PLC的自动线装配单元控制系统
引言 2
引言
随着时代的进步，社会的发展，经济的也进入了高速增长的阶段，但是劳动力的缺乏制约了经济的增长。劳动力的成本与日俱增，用工荒在一些地区已经频频出现，而且在一些高危的行业中，工作环境往往会对人体造成损伤，导致造成劳动力生产水平的下降和缺失。为了缓解一些对人体的伤害，相应的产生了机器人的应用，自动化生产线的出现，实现了经济的快速发展，解放了劳动力，提高了生产水平。在这种情况下自动化生产线走上了生产的前沿。现在越来越多的工厂、企业已经实现了转型。机器人以及自动化生产线的普及在一定方面可以反映出我国当前的生产水平，在这当中，对PLC的使用由关重要。
一、PLC的概述
（一） PLC的简介
可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业、军事、汽车等的各个领域。
（二）PLC的工作原理和基本结构
当可编程逻辑控制器投入正常运行以后，其采样输入、用户程序执行和输出刷新三个阶段是PLC的一个扫描周期，PLC在整个运行期间，中央处理器以一定的时间、速度进行重复执行扫描。
可编程序控制器在工业运用控制上相当于一台计算机，硬件部分它与一般的计算机控制系统无异，主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。可编程控制器组成如图1-1所示：
图1-1 可编程控制器组成
二、自动线装配单元的设计
（一）装配单元结构及工作过程
装配单元发挥了将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件通过机械手放置到装配台中的作用。装配单元包括了管形料仓,落料控制,物料回转台,机械手抓取,装配工作定位，气动元件、阀组， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
传感器信号的采集和自动控制系统，用于电连接端子，用于显示信号灯的整个生产线的状态和用于其他机制。铝框和底板，传感器安装支架及其他配件，机械装配图如图2-1所示：
图2-1 装配单元机械装配图
1．管形料仓
管形料仓是用来储存需要装配使用的工件：黑色或白色小圆柱零件，它包括了塑料圆管和中空底座。工件垂直放入空心圆管内，工件和圆管壁要有一定的间隙，使得工件在自身重力的作用下能够自由下落。塑料圆管底部和底座处分别安装了2个漫反射光电传感器使得料仓内缺少工件时能够及时发出报警，在料仓的侧面，使光电传感器的红外光线能照射到被检测的物料上。如图2-2所示，光电传感器的灵敏度调整以能检测到黑色物料为准则。
2．落料机构
图2-2为落料控制剖视图，图中两个直线气缸在管形料仓底座背面缺口处。上面是顶料气缸，下面是挡料气缸。在气源接入系统中后，缩回状态的是顶料气缸，伸出状态的是挡料气缸。有工件落入料仓时，挡料气缸的挡块阻挡工件落下。需要落料时，首先顶料气缸伸出，活塞上的橡胶垫和料管内壁夹紧倒数第二层的工件，使得工件不能下落。继而挡料气缸缩回，工件因为有重力掉入正下方的回转物料台的料盘中。之后挡料气缸伸出，顶料气缸缩回，原来是倒数第二层工件跌落到挡料气缸的挡块上，准备进行下一次供料。
图2-2 落料机构示意图
3．回转物料台
回转物料台主要由步进电机控制，步进电机使得料盘旋转180°，能够实现把左边的料盘旋转到右边，即料盘1和料盘2位置的转换，把工件转移到机械手下方。如图2-3所示，图中的传感器1和传感器2为光电传感器分别用来检测左侧和右侧的料盘中是否有零件。
图2-3 回转物料台的结构
4．装配机械手
装配机械手是自动装配设计的核心部件。当回转物料台右侧的传感器有信号输出时，机械手开始执行设定的步骤流程。机械手整体结构如图2-4所示，装配机械手是一个三维运转方式，即能够在一个平面和垂直一个平面的方向运动。装配机械手的运行过程如下：初始状态为水平和竖直气缸是收缩状态，夹爪松开。PLC启动竖直挪动气缸的电磁阀进行切换，使得竖直移动的气缸伸出气动手指部份向下移动；在极限的传感器，输出信号的电磁开关后，驱动夹持工件的夹紧，夹紧用磁开关输出信号到PLC。在PLC的控制下，垂直气缸上升复位到原来的位置，工件夹紧将从转盘升降，离开回转物料台；上升到位后，由极限传感器输出信号，水平移动气缸在换向阀的作用下，活塞杆伸出，移动到气缸前端磁性传感器处（磁性开关控制气缸伸出行程）。竖直移动气缸再次伸出，挪动到最下端，磁性开关输出信号，气动手指放松，经由一段时间延时，竖直移动气缸和水平移动气缸同时缩回，机械手规复初始状况，在整个运行过程中，只有夹爪放松状态没有传感器控制，其余都由传感器进行检测。
图2-4 装配机械手的整体外形
5．装配台料斗
机械手抓取运送来的工件直接摆放在料斗的定位孔中，定位孔和工件之间因为有渺小的间隔，可以组合完成定位。装配台如图2-5所示。
图2-5 装配台料斗
6．警示灯
在工作台边上装有红、橙、绿三色的警示灯，用于提示整个工作台的运行情况。警示灯分为三色，由红色、橙色和绿色组成，红色代表工作台停止运行；橙色代表等待运行；绿色代表正常运行。一个警示灯组会接五根导线出来，黑色为公共端，红、黄、绿分别为对应颜色的控制线，还有一根线为接地线。接线如图2-6所示。
图2-6 警示灯及其接线
（二） 装配单元的气动系统设计
装配单元气动执行元件包含标准直线气缸、气动手指和导向气缸，论文重要剖析导向气缸。
导向气缸
具有导向功能的气缸被称为导向气缸，主要由标准直线气缸和导向装置组合而成，装配单元水平移动的导向气缸如图2-7所示。该气缸主要由直线气缸和双导轨杆及其他的零件组成。气缸伸出带动导杆，导杆进行导向和承受外力，对气缸起到一些保护作用。导杆连接安装板上固定需要的物件，当气缸接通压缩空气后，活塞带动连接在安装板上的物件进行运动。气缸的行程调节主要调节气缸上安装的磁性开关，磁性开关的距离控制气缸活塞伸出或缩回的距离。
图 2-7 导向气缸
电磁阀组和气动控制回路
装配单元的控制由6个二位五通电磁换向阀组成，如图2-8所示。每一个阀控制着在供料过程和装配过程中使用到的气缸，改变气缸的进气和出气的位置来控制气缸的伸出和缩回。气体控制回路图如图2-9所示。在气路连接时要控制好气缸的状态，在本篇论文中只有挡料气缸是伸出状态，以及夹爪是放松状态，其他的都是缩回状态。
图2-8 装配单元的阀组
图2-9 装配单元气动控制回路
（三）装配单元FX2N系列控制系统硬件电路设计
FX2N系列的PLC I/O分配及系统安装接线
装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表2-1所示。
端子号 输入 端子号 输出
I2 物料不足检测 X000 2 挡料电磁阀 Y000
I3 物料没有检测 X001 3 顶料电磁阀 Y001
引言
随着时代的进步，社会的发展，经济的也进入了高速增长的阶段，但是劳动力的缺乏制约了经济的增长。劳动力的成本与日俱增，用工荒在一些地区已经频频出现，而且在一些高危的行业中，工作环境往往会对人体造成损伤，导致造成劳动力生产水平的下降和缺失。为了缓解一些对人体的伤害，相应的产生了机器人的应用，自动化生产线的出现，实现了经济的快速发展，解放了劳动力，提高了生产水平。在这种情况下自动化生产线走上了生产的前沿。现在越来越多的工厂、企业已经实现了转型。机器人以及自动化生产线的普及在一定方面可以反映出我国当前的生产水平，在这当中，对PLC的使用由关重要。
一、PLC的概述
（一） PLC的简介
可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业、军事、汽车等的各个领域。
（二）PLC的工作原理和基本结构
当可编程逻辑控制器投入正常运行以后，其采样输入、用户程序执行和输出刷新三个阶段是PLC的一个扫描周期，PLC在整个运行期间，中央处理器以一定的时间、速度进行重复执行扫描。
可编程序控制器在工业运用控制上相当于一台计算机，硬件部分它与一般的计算机控制系统无异，主要由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM和EPROM）、输入/输出模块（简称I/O模块）、编程器和电源五大部分组成。可编程控制器组成如图1-1所示：
图1-1 可编程控制器组成
二、自动线装配单元的设计
（一）装配单元结构及工作过程
装配单元发挥了将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件通过机械手放置到装配台中的作用。装配单元包括了管形料仓,落料控制,物料回转台,机械手抓取,装配工作定位，气动元件、阀组， *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
传感器信号的采集和自动控制系统，用于电连接端子，用于显示信号灯的整个生产线的状态和用于其他机制。铝框和底板，传感器安装支架及其他配件，机械装配图如图2-1所示：
图2-1 装配单元机械装配图
1．管形料仓
管形料仓是用来储存需要装配使用的工件：黑色或白色小圆柱零件，它包括了塑料圆管和中空底座。工件垂直放入空心圆管内，工件和圆管壁要有一定的间隙，使得工件在自身重力的作用下能够自由下落。塑料圆管底部和底座处分别安装了2个漫反射光电传感器使得料仓内缺少工件时能够及时发出报警，在料仓的侧面，使光电传感器的红外光线能照射到被检测的物料上。如图2-2所示，光电传感器的灵敏度调整以能检测到黑色物料为准则。
2．落料机构
图2-2为落料控制剖视图，图中两个直线气缸在管形料仓底座背面缺口处。上面是顶料气缸，下面是挡料气缸。在气源接入系统中后，缩回状态的是顶料气缸，伸出状态的是挡料气缸。有工件落入料仓时，挡料气缸的挡块阻挡工件落下。需要落料时，首先顶料气缸伸出，活塞上的橡胶垫和料管内壁夹紧倒数第二层的工件，使得工件不能下落。继而挡料气缸缩回，工件因为有重力掉入正下方的回转物料台的料盘中。之后挡料气缸伸出，顶料气缸缩回，原来是倒数第二层工件跌落到挡料气缸的挡块上，准备进行下一次供料。
图2-2 落料机构示意图
3．回转物料台
回转物料台主要由步进电机控制，步进电机使得料盘旋转180°，能够实现把左边的料盘旋转到右边，即料盘1和料盘2位置的转换，把工件转移到机械手下方。如图2-3所示，图中的传感器1和传感器2为光电传感器分别用来检测左侧和右侧的料盘中是否有零件。
图2-3 回转物料台的结构
4．装配机械手
装配机械手是自动装配设计的核心部件。当回转物料台右侧的传感器有信号输出时，机械手开始执行设定的步骤流程。机械手整体结构如图2-4所示，装配机械手是一个三维运转方式，即能够在一个平面和垂直一个平面的方向运动。装配机械手的运行过程如下：初始状态为水平和竖直气缸是收缩状态，夹爪松开。PLC启动竖直挪动气缸的电磁阀进行切换，使得竖直移动的气缸伸出气动手指部份向下移动；在极限的传感器，输出信号的电磁开关后，驱动夹持工件的夹紧，夹紧用磁开关输出信号到PLC。在PLC的控制下，垂直气缸上升复位到原来的位置，工件夹紧将从转盘升降，离开回转物料台；上升到位后，由极限传感器输出信号，水平移动气缸在换向阀的作用下，活塞杆伸出，移动到气缸前端磁性传感器处（磁性开关控制气缸伸出行程）。竖直移动气缸再次伸出，挪动到最下端，磁性开关输出信号，气动手指放松，经由一段时间延时，竖直移动气缸和水平移动气缸同时缩回，机械手规复初始状况，在整个运行过程中，只有夹爪放松状态没有传感器控制，其余都由传感器进行检测。
图2-4 装配机械手的整体外形
5．装配台料斗
机械手抓取运送来的工件直接摆放在料斗的定位孔中，定位孔和工件之间因为有渺小的间隔，可以组合完成定位。装配台如图2-5所示。
图2-5 装配台料斗
6．警示灯
在工作台边上装有红、橙、绿三色的警示灯，用于提示整个工作台的运行情况。警示灯分为三色，由红色、橙色和绿色组成，红色代表工作台停止运行；橙色代表等待运行；绿色代表正常运行。一个警示灯组会接五根导线出来，黑色为公共端，红、黄、绿分别为对应颜色的控制线，还有一根线为接地线。接线如图2-6所示。
图2-6 警示灯及其接线
（二） 装配单元的气动系统设计
装配单元气动执行元件包含标准直线气缸、气动手指和导向气缸，论文重要剖析导向气缸。
导向气缸
具有导向功能的气缸被称为导向气缸，主要由标准直线气缸和导向装置组合而成，装配单元水平移动的导向气缸如图2-7所示。该气缸主要由直线气缸和双导轨杆及其他的零件组成。气缸伸出带动导杆，导杆进行导向和承受外力，对气缸起到一些保护作用。导杆连接安装板上固定需要的物件，当气缸接通压缩空气后，活塞带动连接在安装板上的物件进行运动。气缸的行程调节主要调节气缸上安装的磁性开关，磁性开关的距离控制气缸活塞伸出或缩回的距离。
图 2-7 导向气缸
电磁阀组和气动控制回路
装配单元的控制由6个二位五通电磁换向阀组成，如图2-8所示。每一个阀控制着在供料过程和装配过程中使用到的气缸，改变气缸的进气和出气的位置来控制气缸的伸出和缩回。气体控制回路图如图2-9所示。在气路连接时要控制好气缸的状态，在本篇论文中只有挡料气缸是伸出状态，以及夹爪是放松状态，其他的都是缩回状态。
图2-8 装配单元的阀组
图2-9 装配单元气动控制回路
（三）装配单元FX2N系列控制系统硬件电路设计
FX2N系列的PLC I/O分配及系统安装接线
装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表2-1所示。
端子号 输入 端子号 输出
I2 物料不足检测 X000 2 挡料电磁阀 Y000
I3 物料没有检测 X001 3 顶料电磁阀 Y001
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