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标题

全自动SMT元件移载机控制系统设计

范文

谭对平

摘? 要：设计了一种全自动SMT元件移载机控制系统，通过PLC控制移载机自动将SMT元件从塑料托盘转移到金属托盘，详细介绍了移载机控制系统的设计原理、结构组成及控制流程图。实际运行结果表明该系统运行速度快、精度高，能完美适用于细小SMT元件，实现了对SMT元件高效地全自动移载。同时，该系统电气结构简单，程序易于维护，为SMT工厂节约了人工、设备成本，具有很强的实用性和广泛的适用性。

关键词：移载机;PLC;伺服电机;触摸屏;自动控制系统

中图分类号：TH22? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A

0 引言

因为运输的原因，很多从国外进口的SMT元件采用塑料托盘封装，而在国内的生产工序上，有的工位需要耐高温且取用元件的间距与原塑料托盘间距不一致，因此，进口的元件投入生产前，需要将元件移载到间距符合要求的金属托盘上。全自动SMT元件移载机是一种高效的自动移载SMT元件的设备，能实现取料、送料、放料全过程自动化，同时，在触摸屏上设置参数，可以摆放不同元件间距的托盘，节约了人工、设备成本，在SMT工厂得到广泛应用。

1 总体设计

1.1 设计思路

全自动SMT元件移载机采用PLC控制，通过接收到触摸屏设定的参数及获取的行程开关信号，经PLC程序运算后驱动各执行元件，从而实现移载机的自动化控制。

如图1所示，全自动SMT元件移载机由机架系统、进料盘系统、出料盘系统、移载机械手系统等组成。进料盘系统、出料盘系统、移载机械手都采用伺服电机驱动，通过伺服驱动器，可以精确地控制X轴、Y1轴、Y2轴的运行速度和停止位置。机械手取放料吸嘴由气缸控制，气缸上装有传感器感应上升位置和下降位置。同时，设有负压传感器检测吸嘴是否吸取到元件。

1.2 机械运动

1.2.1 手动操作

合上控制面板上主开关电源，吸嘴自动置上位，X轴电机回到原点位置，Y1轴电机和Y2轴电机回到原点位置后，分别推动进料托盘和出料托盘前进到首列位置，或者关机前放元件列。点击触摸屏上手动操作按钮，触摸屏弹出手动操作页面，可以进行如下手动操作：

（1）按“进料盘回原点”，进料托盘回到原点位置，设定好列数，按“执行”，进料托盘运行到相应的列数。

（2）按“出料盘回原点”，出料托盘回到原点位置，设定好列数，按“执行”，出料托盘运行到相应的列数。

（3）设定吸嘴到进料盘的行数，按“执行”，吸嘴移动到进料盘指定行数，设定吸嘴到出料盘的行数，按“执行”，吸嘴移动到进料盘指定行数。

（4）按“吸嘴下”，吸嘴运行到下限位，按“吸嘴上”，吸嘴运行到上限位。

（5）按“吸取”，吸嘴运行到下限位，真空电磁阀打开，延时30 ms（可设置），吸嘴运行到上限位，按“放置”，吸嘴运行到下限位，真空电磁阀关闭，反吹电磁阀打开，延时30 ms（可设置），吸嘴运行到上限位，反吹电磁阀关闭。

1.2.2 自动操作

在系统准备工作状态，按机台上的开始按钮，触摸屏弹出启动参数确认页面，确认设定数量、是否重新计数、是否检测真空等参数后，移载机按预定的参数、程序开始自动运行。自动运行时双色灯中绿色灯亮起。当检测到运行故障时，红色灯亮起，同时蜂鸣器响起，移载机暂停运行，排除故障后，按继续按钮，恢复自动运行。按暂停按钮，移载机放置完元件，回到吸取元件位置后，暂时停止运行，按继续按钮，恢复自动运行。在自动运行过程中，发生紧急情况可随时按紧急停止开关中断。

2 电气结构设计

2.1 电气结构

移载机的机械运动由3台伺服电机和一个气缸来完成，如图1所示，X轴电机主要完成移载机械手的水平运动，Y1轴电机主要完成进料托盘的水平运动，Y2轴电机主要完成出料托盘的水平运动。3台伺服电机均有相应的伺服驱动器来驱动，能精确地调整运行速度及位置。吸嘴由气缸控制，完成吸嘴的上下运动。

采用西门子S7-200（224XP）PLC作为系统的控制器，其结构特别紧凑但是具有惊人的实时性能，同时具有功能強大的通信功能，并且具有操作简便的硬件和软件。224XP具有2个串行通信端口，采用其中一个通信端口与触摸屏连接，另一个端口与3台伺服驱动器连接，均采用RS-232串口模式。伺服驱动器采用步科电气的ED100系列，自带编程功能，可以设定好电机的运行步骤，同时可以通过通信接受PLC的控制，减少了了PLC I/O端口的使用。

2.2 PLC I/O端口分布

由于采用了触摸屏人机界面，也采用了通信模式控制伺服驱动器，整个系统非常简洁，I/O分布也很简单。

2.2.1 输入端口设置

PLC输入信号有命令和状态2个部分，命令信号来自于按钮、其中I0.0为开始按钮信号，I0.1为暂停按钮信号，I0.2为继续按钮信号。状态信号来自于传感器、伺服驱动器到位反馈信号。其中I0.3为吸嘴气缸的下限位传感器;I0.4为吸嘴气缸的上限位传感器;I0.5为吸嘴的空气压力传感器;I1.0移载机械手电机到位信号，I1.1为进料托盘电机、I1.2为出料托盘电机到位信号。

2.2.2 输出端口设置

PLC的输出信号有6个，分别控制吸嘴上下、吸嘴吸取、吸嘴反吹电磁阀和双色信号灯及蜂鸣器。其中Q0.0为吸嘴上下电磁阀控制信号;Q0.2分别为吸嘴吸取电磁阀控制信号;Q0.3为吸嘴反吹电磁阀控制信号;Q0.4为红色灯信号;Q0.5为绿色灯信号;Q0.6为蜂鸣器信号。

3 软件设计

3.1 PLC程序设计

移载机的PLC控制程序采用顺序控制编程方法编写，且将移载机的各个功能编写成子程序，然后通过主程序调用子程序来完成整个工作流程，整个程序条理清楚，简单易读，后续维护方便。移载机的程序流程图如图2所示。主要子程序及功能如下：

（1）进料盘、出料盘、机械手回原点子程序，发送回原点命令给伺服驱动器，控制图1中X轴、Y1轴、Y2轴电机回原点。

（2）进料盘子程序，控制Y1轴电机推动进料托盘移动到相应位置。

（3）出料盘子程序，控制Y2轴电机推动出料托盘移动到相应位置。

（4）机械手子程序，控制X轴电机推动吸嘴移动到相应位置。

（5）手动操作子程序，可手动完成各机械运动。

（6）吸取子程序，吸嘴完成一次取料流程。

（7）放置子程序，吸嘴完成一次放料流程。

（8）计算子程序，计算X轴、Y1轴、Y2轴电机下次运动的目标位置。

3.2 触摸屏画面设计

触摸屏画面包括参数设置、手动操作、故障状态3个部分。参数设置主要包括元件托盘的规格设置，通过设置参数，可以适应不同规格的元件托盘。手动操作页面则布置了各手动操作按钮。故障状态包括了吸嘴漏吸、进料托盘仓缺盘、放料托盘放满等画面。同时，还设计了一个监控画面，可监控PLC全部顺序控制继电器的状态，可用于远程分析故障原因。

3.3 伺服控制器程序

伺服控制器程序包括回原点程序和运行程序。伺服控制器接收PLC传送过来的回原点命令，自动执行回原点程序。运行程序中的目标位置接收到PLC传送的位置信息，且接收到运行命令，驱动电机运行到目标位置。

4 结语

设计了一种基于PLC的全自动SMT元件移载机控制系统。该系统采用了触摸屏人机界面，通过与伺服控制器串口通信的方式控制伺服电机，高效实用，操作方便。该系统运行速度快、精度高，能完美适用于细小SMT元件，实现了对SMT元件高效地全自动移载。同时，该系统电气结构简单，程序易于维护，达到了预期的设计目的，也为SMT工厂节约了人工、设备成本，具有很强的实用性和广泛的适用性。

参考文献

[1]求是科技.PLC应用开发技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2005.

[2]周燕.基于PLC技術的电气工程自动化控制设计[J].通信电源技术，2018，35（2）：153-154，157.

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