基于PLC控制系统的上料检测单元设计

1 引言

    模块化生产系统(modular production system,MPS)是实际工业自动化生产流水线的微缩模型，可以实现生产线的上料、搬运、加工、安装、分类人库等环节的动作。它具有模块化、综合性、易扩充等特点，为学习自动控制及相关专业的学生提供一个可操作的，类似真实工业环境的操作平台。

    以淮阳市工业自动化重点实验室现有的模块化生产系统实验装置为基础，论述MPS的上料检测单元的PLC控制系统的设计。

2 上料检测单元的系统结构

    上料检测单元是MPS系统中的起始单元，在整个系统中，起着向系统的其它单元提供原料的作用。它的功能是:按照需要将放置在料盘中的待加工工件(原料)自动地取出，并检测出工件的颜色，最后将其提升到输出工件，等待下一个工作单元来抓取。

    上料检测单元主要由I/O接线端口、料盘模块、提升模块、工件检测组件、气源处理组件等部件组成。

    (1)I/O接线端口它是该工作单元与PLC之间进行通讯的线路联接端口。该工作单元中的所有电信号(直流电源、输入、输出)都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。

    (2)料盘模块该模块用于储存工件原料，并在需要时将料盘中的工件输送出来。该模块主要由料盘、分隔条和滑道组成。料盘模块的工作过程是:工件散落在料盘中，当需要输出工件时，料盘旋转，工件通过分隔条一一排列输出，进人滑道，在后续工件的推动下，前面的工件依次从滑道滑人工件平台中。

    (3)提升模块该模块用于将料盘输出的工件提升到输出工位，它主要由工件平台、滑动导向装置和双作用气缸组成。工件平台在双作用气缸的驱动下，实现上下运动。滑动导向装置保证了工件平台不偏转。

    (4)工件检测组件该部分由两个光电传感器组成:一个反射式光电接近开关和一个漫反射式光电接近开关。反射式光电接近开关安装在底部，用于检测工件平台上是否有工件。漫反射式光电接近开关安装在上部(输出工位)，用于检测工件的颜色。漫反射式光电接近开关之所以能检测出工件的颜色，是因为物体对不同频率颜色的光吸收作用不同，白色物体会将所有频率的光(白光)全部反射回来，漫反射式光电接近开关感测到这些光，就会有信号输出;而黑色物体会把所有频率的光全部吸收，所以漫反射式光电接近开关对黑色物体检测不到，也就没有信号输出，这样通过漫反射式光电接近开关就能分辨出工件的黑与白。

3 控制任务流程

    上电运行后，复位灯闪烁，按下复位按钮X000，进行复位操作，提升汽缸电机正转继电器Y001通电，电机正转使工件平台下降，当磁感应式接近开关X005有信号时，说明工件平台到达指定位置，工件平台停止下降。按下开始按钮X001，控制料盘旋转的继电器Y000得到信号，料盘开始旋转，旋转到一定位置时，并且等待的定时器时间到达后，料盘停止旋转。提升气缸X002有信号，Y004有动作，平台开始上升，当磁感应式接近开关X006有信号时，说明工件平台到达指定位置，工件平台停止上升。提升气缸到达指定位置，对工件进行颜色检测，灯Y002和Y003作为输出，如果是白色工件，Y002灯亮;如果是黑色工件，Y003灯亮。当工件被机械手取走后，提升汽缸使工件平台下降，开始重复之前的动作。

4 气动控制回路设计

    气动控制系统是本工作单元的执行机构，该执行机构的逻辑控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理见图1。1B1,1B2为安装在推料气缸的两个极限工作位置的磁性传感器。1Y1为控制推料气缸的电磁阀。

图1 气动控制回路的工作原理图

    MPS中每个部件上的输人、输出信号与PLC之间的通信电路联接是通过I/O接线端口实现的。

    各接口地址已经固定，如表1所示。各单元中的需要与PLC进行通信联接的线路(包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路)都已事先连接到了各自的I/O接线端口上，在与PLG连接时，只需使用一根专用电缆即可实现快速连接。

5 程序控制

    1)控制任务

    当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，提升气缸驱动的工件平台下降到位。然后进人工作运行模式，料盘旋转输出工件，当检测到工件平台中有工件后，料盘停止旋转，提升气缸动作，将工件平台提升至输出工位，对工件的颜色进行检测并保存下来，如果是白色工件，白色检验指标灯灯亮;如果是黑色工件，黑色检验指标灯灯亮。按下“特殊”按钮，表示工件被取走，工件平台下降，料盘继续旋转输出工件，重复以上流程。I/O分配表略，但是外部设备与PLC之间的接线图如图2所示。

表1上料检测单元电气接口地址表