plc控制的质量块上料设备
【】当下中国经济的飞速发展，离不开制造型企业的大力贡献，但是时下一些企业任然在使用一些手动的、半自动化的设备，其改革创新的举措受到了束缚。随着国家对智能制造的大力扶持，企业的自动化、智能化、无人化生产正在不断得到实现。本文设计的这款基于PLC控制的质量块上料设备，正是在这一背景下设计生产出来的一款非标设备。本文设计的质量块上料机是为手机进行质量块的安装定位的一套设备，其只是公司设计生产的手机组装线上的一个加工站。在本文设计中主要介绍了该质量块上料设备的硬件、软件、程序、上位机等几个部分，这其中所用到了的上位机组态设计、PLC程序设计、电工电子、电机及驱动等知识都是学院的核心课程。
目 录
引言 1
一、质量块上料设备概述 2
（一）设备的组成 2
（二）上料部分组成 2
二、 硬件部分介绍 3
（一）载具搬运夹爪装置介绍 3
（二）电缸及驱动器介绍 5
（三）基恩士相机介绍 7
三、 设备电路分析 8
（一） 板面布局设计 8
（二）控制电路设计 8
（三）控制器回路设计 9
四、质量块上料设备的程序设计 11
（一）编程软件介绍 11
（二）程序分析 12
五、上位机界面设计 17
六、设备调试问题总结 18
总结 20
参考文献 21
谢辞 22
附录：I/O表 23
引言
伴随着中国社会的飞速发展，中国的制造业也在进行着日新月异的改变。当下很多企业依托着国家的中国制造2025的伟大发展战略，更新着企业内的生产线，将其升级为全自动化的企业。本文设计的这款基于PLC控制的质量块上料设备，就是本人在实习期间，为苹果公司定制的一条专门用于手机内部元器件自动组装的生产线中的一台设备，该产线更新的速率特别高。本人在期间参与了该设备的电器柜配线、电气元件的组装、程序的粗调试、出厂的精调试等一系列工作，对于本文设计的质量上料设备可谓是了熟于胸。本论文中详细分析了质量块上料设备的硬件组成、软件使用、程序设计、组态制作等几个部分，这其中所用到的知 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
识大多在学校里就有所学习涉及。经过企业里的师傅的悉心指导以及一些与设备相关的软硬件手册的学习与消化才是本人能够有能力完成本设计。本文中较为详细的介绍了该设备使用到的一些气缸与传感器的使用方法，工业相机与电缸的参数分析。而在软件部分将就一些典型的程序段进行逐条分析，之后回到上位机组态画面进行介绍，在本文的最后还就一些具体的调试问题进行了分析与介绍。
一、质量块上料设备概述
（一）设备的组成
本质量块上料设备的机械结构设备主视图如图11所示，如图中红色标记标识所示，该质量块上料设备机械部分是由载具搬入模组、载具搬出模组、质量块上料模组、物料输送模组构成。在设备的一端是物料输送部件，其通过两个三相异步电机带动输送带转动，从而带着装有手机的载具在各个组装设备之间进行组装。载具装入与载具搬出两个模组是可以三坐标方向的移动，其横向的移动都是通过伺服电机的转动实现的，通过于纵向的电缸与夹爪气缸进行配合，从而完成载具的移动。而质量块上料模组，通过一个三坐标位移机械爪的抓取与安装，并通过视觉相机的检测，实现质量块的精准上料。
图11 质量块上料设备主视图
（二）上料部分组成
在本质量块上料设备中，最关键的部分即为质量块上料部分，质量块上料设备后视图如下图12所示。正如图中红色部位所表示的，该上料部分是由质量块料仓、质量块搬运装置、质量块装配盘、空质量块载具存放位等几个部分构成。质量块料仓是用来储存待装配的质量块的地方，其拥有三个对射型传感器，通过传感器的信号检测个数，实现满仓、空仓、出仓三种状态。质量块搬运装置是是一个三坐标装置配合一个气动夹爪，其是用来抓取与放置载具上的质量块的。质量块装配是质量块与手机配件装配的场所，通过转盘的移动与搬运装置的配合，实现安装的精准。空质量块载具存放位是用来存储空质量块载具的地方。其与质量块料仓不同的是其只安装了两个对射传感器即满仓、入仓。
图12 质量块上料设备后视图
硬件部分介绍
（一）载具搬运夹爪装置介绍
在质量块上料设备工作的过程中，等待加工的工件都是安放在一个固定形状的载具上。载具在各个设备之间的移动都是通过皮带的传输实现，而载具在每一台设备内加工时，需要将其搬运至指定的加工位置上，通过视觉相机的拍照定位之后才可以进行加工，加工完成后依旧需要进行拍照进行检测是否安装合格。搬运载具的主体是由一个三坐标位移来实现位置移动，而实现抓取动作的气动夹爪实物图如下图21所示。当三坐标移动装置带着抓取气缸到达指定位置后，夹爪气缸动作抓住载具，从而完成载具在各个工位之间的搬运功能。
图21 ST4载具搬运夹爪实物图
在该搬运夹爪气缸的上面安装有两个节流阀，在使用时需要从设备底部电气柜中的电磁阀上连接两根气管与之两联，从而实现气动的控制，在运动过程中若是气泵提供的气源压力较大，导致气缸移动过快时，可以通过旋转节流阀来实现进气量的跳开了。汽缸原理图如下图22所示。调节B控制归速度，调节A控制出速度。
图22 节流阀实物图和调整原理图
正如上图21中的夹爪气缸实物图所展示的，在气缸上安装有两个黑色的电磁传感器，在磁性开关的头部有一段U型头，可以安装进气缸侧壁上的两个凹槽内，U型头上带有一个突起螺丝，通过螺丝刀旋转至突起位置，即可将磁性开关固定在设备上。在夹爪气缸上的磁型开关安装时需要将检测一个夹爪张开的位置一个加紧位置（在调试时需要配合夹住载具时调节传感器）当加紧动作实现，而夹紧传感器未曾检测到信号，及表示夹爪此时状态为夹空状态。本设计夹爪气缸所是由的磁性开关实物图如下图23所示。
图23 磁性开关实物图
本设备的电气原理图都是使用EPLAN绘制，在机台上安装连接上，传感器与控制器之间都是通过模座来连接，如下图24所示即为模座TB1上的传感器连接图。BN表示为传感器棕色线号连接正端，BU表示为传感器蓝色线号连接负端，BK表示为传感器黑色线号连接信号端。在本设备中传感器都采用24V供电。模座通过12芯航空线连接到下端电气柜子中，根据线色号的不同连接到所对应的控制器输入端口即可。对应模座的端口色号分别为棕、白、绿、黄、灰、粉、红、黑、紫、蓝、红蓝、灰粉。
图24 模座TB1上传感器连接图
（二）电缸及驱动器介绍
本质量块上料设备的精确传动部分都是采用电缸来移动的，该质量块上料设备的左视图如下图25所示。该部分是属于载具搬入端模组，通过电缸的精确移动，实现输送带位、转盘待加工位、中间上料位三个移动位置的精准定位。其相对于伺服电机不需要安装左右限位及原点传感器。在安装时需要注意固定螺丝不能锁太紧，走太紧会导致移动装置与电缸壁贴合台精密，发生电缸驱动器报错故障。
图25 质量块上料设备左视图中饭电位置图
在本设备中使用的电缸为日本的IAI?RCP2RA6C系列滚珠丝杆推杆电缸，其实物图如下图26所示。左侧为其驱动器在下文中有其详细介绍。
目 录
引言 1
一、质量块上料设备概述 2
（一）设备的组成 2
（二）上料部分组成 2
二、 硬件部分介绍 3
（一）载具搬运夹爪装置介绍 3
（二）电缸及驱动器介绍 5
（三）基恩士相机介绍 7
三、 设备电路分析 8
（一） 板面布局设计 8
（二）控制电路设计 8
（三）控制器回路设计 9
四、质量块上料设备的程序设计 11
（一）编程软件介绍 11
（二）程序分析 12
五、上位机界面设计 17
六、设备调试问题总结 18
总结 20
参考文献 21
谢辞 22
附录：I/O表 23
引言
伴随着中国社会的飞速发展，中国的制造业也在进行着日新月异的改变。当下很多企业依托着国家的中国制造2025的伟大发展战略，更新着企业内的生产线，将其升级为全自动化的企业。本文设计的这款基于PLC控制的质量块上料设备，就是本人在实习期间，为苹果公司定制的一条专门用于手机内部元器件自动组装的生产线中的一台设备，该产线更新的速率特别高。本人在期间参与了该设备的电器柜配线、电气元件的组装、程序的粗调试、出厂的精调试等一系列工作，对于本文设计的质量上料设备可谓是了熟于胸。本论文中详细分析了质量块上料设备的硬件组成、软件使用、程序设计、组态制作等几个部分，这其中所用到的知 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
识大多在学校里就有所学习涉及。经过企业里的师傅的悉心指导以及一些与设备相关的软硬件手册的学习与消化才是本人能够有能力完成本设计。本文中较为详细的介绍了该设备使用到的一些气缸与传感器的使用方法，工业相机与电缸的参数分析。而在软件部分将就一些典型的程序段进行逐条分析，之后回到上位机组态画面进行介绍，在本文的最后还就一些具体的调试问题进行了分析与介绍。
一、质量块上料设备概述
（一）设备的组成
本质量块上料设备的机械结构设备主视图如图11所示，如图中红色标记标识所示，该质量块上料设备机械部分是由载具搬入模组、载具搬出模组、质量块上料模组、物料输送模组构成。在设备的一端是物料输送部件，其通过两个三相异步电机带动输送带转动，从而带着装有手机的载具在各个组装设备之间进行组装。载具装入与载具搬出两个模组是可以三坐标方向的移动，其横向的移动都是通过伺服电机的转动实现的，通过于纵向的电缸与夹爪气缸进行配合，从而完成载具的移动。而质量块上料模组，通过一个三坐标位移机械爪的抓取与安装，并通过视觉相机的检测，实现质量块的精准上料。
图11 质量块上料设备主视图
（二）上料部分组成
在本质量块上料设备中，最关键的部分即为质量块上料部分，质量块上料设备后视图如下图12所示。正如图中红色部位所表示的，该上料部分是由质量块料仓、质量块搬运装置、质量块装配盘、空质量块载具存放位等几个部分构成。质量块料仓是用来储存待装配的质量块的地方，其拥有三个对射型传感器，通过传感器的信号检测个数，实现满仓、空仓、出仓三种状态。质量块搬运装置是是一个三坐标装置配合一个气动夹爪，其是用来抓取与放置载具上的质量块的。质量块装配是质量块与手机配件装配的场所，通过转盘的移动与搬运装置的配合，实现安装的精准。空质量块载具存放位是用来存储空质量块载具的地方。其与质量块料仓不同的是其只安装了两个对射传感器即满仓、入仓。
图12 质量块上料设备后视图
硬件部分介绍
（一）载具搬运夹爪装置介绍
在质量块上料设备工作的过程中，等待加工的工件都是安放在一个固定形状的载具上。载具在各个设备之间的移动都是通过皮带的传输实现，而载具在每一台设备内加工时，需要将其搬运至指定的加工位置上，通过视觉相机的拍照定位之后才可以进行加工，加工完成后依旧需要进行拍照进行检测是否安装合格。搬运载具的主体是由一个三坐标位移来实现位置移动，而实现抓取动作的气动夹爪实物图如下图21所示。当三坐标移动装置带着抓取气缸到达指定位置后，夹爪气缸动作抓住载具，从而完成载具在各个工位之间的搬运功能。
图21 ST4载具搬运夹爪实物图
在该搬运夹爪气缸的上面安装有两个节流阀，在使用时需要从设备底部电气柜中的电磁阀上连接两根气管与之两联，从而实现气动的控制，在运动过程中若是气泵提供的气源压力较大，导致气缸移动过快时，可以通过旋转节流阀来实现进气量的跳开了。汽缸原理图如下图22所示。调节B控制归速度，调节A控制出速度。
图22 节流阀实物图和调整原理图
正如上图21中的夹爪气缸实物图所展示的，在气缸上安装有两个黑色的电磁传感器，在磁性开关的头部有一段U型头，可以安装进气缸侧壁上的两个凹槽内，U型头上带有一个突起螺丝，通过螺丝刀旋转至突起位置，即可将磁性开关固定在设备上。在夹爪气缸上的磁型开关安装时需要将检测一个夹爪张开的位置一个加紧位置（在调试时需要配合夹住载具时调节传感器）当加紧动作实现，而夹紧传感器未曾检测到信号，及表示夹爪此时状态为夹空状态。本设计夹爪气缸所是由的磁性开关实物图如下图23所示。
图23 磁性开关实物图
本设备的电气原理图都是使用EPLAN绘制，在机台上安装连接上，传感器与控制器之间都是通过模座来连接，如下图24所示即为模座TB1上的传感器连接图。BN表示为传感器棕色线号连接正端，BU表示为传感器蓝色线号连接负端，BK表示为传感器黑色线号连接信号端。在本设备中传感器都采用24V供电。模座通过12芯航空线连接到下端电气柜子中，根据线色号的不同连接到所对应的控制器输入端口即可。对应模座的端口色号分别为棕、白、绿、黄、灰、粉、红、黑、紫、蓝、红蓝、灰粉。
图24 模座TB1上传感器连接图
（二）电缸及驱动器介绍
本质量块上料设备的精确传动部分都是采用电缸来移动的，该质量块上料设备的左视图如下图25所示。该部分是属于载具搬入端模组，通过电缸的精确移动，实现输送带位、转盘待加工位、中间上料位三个移动位置的精准定位。其相对于伺服电机不需要安装左右限位及原点传感器。在安装时需要注意固定螺丝不能锁太紧，走太紧会导致移动装置与电缸壁贴合台精密，发生电缸驱动器报错故障。
图25 质量块上料设备左视图中饭电位置图
在本设备中使用的电缸为日本的IAI?RCP2RA6C系列滚珠丝杆推杆电缸，其实物图如下图26所示。左侧为其驱动器在下文中有其详细介绍。
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