基于PLC的氣門自動圖像檢測線控制系統

引言

在激烈的市場競爭中，許多企業為提高產品質量、加快生產效率，都在對原有的各種在線檢測設備進行技術改造。傳統的檢測線主要是由人工來完成，即由人親自對生產設備進行手動按鈕操作。這種類型控制的優點是簡單，實用，但是其缺點也是顯而易見的：費時，費力，而且在人員疲勞時，容易發生安全事故。尤其是在氣門行業，由于氣門檢測工序較多，各個工序的過程檢測和最終出廠檢測的工作也是相當繁復和巨大的，由此產生高密的勞動強度和緊張程度，使工人的疲勞度升高，漏檢、錯檢（誤判、誤收）的情況難以有效避免，因此增加了公司的管理成本、質量成本和工人的勞動強度。所以非常有必要選擇另一手段/方法，通過采用先進技術和手段，改變上述被動局面，使發動機氣門的清洗、干燥、精準檢測、分揀形成自動化檢測線。

本文根據汽車發電機氣門自動圖像檢測的具體要求，設計該檢測線的控制系統，并實現對圖像檢測線采用PLc進行控制。除了氣動機械手常見的機械和氣動部件外，增加了三相電機、光電傳感器等電器部件，涵蓋了光、機、電、計算機、機器視覺等技術為一體的大型實時在線檢測及控制系統，其傳感器、攝像頭、機械裝置、運動控制設備和計算機等必須嚴格協調工作，共同構成一個有機整體。

控制系統的結構功能和設計方案

本系統主要由氣門尺寸光學自動檢測機、自動輸送裝置、自動清洗與干燥裝置、自動上落料機械手與自動分揀裝置5個模塊組成，建立適應小批量多品種生產特性的氣門自動化檢測線，并采用PLC進行順序控制，通過傳感器的狀態及其變化觸發下一個動作的發生，新的動作又產生新的狀態，這樣不斷地循環，檢測線按照預定的動作有序地進行，完成整個對氣門的傳輸、清洗、干燥、檢測、分揀的功能。

本系統的總體設計方案主要有執行機構、驅動系統、檢測系統組成。如圖1所示。

執行結構

包括了3個具有兩個自由度的機械手，該機械手可以實現升降，擺動以及吸附與釋放動作。3個三相電機，用于控制傳送帶的運動。

驅動系統

上料、下料的機械手的全部執行機構均由氣動執行機構驅動。本系統主要采用PLC控制低成本、高速的氣缸來組成氣動機械手，實現生產線上工件自動裝卸、分揀。系統的驅動部分主要由氣源及氣源過濾裝置、水平移動氣缸、垂直升降氣缸、手爪夾緊氣缸及各種控制閥組成。機械手的驅動系統是驅動執行機構運動的傳動裝置，用于實現工件的垂直運動、旋轉運動和吸放。

檢測系統

本系統的檢測平臺是一個基于線陣CCD掃描的圖像采集系統，包括了3大部分：圖像系統、運動系統以及控制和數據處理系統。視覺部件主要包括：LED光源、光學鏡頭、高分辨率CCD攝像機和圖像采集卡。運動部件是一個采用閉環控制的系統，其設備主要有：伺服電機、精密機械位移平臺和光柵尺。控制部分主要包括：電機伺服控制器，運動控制卡。圖像采集卡負責將圖像信號采集到電腦中，以數據文件的形式保存在硬盤上，它是進行圖像處理必不可少的硬件設備。采集機構將采集到的原始圖像經過采樣、量化以后轉換為數字圖像的形式，然后傳輸到計算機當中對其進行檢測。運動控制卡主要負責電機的控制，包括電機的連續運行和步進運行方式選擇、運行速度、加速度、運行時間等的設置。PC機負責分析、處理、識別從攝像機采集過來的圖像、電機運行參數的調整和設置，并處理各硬件部件分工合作和協調控制。

控制系統的硬件設計和PLC的選擇

根據控制系統的功

能和工作流程等要求，確定PLC輸入輸出端口所連接的控制器件與驅動器件，本檢測線共需要36路傳感器輸入、25路控制信號輸出，輸入輸出信號分布如圖2所示，為此采用2臺OMRON CHlH-X40DR-A、1臺變頻調速器、多種接近開關和電磁氣閥等，搭建檢測線控制系統。

CPlH—x40DR-A型PLc有24個數字量輸入點和16個數字量的輸出點。集成了開關量控制，高速計數、串行通信等功能于一身，CPlH指令豐富，采用任務編程方式，并支持梯形圖編程方法使編程更加清楚、簡便。具有體積小、處理數據和通信能力強、功能指令豐富、存儲器容量大等特點，是一款性價比高、功能完備的通用控制器.能夠完全滿足控制系統的要求。

由于該機械裝備的左右、上下工位控制方式相同，而控制上獨立，因此PLC外部輸入輸出器件是成對出現的。系統工作方式主要以自動控制為主，手動狀態主要用于調節電機速度以及開啟、急停設置？等。由于變頻器采用外部開關控制方式，PLC的輸出端直接與變頻器正轉/停止端口MO相連。當有故障發生時，可以直接手動切斷PLC的工作電源，不影響PLc的程序中各元器件的狀態和數據。

控制系統的軟件設計

本系統的控制程序采用逐步通電的順序控制設計方法，該設計方法互鎖嚴密，受控對象的每一部動作是否執行，取決于控制系統的前一步是否有信號的改變，以及受控對象的動作是否完成。本系統的軟件設計流程如圖3所示。主要分為四個模塊，分別為機械手上料程序、清洗干燥程序、機械手下料程序、檢測線與檢測機連接的程序。

結論

本系統采用PLC作為控制平臺的核心，能夠實現機械手自動上料、氣門的自動輸送、自動清洗和吹干、檢測完成后機械手自動下料與自動分揀等控制功能，并將控制系統與檢測線進行連線，采用軟件編程，使其動作運行可根據實際情況隨時進行調整，可以進行單步調節和分段運行功能，大大提高了運行的效率和安全性。具有集成度高、靈活性好、系統穩定性及抗干擾能力強等特點，而且簡化了繁雜的硬件接線線路，節省了空間，降低了設備的故障率，使控制具有極強的柔性和功能的可擴展性。經實際使用表明，整條檢測線的自動化水平高，節約了大量的勞動力，與人工檢測相比，減少了3.15%的廢品率，生產效率提高了10.26%，減少了90%的檢測人員，有效節約了生產成本及人工成本，極大地提高了產品的生產效率，而且保證了產品的質量，取得了較好的經濟效益。