调 故障 精确 低由表 3可以得到现固相装料机有以下5个优点：(1)工作效率明显提高；(2)节省了劳动力，降低了成本，且随着时间的增加，经济效益更加明显；(3)设备的稳定性与精度进-步提高，克服了原有产品计数不精确的缺点；(4)设备的自动化水平提高，并能根据程序进行相关调整，柔性增加；(5)运用触摸屏技术，大大减少了设备的接线与硬件，建立了良好的人机界面。

通过利用PLC技术与气压传动技术相结合，实现了对传统固相装料机的自动化控制，大大简化了传统继电器和人工的控制方式，提高了机器效率，增加了柔性，并通过触摸屏建立了良好的人机界面，同时对同样类型的装料机产品的设计具有-定的借鉴作用。