最终论文

PLC在气动装配系统中的应用

摘要

PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。

PLC在装配系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的自动装配装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动装配。 系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。

监控界面设计主要为了解决系统实时状态控制和过程检测的目的。用触摸屏作为输送工具，可以很好的解决现场手动操作的麻烦，使得控制可以远离现场。通过监控界面来实时掌握物料装配过程中的各个位置状态以及最终的装配结果的情况，控制和显示放料，旋转物料台，以及显示装配的数量和物料缺少的报警。 关键词: 可编程控制器；分拣装置；控制系统；传感器；触摸屏

前言

1.1 装配系统概述

自动化的程度是工作发展程度的标志，自动装配正是自动化中的一个必不可的部分，而PLC控制分拣装置以其成本低，效率高的优点，已经成为主流，他可以根据设定的程序无人的，高效的工作，维护费用极少。由于全部采用机械自动化作业，因此，装配处理能力较大，装配分类数量也较多。节省了大量的人力劳动，减少了企业的额外支出，是企业节省成本最好的方法。

尤其在需要进行材料装配的企业，以往一直采用人工装配的方法，由于人工作的个人限制性，因人而致使有的生产效率很低，误差多，生产成本高，企业的竞争能力差，阻碍了企业的正常发展。所以装配系统装置PLC控制系统必然会取代人工的装配工作。这也正是其能够迅猛发展的根本原因，好是社会和企业发展的必然。随着工业的越来越发展，业水平的越来越高，自动装配装置完全取代人工作业是必须的也是必然的。

材料装配采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地装配货物，装配误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，装配系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，

受场地原因影响不大。同时，只要根据不同的装配对象，对本系统稍加修改即可实现要求，非常方面。

现在的大部分的企业都有自己的生产流水线，而自动装配装置是流水线上不可少的部分。

PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。

材料装配装置的PLC控制系统利用了PLC技术、位置控制技术、气动技术、传感器技术、电动技术传动技术等，这些技术都是自动化技术中必要的，可以说是现代工作生产现场生产设备的一个微小的模型。

1.2 物料装配系统的发展现状与趋势

纵观国内外物料装配系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心或工业中倾向于采用自动化程度很高的装配系统，而且应用也较为广泛。而在我国，由于物流业起步晚，物料装配系统中人工作业的比例也较高。尽管自动装配系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家某些行业不用自动装配系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 一是一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资

小企业则无能为力。二是系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动装配，需要采取诸如推行标准化包装、根据装配商品统一的包装特性定制装配机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制装配机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。

虽然装配系统有它的局限性，但随着社会的高速发展，一切都讲究效率，我相信高效率的物料装配系统设计将会被人们越来越重视。而本设计就针对物料装配设计出了一个由PLC控制的装配系统，解决了组成系统的设备能在安全工作的同时又能提高物料装配效率的问题。 1.3 研究的目的及意义

装配系统中物料传感器以及气缸应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物和代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温，腐蚀，及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料装配控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。

第一章 系统的组成及控制要求

物料装配系统由管形料仓，供料机构，回转物料台，机械手，待装配工件的定位机构，

气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。其中机械装配图如图1-1所示

图1-1装配单元机械装配图

1.1系统的组成 1.1.1管形料仓

管形料仓用来存储装配用的金属，黑色和白色小圆柱零件。它由塑料圆管和中空底座构成。塑料圆管顶端放置加强金属环，以防止破损。工件竖直放入料仓的空心圆管，由于

二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落.为了能对料仓供料不足和缺料时报警，在底座处分别安装了两个慢反射光电传感器（CX-441型），并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光板能可靠照射到被检测的物料上。

1.1.2落料机构

图1-2给出了落料机构剖视图。图中，料仓底座的背面安装了两个直线气缸。上面的气紅称为顶料气紅，下面的气紅称为挡料气紅。

图1-2落料机构示意图

系统气源接通后，顶料气缸的初始位置在缩回状态，挡料气缸的初始位置在伸出状态。这样，当从料仓上面放下工件时，工件将被挡料气缸活塞杆终端的挡块阻挡而不能落下。

需要进行落料操作时，首先使顶料气缸伸出，把次下层的工件夹紧，然后挡料气缸缩回，工件掉入回转物料台的料盘中。之后挡料气缸复位伸出，顶料气缸缩回，次下层工件跌落到挡料气缸终端挡块上，为再一次供料作准备。 1.1.3回转物料台

该机构由气动摆台和两个料盘组成，气动摆台能驱动料盘旋转180度，从而实现把从供料机构落下到料盘的工件移动到装配机械手正下方的功能。光电传感器分别用来检测左面和右面料盘是否有零件。光电传感器均选用CX-441型。如图1-3所示

图1-3回转物料台的结构

1.1.4装配机械手

装配机械手是整个装配单元的核心。当装配机械手正下方的回转物料台料盘上有小圆柱零件，且装配台侧面的光纤传感器检测到装配台上有待装配工件的情况下，机械手从初始状态开始执行装配操作过程。装配机械手装置是一个三维运动的机构，它由水平方向移动和竖直方向移动的2个导向气紅和气动手指组成。 装配机械手的运行过程如下：

PLC驱动与竖直移动气紅相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气紅驱动气动手指向下移动，到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将夹紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开当回转物料台的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。在整个机械手动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及气动手指组成的机械手按程序自动运行。如图1-4所示

图1-4装配机械手配件

1.1.5装配台料斗

输送单元运送来的待装配工件直接放置在装配台料斗中，由料斗定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。装配台料斗与回转物料台组件共用支承板，如图1-4(a)所示。为了确定装配台料斗内是否放置了待装配工件，使用了光纤传感器进行检测。料斗的侧面开了一个M6的螺孔，光纤传感器的光纤头就固定在螺孔内，见图1-5(b)。

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