引言

　　隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，PLC與自動生產(chǎn)線在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣泛，尤其是PLC具有強大的算術(shù)運算、定時、計數(shù)、邏輯控制、順序控制、存儲等功能。自動生產(chǎn)線是由工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將一組自動機床和輔助設(shè)備按照工藝順序聯(lián)結(jié)起來，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng)。自動生產(chǎn)線的工件傳送系統(tǒng)一般包括上下料裝置、傳送裝置、組合加工和儲料裝置。在特定情況下需要采用執(zhí)行機構(gòu)完成不同工件的傳送。主要描述自動生產(chǎn)線中的一個環(huán)節(jié)，通過自動分選裝置分別將不同的工件輸送到不同的生產(chǎn)線上。PLC與氣動裝置在自動分選與卸物的應(yīng)用，可以借鑒為各種氣動與控制系統(tǒng)設(shè)計的應(yīng)用范例，同時作為液壓與氣動、自動化設(shè)計等課程的工程項目訓(xùn)練與教學(xué)的平臺。

1 自動分選裝置設(shè)計

　　1.1分選裝置工作狀態(tài)分析

　　自動生產(chǎn)線上有不同工件，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求，會分選進入相關(guān)的生產(chǎn)線。揚州電力設(shè)備修造廠的設(shè)備主生產(chǎn)線上有很多工件，按照不同的裝配要求分配到A生產(chǎn)線與B生產(chǎn)線，通過工件識別傳感器識別A線工件與B線工件，再由自動分選裝置的氣動技術(shù)移位到相應(yīng)的生產(chǎn)線上。自動分選裝置示意圖如圖1所示。

　　若工件A：下降氣缸Y降落、機械手通過握緊氣缸Z握緊、提升氣缸Y提升、氣缸X1左行、下降氣缸Y降落、握緊氣缸Z松開，使工件放在歸定的A生產(chǎn)線上，提升氣缸Y提升、氣缸X1右行原位、待下個工作的識別判斷。

　　若工件B：下降氣缸Y降落、機械手通過握緊氣缸Z握緊、提升氣缸Y提升、氣缸X2右行、下降氣缸Y降落、握緊氣缸Z松開，使工件放在歸定的B生產(chǎn)線上，提升氣缸Y提升、氣缸X2左行到原位、待下個工作的識別判斷。

　　1.2 氣動回路的設(shè)計

　　自動分選裝置的氣動控制回路（見圖2）是由2個握緊氣缸Z（根據(jù)需要，有時5個）、一個提升氣缸Y、一個A線氣缸X1、一個B線氣缸X2、一個工件識別傳感器SP、組成，另外有握緊到位傳感器SZ，分選裝置有物傳感器SW，上升到位傳感器SY+，下降到位傳器SY-，A線氣缸左行到位傳感器SX1-，A線氣缸右行到位傳感器SX1+，B線氣缸左行到位傳感器SX2-，B線氣缸右行到位傳感器SX2-，握緊松開二位五通電磁閥YVZ，上升下降二位五通電磁閥YVY，A線二位五通電磁閥YVX1，B線二位五通電磁閥YVX2，氣缸的動作狀態(tài)及電磁閥的狀態(tài)見表1。

表1 電磁閥、氣缸狀態(tài)表

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 流程圖及控制系統(tǒng)狀態(tài)分析

　　系統(tǒng)的初始狀態(tài)為：氣缸Z松開、握緊到位SZ傳感器為0；氣缸Y上極限，上升到位傳感器SY+為1；氣缸X1右極限，A線右行到位傳感器SX1+為1； 氣缸X2左極限，B線左行到位傳感器SX2-為1。

　　根據(jù)系統(tǒng)工作原理，設(shè)計出系統(tǒng)流程圖（見圖3）。經(jīng)系統(tǒng)識別傳感器判斷，分別從A線與B線分析自動分選裝置的控制流程：

圖3 設(shè)計出系統(tǒng)流程圖

　　若是A線工件則系統(tǒng)對應(yīng)的電磁閥工作時序為：YVY失電（下降到位傳感器SY-為1）、YVZ得電（握緊到位SZ傳感器為1，分選裝置有物傳感器SW為1）、YVY得電（上升到位傳感器SY+為1）、YVX1得電（A線左行到位傳感器SX1-為1）、YVY失電（下降到位傳感器SY-為1）、YVZ失電（握緊到位SZ傳感器為0）、YVY得電（上升到位傳感器SY+為1，分選裝置有物傳感器SY為0）、YVX1失電（A線右行到位傳感器SX1+為1）回到原位。

　　若是B工件則系統(tǒng)的對應(yīng)的電磁閥工作時序為：YVY失電（下降到位傳感器SY-為1）、YVZ得電（握緊到位SZ傳感器為1，機械手有物傳感器SW為1）、YVY得電（上升到位傳感器SY+為1）、YVX2得電（B線右行到位傳感器SX1+為1）、YVY失電（下降到位傳感器SY-為1）、YVZ失電（握緊到位SZ傳感器為0）、YVY得電（上升到位傳感器SY+為1，機械手有物傳感器SW為0）、YVX2失電（B線左行到位傳感器SX2-為1）回到原位。

　　2.2 PLC設(shè)計

　　本系統(tǒng)核心是采用西門子S7-200系列的CPU224的PLC為中央處理單元，輸入點有14個點，輸出點有10個點。各點的分布情況見圖4。輸入點分別有信號采集與模式選擇2種方式，工件識別傳感器通過數(shù)據(jù)通信口RS-485口與PLC相連，由急停按鈕（I0.0）、信號判斷采集（I0.1）、位置采集（I0.2~I1.1）、氣路保護（I1.5）4部分組成。模式選擇分別由自動、手動、停止3部分組成，另增設(shè)手動狀態(tài)下的點動步進開關(guān)，作調(diào)試或檢修過程的步進。

圖4 各點的分布情況

　　以A線生產(chǎn)線來說明分選的控制過程（見圖5）： 1，下降；2，握緊；3，上升；4，左移；5，下降；6，松開；7，上升；8，右移。下降時的限位狀態(tài)為：SZ為0、SW為0、SX1+為1、SX1-為0、SY+從1到0、SY-從0到1。以此類推，可以分析出各個狀態(tài)的行程狀態(tài)。通過各個狀態(tài)的行程對A線工作過程的3個二位五通電磁閥進行過程控制，根據(jù)工作原理得出圖6的電磁閥得電時序圖。經(jīng)過狀態(tài)邏輯計算，設(shè)計出PLC梯形圖（略）。

　　2.3 HMI的設(shè)計

　　MT500 系列觸摸屏專門為工業(yè)環(huán)境設(shè)計，它的適用溫度范圍 (0～45°C)和PLC 的使用范圍是一樣的。打開Easy-Manager，選擇Easy-Builder，在菜單“編輯”中選擇“系統(tǒng)參數(shù)”項,在對話框中，PLC類型選擇SIEMENS的S7-200，人機類型選擇MT510T（640×640），完成參數(shù)的設(shè)定。

3 結(jié)語

　　本系統(tǒng)通過PLC的智能化控制自動生產(chǎn)線上的氣動機械手，結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、自動化程度高、操作方便，運行一年來性能穩(wěn)定，可以廣泛應(yīng)用到自卸系統(tǒng)的各個領(lǐng)域，同時也可以作為教學(xué)與課程設(shè)計的一個實用的范例。