基于基恩士PLC的自动化装配系统设计.pdf

电气技术与自动化 范金玲 ， 等 基于基恩士P L C的自动化装配系统设计 基 于基 恩士 P L C的 自动化装 配系统设计 范金玲 ， 王育 1 ．苏州工业职业技术学院 ， 江 苏 苏州 2 1 5 1 0 4 ； 2 ．苏州凯旋机电元件有限公司 ， 江苏 苏 州 2 1 5 1 4 4 摘要 利 用基恩 士 P L C实现 的 自动化装 配系统 ， 介绍 了装配件 的特征 和装 配要 求， 并对 装配 系统的硬件和软件两方面的进行了相应的设计， 具有较高的参考价值。 关键词 基恩士； 可编程序控制器； 自动化 ； 装配 中图分类号 T HI 2； T M 5 7 1 ． 6 1 文献标 志码 B 文章编号 1 6 7 1 - 5 2 7 6 2 0 1 1 0 6 - 0 1 9 1 - 0 3 De s i g n o f Aut o ma t i c As s e mbl y Sy s t e m Ba s e d o n KEYENCE PLC F A N J i n ． 1 i n g ． WANG Yu ‘ 1 ．Su z h o u i n s t it u t e I n d u s t r ia l Te c h n o l o g y，S u z h o u 2 1 5 1 04 ，Ch i n a； 2 ．S u z h o u S 0DI C K Hig h t e c h C o ． ， L t d ． ， S u z h o u 2 1 5 1 4 4， Ch i n a Abs t r a c t Th i s pa p er u s e s KEYENCE PL C t o c o n t r o l a n a s s e mbly s y s t em a u t oma t i c a l ly，in t r o du c e s t h e a s s e mb ly r eq u i r eme n t s a n d t h e c h ar a c t e r i s t i c o f as s e mbly p ar t s i n d e t ail ， a n d c ar r ie s o u t t h e s o f t wa r e an d h a r d war e d es ig n o f t h e a s s emb ly s y s t e m，whic h g iv es a t e f e r e n c e t o t h e r e s e a r c h o f a s s e mb ly s y s t e m． Ke y wor d s KEYENCE；PL C；au t o ma t ic s；a s s e mb ly 0 前言 随着制造业的发展 ， 市场对产品的要求也越来越高 ， 很多企业要求供应商提供的不仅仅是单个的散件 ， 而是多 种组件， 也就是说供应商不仅要按客户要求生产出单品， 还必须将一定规格的单件进行组装 ， 其中大部分工作是靠 人工组装完成的。为了提高生产效率， 降低生产成本， 很 多企业专门成立了研发组 ， 组织相关人员进行自动化组装 机的研制。苏州 K x机电元件有限公 司是一家生产汽车 接插件的外资企业 ， 产品大多为组合件 ， 因此设计开发自 动组装机具有立竿见影的经济效益。 装配是将橡胶件嵌入塑料件的内腔， 套在其凸起上。 组合件为汽车上某智能系统的接插件， 用量大。 2 装配要求 大组件能通过一定的流通排序， 保证上下面一致， 方 向一致， 流通结束点为装配点； 小组件也要通过一定的流 通达到一定排序， 结束点方向一致且正对着装配方向。需 要一个装配装置将大小组件装配， 装配完毕需计数并流出 且不与其他机械干涉， 计数满 5 0 0个复位。要求 8 h产量 不低于 2 00 0 0个 。 3 硬件设计 1 装配对象 1 总体设计 1 小组件 材料为橡胶 ， 键槽套圈形， 如图 1 a 。 先将两个组件分别用振动盘整理到一定位置 ， 然后通 2 大组件 材料为塑料 ， 拨叉内凸形， 内腔也呈键槽 过气动装置使两者组合， 组合件经一定滑道流出。装置大 形， 见图 I b 。 体结构示意图如图2所示。 L ⋯ 一 图 1 装配件 图 2 装配示意图 2 硬件系统设计 作者简 介 范金玲 1 9 7 2 一 ， 女， 江苏苏州人 ， 讲师 ， 主要从事机电一体化 、 自动控制方 向的研究。 Ma c h i n e B u i l d i n g 8 Au t o ma t io n ，De c 2 0 1 1 ， 4 0 6 1 9 11 9 3 1 91- 电气技术与自动化 范金玲 ， 等 基于基恩士P L C的自动化装配系统设计 a 振动盘设计 根据装配要求和组件特征， 设计自动化生产线中广泛 使用的振动盘， 巧妙的振动盘能对零件进行整理筛选和排 序。塑料件振动盘如图 3所示。该振动盘关键结构有两 处 ①处筛选使拨叉头侧朝外的留下， ②处筛选使平面侧 朝下的留下。橡胶件由于其结构比较简单 ， 振动盘也相对 不复杂， 这里就不再赘述。 图 3 塑料件振动盘局部 b 气动元件及气动回路图 当振动盘将两个组件送到接近组合区的位置后， 两个 组件分别需要两个气缸使它们分别移动一定距离， 达成嵌 入的目的； 组合后的成品需要使用气缸顶出， 顶出的组合 件通过一个滑道流向收料框， 滑道在工作时需要旋转一定 角度， 因此系统中共包含四个气缸和相应控制阀； 另外 由 于橡胶摩擦阻力较大 ， 系统中为使橡胶输送流畅使用了一 些吹气头。系统具体气动回路图见图4 。 1 气管快速接头； 2 过滤 调节阀； 3 一消音器； 4 一电 磁阀 岛； 5 一成品 气缸控制阀； 6 橡胶圈 气缸控制阀； 7 ～塑 料件气缸控制阀 8 成品 气缸； 胶圈气缸；l 料件气缸；1 1 装换接头； l 2 调节接头；1 3 旋 转气缸控 制阀； l 4 一良品 旋 转气缸 图 4系统气 动回路图 c 传感检测元件 由于装配速度比较快， 物检感测必须精确有效， 所以 这里选用了两个基恩士 K E Y E N c E 的 F S 2 - 6 5高精度光 纤传感器来感知塑料件和橡胶件的到位， 其余的就是各气 缸极限位置的限位开关。 d 其他元件 本装置还有启动按钮、 停止／ 报警解除按钮、 红黄绿三 色指示灯、 O MR O N H 7 E C计数器等器件。 4 P L C控制系统设计 首先， 选择品质优秀的基恩士 P L C来作为整个系统 1 92 的核心部件 ， 根据上述设计硬件及控制要求， 选择基恩士 K V - 4 0 D T的 P L C， 以适应本系统较高速度的要求。 4 ． 1 P L C I ／ o分配 表 1 表 1 P L C地址表 系统 P L C接线如 图 5所示 。 VZ4 V U V． I C1 C3 I ／ 0 0 O 5 0 0 _ _ ’ ／ 0 0 1 U1 YENCE 0 0 2 5 0 1 ． ．． ．． ．．． ．． ．． ． ． ．一 _ _ ． ．． ．． ．．． ．． ．／ ．．．一 0 0 3 K V 4 0 D T 5 0 2 _ _ ． ．． ．． ．．． ．． ．． ．． ．．．一 0 0 4 - ． ．． ．． ．．． ．． ．／ ． ．一 0 0 5 5 0 3 ．．．．．．．．．．．．．／ ．．．一 O 0 6 5 0 4 _ _ ．．．．．．．．．．．．．／．．．． 一 ． ．． ．． ．．． ．． ．／ ．． ．一 0 0 7 5 0 5 一 - O 0 8 ． ． ．． ． ．． ． ． ．． ， ．．一 O O 9 5 0 6 _ - ． ．． ．． ．．． ． ．／ ．． ．一 ． ．．． ．． ．． ．． ．／．． ．一 0 1 0 5 0 7 一 0l 1 5 0 8 ． 图 5系统 P L C连接 图 4 ． 2 控制流程图功能图 1 装配动作要求和过程 正常流程 系统启动后滑道旋转至成品框， 开启所有 的振动盘， 振动盘整理各 自的配件， 当 s 1检测到塑料件、 s 2检测到橡胶件时， 先推进塑料件到安装位置 ， 然后橡胶 件挡板提升 ， 橡胶件推进， 完成装配动作， 逐个回原始位 置 推橡胶件缸退回一挡块下降回位一推塑料件缸退 回， 成品气缸推出成品， 并计件一次。 异常处理 正常情况绿灯亮， 当橡胶圈推进缸动作后 2 s ， 但推进前极 限未 感知 时 ， 表示 两件 未 正常装 配 ， 立 即 停机并警报 ， 红灯亮； 通电但处于停机状态时黄灯亮。 2 P L C程序框图 如图6所示。启动按钮 S W1执行正常流程， 流程中 设置报警处理， 最后返回自动装配流程； 停止按钮 S W2可 使系统复位。 h t t p ／ ／ Z Z H D ． c h i n a j o u r n a 1 ． n e t ． c n E - m a i l Z Z H D e h a i n a j o u m a 1 ． n e t ． c n 机械制造与自动化 电气技术与自动化 范金玲， 等 基于基恩士 P L C的自动化装配系统设计 图 6 P L C程序框图 5 结语 现代制造业种， 装配工作时间占制造的 4 0 ％ ～6 0 ％， 装配工作量约占整个产品制造工作量的 2 0 ％ 3 0 ％⋯ ， 为提高生产效率， 研制出适合于组件 自动化装配的装置就 非常必要。本文所研制 自动化装配系统直接为公司在装 配环节提高效率达 5 0 ％， 具有很强的现实意义 参考文献 [ 1 ]汪建业 ， 等 ．P L C在多工位 自动装 配机中的应用 [ J ] ． 沈阳理 工大学学报， 2 0 0 8 ， 2 7 3 1 2 1 5 ． [ 2 ]徐小中． 基恩士 K V系列 P L C在 V B环境下与上位机通讯的 实现[ J ] ． 无锡职业技术学院学报 ， 2 0 1 0， 0 2 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 50 9 上 接第 1 2 7页 在本系统中， 零件库 中的每个零件 由三个文件组成 如图9所示 ， 分别是 ． p r t ， ． x l s ， ． b m p 。其中， ． p n是零件模型、 ． x l s 是零件参数表、 ． b mp是零件示 意图， 三种文件的文件名必须相同。用户若要添加 自定义 的零件 ， 对于每一个零件， 都必须提供这三种文件。根据 零件的类型 ， 将这三个文件拷贝到相应的文件夹， 系统会 自动读取用户所添加的零件。通过这个模块， 可以支持用 户实时的更新模型的零件库。 4 结论 ● 图 9 零 件库 中的零件文件结构 1 本文利用 P r o ／ T o o l k i t 应用程序实现少片变截面钢 板弹簧在 P r o ／ E中参数化建模的方法 ， 开发了板簧的参数 化设计系统 ， 它具有形象、 直观的界面， 顺序地引导设计人 Ma c h i n e B u il d in g Au t o m a t i o n ， De c 2 0 1 1 ， 4 0 6 1 9 1 1 9 3 员输人数据， 即使对 P r o ／ E环境不是十分熟悉的用户也能 运用自如， 特别适合系列化钢板弹簧的产品开发设计。 2 本文通过对少片变截面钢板弹簧的设计建模方 法、 设计过程进行研究 ， 对少片变截面钢板弹簧的几何参 数、 运动特性、 结构特点以及可靠性等有关问题一定深度 的了解， 为以后的运动学分析、 力学等 C A E分析奠定良好 的基础 。 3 本文只是对少片变截面钢板弹簧中的典型板簧进 行参数化设计， 在以后的研究中可以在系统中尝试加入可 靠性计算等分析性模块或与 C A E软件的接口模块， 进一 步完善该系统的实用性。 参考文献 [ 1 ]陈家瑞． 汽车构造[ M] ． 3版． 北京 人民交通出版社， 1 9 9 3 ． [ 2 ]汤银霞． 新型高应力汽车钢板弹簧的研制[ D ] ． 2 0 0 7 ， 1 1 ． [ 3 ] 吴立军， 陈波． P r o ／ E N G I N E E R二次开发技术基础[ M] ． 北京 电子工业 出版社 。 2 0 0 6 ． [ 4 ] 孟祥旭， 徐延宁． 参数化设计研究[ J ] ． 计算机辅助设计与图 形学学报 ， 2 0 0 2 ， 1 1 ． 收稿 日期 2 0 1 1 0 32 5 1 9 3