镜片剥离设备控制系统设计
时间：2023-02-10 22:00:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
黄凌森，段海峰，江丽珍
（广州城市理工学院工程训练中心，广东 广州 510800）
随着科学技术的不断发展，人们对电子产品的需求不断加大，随之而来的是电子产品上的镜片需求也不断加大。同时,因为过度使用电子产品，导致越来越多人出现近视等情况，这也大大增加了镜片的需求。镜片生产效率提高和成本降低迫在眉睫。镜片生产过程中一个重要的环节是将做好的镜片从模具中取出来，这个过程基本上都是靠人手一个个去脱模，需要耗费大量的人力和时间。这样的生产过程不仅生产效率低，同时也容易对镜片造成损坏。本文设计一个镜片剥离设备控制系统，通过对镜片和镜片模具进行预压、剥离等方法，将镜片从模具中分离出来，以镜片脱模的生产效率，降低生产过程中的人工成本。
镜片剥离设备控制系统采用三菱FX3UPLC作为控制核心，配置三菱G1000触摸屏用于操作设备，显示设备的使用情况及预报设备故障。系统采用PLC作为控制器,能够比较稳定的控制系统完成预压、脱模、模具下料、及将镜片送到下一工位等工作。在镜片脱模的过程中PLC可以实时的接收反馈信号，并做出相应的动作。
系统的主要模块如图1所示，预压模块主要由预压气缸，定位气缸，模拟量控制阀等组成。定位气缸用于固定镜片的位置，保证下压气缸能压倒模具的中间位置及防止下压的过程中镜片跑偏等作用。
图1 系统主要模块布局
脱模模块主要由定位气缸、夹爪气缸、主升降气缸、夹爪升降气缸和伺服电机等组成。通过各个部件动作的配合将镜片从模具中脱离出来，将镜片放在传送带上，并将模具运送到下料桶里进行回收。
推料模块由两个推料气缸组成，负责将脱模后的镜片推到下一个传送带，对镜片进行检测。
系统的动作流程如图2所示，系统的工作方式分为手动模式和自动模式两种。自动模式用于设备的自动运行，镜片由放上传送带、预压、脱模、推到下一个工位为一个周期。手动模式主要用于实现两个功能：一是，用于系统自动运行前的参数设定的验证，为系统的运行提供优化后的参数；
二是，当系统自动运行过程中出现故障时，用于系统的调试以及故障的排除[1]。
图2 系统动作流程
系统自动模式下的主要工作流程为：
（1）运送：手动将出炉的镜片摆放到传送带的对应工位上，然后通过步进电机以及传送带将镜片运送到对应的模块下进行工作。运送的过程中通过对射红外感应器对传送带的工位进行计数以及定位。
（2）预压：镜片被传送带运送到预压模块后，定位气缸推出将镜片夹紧在预压气缸的正下方，保证预压气缸能够压到镜片的中心。定位气缸夹紧后预压气缸往下压，将镜片从模具的中间位置下压到模具的最底端，保证脱模模块能够顺利将镜片与模具分离。
（3）脱模：镜片预压完后通过传送带运送到脱模模块下，定位气缸推出将镜片夹紧在工位的中间位置，主升降气缸往下推出，将夹爪气缸模块下降到位，然后夹爪推出气缸将夹爪推出到位，随之夹爪模块的弹性装置将镜片由下往上顶在工位上，随后启动夹爪气缸将镜片模具夹紧，模具夹紧后主升降气缸和夹爪推出气缸同时往回收，将镜片和模具分离。最后通过伺服电机将脱模模块移动到模具回收位置的正上方，松开夹爪将镜片模具放入回收桶中。
（4）推料：镜片和模具分离后由传送带运送到推料模块前，推料气缸推出，将镜片推到下一传送带，运送到下一工位进行检测。
系统在运行过程中，如脱模步骤完成后，模具检测装置仍检测到模具时，系统发出报警信号，然后需将未剥离的镜片取出，才可以重新运行系统。
3.1 控制系统的基本组成
根据镜片剥离设备的生产需要，3个工作工位需要同步动作，因此需要的输入输出点比较多，系统PLC选用80点的三菱PLC，PLC拥有40个输入点和40个输出点，触摸屏选用三菱GS2107[2]。如图3所示，预压模块的气缸需要通过比例阀来控制下压压力的大小，因此选用三菱的FX3U-4DA的模拟量模块进行控制。伺服驱动器选用安川Σ-7S系列，伺服电机根据移动平台的负载进行选择[3]。步进控制器选用雷赛86系列，步进电机根据传送带的负载进行选择。
图3 控制原理
3.2 控制系统搭建
触摸屏与PLC的通讯采用RS232的通讯方式进行通讯。步进驱动器和伺服驱动器分别接入到Y0、Y1输出口，由PLC自带的定位功能对伺服电机的动作进行控制[4]。
触摸屏安装在控制面板上，控制面板上同时安装有电源开关、紧急停止、自动运行、全原位置、运行准备、手动/自动切换、原点复位、循环停止、异常解除等，如图4所示。
图4 控制面板按钮分布
在运行的过程中由于传送带较长距离控制面板较远，因此在传送带的前端添加一个操作盒，操作盒由紧急停止、循环启动、循环停止、异常解除等组成，操作盒如图5所示。
图5 物理样机示意图
图5 操作盒
当系统正常运行后，可以通过操作盒上的循环停止按钮将设备停下来，避免设备在没有工件的情况下空运行，当工件摆放到对应的工位后可通过循环启动按钮让系统继续运行。
4.1 系统PLC的I/O口分配
PLC与其他的电器部件的连接都是通过I/O口来实现，I/O口配置的是否合理直接影响着系统的正常运行以及外部接线的数量，I/O配置合理不仅能减少接线的数量同时还能降低程序编写的难度[5]。本系统的I/O分配表如表1所示。
表1 样机试验性能结果
表1 系统的I/O分配
4.2 系统手动功能
镜片剥离设备的主要控制对象是移动平台的伺服电机、传送带的步进电机以及6组气缸。系统运行的稳定性要求较高，因此需要对系统的各个对象的手动功能进行严格的限制，避免系统在手动运行的过程中出现意外。将系统切换到手动模式后，能够通过触摸屏单独的控制系统每一个模块的动作。
手动功能有工件运送传送带的运转、镜片剥离前的预压、物料的夹紧定位、移动平台的控制、抓手气缸的控制、主升降气缸的控制、推料气缸的控制等。手动动作是在手动的模式下对系统的各个模块进行控制，手动模式与自动模式必须要进行自锁，在自动模式下不能进行手动动作，在手动模式下自动不能启动[6]。伺服手动控制程序如图6所示。
图6 伺服手动程序
4.3 系统紧急停止功能
紧急停止功能用于设备出现问题或者人工操作的情况下对设备进行紧急停止运行的一个功能，可最大程度的保护操作者和设备的安全。紧急停止分为两种：一种是设备本身出现故障而进行的紧急停止，一种是人工按下急停按钮、打开安全门而触发的紧急停止。设备出现故障而进行的紧急停止包括伺服电机的故障、步进电机的过载、传感器的故障等。无论是在手动模式下的手动动作还是在自动模式下运行出现的故障，在下一次的启动前都必须先把故障清除才能再一次的启动设备。
4.4 系统报警功能
系统的报警分为伺服故障的报警、步进故障的报警、气缸动作超时的报警。当系统出现报警时，设备会立马停止运行，蜂鸣器响，三色灯变红灯。
镜片剥离设备是以三菱FX3UPLC和三菱触摸屏为控制核心的自动化生产设备，该设备可用于剥离多种规格的镜片。设备的各个模块设计合理，自动化程度较高，经过企业的生产运行，设备的各项功能都比较稳定。镜片剥离设备很好地解决了以往人手剥离镜片的操作，有效地降低了企业在劳动力方面的投入，同时还能提高生产效率、经济效益和社会效益。
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