趙文銳 仲躋峰

（1.北京現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學院 機電系，北京 101300;2.海洋石油工程股份有限公司設計公司，天津 300451）

0 引言

某公司某一規(guī)格產(chǎn)品的磁性能檢測工作原來都是依靠手工進行。由于產(chǎn)品具有強磁性，都吸合在一起，檢測時由一個工人負責將產(chǎn)品逐一分開，另一個工人用儀器檢測磁性，再經(jīng)一個工人將檢測的合格品收集碼放。由于該產(chǎn)品的規(guī)格極小，是直徑為3mm，高2mm的圓柱體，依靠人工逐一檢測不但耗時、費力、生產(chǎn)效率低、成本高，有時還會因為人為的因素導致漏檢、錯揀，讓不合格品蒙混過關(guān)。更為嚴重的是，因為該產(chǎn)品極脆，在碼放合格品時稍不留神，會導致整排已經(jīng)碼放好的合格品全部因損傷而報廢。為了保證檢測質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競爭力，需要一臺全自動產(chǎn)品磁性能檢測裝置。

在國外，只有瑞典的一家公司生產(chǎn)此類檢測設備，并且是按訂單生產(chǎn)，設備價格特別昂貴;在國內(nèi)，還沒有廠家生產(chǎn)此類專用檢測設備。所以，公司自主開發(fā)研制一臺全自動產(chǎn)品磁性能檢測裝置。300mm的圓柱體，筒上有二十個圓柱孔，每個圓柱孔中可放70個待檢測品。儲料筒由步進電機控制轉(zhuǎn)動。當取料筒的一個圓柱孔中沒有產(chǎn)品時，電機會帶動取料筒轉(zhuǎn)動到下一個圓柱孔，如下一個圓柱孔還為空時，電機繼續(xù)帶動取料筒轉(zhuǎn)動，直到找到有料的圓柱孔為止，如二十個圓柱孔內(nèi)均無產(chǎn)品，人機界面則給出取料筒內(nèi)無料的提示信息。當收料筒的一個圓柱孔放滿產(chǎn)品后，電機會帶動收料筒轉(zhuǎn)動到下一個圓柱孔，如下一個圓柱孔也已滿，電機繼續(xù)帶動收料筒轉(zhuǎn)動，直到找到無產(chǎn)品的圓柱孔為止，如二十個圓柱孔均已放滿產(chǎn)品，人機界面則給出收料筒內(nèi)產(chǎn)品已滿的提示信息。

轉(zhuǎn)盤由四個機械轉(zhuǎn)臂組成。四個機械轉(zhuǎn)臂在一個水平面上，各成90度角，四個轉(zhuǎn)臂同時動作。轉(zhuǎn)臂末端用真空吸盤做抓取機構(gòu)，利用吸盤內(nèi)形成的負壓吸取產(chǎn)品。用氣缸控制轉(zhuǎn)臂的上升/下降運動，用直流電機控制機械手臂在水平面上逆時針轉(zhuǎn)90度。

磁性能檢測儀用來檢測產(chǎn)品磁性能是否合格。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)簡圖

1 全自動產(chǎn)品磁性能檢測裝置工藝要求及結(jié)構(gòu)簡

本檢測裝置要完成的工藝要求為:（1）提取待檢測產(chǎn)品;（2）產(chǎn)品磁性能檢測;（3）如檢測產(chǎn)品為不合格品則放入廢品收集處;（4）如檢測產(chǎn)品為合格品則放入合格品儲料筒中。

根據(jù)工藝要求設計的全自動產(chǎn)品磁性能檢測裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。此裝置主要儲料筒、轉(zhuǎn)盤、磁性能檢測儀等組成。

儲料筒分為待檢測品儲料筒（后面簡稱為取料筒）和合格品收集儲料筒（后面簡稱為收料筒）。儲料筒為高200mm，直徑為

2 檢測裝置控制系統(tǒng)設計

2.1 檢測裝置的操作方式

本檢測裝置分為手動操作方式和自動運行操作方式。自動操作方式又分為單步、單周期和連續(xù)操作方式。

自動運行操作方式是PLC控制系統(tǒng)的主要運行方式，只要運行條件具備，PLC發(fā)出啟動預告，由操作人員確認并按下“啟動”按鈕后，PLC自動啟動系統(tǒng)。裝置從初始狀態(tài)開始，裝置的動作將自動地、連續(xù)不斷地周期性循環(huán)。在工作中，如按下“停止”按鈕，裝置則動作停止。重新起動時，須用手動操作方式將裝置移回初始狀態(tài)，然后按下“啟動”按鈕，裝置又重新開始連續(xù)工作。在工作中，如按下“復位”按鈕，則裝置將繼續(xù)完成一個周期的動作后，回到初始狀態(tài)后自動停止［1］。

在運行方式設計的同時，還必須考慮到停止方式設計。本裝置的停止方式有正常停止、暫時停止和緊急停止三種。

2.2 工作過程

本檢測裝置的工作過程

在自動運行方式下的工作過程從初始狀態(tài)開始，按下“啟動”按鈕后，機器就連續(xù)重復工作，分以下幾步

（1）步進電機帶動取料筒轉(zhuǎn)動，如果檢測到有產(chǎn)品的圓柱孔，步進電機會停止轉(zhuǎn)動;（2）取料滑塊動作，將取料筒中的產(chǎn)品取入到取料孔中;（3）轉(zhuǎn)臂下降，轉(zhuǎn)臂末端的吸盤吸走取料孔內(nèi)的產(chǎn)品;（4）轉(zhuǎn)臂上升，直流電機帶動轉(zhuǎn)盤使轉(zhuǎn)臂逆時針轉(zhuǎn)90度后停止;（5）轉(zhuǎn)臂下降，轉(zhuǎn)臂末端的吸盤吸住的產(chǎn)品放入到一臺磁性檢測儀的檢測環(huán)中，檢測產(chǎn)品的磁性能是否合格;（6）轉(zhuǎn)臂上升，轉(zhuǎn)臂逆時針轉(zhuǎn)90度后停止;（7）轉(zhuǎn)臂下降，如檢測的產(chǎn)品不合格，則吸盤松氣，將不合格品放入廢品收集處;如檢測的產(chǎn)品合格，則吸盤不松氣;（8）轉(zhuǎn)臂上升，轉(zhuǎn)臂逆時針轉(zhuǎn)90度;（9）轉(zhuǎn)臂下降，同時吸盤松氣，將檢測合格的產(chǎn)品放入送料滑塊的送料孔中;（10）送料滑塊將產(chǎn)品送入收料筒內(nèi)。至此，此檢測裝置完成一個周期動作。

本檢測裝置的動作條件是必須完成前一步動作才能進行下一步的動作，并且只有所有前提條件均滿足時，才能執(zhí)行下一步的動作［2］。

在正式抽水試驗前進行試抽水試驗，第一次試抽持續(xù)14 h，水量、動水位、水溫已處于穩(wěn)定狀態(tài)。后下油管探底，采用泵沖洗循環(huán)，提油管至上部再次氣舉洗井。熱水變清后進行了第二次試抽水試驗，試抽延續(xù)時間18 h，水量、動水位、水溫也已處于穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)過對兩次試抽試驗的數(shù)據(jù)對比分析，兩次試抽水溫相同，水位與水量的變化規(guī)律符合設計中試抽水試驗的要求，同時證明洗井工作達到了要求。

2.3 控制系統(tǒng)硬件設計

依據(jù)本檢測裝置的工藝流程，實際控制需求以及輸入/輸出變量特點，確定系統(tǒng)主要為開關(guān)量控制，根據(jù)輸入輸出變量數(shù)量、類型、控制要求，同時按I/O點數(shù)20% ～30%的備用量原則，系統(tǒng)選用西門子公司的 S7—200PLC為核心控制器件?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡圖

圖3 全自動子程序流程圖

為了使取料筒中的產(chǎn)品能準確地落到取料滑塊的取料孔中，同時送料滑塊中的產(chǎn)品能準確地送入到收料筒中，需精確的控制儲料筒轉(zhuǎn)動的角度，才能滿足控制要求。綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，在本裝置中，采用三相混合式步進電機帶動儲料筒轉(zhuǎn)動，滿足設計要求。

為了精確控制步進電機的轉(zhuǎn)動角度，采用西門子公司EM253位置定位控制模塊來控制步進電機驅(qū)動器。EM253位控模塊是S7200的特殊功能模塊，能夠產(chǎn)生脈沖串用于步進電機和伺服電機的速度和位置的開環(huán)控制。EM253位控模塊能產(chǎn)生移動控制所需的脈沖串，其組態(tài)信息存儲在S7200的V存儲區(qū)中。使用STEP7－Micro/WIN32可生成位控模塊所使用的全部組態(tài)和移動包絡信息，通過軟件編程的方法任意設定步進電機的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制步進電機的運行狀態(tài)。

利用傳感器來檢測機械轉(zhuǎn)臂、取料滑塊，送料滑塊是否到位。

2.4 控制系統(tǒng)軟件程序設計

根據(jù)全自動磁性檢測裝置的工藝要求，確定了各個動作的順序和相互關(guān)系，畫出工藝流程圖?？刂葡到y(tǒng)軟件程序設計引入了模塊化思想進行編程，結(jié)構(gòu)清晰，調(diào)試方便。根據(jù)功能、控制對象的不同，系統(tǒng)分為自檢模塊、運行模塊、故障模塊、停車模塊，由一個主程序和若干子程序構(gòu)成。主程序的功能是檢測各按鈕及故障報警狀態(tài)，在需要的時候調(diào)用各個子程序，以完成相應的控制功能［5］。

自檢模塊主要完成PLC、步進電機驅(qū)動器等狀態(tài)檢測及其初始化，確認設備狀態(tài)正常后，PLC才會按指令繼續(xù)運行。運行模塊是控制系統(tǒng)軟件的核心，運行模塊根據(jù)工作方式又分為自動運行模式子模塊、手動運行子模塊、單周期運行子模塊。自動運行模式程序流程圖如圖3所示。

當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，錯誤信息會傳送至故障模塊，由故障模塊將其錯誤的性質(zhì)、類型、嚴重性做出判斷。一般故障時，僅向人機界面發(fā)出錯誤提示信息;嚴重時，調(diào)用停車模塊，中止生產(chǎn)并發(fā)出警報。根據(jù)程序流程圖，再由PLC輸入輸出的邏輯關(guān)系編寫出梯形圖［6］。

將編制好的程序先用西門子S7－200的仿真軟件進行仿真，用于驗證程序是否正確。仿真正確通過后，再將程序輸入到PLC進行聯(lián)機調(diào)試。

3 結(jié)束語

采用PLC控制的全自動磁性檢測裝置設計完成后，經(jīng)過安裝調(diào)試已投入到實際生產(chǎn)，通過在實際生產(chǎn)中的應用表明，它具有結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定可靠，操作方便的特點?？蓾M足工藝要求，節(jié)約人手，大大提高檢測效率，保證檢測質(zhì)量，降低成本，取得了良好的經(jīng)濟效益。

［1］趙文銳，劉晉浩，沈嶸楓，朱晨.基于PLC的沙漠苗條載植機控制系統(tǒng)設計［J］.東北林業(yè)大學學報，2009（04）:105－107.

［2］趙文銳，全自動磁性檢測裝置的開發(fā)研制［D］.江蘇:南京林業(yè)大學碩士論文.2005.8－10.

［3］賈德勝.PLC應用開發(fā)實用子程序［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

［4］西門子公司.深入淺出西門子S7－200PLC［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2005.3 －5.

［5］遲君平，王斌，李業(yè)友.模塊化編程方法在PLC程序開發(fā)中的應用［J］.微計算機信息，2005（6）:26－27.

［6］趙志旭，王叢嶺，吳魚榕.基于 PLC糖果包裝機控制系統(tǒng)設計［J］.食品與機械，2008（2）:77－79.