基于PLC的气动双工位传输机的设计

张怀义 王福明 罗清 王富龙 谷海雷

【摘要】该文介绍了三菱FX2N-48MT-001PLC及FX2N-8EX输入扩展模块控制的双工位传输机的结构和实现功能;完成了气动回路、PLC系统、调速电机控制原理的设计;给出了伺服电机的部分控制程序。双工位传输机在触膜屏生产领域得到应用，提高了触摸屏的国产化生产能力。

【关键词】双工位传输机;FX2N-48MT-001PLC;气动控制技术

引言

气动是实现现代传送和控制的关键技术之一，近年来PLC技术的发展，气动控制用PLC来实现使控制系统更简单，促使气动控制技术的应用范围更广，尤其是在自动化生产领域。

本设备用于柔性触摸屏生产工艺中的丝印后菲林传输，装置采用双工位平台接收两台丝印机下料，通过一个机械臂真空吸附抓取放入一传输段，传输段采用调速微型感应马达作传输动力并采用O型圈进行滚轮方式将ITO膜送入IR炉，ITO膜的规格大小为500mm×500mm。

1.双工位传输机的结构和实现动作

1.1 双工位传输机的结构

传输机的结构见示意图1。设备传输方向为从右向左，主要由横向移动机构，纵向移动机构，机械臂，双工位平台A和B，整形机构，传输段部件及机架等组成。

1.2 双工位传输机实现的功能

（1）机架部分：机架采用6060型材，机架外围以喷塑钣金件封装。底部装有角轮、同时装有6个可调高度的固定地脚;

图1 双工位传输机结构示意图

（2）双工位平台部分：550mm×550mm规格平台可同时接收两台丝印机下料，通过工作平台90度旋转与不旋转来满足丝印机不同的传输方向;

（3）传输机械臂部分：机械臂利用伺服电机、同步带和导轨驱动方式在双工位平台及传输段3个位置来回传输;通过升降气缸和真空吸盘吸附在双工位平台抓取工件;

（4）传输段部件由滚轮完成。滚轮的驱动由调速微型感应马达完成，搬运速度为0.5m/min～2.5m/min。

（5）电控系统：由伺服电机驱动和调速控制两部分构成，并留有与外部生产线或设备的I/O接口及安全装置，以确保整体的可靠性。

2.双工位传输机的工作过程和气动回路设计

图2 气动回路原理图

2.1 双工位传输机的动作过程分析

工作过程为：

①抓手的初始位置停在原点，按下复位按钮，抓手在原点复位;

②当膜被放置在定位平台A或B上时，定位平台对其整形定位→真空吸附→定位平台旋转90°→定位平台真空破坏;

③抓手由原点水平移动到定位平台的上方（其位置由伺服驱动器控制）→抓手下降→抓手真空吸附膜→抓手上升→抓手向左水平移动到O形圈上方→抓手下降→抓手真空破坏→抓手和定位平台回原点。

其中为检测升降气缸和旋转气缸的位置，对其都配有磁开关;为检测定位平台和O形圈上方有无ITO膜，各配有一个光电传感器。

2.2 双工位传输机气动回路系统设计

根据上述双工位传输机的动作过程分析，设计的气动回路系统如图2所示。共有11个气缸，其中定位平台A或B上各有四个小气缸，由减压阀来控制气压的大小，由节流阀来调节整形的速度。抓手的垂直移动由升降气缸来控制，升降速度由节流阀来控制。定位平台的90°旋转由旋转气缸来控制，转动速度的大小由节流阀AS2052E来控制。所有气缸的动作由二位五通双电磁阀来控制，定位平台和抓手的真空吸附由二位三通单电磁阀控制，电磁阀得电后进行真空吸附动作。

3.PLC控制系统设计

双工位传输机的控制有两种模式，一种是自动模式，另一种是手动模式。两种模式通过触摸屏中的按键控制，可以相互转换。自动模式是传输机按照规定的控制要求完成动作，手动模式是技术人员通过触摸屏上各个按钮及开关完成对传输机的控制。

根据双工位传输机的功能和控制模式，该系统共有24个输入，17个输出，故选用FX2N-48MT-OO1，其I/O点数为48点，24点输入，24点晶体管输出，由于实际情况，需要留有备用输入信号口，所以增加FX2N-8EX输入扩展模块，有8点输入，完全满足控制系统要求。

3.1 PLC控制系统硬件电路设计

双工位传输机的PLC控制系统硬件电路原理及I/O如图3所示。

该控制系统的一台伺服电机采用高精度的位置控制模式，型号为MHMD042G1U，分辨率为1048576，伺服电机的速度由PLC的Y0输出的高速脉冲的频率控制，Y0最高可输出达100KHz的脉冲，方向由PLC设定的控制代码和Y2输出的高低电平控制。

图4 直流电压与马达转速特性（代表值）

3.2 调速电机工作原理

选用的调速电机型号为VEXTA FBLM220C-GF，通过调整与驱动器相连的外部直流电源的电压数值来控制电机的转速，电压调整范围为0～5V，可以在0～3000r/min范围内驱动马达转动，直流电压与马达转速特性曲线如图4所示;由于O形圈转动方向只有一个，因此只需PLC输给驱动器一个正转的信号Y22即可。

4.双工位传输机PLC控制系统软件设计

虽然设备的动作步骤较多，但按顺序依次动作，所以PLC程序采用顺序步进指令，顺序步进指令编程具有思路清晰的特点。在这里该文给出了用三菱PLC具有的位置控制指令编写的伺服电机控制程序，部分控制程序见图5。

图5 伺服电机控制程序

5.结论

设计的双工位传输机经机械安装和电气调试，能满足动作要求和控制要求。它具有以下特点：①控制可靠。采用三菱PLC控制，可靠性高，运行稳定，很好的满足工业需要;②操作方便。气路部分单独安装在一块铝板上，电气接线部分有单独的电控柜，便于维修保养;③合理设置按钮。急停、气动、复位按钮操作方便，操作面板简洁，配有指示灯，指示清楚。

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