PLC在多工位自动装配机中的应用

3 步进电机的PLC控制方法

　　在上料工位中，采用步进电机驱动直线定位平台的开环伺服机构给料。PLC控制的伺服给料机构由可编程控制器、步进电机驱动器、步进电机和直线定位平台组成，如图5所示。

图5 伺服给料机构组成

　　在该伺服机构中，步进电机通过联轴器与丝杠相连，定位平台和丝杠通过滚珠丝杠副的形式相连。定位平台的行程采用数字控制来实现。从伺服机构的结构上可以看出，定位平台的行程与步进电机的总转角成正比，所以通过控制步进电机的总转角就能实现对定位平台行程的控制。通过步进电机的工作原理和特性可得：步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此就可以确定PLC输出的脉冲个数

N = △L／δ

　　式中：△L为定位平台的位移量(mm)；6为定位平台的脉冲当量(mm／脉冲)；N为PLC输出的脉冲个数。

　　定位的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率；所以可根据该工位要求的进给速度，来确定其PLC输出的脉冲频率

f=Vf／60δ

　　式中：f为PLC输出的脉冲频率(Hz)；Vf为定位平台的进给速度(mm／min)；6为定位平台的脉冲当量(mm／脉冲)。

　　定位平台的送料过程由进给和返回两步组成；进给和返回过程控制通过对步进电机的转向的控制来实现。在PLC中，该过程可通过编程改变输出脉冲的顺序，控制步进电机绕组的通电顺序来实现。

4 控制系统软件设计

　　控制系统软件包括下位机PLC控制软件和上位机人机界面软件。组态软件为STEP7 V5。0，完成系统组态和编程；人机界面软件用于系统现场监控。

　　4.1 PLC编程软件

　　本系统PLC程序使用STEP7 V5。0编写，实现对整个装配过程的控制和过程数据的初步处理。在STEP7 V5。0中，编程语言有：梯形图(LAD)、语句表(STL)和功能块(FBD) 。

　　在STEP7V5.0环境下，首先建立新项目，插入PLC站，插入各模块的顺序完成硬件组态，然后开始编制PLC程序。编写的程序分为手动程序和自动程序。手动程序主要在安装调试和设备检修过程中使用，各工位动作需要由手动控制实现。自动程序通过控制主程序循环调用各装配工位的子程序来实现整个装配系统的连续动作，程序流程框图如图6所示。子程序主要由检测子程序G1、收口子程序G2，G3，G4、检测子程序G5、涂胶子程序G6、上料子程序G7、压平子程序G8、检测子程序G9、下料子程序G10组成。

图6 程序流程框图

　　4.2 上位机人机界面软件

　　本系统开发主要包括操作控制界面、状态显示界面、参数设置界面和统计分析界面等，软件面板主界面如图7所示。状态显示界面用于显示设备的运行情况，在系统出现故障时能够同时给出故障报警和出错显示，为及时排除故障提供帮助。统计分析界面用来记录并分析设备的生产状况，包括目前的生产总量、生产效率和合格品率等，为生产管理提供依据。在参数设置界面中，可以根据要求选择装配合件的型号。在面板右下方的帮助信息里，为用户提供了硬件维护，参数说明及常见故障处理方法，极大地方便了用户。操作控制分为手动模式、单步模式和循环模式；手动模式用于调试时使用；循环模式用于正常工作时使用。在面板上方还设置有软件开关、复位和急停功能按钮。

图7 软件面板主界面

5 结束语

　　传统合件的装配生产采用手工流水作业的方式，阻碍生产企业生产效率和产品质量的提高。为了解决这个问题，将德国西门子公司S7 300系列PLC应用到合件的装配生产控制中。该装配机具有系统稳定、工作可靠等优点。通过现场初步调试达到了设计要求。