基于PLC的双枪锁附螺丝的控制系统设计

基于PLC的双枪锁附螺丝的控制系统设计

窦帅帅 赵祖玉

山东协和学院 山东济南 250109

摘  要：本文设计双枪锁附螺丝机为龙门立体式布局动梁式结构，末端由Z轴上的气缸进给，由电批执行。其中电批中的螺丝运输为振动盘式送钉机。 X、Y 两个方向上均是由步进电机带动滚珠丝杠，把电机转轴的螺旋运动转化成操作台的直线运动，Z 方向上采用的是气缸推动工作台电批进行直线运动，实现了自动锁螺丝机在规定工作范围内完成各个点的锁螺丝工作。

本文设计是选用PLC控制，在一定距离内由程序控制自动完成多个位置，手动到达工作范围内的各点，完成初始化操作。双枪锁附螺丝机的设计主要有两部分。机械部分，主要内容有主轴和导轨副的设计计算，丝杠螺母传动的选择与计算，气缸的计算，机架的设计。控制部分主要进行硬件电路设计和软件编程以及电机的选择。

本文设计双枪锁附螺丝机将以前的手持电批安装螺丝模式替换为全自动模式，提高了工业自动化效率，减少了劳动力。

1.1  研究目的、意义

在工业自动化领域中，随着现代技术的发展，各行各业更倾向于使用更轻便的自动化设备。这样的自动化设备能应用于多种场合，重量轻，使用方便。

单枪或双枪锁附螺丝的控制系统设计应用的地方较多，其中螺丝具有很重要的作用，大部分产品都要使用各种螺丝，表明螺丝需求巨大。拧螺丝是很多产品都需要进行的一步工艺，锁紧螺丝能使组件装配良好，外观优美。其实际应用意义在于自动锁螺丝机可以减少大量工人劳动力，特别是能提高效率，增加合格率，有利于企业工厂的发展。

1.2研究内容及方法

本次所设计的是在流水线中，全自动双枪锁附背部的螺丝。前后两个夹紧气缸，分次进行加工，使得加工变得有规律可循，循环往复操作。

本发明的自动锁紧螺丝机的设计，其中包括产品的输送，电批的定位，螺丝的进出和螺丝的输送都是由机器自动完成的。简化人为操作,使工作效率得以提高，提高合格率，节约了生产成本。另外自动螺丝机可以实现通用化，螺丝的输送模块，可适应M1.4～M3的螺丝，其体积小，能适应生产线可以配合工作。主要实现“省能源、省资源、智能化”三大要素。

此次双枪锁附螺丝的控制系统设计主要有以下内容，第一步先对机械与控制系统的整体设计方案进行研究，接下来，按照设计好的整体机械系统结构，来对电机、丝杠、导轨、气缸等展开计算与选型，如果有必要还需要进行以下校核计算。然后要开展控制系统部分的设计，对PLC及相关电器元件进行选择，将电气原理图绘制出来，完成流程图，最后来编写程序。

1.3技术指标

工作范围：300×500×200mm；升降机构Z轴行程参数：200mm；插排尺寸：200 ×100×30mm；最大平移速度：100mm/s；最大升降速度200mm/s；定位精度：±0.005mm。

1.4整体结构设计

系统总体布局的基本要求

1. 确保加工定位精准度。

2. 确保双枪锁附螺丝的控制系统设计每个机构配合得当。

3. 使螺丝机可以完成预定工作。

4. 方便操作与观察工作步骤。

5. 结构简单，安装便利。

1.5.  螺丝机控制系统整体设计方案

基于螺丝机控制系统的需求分析和性能指标要求，确定螺丝机控制系统的整体框架如图 1 所示。

图 1  螺丝机控制系统的整体架构

1.6  控制器的选择

控制器的选择：选择小型PLC。不仅价格低，还适用于自动化产品。选取西门子公司的S7-1200系列。本设计输入点数为8点，输出点数为16点，点数较大。考虑留有余量，西门子PLC S7-1200 CPU1211C为最优选择。                 

1.7  控制系统电气原理图

PLC、驱动器步进电机是控制系统的重要组成部分，S7-1200控制输入输出信号，还有控制驱动电动机的正反转。电气原理图如图2所示：

图 2  电机与驱动器接线端口示意图

1.8 控制系统程序流程图

双枪锁附螺丝机利用PLC控制系统。由PLC对开关量的输入信号进行一个判断，输入程序对步进电机展开控制，控制步进电机正反转来完成所需动作，实现自动锁螺丝的目的。程序流程图见图3所示。

图3 控制系统程序流程图

结论

双枪锁附螺丝螺丝机设计是可以通过与一些其他设备联合使用，通过 PLC 控制达到全自动化工作，极大的解放了劳动力，以及重复性的劳动。

双枪锁附螺丝螺丝机设计主要分为两大部分。一是机械设计部分，另一部分则是控制部分的设计。

控制部分主要选取PLC型号。对PLC输入输出量地址的分配，进行启停控制设计，最后编写程序及设计硬件电路等。

此次设计可以更好的实现自动化，方便操作，使生产效率更近一步的提高。对企业发展和我国机电行业有着深远的影响意义。

参考文献

[1]Navarro Jordan,Heuveline Louis,Avril Eugénie et al.Influence of Human-Machine Interactions and Task Demand on Automation Selection and  Use.[J].Ergonomics,2018,61(12):1-39.

[2]刘莹.电气自动化中的PLC控制系统的应用[J].南方农机,2019(01);164.