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        電池極片自動(dòng)分選機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2020-03-17 09:35:55黃躍娟華昊潞于家寶
        關(guān)鍵詞:伺服電機(jī)

        黃躍娟 華昊潞 于家寶

        【摘 要】本文中使用了伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、負(fù)吸式吸盤、稱重傳感器等原件為主要執(zhí)行元件,PLC為核心控制元件實(shí)現(xiàn)了電池極片的自動(dòng)稱重分選,降低人工成本,提高生產(chǎn)效率,降低產(chǎn)品誤差。

        【關(guān)鍵詞】伺服電機(jī);PLC;負(fù)吸式吸盤;伺服驅(qū)動(dòng)器

        1、引言

        電池極片是電池的重要組成部分,電池極片的產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)對(duì)電池的使用效果及使用壽命產(chǎn)生重要影響,因此,確保電池極片質(zhì)量?jī)?yōu)越是電池生產(chǎn)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)之一,同種型號(hào)規(guī)格的電池,其電池極片的形狀、重量各參數(shù)均要保證在一個(gè)較小的范圍內(nèi),稱重分選是保證電池極片質(zhì)量最常用也是最有效技術(shù)手段之一,現(xiàn)今的稱重分選工作過(guò)程主要是使用電子稱稱量電池極片的質(zhì)量,再以人工讀取質(zhì)量信息,根據(jù)所稱量的質(zhì)量信息對(duì)電池極片實(shí)行人工篩選,此方法需投入大量人員,增加了工作成本,且人工篩選效率偏低,篩選過(guò)程中易受人為因素的影響造成誤差,篩選精度較低。因此本文設(shè)計(jì)了電池極片自動(dòng)分選機(jī)PLC控制系統(tǒng)。

        2、設(shè)計(jì)方案

        目前大部分的分選機(jī)構(gòu)對(duì)速度的要求比較高。但是速度的提高是令企業(yè)也為之,提高速度就意味這增加機(jī)械手的數(shù)量,但是企業(yè)的生產(chǎn)流水線,不可能單獨(dú)配置更多的機(jī)械手。因?yàn)闄C(jī)械手在整個(gè)系統(tǒng)之中相對(duì)比較大,位置不好選擇,還有最重要的一項(xiàng)就是造價(jià)非常的高昂,企業(yè)雖然提高了生產(chǎn)的速率,但是挺高好幾倍的元件成本,對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)得不償失。我們?cè)谠O(shè)計(jì)電池極片自動(dòng)分選機(jī)采用相對(duì)廉價(jià)的負(fù)吸式吸盤代替機(jī)械手,實(shí)現(xiàn)了成本低,分選速度快,性能穩(wěn)定可靠,操作方便實(shí)用的新型電池極片自動(dòng)分選機(jī)。采用負(fù)吸式吸盤的電池極片稱重分選機(jī)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上分為電池極片稱重區(qū)、電池極片物料區(qū)和電池極片相應(yīng)重量區(qū),由96個(gè)負(fù)吸式吸盤組成這么多的吸盤,其價(jià)格確實(shí)很實(shí)惠。而且還能對(duì)流水線上的配置節(jié)省空間。其放置的位置可以與電池極片相對(duì)應(yīng)。這樣就夠成了抓取機(jī)構(gòu)。方便物料的抓取與放置。完成電池極片托盤由物料區(qū)到稱重區(qū)再到電池極片相應(yīng)的重量收集區(qū)的完整過(guò)程。

        采用負(fù)吸式吸盤的電池極片分選機(jī)的工作步驟如下:

        步驟1:傳送帶將電池極片傳送到進(jìn)料區(qū)然后有負(fù)吸式吸盤抓取電池極片至電池極片稱重區(qū),預(yù)分類電池的電池極片接觸到吸盤表面。

        步驟2:PLC根據(jù)電池極片重量的檢測(cè)結(jié)果和設(shè)定的分類方法,控制電池上方的吸盤式將電池極片吸起。

        步驟3:伺服電機(jī)將不同重量的電池極片運(yùn)送到相應(yīng)的區(qū)域,放下電池極片,吸盤復(fù)位。

        步驟4:回歸原點(diǎn)等待下一輪動(dòng)作。

        3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        在主電路中包含兩個(gè)大的部分,一部分是縱軸電路,主要負(fù)責(zé)控制的是負(fù)吸式吸盤的上行動(dòng)作與下行動(dòng)作。第二部分是橫軸電路,主要負(fù)責(zé)控制的是負(fù)吸式吸盤的橫軸移動(dòng)與原點(diǎn)回歸??v軸電路的核心器件是變頻器與三項(xiàng)電動(dòng)機(jī)。橫軸電路的核心器件是伺服驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)。變頻器與伺服驅(qū)動(dòng)器均是由PLC進(jìn)行控制使其相互之間的動(dòng)作互不沖突,互不干擾。

        縱軸電路用的是臺(tái)達(dá)VFD-E變頻器控制電機(jī)上行與下行運(yùn)動(dòng),因?yàn)槭褂玫氖秦?fù)吸式吸盤所以可在吸盤上安裝接觸式開(kāi)關(guān)用以保證當(dāng)吸盤完全吸附電池極片后改變變頻器動(dòng)作,運(yùn)行狀態(tài)由下行狀態(tài)變?yōu)樯闲袪顟B(tài),當(dāng)負(fù)吸式吸盤上行到上限位開(kāi)關(guān)時(shí)時(shí),觸發(fā)上限位開(kāi)關(guān),變頻器改變其頻率,調(diào)整頻率為零。在橫軸將吸盤送到相應(yīng)的分選位置后重復(fù)以上動(dòng)作。

        臺(tái)達(dá)VFD-E系列變頻器內(nèi)置PLC控制功能,可取代小型單片機(jī)控制器、計(jì)數(shù)器及定時(shí)器等且提供多樣化的現(xiàn)場(chǎng)總線類型,歐系的設(shè)計(jì)及并排安裝又可加掛導(dǎo)軌背板,小巧的體積大大的節(jié)約了控制柜的空間,內(nèi)建的濾波器完全符合CE/UL標(biāo)志,適用于對(duì)功能要求低的機(jī)床行業(yè)。

        橫軸電路以伺服驅(qū)動(dòng)器為核心動(dòng)作元件,它具有定位精度高,安全可靠,超調(diào)性好等特點(diǎn)。充分滿足了設(shè)計(jì)控制要求,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)動(dòng)作。其與縱軸臺(tái)達(dá)VFD-E變頻器之間為互鎖關(guān)系,在稱重?cái)?shù)據(jù)傳送到可編程控制器后判斷電池極片極片應(yīng)安放區(qū)域,可編程控制器發(fā)出指令信號(hào)控制伺服驅(qū)動(dòng)器,伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)做出相應(yīng)動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)精確定位,準(zhǔn)確放置電池極片后回歸物料區(qū),等待下一動(dòng)作循環(huán)。

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求與實(shí)際情況選用的PLC型號(hào)為臺(tái)達(dá)28SV其具有運(yùn)動(dòng)控制功能和高速脈沖輸出:4點(diǎn)200kHz支持4點(diǎn)200kHz硬件高速計(jì)數(shù)器增加了多種運(yùn)動(dòng)控制指令,以達(dá)到高速精準(zhǔn)定位控制功能,能有效應(yīng)用在貼標(biāo)機(jī)、包裝機(jī)、印刷機(jī)等設(shè)備上的直線/圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)控制功能,外部輸入中斷提升為16個(gè)中斷輸入,完整的程序保護(hù)功能程序自動(dòng)備份功能,電池沒(méi)電程序也不會(huì)消失第二份備份功能,可儲(chǔ)存第二份程序與數(shù)據(jù)多達(dá)4重的PLC密碼保護(hù)。

        現(xiàn)有的電池極片稱重系統(tǒng)的主控機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)械多為使用皮帶進(jìn)行傳動(dòng),使用時(shí)間久了皮帶會(huì)松動(dòng)打滑,影響機(jī)械的工作效率且安全性會(huì)大大的降低。在使用可編程控制器控制后我們可以使用限位開(kāi)關(guān)與觸發(fā)開(kāi)關(guān)進(jìn)行位置控制。應(yīng)用稱重傳感器對(duì)電池極片進(jìn)行稱重,傳感器的信號(hào)傳遞給可編程控制器,PLC會(huì)對(duì)電池極片重量信息進(jìn)行分析比較對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)出指令進(jìn)行控制,同時(shí)可以控制變頻器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。監(jiān)控二者的運(yùn)動(dòng)軌跡以組態(tài)的形式反應(yīng)給使用者。

        在這系統(tǒng)中使用了少量的限位開(kāi)關(guān),在橫軸的兩端各安裝有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)在橫軸兩端使用限位開(kāi)關(guān)其主要目的是防止伺服電機(jī)的跑脫。在原點(diǎn)前也安有限位開(kāi)關(guān)。原點(diǎn)前限位開(kāi)關(guān)的作用是伺服電機(jī)在執(zhí)行原點(diǎn)回歸指令時(shí)的減速開(kāi)關(guān),因?yàn)樗欧姍C(jī)在做原點(diǎn)回歸動(dòng)作時(shí)是高速運(yùn)動(dòng),即將到達(dá)原點(diǎn)位置時(shí)是需要減速的,所以添加了限位開(kāi)關(guān)充當(dāng)減速開(kāi)關(guān),在變頻器縱軸上的限位開(kāi)關(guān)作用是控制變頻器的上行限位。使用觸摸屏代替?zhèn)鹘y(tǒng)按鍵控制PLC運(yùn)行,減少了因傳統(tǒng)按鍵老化或連接錯(cuò)誤而產(chǎn)生的事故。

        4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        根據(jù)控制要求、硬件設(shè)計(jì)、元件選型。控制大體流程為開(kāi)始后系統(tǒng)初始化,伺服電機(jī)回歸原點(diǎn)因?yàn)樵谏洗瓮C(jī)時(shí)伺服電機(jī)的停機(jī)位置不確定所以需要原點(diǎn)回歸。在原點(diǎn)回歸后縱軸負(fù)吸式吸盤下降從物料區(qū)抓取物料然后上升,上升到上限位時(shí)停止運(yùn)動(dòng),伺服電機(jī)橫移到稱重區(qū)上方停止運(yùn)動(dòng),變頻器控制吸盤下降然后放下物料,進(jìn)行物料稱重,重量信息通過(guò)變送器傳遞給可編程控制器,變送器與可編程控制器之間的通信協(xié)議為MODBUS方式協(xié)議,使用的鏈接線纜為RS-485串行通信線。在數(shù)據(jù)傳入到可編程控制器后在可編程控制器中進(jìn)行比較然后控制吸盤下降抓取物料,伺服橫移到與物料重量相對(duì)應(yīng)的重量區(qū)。變頻器下降放下物料后控制吸盤上升,伺服回歸物料區(qū)上方重復(fù)流程。

        5、結(jié)論

        在本文中首次使用了伺服驅(qū)動(dòng)器并使用了質(zhì)量傳感器。通信方式使用的是RS-485串行通信這種通信方式存在很多問(wèn)題,雖然其抗噪聲干擾性好并不適用于電磁環(huán)境較復(fù)雜的工廠環(huán)境。同時(shí)應(yīng)用的是臺(tái)達(dá)ASDA-A2系列伺服驅(qū)動(dòng)器提高了分選時(shí)的定位準(zhǔn)確性,變頻器的使用即達(dá)到了設(shè)計(jì)要求又降低了成本。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李利,王玉菊.PLC在機(jī)械手分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科學(xué)之窗.2012

        [2]王兆義.可編程序控制器教程[M].第三版.機(jī)械工業(yè)出版社,2014

        (作者單位:哈爾濱華德學(xué)院 機(jī)器人工程學(xué)院)

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