OMRON C-20P PLC在光源机械上泡机械手控制中的应用

    一、应用背景与需求    在光源机械中，上泡机械手的功能是从间歇运转的上泡盘上抓取泡壳，并将其送到间歇运转的封口机上。为此，上泡机械手在一个工作循环中需要完成上升与下降、左旋与右旋、抓泡与放泡等一系列动作。    传统的光源机械，各工位的运动状态均由主轴上按一定角度排列的凸轮控制。上泡机械手的运动就是由主轴上的两个凸轮控制的。其中，一个凸轮控制机械手的上、下移动和左、右转动；另一个凸轮通过拉线机构控制机械手手爪的开、合，实现抓泡、放泡控制。在这种控制方式下，各工序间没有必然的联系，每一道工序都要有若干名操作人员进行控制，工作效率较低；另一个方面，这种纯机械的凸轮机构在运动时磨损十分严重，时间长了将会导致系统控制不准确，噪音也很大。因此，对它进行自动化改造是十分必要的。本例讨论采用PLC实现对上泡机械手运动进行自动控制的问题。    二、控制过程分析与PLC选型    在自动化生产线上，工作开始后，上泡机械手在一个工作循环中需要按顺序依次完成以下动作：上升、左旋、下降、抓泡、上升、右旋、下降、放泡，这是一个典型的顺序控制问题。采用PLC实现机械手运动的自动控制，需要设置检测各步动作是否到位的传感器，并确定从一个工步转入到下一工步的转步条件。    根据上泡机械手的动作过程和要求，对工步进行划分，并确定的工步转换条件，就可以绘制出系统的控制功能流程图，如图7.5所示。    综合分析上泡机械手的动作要求，考虑系统的经济性和技术指标，选用OMRON公司的C-20P型PLC，该机基本单元有12点输入、8点输出，其I/O能力和指令系统都能够满足对上泡机械手控制的要求。表7.1给出了PLC的I/O地址分配表，其中SQ1～SQ6是各工步的到位行程开关。
    图7.5    上泡机械手控制功能流程图    表7.1    PLC的I/O定义
    三、采用移位寄存器控制法的控制梯形图设计    根据被控系统的控制功能流程图，可以采用移位寄存器控制法绘制控制梯形图，如图7.6所示。程序中，工步状态采用带掉电保护的HR继电器记忆。所使用的HR继电器、内部继电器和计时器如表7.2所示。    表7.2    PLC内部保持继电器的定义


    图7.6    上泡机械手控制梯形图    梯形图的工作原理如下。    ·在原位状态下，按下启动按钮SB1( 0000)，中间继电器1000得电并自锁（保持一个循环周期），0501得电，封口机开始运行。初始化脉冲1815闭合，保持继电器HR000得电，常开触点闭合，0505得电，机械手从右下限开始上升。    ·上升到上限时，上升限位开关SQ4( 0005)动作，其常开触点闭合，HR000失电，0505失电，上升动作结束；同时HR001得电，0502得电。    ·机械手开始左旋，左旋到左限行程开关SQ2( 0003)动作，HR001失电，0502失电，左旋动作结束；同时HR002得电，0504得电，机械手开始下降。    ·下降到下限行程开关SQ5 (0006)动作，HR002失电，0504失电，下降动作结束；同时HR003得电，0500得电，上泡盘启动。    ·上泡盘上泡壳进入光电开关测量区，光电开关SQ6( 0007)动作，HR003失电，0500失电，上泡盘停止；同时HR004得电，0506得电，机械手开始抓泡。    · 当抓泡限位开关SQ1(0002)动作时，HR004失电，0506失电，抓泡动作结束；同时HR00s得电，0505得电，机械手开始上升。    ·机械手上升到上限行程开关SQ4( 0005)动作，HR005失电，0505失电，上升运动结束；同时HR006得电，0503得电，机械手开始右旋，右旋到右限行程开关SQ3( 0004)受压动作，HR006失电，0503失电，右旋动作结束；同时HR007得电，0504得电，机械手下降。    ·机械手下降到下限行程开关SQ5( 0006)受压动作时，HR007失电，0504失电，下降动作结束；同时HR008得电，0507得电，放泡动作开始，同时计时器T00得电，开始计时。    ·定时2s到，HR008失电，0507失电，放泡动作结束；同时HR009得电，机械手复位，一个工作循环结束。    若设置为连续运行，此时SA (0008)动作，下一个工作循环开始。上泡盘、封口机随机械手启动而开始运行，随工作结束而停止。    四、总结与评价    像传统的光源机械一样，许多工业生产中的设备运动都是由传统的凸轮机构等控制的，这种机构结构复杂、磨损严重、噪音大、操作人员多，而改用PLC完成自动化控制可以克服上述缺点。本例的应用表明，用PLC控制上泡机械手的运动，可使其工作平稳、准确，更有利于改善工人的劳动环境，降噪增效，节约能源。尤其当需改变机械手的某些动作时，还可以通过编程器改变程序，而无需改造其他结构，灵活快捷。    如果上泡机械手前后工序的运动都由PLC控制，那么在整条生产线上，前一道工序的运动状态由后一道工序的需要决定，各工序间将产生连动，不会出现各工序间的生产不协调，可减少生产线上操作人员的数量，提高工作效率。    总之，PLC可以广泛应用于传统装配生产线的自动化控制，这样可以大大简化控制设备的结构，节能降耗，使生产平稳可靠、效率提高。