陳舒燕 余朝剛 蘇鵬云 朱 靖

(上海工程技術(shù)大學(xué)電子電氣工程學(xué)院，上海 201620)

全自動(dòng)生產(chǎn)線可以改善勞動(dòng)條件、提高生產(chǎn)效率、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，因此企業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)自動(dòng)化程度的要求越來越高。隨著我國注塑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，很多企業(yè)提出改進(jìn)傳統(tǒng)操作工序的要求[1～4]。由于目前使用的旋臂式、氣動(dòng)式和單軸伺服注塑機(jī)機(jī)械手不能滿足某注塑廠家的特定自動(dòng)送料要求，因此筆者設(shè)計(jì)了一種多軸的臥式注塑機(jī)全自動(dòng)送料系統(tǒng)。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)①

筆者設(shè)計(jì)的全自動(dòng)送料系統(tǒng)將卷繞在料盤上的料帶剪成單個(gè)嵌片，通過機(jī)械手將嵌片送入臥式注塑機(jī)，并將注塑好的成品取出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括：料架、導(dǎo)料槽、剪料機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)。該系統(tǒng)可以在垂直的X軸、Y軸、Z軸3個(gè)方向自由運(yùn)動(dòng)，有X1軸、Y1軸、X2軸、Z軸、Y2軸5個(gè)滑臺(tái)和1個(gè)可以90°旋轉(zhuǎn)的手爪[5]?；_(tái)均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿的傳動(dòng)方式，每個(gè)滑臺(tái)上有3個(gè)位置傳感器(包括上限傳感器、零點(diǎn)傳感器和下限傳感器)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 臥式注塑機(jī)全自動(dòng)送料系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 氣動(dòng)系統(tǒng)

臥式注塑機(jī)全自動(dòng)送料機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 機(jī)械手的氣動(dòng)系統(tǒng)

氣動(dòng)系統(tǒng)包括4個(gè)氣缸和多個(gè)電磁閥。氣缸作用為：驅(qū)動(dòng)剪料刀具上下運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)X1軸上取料盤上下運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)抓料盤夾爪的松放或夾緊，驅(qū)動(dòng)成品抓料盤運(yùn)動(dòng)。剪料氣缸、X1軸取料氣缸和成品抓料盤氣缸采用雙作用氣缸，夾爪使用單作用氣缸，均采用KOGANEI公司的2位5通脈沖式電磁換向閥作為主控元件。為了使氣缸運(yùn)行速度平穩(wěn)，提高機(jī)械手的穩(wěn)定性和工作效率，在每一個(gè)獨(dú)立的氣動(dòng)回路都配有單向節(jié)流閥[6]。該全自動(dòng)送料系統(tǒng)所有氣動(dòng)回路的運(yùn)動(dòng)和先后順序都由PLC來進(jìn)行控制[7]。

系統(tǒng)配備了4路真空發(fā)生器，真空發(fā)生器是用壓縮空氣產(chǎn)生真空度為-86.7kPa的負(fù)壓來吸取嵌片或成品；配備了8個(gè)電磁閥，其中3個(gè)雙電控作用電磁閥用來控制雙作用氣缸，5個(gè)單電控電磁閥用來控制吸盤和單作用氣缸。

3 電氣控制系統(tǒng)

3.1 PLC的端口分配

本系統(tǒng)中的伺服電機(jī)均采用脈沖控制方式，共需要6路脈沖，每個(gè)SIEMENS 6ES7 226-2AD23-0XB8 PLC有兩路高速脈沖輸出，使用3個(gè)PLC即可滿足要求。PLC之間通過PPI總線方式進(jìn)行聯(lián)系，其中一個(gè)PLC與觸摸屏連接，另外兩個(gè)PLC內(nèi)部的信息先與該P(yáng)LC交換，再發(fā)送到觸摸屏。系統(tǒng)主要輸入信號(hào)有：啟停控制信號(hào)3個(gè)、位置檢測信號(hào)25個(gè)，共28個(gè)；主要輸出信號(hào)有：脈沖輸出信號(hào)12個(gè)、電磁閥控制信號(hào)9個(gè)、電機(jī)控制信號(hào)6個(gè)，共27個(gè)。系統(tǒng)采用的PLC具有24輸入16輸出，可以滿足需求。輸入、輸出信號(hào)的具體作用和地址分配見表1。

表1 PLC的主要輸入、輸出信號(hào)分配

(續(xù)表1)

3.2 PLC程序

3.2.1控制過程

初始時(shí)，按下復(fù)位按鈕SB3，使機(jī)械手位于原位工作點(diǎn)，然后按下啟動(dòng)按鈕SB2，整個(gè)送料系統(tǒng)的工作過程為：導(dǎo)料槽導(dǎo)料→剪料盤一次剪切兩片料片→取料盤吸取兩片料片，放在接料盤上→接料盤向前移動(dòng)一步→重復(fù)剪切、吸取兩料片，并放于接料盤上→接料盤一次送4片料片→抓料盤吸料，后翻轉(zhuǎn)90°→成品抓料盤將注塑工位的成品取出→料片抓料盤將料片送到注塑工位→機(jī)械手退出注塑機(jī)，抓料盤翻轉(zhuǎn)至水平→夾爪松開，成品落入接料筐中。取料盤吸料時(shí)，為了避免料片因振動(dòng)而脫落，X1軸取料氣缸先行，剪料氣缸后行。如果沒有停止信號(hào)，送料系統(tǒng)機(jī)械手按照以上過程循環(huán)操作。在任何時(shí)候按下停止按鈕SB1，機(jī)械手將完成當(dāng)前工作周期后停止工作。

臥式注塑機(jī)全自動(dòng)送料系統(tǒng)具有多軸運(yùn)動(dòng)過程，按照機(jī)械手動(dòng)作的先后順序進(jìn)行控制[8,9]，因此采用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序的編寫。

3.2.2定位過程

機(jī)械手各軸的運(yùn)動(dòng)通過PLC的CPU輸出脈沖序列來實(shí)現(xiàn)定位控制，如圖3所示。編程過程中使用到庫中的定位模塊，為了充分利用定位模塊，軸上需設(shè)置3個(gè)限位開關(guān)：參考點(diǎn)開關(guān)(零點(diǎn))、正向計(jì)數(shù)限位開關(guān)(上限)和反向計(jì)數(shù)限位開關(guān)(下限)。機(jī)械手操作過程需要衡量其零參考點(diǎn)位置，編程中應(yīng)用到定位模塊庫中的Q0_x_Home，該模塊是在預(yù)設(shè)方向啟動(dòng)尋找參考點(diǎn)[10]。載物體沿著軸移動(dòng)，直到到達(dá)限位開關(guān)(上限或下限)，軸減速運(yùn)動(dòng)并開始從相反方向?qū)ふ覅⒖键c(diǎn)。參考點(diǎn)尋找完畢后，CPU向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送一個(gè)脈沖序列(動(dòng)力輸出)和定向信息(電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向)；伺服驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)定子中取決于頻率的三相電壓，并提供給伺服電機(jī)；伺服電機(jī)將速度控制的實(shí)際值返回給伺服驅(qū)動(dòng)器。

圖3 定位控制過程

3.3.3觸摸屏控制

全自動(dòng)送料系統(tǒng)的人機(jī)界面采用WECON LEVI777A-V型號(hào)的電阻式觸摸屏，該觸摸屏具有兩個(gè)串口，支持RS232/RS485/RS422，支持MPI協(xié)議。觸摸屏設(shè)計(jì)包括界面設(shè)計(jì)和變量設(shè)定，并將變量與PLC連接[11,12]。界面設(shè)計(jì)包含輸入/輸出區(qū)域組態(tài)、指示燈組態(tài)、功能鍵組態(tài)和文本顯示；變量設(shè)定是將觸摸屏的組態(tài)功能與PLC對(duì)應(yīng)的I/O地址和存儲(chǔ)單元相連接，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作過程中將手動(dòng)設(shè)定的參數(shù)輸入到PLC中，并將PLC的當(dāng)前值輸入到觸摸屏并顯示在界面中，便于觀察機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

4 結(jié)束語

臥式注塑機(jī)全自動(dòng)送料系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在它控制6個(gè)單軸運(yùn)動(dòng)來完成一個(gè)需要6個(gè)自由度機(jī)械手才能完成的一系列導(dǎo)料、剪料和送料動(dòng)作。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用PLC控制，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化送料，可以廣泛應(yīng)用于注塑取料。