1 引言

    模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(modular production system,MPS)是實(shí)際工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)流水線的微縮模型，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的上料、搬運(yùn)、加工、安裝、分類人庫(kù)等環(huán)節(jié)的動(dòng)作。它具有模塊化、綜合性、易擴(kuò)充等特點(diǎn)，為學(xué)習(xí)自動(dòng)控制及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生提供一個(gè)可操作的，類似真實(shí)工業(yè)環(huán)境的操作平臺(tái)。

    以淮陽(yáng)市工業(yè)自動(dòng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)，論述MPS的上料檢測(cè)單元的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2 上料檢測(cè)單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    上料檢測(cè)單元是MPS系統(tǒng)中的起始單元，在整個(gè)系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)的其它單元提供原料的作用。它的功能是:按照需要將放置在料盤中的待加工工件(原料)自動(dòng)地取出，并檢測(cè)出工件的顏色，最后將其提升到輸出工件，等待下一個(gè)工作單元來(lái)抓取。

    上料檢測(cè)單元主要由I/O接線端口、料盤模塊、提升模塊、工件檢測(cè)組件、氣源處理組件等部件組成。

    (1)I/O接線端口它是該工作單元與PLC之間進(jìn)行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號(hào)(直流電源、輸入、輸出)都接到該端口上，再通過(guò)信號(hào)電纜線連接到PLC上。

    (2)料盤模塊該模塊用于儲(chǔ)存工件原料，并在需要時(shí)將料盤中的工件輸送出來(lái)。該模塊主要由料盤、分隔條和滑道組成。料盤模塊的工作過(guò)程是:工件散落在料盤中，當(dāng)需要輸出工件時(shí)，料盤旋轉(zhuǎn)，工件通過(guò)分隔條一一排列輸出，進(jìn)人滑道，在后續(xù)工件的推動(dòng)下，前面的工件依次從滑道滑人工件平臺(tái)中。

    (3)提升模塊該模塊用于將料盤輸出的工件提升到輸出工位，它主要由工件平臺(tái)、滑動(dòng)導(dǎo)向裝置和雙作用氣缸組成。工件平臺(tái)在雙作用氣缸的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)?；瑒?dòng)導(dǎo)向裝置保證了工件平臺(tái)不偏轉(zhuǎn)。

    (4)工件檢測(cè)組件該部分由兩個(gè)光電傳感器組成:一個(gè)反射式光電接近開(kāi)關(guān)和一個(gè)漫反射式光電接近開(kāi)關(guān)。反射式光電接近開(kāi)關(guān)安裝在底部，用于檢測(cè)工件平臺(tái)上是否有工件。漫反射式光電接近開(kāi)關(guān)安裝在上部(輸出工位)，用于檢測(cè)工件的顏色。漫反射式光電接近開(kāi)關(guān)之所以能檢測(cè)出工件的顏色，是因?yàn)槲矬w對(duì)不同頻率顏色的光吸收作用不同，白色物體會(huì)將所有頻率的光(白光)全部反射回來(lái)，漫反射式光電接近開(kāi)關(guān)感測(cè)到這些光，就會(huì)有信號(hào)輸出;而黑色物體會(huì)把所有頻率的光全部吸收，所以漫反射式光電接近開(kāi)關(guān)對(duì)黑色物體檢測(cè)不到，也就沒(méi)有信號(hào)輸出，這樣通過(guò)漫反射式光電接近開(kāi)關(guān)就能分辨出工件的黑與白。

3 控制任務(wù)流程

    上電運(yùn)行后，復(fù)位燈閃爍，按下復(fù)位按鈕X000，進(jìn)行復(fù)位操作，提升汽缸電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器Y001通電，電機(jī)正轉(zhuǎn)使工件平臺(tái)下降，當(dāng)磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)X005有信號(hào)時(shí)，說(shuō)明工件平臺(tái)到達(dá)指定位置，工件平臺(tái)停止下降。按下開(kāi)始按鈕X001，控制料盤旋轉(zhuǎn)的繼電器Y000得到信號(hào)，料盤開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到一定位置時(shí)，并且等待的定時(shí)器時(shí)間到達(dá)后，料盤停止旋轉(zhuǎn)。提升氣缸X002有信號(hào)，Y004有動(dòng)作，平臺(tái)開(kāi)始上升，當(dāng)磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)X006有信號(hào)時(shí)，說(shuō)明工件平臺(tái)到達(dá)指定位置，工件平臺(tái)停止上升。提升氣缸到達(dá)指定位置，對(duì)工件進(jìn)行顏色檢測(cè)，燈Y002和Y003作為輸出，如果是白色工件，Y002燈亮;如果是黑色工件，Y003燈亮。當(dāng)工件被機(jī)械手取走后，提升汽缸使工件平臺(tái)下降，開(kāi)始重復(fù)之前的動(dòng)作。

4 氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)

    氣動(dòng)控制系統(tǒng)是本工作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制功能是由PLC實(shí)現(xiàn)的。1B1,1B2為安裝在推料氣缸的兩個(gè)極限工作位置的磁性傳感器。1Y1為控制推料氣缸的電磁閥。

    MPS中每個(gè)部件上的輸人、輸出信號(hào)與PLC之間的通信電路聯(lián)接是通過(guò)I/O接線端口實(shí)現(xiàn)的。

    各接口地址已經(jīng)固定，如表1所示。各單元中的需要與PLC進(jìn)行通信聯(lián)接的線路(包括各個(gè)傳感器的線路、各個(gè)電磁閥的控制線路及電源線路)都已事先連接到了各自的I/O接線端口上，在與PLG連接時(shí)，只需使用一根專用電纜即可實(shí)現(xiàn)快速連接。

5 程序控制

    1)控制任務(wù)

    當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，提升氣缸驅(qū)動(dòng)的工件平臺(tái)下降到位。然后進(jìn)人工作運(yùn)行模式，料盤旋轉(zhuǎn)輸出工件，當(dāng)檢測(cè)到工件平臺(tái)中有工件后，料盤停止旋轉(zhuǎn)，提升氣缸動(dòng)作，將工件平臺(tái)提升至輸出工位，對(duì)工件的顏色進(jìn)行檢測(cè)并保存下來(lái)，如果是白色工件，白色檢驗(yàn)指標(biāo)燈燈亮;如果是黑色工件，黑色檢驗(yàn)指標(biāo)燈燈亮。按下“特殊”按鈕，表示工件被取走，工件平臺(tái)下降，料盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)輸出工件，重復(fù)以上流程。

6 結(jié)語(yǔ)

    以MPS為基礎(chǔ)，完成了對(duì)供料檢測(cè)站流程分析和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，利用PLC程序開(kāi)發(fā)，對(duì)學(xué)習(xí)和掌握加工自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。軟件設(shè)計(jì)人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單方便，有利于實(shí)訓(xùn)教學(xué)。