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        全自動SMT元件移載機控制系統(tǒng)設(shè)計

        2019-08-01 01:28:10譚對平
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年10期
        關(guān)鍵詞:自動控制系統(tǒng)

        譚對平

        摘? 要:設(shè)計了一種全自動SMT元件移載機控制系統(tǒng),通過PLC控制移載機自動將SMT元件從塑料托盤轉(zhuǎn)移到金屬托盤,詳細介紹了移載機控制系統(tǒng)的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)組成及控制流程圖。實際運行結(jié)果表明該系統(tǒng)運行速度快、精度高,能完美適用于細小SMT元件,實現(xiàn)了對SMT元件高效地全自動移載。同時,該系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)簡單,程序易于維護,為SMT工廠節(jié)約了人工、設(shè)備成本,具有很強的實用性和廣泛的適用性。

        關(guān)鍵詞:移載機;PLC;伺服電機;觸摸屏;自動控制系統(tǒng)

        中圖分類號:TH22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼:A

        0 引言

        因為運輸?shù)脑?,很多從國外進口的SMT元件采用塑料托盤封裝,而在國內(nèi)的生產(chǎn)工序上,有的工位需要耐高溫且取用元件的間距與原塑料托盤間距不一致,因此,進口的元件投入生產(chǎn)前,需要將元件移載到間距符合要求的金屬托盤上。全自動SMT元件移載機是一種高效的自動移載SMT元件的設(shè)備,能實現(xiàn)取料、送料、放料全過程自動化,同時,在觸摸屏上設(shè)置參數(shù),可以擺放不同元件間距的托盤,節(jié)約了人工、設(shè)備成本,在SMT工廠得到廣泛應(yīng)用。

        1 總體設(shè)計

        1.1 設(shè)計思路

        全自動SMT元件移載機采用PLC控制,通過接收到觸摸屏設(shè)定的參數(shù)及獲取的行程開關(guān)信號,經(jīng)PLC程序運算后驅(qū)動各執(zhí)行元件,從而實現(xiàn)移載機的自動化控制。

        如圖1所示,全自動SMT元件移載機由機架系統(tǒng)、進料盤系統(tǒng)、出料盤系統(tǒng)、移載機械手系統(tǒng)等組成。進料盤系統(tǒng)、出料盤系統(tǒng)、移載機械手都采用伺服電機驅(qū)動,通過伺服驅(qū)動器,可以精確地控制X軸、Y1軸、Y2軸的運行速度和停止位置。機械手取放料吸嘴由氣缸控制,氣缸上裝有傳感器感應(yīng)上升位置和下降位置。同時,設(shè)有負壓傳感器檢測吸嘴是否吸取到元件。

        1.2 機械運動

        1.2.1 手動操作

        合上控制面板上主開關(guān)電源,吸嘴自動置上位,X軸電機回到原點位置,Y1軸電機和Y2軸電機回到原點位置后,分別推動進料托盤和出料托盤前進到首列位置,或者關(guān)機前放元件列。點擊觸摸屏上手動操作按鈕,觸摸屏彈出手動操作頁面,可以進行如下手動操作:

        (1)按“進料盤回原點”,進料托盤回到原點位置,設(shè)定好列數(shù),按“執(zhí)行”,進料托盤運行到相應(yīng)的列數(shù)。

        (2)按“出料盤回原點”,出料托盤回到原點位置,設(shè)定好列數(shù),按“執(zhí)行”,出料托盤運行到相應(yīng)的列數(shù)。

        (3)設(shè)定吸嘴到進料盤的行數(shù),按“執(zhí)行”,吸嘴移動到進料盤指定行數(shù),設(shè)定吸嘴到出料盤的行數(shù),按“執(zhí)行”,吸嘴移動到進料盤指定行數(shù)。

        (4)按“吸嘴下”,吸嘴運行到下限位,按“吸嘴上”,吸嘴運行到上限位。

        (5)按“吸取”,吸嘴運行到下限位,真空電磁閥打開,延時30 ms(可設(shè)置),吸嘴運行到上限位,按“放置”,吸嘴運行到下限位,真空電磁閥關(guān)閉,反吹電磁閥打開,延時30 ms(可設(shè)置),吸嘴運行到上限位,反吹電磁閥關(guān)閉。

        1.2.2 自動操作

        在系統(tǒng)準備工作狀態(tài),按機臺上的開始按鈕,觸摸屏彈出啟動參數(shù)確認頁面,確認設(shè)定數(shù)量、是否重新計數(shù)、是否檢測真空等參數(shù)后,移載機按預(yù)定的參數(shù)、程序開始自動運行。自動運行時雙色燈中綠色燈亮起。當檢測到運行故障時,紅色燈亮起,同時蜂鳴器響起,移載機暫停運行,排除故障后,按繼續(xù)按鈕,恢復(fù)自動運行。按暫停按鈕,移載機放置完元件,回到吸取元件位置后,暫時停止運行,按繼續(xù)按鈕,恢復(fù)自動運行。在自動運行過程中,發(fā)生緊急情況可隨時按緊急停止開關(guān)中斷。

        2 電氣結(jié)構(gòu)設(shè)計

        2.1 電氣結(jié)構(gòu)

        移載機的機械運動由3臺伺服電機和一個氣缸來完成,如圖1所示,X軸電機主要完成移載機械手的水平運動,Y1軸電機主要完成進料托盤的水平運動,Y2軸電機主要完成出料托盤的水平運動。3臺伺服電機均有相應(yīng)的伺服驅(qū)動器來驅(qū)動,能精確地調(diào)整運行速度及位置。吸嘴由氣缸控制,完成吸嘴的上下運動。

        采用西門子S7-200(224XP)PLC作為系統(tǒng)的控制器,其結(jié)構(gòu)特別緊湊但是具有驚人的實時性能,同時具有功能強大的通信功能,并且具有操作簡便的硬件和軟件。224XP具有2個串行通信端口,采用其中一個通信端口與觸摸屏連接,另一個端口與3臺伺服驅(qū)動器連接,均采用RS-232串口模式。伺服驅(qū)動器采用步科電氣的ED100系列,自帶編程功能,可以設(shè)定好電機的運行步驟,同時可以通過通信接受PLC的控制,減少了了PLC I/O端口的使用。

        2.2 PLC I/O端口分布

        由于采用了觸摸屏人機界面,也采用了通信模式控制伺服驅(qū)動器,整個系統(tǒng)非常簡潔,I/O分布也很簡單。

        2.2.1 輸入端口設(shè)置

        PLC輸入信號有命令和狀態(tài)2個部分,命令信號來自于按鈕、其中I0.0為開始按鈕信號,I0.1為暫停按鈕信號,I0.2為繼續(xù)按鈕信號。狀態(tài)信號來自于傳感器、伺服驅(qū)動器到位反饋信號。其中I0.3為吸嘴氣缸的下限位傳感器;I0.4為吸嘴氣缸的上限位傳感器;I0.5為吸嘴的空氣壓力傳感器;I1.0移載機械手電機到位信號,I1.1為進料托盤電機、I1.2為出料托盤電機到位信號。

        2.2.2 輸出端口設(shè)置

        PLC的輸出信號有6個,分別控制吸嘴上下、吸嘴吸取、吸嘴反吹電磁閥和雙色信號燈及蜂鳴器。其中Q0.0為吸嘴上下電磁閥控制信號;Q0.2分別為吸嘴吸取電磁閥控制信號;Q0.3為吸嘴反吹電磁閥控制信號;Q0.4為紅色燈信號;Q0.5為綠色燈信號;Q0.6為蜂鳴器信號。

        3 軟件設(shè)計

        3.1 PLC程序設(shè)計

        移載機的PLC控制程序采用順序控制編程方法編寫,且將移載機的各個功能編寫成子程序,然后通過主程序調(diào)用子程序來完成整個工作流程,整個程序條理清楚,簡單易讀,后續(xù)維護方便。移載機的程序流程圖如圖2所示。主要子程序及功能如下:

        (1)進料盤、出料盤、機械手回原點子程序,發(fā)送回原點命令給伺服驅(qū)動器,控制圖1中X軸、Y1軸、Y2軸電機回原點。

        (2)進料盤子程序,控制Y1軸電機推動進料托盤移動到相應(yīng)位置。

        (3)出料盤子程序,控制Y2軸電機推動出料托盤移動到相應(yīng)位置。

        (4)機械手子程序,控制X軸電機推動吸嘴移動到相應(yīng)位置。

        (5)手動操作子程序,可手動完成各機械運動。

        (6)吸取子程序,吸嘴完成一次取料流程。

        (7)放置子程序,吸嘴完成一次放料流程。

        (8)計算子程序,計算X軸、Y1軸、Y2軸電機下次運動的目標位置。

        3.2 觸摸屏畫面設(shè)計

        觸摸屏畫面包括參數(shù)設(shè)置、手動操作、故障狀態(tài)3個部分。參數(shù)設(shè)置主要包括元件托盤的規(guī)格設(shè)置,通過設(shè)置參數(shù),可以適應(yīng)不同規(guī)格的元件托盤。手動操作頁面則布置了各手動操作按鈕。故障狀態(tài)包括了吸嘴漏吸、進料托盤倉缺盤、放料托盤放滿等畫面。同時,還設(shè)計了一個監(jiān)控畫面,可監(jiān)控PLC全部順序控制繼電器的狀態(tài),可用于遠程分析故障原因。

        3.3 伺服控制器程序

        伺服控制器程序包括回原點程序和運行程序。伺服控制器接收PLC傳送過來的回原點命令,自動執(zhí)行回原點程序。運行程序中的目標位置接收到PLC傳送的位置信息,且接收到運行命令,驅(qū)動電機運行到目標位置。

        4 結(jié)語

        設(shè)計了一種基于PLC的全自動SMT元件移載機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了觸摸屏人機界面,通過與伺服控制器串口通信的方式控制伺服電機,高效實用,操作方便。該系統(tǒng)運行速度快、精度高,能完美適用于細小SMT元件,實現(xiàn)了對SMT元件高效地全自動移載。同時,該系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)簡單,程序易于維護,達到了預(yù)期的設(shè)計目的,也為SMT工廠節(jié)約了人工、設(shè)備成本,具有很強的實用性和廣泛的適用性。

        參考文獻

        [1]求是科技.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐[M].北京:人民郵電出版社,2005.

        [2]周燕.基于PLC技術(shù)的電氣工程自動化控制設(shè)計[J].通信電源技術(shù),2018,35(2):153-154,157.

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