1 引言

    模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(modular production system,MPS)是實際工業(yè)自動化生產(chǎn)流水線的微縮模型，可以實現(xiàn)生產(chǎn)線的上料、搬運、加工、安裝、分類人庫等環(huán)節(jié)的動作。它具有模塊化、綜合性、易擴充等特點，為學(xué)習(xí)自動控制及相關(guān)專業(yè)的學(xué)生提供一個可操作的，類似真實工業(yè)環(huán)境的操作平臺。

    以淮陽市工業(yè)自動化重點實驗室現(xiàn)有的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)實驗裝置為基礎(chǔ)，論述MPS的上料檢測單元的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計。

2 上料檢測單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    上料檢測單元是MPS系統(tǒng)中的起始單元，在整個系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)的其它單元提供原料的作用。它的功能是:按照需要將放置在料盤中的待加工工件(原料)自動地取出，并檢測出工件的顏色，最后將其提升到輸出工件，等待下一個工作單元來抓取。

    上料檢測單元主要由I/O接線端口、料盤模塊、提升模塊、工件檢測組件、氣源處理組件等部件組成。

    (1)I/O接線端口它是該工作單元與PLC之間進行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號(直流電源、輸入、輸出)都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到PLC上。

    (2)料盤模塊該模塊用于儲存工件原料，并在需要時將料盤中的工件輸送出來。該模塊主要由料盤、分隔條和滑道組成。料盤模塊的工作過程是:工件散落在料盤中，當(dāng)需要輸出工件時，料盤旋轉(zhuǎn)，工件通過分隔條一一排列輸出，進人滑道，在后續(xù)工件的推動下，前面的工件依次從滑道滑人工件平臺中。

    (3)提升模塊該模塊用于將料盤輸出的工件提升到輸出工位，它主要由工件平臺、滑動導(dǎo)向裝置和雙作用氣缸組成。工件平臺在雙作用氣缸的驅(qū)動下，實現(xiàn)上下運動。滑動導(dǎo)向裝置保證了工件平臺不偏轉(zhuǎn)。

    (4)工件檢測組件該部分由兩個光電傳感器組成:一個反射式光電接近開關(guān)和一個漫反射式光電接近開關(guān)。反射式光電接近開關(guān)安裝在底部，用于檢測工件平臺上是否有工件。漫反射式光電接近開關(guān)安裝在上部(輸出工位)，用于檢測工件的顏色。漫反射式光電接近開關(guān)之所以能檢測出工件的顏色，是因為物體對不同頻率顏色的光吸收作用不同，白色物體會將所有頻率的光(白光)全部反射回來，漫反射式光電接近開關(guān)感測到這些光，就會有信號輸出;而黑色物體會把所有頻率的光全部吸收，所以漫反射式光電接近開關(guān)對黑色物體檢測不到，也就沒有信號輸出，這樣通過漫反射式光電接近開關(guān)就能分辨出工件的黑與白。

3 控制任務(wù)流程

    上電運行后，復(fù)位燈閃爍，按下復(fù)位按鈕X000，進行復(fù)位操作，提升汽缸電機正轉(zhuǎn)繼電器Y001通電，電機正轉(zhuǎn)使工件平臺下降，當(dāng)磁感應(yīng)式接近開關(guān)X005有信號時，說明工件平臺到達指定位置，工件平臺停止下降。按下開始按鈕X001，控制料盤旋轉(zhuǎn)的繼電器Y000得到信號，料盤開始旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到一定位置時，并且等待的定時器時間到達后，料盤停止旋轉(zhuǎn)。提升氣缸X002有信號，Y004有動作，平臺開始上升，當(dāng)磁感應(yīng)式接近開關(guān)X006有信號時，說明工件平臺到達指定位置，工件平臺停止上升。提升氣缸到達指定位置，對工件進行顏色檢測，燈Y002和Y003作為輸出，如果是白色工件，Y002燈亮;如果是黑色工件，Y003燈亮。當(dāng)工件被機械手取走后，提升汽缸使工件平臺下降，開始重復(fù)之前的動作。

4 氣動控制回路設(shè)計

    氣動控制系統(tǒng)是本工作單元的執(zhí)行機構(gòu)，該執(zhí)行機構(gòu)的邏輯控制功能是由PLC實現(xiàn)的。1B1,1B2為安裝在推料氣缸的兩個極限工作位置的磁性傳感器。1Y1為控制推料氣缸的電磁閥。

    MPS中每個部件上的輸人、輸出信號與PLC之間的通信電路聯(lián)接是通過I/O接線端口實現(xiàn)的。

    各接口地址已經(jīng)固定，如表1所示。各單元中的需要與PLC進行通信聯(lián)接的線路(包括各個傳感器的線路、各個電磁閥的控制線路及電源線路)都已事先連接到了各自的I/O接線端口上，在與PLG連接時，只需使用一根專用電纜即可實現(xiàn)快速連接。

5 程序控制

    1)控制任務(wù)

    當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，提升氣缸驅(qū)動的工件平臺下降到位。然后進人工作運行模式，料盤旋轉(zhuǎn)輸出工件，當(dāng)檢測到工件平臺中有工件后，料盤停止旋轉(zhuǎn)，提升氣缸動作，將工件平臺提升至輸出工位，對工件的顏色進行檢測并保存下來，如果是白色工件，白色檢驗指標(biāo)燈燈亮;如果是黑色工件，黑色檢驗指標(biāo)燈燈亮。按下“特殊”按鈕，表示工件被取走，工件平臺下降，料盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)輸出工件，重復(fù)以上流程。

6 結(jié)語

    以MPS為基礎(chǔ)，完成了對供料檢測站流程分析和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，利用PLC程序開發(fā)，對學(xué)習(xí)和掌握加工自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計方法有較大的實際應(yīng)用價值。軟件設(shè)計人機界面友好，操作簡單方便，有利于實訓(xùn)教學(xué)。