基于PLC缸蓋自動吹屑機的研制

趙承旺，譚 強

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西柳州 545005）

0 引言

在機加工車間，缸蓋從毛胚上線，經過機床一系列工序加工完成后，在缸蓋加工面、加工孔及內腔留下不少鋁屑及其他雜質，因此缸蓋吹屑是下線前不可缺少的一道工序。目前柳州五菱柳機動力有限公司的缸蓋吹屑工序普遍采用人工用風槍吹屑的方式，吹屑過程中操作者需要一手來回翻轉缸蓋，一手用風槍把各個加工面和內腔吹幾遍，以達到吹屑目的。由于風槍出風量較大，出風口與缸蓋表面接觸后形成很大噪聲，操作者需要佩戴耳塞和護目鏡，防止噪聲以及鋁屑飛濺對耳朵和眼睛的傷害。鑒于現有缸蓋吹屑人工操作，有噪聲高、安全性差、效率不佳、人員勞動負荷重等問題，根據缸蓋吹屑工藝要求，開發設計了一臺缸蓋自動吹屑機，實現缸蓋吹屑自動化作業。

1 主要結構與工作原理

1.1 主要構成

吹屑機主要由機械部分和控制系統2部分組成：機械部分主要由安全門、吹屑平臺和吹屑管組成；控制系統由PLC（Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器）、安全光柵、繼電器、電磁閥、開關電源組成。

1.2 工作原理

整個吹屑機為一個相對密封的空間，內部有上、下、左、右、前、后共6組吹屑氣管，對應缸蓋外型的6個面；每一組有5～8根氣管，采用銅管材質材料，方便彎折，安裝時出氣孔對應到每一個加工孔或加工面，保證吹氣位置正確（圖1）。由于氣管太多而氣量有限，因此自動吹氣過程中，每一組吹氣管也是輪流工作，保持每一根氣管有足夠的出氣量，才能達到較好的吹屑效果。當缸蓋被推到位置，設備啟動后自動按順序把缸蓋6個加工面輪流吹一遍，達到吹屑目的。由于吹屑機內部相對密封，因此外部噪聲較小，同時鋁屑也無法飛濺出來。當設備吹屑完成后，缸蓋被送出，人工搬走，完成一個循環。

2 控制流程

缸蓋自動吹屑及控制流程主要由裝料、進料、吹屑、出料等工序組成。具體流程步驟如下：①人工把缸蓋裝在進料底板上；②送料氣缸縮回，把缸蓋推到吹氣位置，閘門關閉；③電磁閥打開，按順序吹完缸蓋6個面；④吹屑工作完成，閘門打開，送料氣缸把缸蓋推出；⑤人工把缸蓋搬走，重新放缸蓋，進入下一循環。根據以上步驟，缸蓋自動吹屑機工作流程時序如圖2所示。

圖1 吹屑機部分結構

吹屑機硬件主要由控制機構、傳感器機構及驅動機構組成。其中，控制機構是整個設備的關鍵部位，作用是根據外部輸入信號來控制設備相應的輸出動作，因此采用PLC作為控制機構的核心；傳感器機構主要是用來判斷送料氣缸是否到位，門開關動作是否完成，并把相應信號輸入給PLC，本設備傳感器由磁性開關組成；驅動機構是設備動作部分。在本次設計中，送料機構及門開關機構使用氣缸驅動，為保證安全，控制閥均選用三位五通電磁閥。

圖2 缸蓋自動吹屑機工作流程時序

圖3 硬件構成

3 電氣原理設計

根據缸蓋自動吹屑機控制要求，可以確定PLC各個輸入個輸出信號的功能（圖3）。

缸蓋自動吹屑機自動控制流程如下：①設備正常開機后，按下復位按鈕SB1，設備各動作回原點；②把缸蓋放到進料底板上，按下雙手啟動按鈕SB2；③底板氣缸電磁閥接通，氣缸開始退回，退到位信號SQ1觸發，進料口門閘電磁閥接通，氣缸伸出，門關到位信號SQ3觸發；④6組吹屑電磁閥依次輪流接通，接通間隔時間為10 s；⑤吹屑結束，進料口門閘打開，門開到位信號SQ4觸發，底板送料氣缸伸出；⑥人工搬運缸蓋，進入下一個循環；⑦送料氣缸伸縮過程及進料口門開關過程，如人工觸碰光柵，安全信號SQ5觸發，設備動作停止；⑧設備運行過程如出現異常或故障，按下急停按鈕SB3，設備停止運行（圖4）。

4 PLC選型與設計

4.1 PLC的選型

目前國內使用較多的PLC品牌是西門子、三菱和歐姆龍。考慮公司品牌統一性，在西門子和三菱2個品牌之間選擇。綜合成本及編程便利性，本設計選擇三菱FX2N系列PLC。

由于缸蓋自動吹屑機控制邏輯較為簡單，所用到的IO點數（即PLC的輸入輸出端子的數量）也比較少，根據時序圖統計出設備控制所需要的IO點數分別為8個輸入點和12個輸出點，預留20%余量以便后續增加相關功能，因此輸入點數為8×120%=9.6；輸出點數為 12×120%=14.4。

根據計算所需的IO點數，輸入點需要10個，輸出點需要15個，結合三菱FX2N系列PLC規格，選用FX2N-32MR-001作為本次設計所用的PLC控制器，帶有16個輸入點和16個輸出點，完全滿足設計所需要求。

4.2 PLC IO口分配

缸蓋自動吹屑機控制系統輸入信號有雙手啟動，急停、氣缸位置信號、復位按鈕共8個輸入點；輸出控制有吹屑6個電磁閥、三色燈、進料氣缸、門閘氣缸共12個輸出點。PLC具體的IO口分配見表1。

4.3 PLC梯形圖邏輯設計

程序編寫采用梯形圖設計，梯形圖語言是PLC程序設計中最為常用的編程語言，與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性。

本控制系統設計部分PLC程序如圖5所示：每行程序從左至右，自上而下執行，每條語句給控制器CPU（Central Processing Unit，中央處理器）一條指令，規定CPU下一步如何操作；CPU自行判斷內部輸入信號狀態，如果滿足條件，則執行相應步驟操作，對應輸出外部控制信號。

圖4 電氣原理

5 結束語

把缸蓋吹屑由人工操作實現自動吹屑控制功能，實踐應用證明其可行性及可靠性完全滿足生產工藝要求。由于使用了PLC實現自動作業，在減少操作者勞動強度的同時，還能提高生產效率和作業安全性，對后續人工操作的類似工作崗位進行相應優化有借鑒作用。

表1 PLC I/O地址分配表

圖5 PLC部分程序