一､制造背景
在电池加酸工序中,电池托盘在输送带上摆放一直由人工完成,无形中增加了加酸工序员工的劳动强度,降低了工作效率｡自主研发设计托盘自动摆放设备,实现机器代人,成功地解决了这个问题｡
该设备由托盘自动摆放机由主体机架,托盘定位架,托盘移动机构,升降机构,托盘夹紧机构,托盘分离机构,气动控制,电气控制系统组成｡参见图1,图2｡
图1 自动托盘摆放机照片
图2 自动托盘摆放机图纸
托盘长时间使用会有些变形,垂直叠放在一起不容易分开,夹托盘时可能两个一起带起来,所以设计了托盘分离夹具,采用两个气缸垂直复合安装｡首先一个气缸(复合气缸2)带动夹具插入到两个托盘之间,托架上升时,另一个气缸(复合气缸1)同时向下伸出,这样使叠在一起的托盘分离,保证每次夹紧夹具只夹取一个托盘｡码放在一起的托盘高度,通过升降气缸中间安装一个磁感应开关报警,提醒工人及时添加托盘｡通过光电开关检测,一旦托盘没了,光电开关发送信号给PLC,输送带启动,输送托盘,同时托盘自动摆放机启动,夹取托盘｡为了节约PLC的输入输出点,复合气缸1和复合气缸2气动控制电磁阀采用单线圈控制,即电磁阀线圈得电时,气缸推出,失电时,气缸自动退回｡遇到紧急情况时,停止所有动作,各相关机构归回原位｡手工码垛托盘——(托架定位气缸在前位)——按下自动循环按钮——托架升降气缸向下到位——托盘夹紧气缸伸出——夹紧托盘——托盘分离复合气缸2伸出——托架升降气缸向上——托盘分离复合气缸1向下伸出——托盘分离复合气缸2退回——托盘分离复合气缸1向上退回——托架定位气缸退回——托架升降气缸向下到位——夹紧气缸退回(放下托盘)——托架升降气缸向上到位——托架定位气缸伸出到位——整个托架回到原位——前端托盘移位——光电开关发送托盘缺少信号——输送链板起动——下一个自动循环开始……｡五､PLC的选择及输入/输出点的地址分配及PLC外部接线根据功能动作要求,该设备自动循环有很多连锁控制,输入信号多;而控制气缸只有5个,输出信号相对不多｡经过对所有的开关,按钮,电磁阀等动作进行计算,并对PLC输入/输出点优化得出:输入信号30个,输出信号10个,选用西门子PLCS7-200CPU224XPCNAC/DC/RLY另加一个16点(EM22116DI,24DC)数字量扩展输入模块作为控制系统核心即可以满足要求｡
图４ 托盘自动摆放机自动循环动作流程图(左) 托盘自动摆放机顺序功能图(右)顺序控制就是按照生产工艺事先规定的顺序,在各个输入信号的作用下,按照内部状态和实际的顺序,使生产过程中各个执行机构自动地按照一定的顺序进行工作｡使用顺序控制设计法时,首先要根据系统的工艺过程画出顺序功能图(Sequential Function Chart),然后将顺序功能图转换成梯形图(LAD)或者语句表(STL)｡顺序功能图又叫状态流程图或者状态转移图,顺序功能图编程语言是基于工艺流程的高级语言｡它是用图形符号和文字表达相结合的方法,包含电气､液压､气动和机械控制系统或系统某些部分的控制过程､功能和特性的一种通用语言｡在功能表图中,把一个过程循环分解称若干个清晰的连续阶段,称之为“步”,步与步之间由“转换”分隔｡当两步之间的转换条件满足,并实现转换,上一步的活动结束,而下一步的活动开始｡一个过程循环分的步越多,对过程的描述就越准确｡根据托盘自动摆放机的动作的实际情况,前一个动作完成后再开始下一个动作,动作之间环环相扣,因而适合用顺序控制程序的方法来编写控制程序,为此,首先画出顺序功能图,见图4｡6.2.1.1 主程序(OB)编制时包括调用2个子程序,即自动循环控制子程序(子程序1)和手动方式调试子程序(子程序2);6.2.1.2 用一个三位钮子开关,可以分别旋至自动位置,空位置,手动位置｡自动位置(I0.2=1),调用自动循环子程序1(SBR-1);手动位置(I0.3=1):调用手动控制程序子程序2(SBR-2);放在空位置上时程序没动作;6.2.1.3 主程序包括紧急控制程序,即中断子程序,在发生紧急情况时,按下急停控制按钮,设备相应的机构回归原位｡6.3 手动调试控制程序编写(便于调整各个功能及实际位置):6.3.1 首先,手动/自动三位钮子开关扳至手动位置I0.3=1,主程序执行调用手动子程序(SBR-2)｡【托架升降气缸在后位(I2.2=1),复合气缸1在上位(I2.6=1)】:按托架定位气缸推出按钮(I0.4=1),Q0.0接通并自锁,线圈KA1得电,托架定位气缸推出｡推出到位,感应到前端磁性开关,I2.0=1,Q0.0断开,电磁阀线圈KA1失电,托架定位气缸推出停止｡(手动程序网路2)｡【(托架升降气缸在后位(I2.2=1),复合气缸1在上位(I2.6=1)】:按托架定位气缸退回按钮(I0.5=1),Q0.1接通并自锁,线圈KA2得电,托架定位气缸退回｡退回到位,感应到后端磁性开关,I2.1=1,Q0.1断开,电磁阀线圈KA2失电,托架定位气缸退回停止｡(手动程序网路3)｡【托架定位气缸在前位(I2.0=1),复合气缸1在上位(I2.6=1),复合气缸2在后位(I3.1=0),托盘夹具气缸在后位(I2.5=1)】:按托架升降向上按钮(I0.6=1),Q0.2接通并自锁,线圈KA3得电,托架升降向上｡向上到位,感应到上端磁性开关,I2.2=1,Q0.2断开,电磁阀线圈KA3失电,托架升降向上停止｡(手动程序网路4)｡【托架定位气缸在前位(I2.0=1),复合气缸1在上位(I2.6=1),复合气缸2在后位(I3.1=0),托盘夹具夹紧气缸在后位(I2.5=1)】:按托架升降下降按钮(I0.7=1),Q0.2接通并自锁,线圈KA4得电,托架升降向下｡向下到位,感应到托盘缺少报警磁性开关,I3.2=1,Q0.2断开,电磁阀线圈KA4失电,托架升降向下停止｡(手动程序网路5)｡【托架定位气缸在前位(I2.0=1),复合气缸1在上位(I2.6=1),复合气缸2在后位(I3.1=0),托盘夹紧气缸在后位(I2.5=1)】:按托盘夹具夹紧按钮(I1.0=1),Q0.4接通并自锁,线圈KA5得电,托盘夹紧｡夹紧到位,感应到前端磁性开关,I2.4=1,Q0.4断开,电磁阀线圈KA5失电,托盘夹具夹紧停止｡(手动程序网路6)｡【托架定位气缸在前位(I2.0=1),复合气缸1在上位(I2.6=1),复合气缸2在后位(I3.1=0),托盘夹紧气缸在后位(I2.5=1)】:按托盘夹具松开按钮(I1.1=1),Q0.5接通并自锁,线圈KA6得电,托盘松开｡松开到位,感应到后端磁性开关,I2.5=1,Q0.5断开,电磁阀线圈KA6失电,托盘夹具松开停止｡(手动程序网路7)｡【托架定位气缸在前位(I2.0=1),托架升降气缸在上位(I2.2=1),托盘夹紧气缸在后位(I2.5=1)】:按复合气缸1向下按钮(I1.3=1),Q0.7接通并自锁,线圈KA8得电,复合气缸1向下｡向下到位,感应到下端磁性开关,I2.7=1,Q0.7断开,电磁阀线圈KA8失电,复合气缸1向下停止｡(手动程序网路8),复合气缸1向上回位(由于该气缸是单线圈电磁阀控制,线圈失电即退回原位)｡【托架定位气缸在前位(I2.0=1),托架升降气缸在上位(I2.2=1),托盘夹紧气缸在后位(I2.5=1)】:按复合气缸2向前按钮(I1.4=1),Q1.0接通并自锁,线圈KA9得电,复合气缸2向前｡向前到位,感应到前位磁性开关,I3.0=1,Q1.0断开,电磁阀线圈KA9失电,复合气缸2向前停止｡(手动程序网路9)｡复合气缸2向后回位(由于该气缸是单线圈电磁阀控制,线圈失电即退回原位)｡自动控制程序编写,就是实现顺序功能图标注的自动循环动作要求｡
电池托盘自动摆放机研制成功投入生产使用以来,性能稳定,满足生产要求,实现了机器代人,降低了劳动强度,提高了人效,使用效果良好｡
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