PLC在生产线检测控制系统中的应用

许文静

（江阴职业技术学院，江苏江阴 214433）

质量控制在生产制造中是一个重要的环节。产品在出厂前，都要对产品进行检查，如发现不合格品要及时采取措施加以解决，同时研究不合格品产生的原因以防再次发生。

空气开关也称断路器，在电路中接通、分断和承载额定工作电流，并能在线路和电动机发生过载、短路、欠压的情况下进行可靠的保护[1]。在电力送配电线路上，空气开关质量的优劣，直接关系到设备和人员的安全。空气开关内部比较精密，由操作机构、触点、保护装置(各种脱扣器)、灭弧系统等组成。如图1为扁平结构的空气开关示意图，其内部安装金属零部件的区域用虚线框出。

空气开关在生产过程中，经多条生产线将铜金属件、塑料外壳等部件组装起来，其安装完毕即用铆钉铆接，所以无法检验内部是否缺少零件。针对这一情况，本系统在空气开关生产流水线的最后一道工序位置上方，安装一套检测装置，调节各接近开关的灵敏度，使其在缺少零件时，通过PLC控制机械手进行剔除。

1 生产线检测控制过程

（1）生产线检测控制系统结构

图1 空气开关示意图

生产线检测控制系统由机械手、两条传送带、检测装置、光电计数器等主要部件组成。检测控制系统如图2所示。

本系统采用气动式机械手，能够实现三个自由度方向（水平、垂直和旋转）的抓取或放置物品，具有操作范围大，灵活性好，应用广泛的特点。三自由度机械手为圆柱坐标型。机械手上下、左右、旋转的动作由三个气缸和三个2/5的双控电磁换向阀实现。机械手终端由一双作用气缸和一个2/5的单控电磁换向阀来完成控制，可以实现抓和放的动作。

检测装置内部使用了多只微型电涡流接近开关，其位置与零件内部位置对应，接近开关的灵敏度和工作距离可以调节。根据电涡流效应，它能在一定的距离内检测有无金属零件。如空气开关内部相应位置缺少金属零件，检测装置就发出信号。接近开关给出的是开关信号（高电平或低电平），将此信号送给PLC，控制机械手，将合格产品与废品分开，实现自动检测。

图2 生产线产品检测示意图

（2）生产线检测系统操作方式

1）手动方式：在手动方式下，利用按钮对机械手每一动作单独进行控制。如按“下降”按钮，机械手下降；按“上升”按钮，机械手上升。这种方式可以用于设备的调试及故障排除时的操作[2]。

2）回原点：用回原点操作可以使机械手置于原点位(机械手在缩回、最上面和最左面，且夹紧装置松开)，以便于维修时机械手的调整。

3）自动方式：按下启动按钮，机械手从原点开始接收到检测装置信号，就按工序自动工作，直到按下停止按钮，机械手自动停机。

2 生产线检测控制系统硬件设计

（1）本系统控制要求

机械手初始位置在最上面和最左边且夹紧装置松开。按下启动按钮，传送带Ⅰ启动。在传送带Ⅰ入口处，每进来一个产品，接近开关对该产品进行检测，同时光电计数器发出一个脉冲。如果产品合格，电涡流接近开关输出逻辑信号“0”；如检测到产品内部缺少零件，电涡流接近开关输出逻辑信号“1”，将不合格产品位置记忆下来，当不合格产品到机械手位置（第3个产品间距） 时，传送带Ⅰ停止，机械手下降到下限位SQ3，手指夹住物品延时；手臂上升，上升到限位时碰到上限位开关SQ4；机械手手臂缩回到限位SQ8；右转180°碰到右限位开关SQ5；手臂伸出到限位SQ7，手臂下降，到下限位碰到下限位开关SQ3；手指松开，废品落到传送带Ⅱ上，传送带Ⅱ开始工作，同时夹紧开关复位；手臂上升，到上限位时碰到上限位开关SQ4；手臂左转，回到原点。

表1 PLC的I/O地址分配表

（2）硬件电路设计

该系统输入信号有检测装置信号、计数开关信号、各限位信号和工作方式选择信号等，输入点22点。输出信号有各电磁阀和电机等，输出点共9个。其I/O接口分配如表1所示。

根据控制要求及端子数，此处选用西门子公司的S7-200系列中CPU226型PLC，其I/O点数为输入24点，输出16点，满足控制所需端子数。选用三厢鼠笼型异步电机作为传送带的驱动。分配 PLC的I/O端子接线如图3所示。为了保证在PLC发生故障时，能可靠地切断PLC的负载电源，设置了交流接触器KM。在开始运行时按下“负载电源”按钮，使KM线圈得电并自锁，给外部负载提供交流电。按下“紧急停车”按钮，可以在紧急情况下断开负载电源。

图3 PLC外部接线图

3 PLC程序设计

生产线检测控制系统是典型的顺序控制，它的工作循环是从检测装置开始，一步一步有条不紊地进行，每个工步的执行都会使相应的电磁铁通电使得电磁铁动作，用行程开关和定时器来判断每一步是否完成，并决定是否启动下一个工步，采用顺序梯形图可以方便地完成相应的控制过程[3]。自动控制顺序如图4所示。

图4 自动控制顺序图

程序的整体结构如图5所示。

在该机械手控制程序中，用移位指令SHL_B对产品进行计数。当不合格的空气开关通过接近开关时，Ι0.0=1，使M0.0置位，同时光电计数开关检测到有产品通过，Ι0.1=1，进行一次移位，将M0.0的1移位到M0.1中，M0.1=1，传送带每次传送一个产品，光电计数开关接通一次，并进行一次移位，当光电开关接通3次并进行3次移位时，使M0.3=1。

图5 主程序结构图

在程序中，运用JMP指令可选择不同操作方式的程序。当选择开关打在手动位置，Ι2.2输入端接1通，梯形图中Ι2.2常开接点闭合，JMP1～LBL1之间的工作梯形图被跳过，JMP3～LBL3之间的工作梯形图也被跳过，Ι2.2常闭接点断开，执行JMP2～LBL2之间的手动梯形图。另两种操作方式，控制原理相似。具体程序略。

4 结语

实践证明，PLC在生产线检测上的运用极大地提高了生产线检测控制系统的自动化程度和效率，且PLC有着很大的灵活性，针对不同的产品检测，只要更换检测装置及对I/O点的接线稍作修改，即能适合其他生产流水线产品的检测。

［1］张蕊，卞伟华，张文蔚.电气控制与PLC应用技术［M］.上海：上海科学技术出版社，2010.

［2］王月芹.基于PLC机械手控制系统设计与实现［J］.机电产品开发与创新，2011（24）：150-151.

［3］廖常初.PLC基础及应用［M］.北京：机械工业出版社，2003.