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【摘 要】本文中使用了伺服电机、伺服驱动器、负吸式吸盘、称重传感器等原件为主要执行元件，PLC为核心控制元件实现了电池极片的自动称重分选，降低人工成本，提高生产效率，降低产品误差。
【关键词】伺服电机;PLC;负吸式吸盘;伺服驱动器
1、引言
电池极片是电池的重要组成部分，电池极片的产品质量会对电池的使用效果及使用寿命产生重要影响，因此，确保电池极片质量优越是电池生产过程的重要环节之一，同种型号规格的电池，其电池极片的形状、重量各参数均要保证在一个较小的范围内，称重分选是保证电池极片质量最常用也是最有效技术手段之一，现今的称重分选工作过程主要是使用电子称称量电池极片的质量，再以人工读取质量信息，根据所称量的质量信息对电池极片实行人工筛选，此方法需投入大量人员，增加了工作成本，且人工筛选效率偏低，筛选过程中易受人为因素的影响造成误差，筛选精度较低。因此本文设计了电池极片自动分选机PLC控制系统。
2、设计方案
目前大部分的分选机构对速度的要求比较高。但是速度的提高是令企业也为之，提高速度就意味這增加机械手的数量，但是企业的生产流水线，不可能单独配置更多的机械手。因为机械手在整个系统之中相对比较大，位置不好选择，还有最重要的一项就是造价非常的高昂，企业虽然提高了生产的速率，但是挺高好几倍的元件成本，对于企业来说得不偿失。我们在设计电池极片自动分选机采用相对廉价的负吸式吸盘代替机械手，实现了成本低，分选速度快，性能稳定可靠，操作方便实用的新型电池极片自动分选机。采用负吸式吸盘的电池极片称重分选机在机械结构上分为电池极片称重区、电池极片物料区和电池极片相应重量区，由96个负吸式吸盘组成这么多的吸盘，其价格确实很实惠。而且还能对流水线上的配置节省空间。其放置的位置可以与电池极片相对应。这样就够成了抓取机构。方便物料的抓取与放置。完成电池极片托盘由物料区到称重区再到电池极片相应的重量收集区的完整过程。
采用负吸式吸盘的电池极片分选机的工作步骤如下：
步骤1：传送带将电池极片传送到进料区然后有负吸式吸盘抓取电池极片至电池极片称重区，预分类电池的电池极片接触到吸盘表面。
步骤2：PLC根据电池极片重量的检测结果和设定的分类方法，控制电池上方的吸盘式将电池极片吸起。
步骤3：伺服电机将不同重量的电池极片运送到相应的区域，放下电池极片，吸盘复位。
步骤4：回归原点等待下一轮动作。
3、系统硬件设计
在主电路中包含两个大的部分，一部分是纵轴电路，主要负责控制的是负吸式吸盘的上行动作与下行动作。第二部分是横轴电路，主要负责控制的是负吸式吸盘的横轴移动与原点回归。纵轴电路的核心器件是变频器与三项电动机。横轴电路的核心器件是伺服驱动器与伺服电机。变频器与伺服驱动器均是由PLC进行控制使其相互之间的动作互不冲突，互不干扰。
纵轴电路用的是台达VFD-E变频器控制电机上行与下行运动，因为使用的是负吸式吸盘所以可在吸盘上安装接触式开关用以保证当吸盘完全吸附电池极片后改变变频器动作，运行状态由下行状态变为上行状态，当负吸式吸盘上行到上限位开关时时，触发上限位开关，变频器改变其频率，调整频率为零。在横轴将吸盘送到相应的分选位置后重复以上动作。
台达VFD-E系列变频器内置PLC控制功能，可取代小型单片机控制器、计数器及定时器等且提供多样化的现场总线类型，欧系的设计及并排安装又可加挂导轨背板，小巧的体积大大的节约了控制柜的空间，内建的滤波器完全符合CE/UL标志，适用于对功能要求低的机床行业。
横轴电路以伺服驱动器为核心动作元件，它具有定位精度高，安全可靠，超调性好等特点。充分满足了设计控制要求，实现相应动作。其与纵轴台达VFD-E变频器之间为互锁关系，在称重数据传送到可编程控制器后判断电池极片极片应安放区域，可编程控制器发出指令信号控制伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机做出相应动作，实现精确定位，准确放置电池极片后回归物料区，等待下一动作循环。
根据设计要求与实际情况选用的PLC型号为台达28SV其具有运动控制功能和高速脉冲输出：4点200kHz支持4点200kHz硬件高速计数器增加了多种运动控制指令，以达到高速精准定位控制功能，能有效应用在贴标机、包装机、印刷机等设备上的直线/圆弧插补运动控制功能，外部输入中断提升为16个中断输入，完整的程序保护功能程序自动备份功能，电池没电程序也不会消失第二份备份功能，可储存第二份程序与数据多达4重的PLC密码保护。
现有的电池极片称重系统的主控机构和传动机械多为使用皮带进行传动，使用时间久了皮带会松动打滑，影响机械的工作效率且安全性会大大的降低。在使用可编程控制器控制后我们可以使用限位开关与触发开关进行位置控制。应用称重传感器对电池极片进行称重，传感器的信号传递给可编程控制器，PLC会对电池极片重量信息进行分析比较对伺服驱动器发出指令进行控制，同时可以控制变频器的运动状态。监控二者的运动轨迹以组态的形式反应给使用者。
在这系统中使用了少量的限位开关，在横轴的两端各安装有一个限位开关在横轴两端使用限位开关其主要目的是防止伺服电机的跑脱。在原点前也安有限位开关。原点前限位开关的作用是伺服电机在执行原点回归指令时的减速开关，因为伺服电机在做原点回归动作时是高速运动，即将到达原点位置时是需要减速的，所以添加了限位开关充当减速开关，在变频器纵轴上的限位开关作用是控制变频器的上行限位。使用触摸屏代替传统按键控制PLC运行，减少了因传统按键老化或连接错误而产生的事故。
4、系统软件设计
根据控制要求、硬件设计、元件选型。控制大体流程为开始后系统初始化，伺服电机回归原点因为在上次停机时伺服电机的停机位置不确定所以需要原点回归。在原点回归后纵轴负吸式吸盘下降从物料区抓取物料然后上升，上升到上限位时停止运动，伺服电机横移到称重区上方停止运动，变频器控制吸盘下降然后放下物料，进行物料称重，重量信息通过变送器传递给可编程控制器，变送器与可编程控制器之间的通信协议为MODBUS方式协议，使用的链接线缆为RS-485串行通信线。在数据传入到可编程控制器后在可编程控制器中进行比较然后控制吸盘下降抓取物料，伺服横移到与物料重量相对应的重量区。变频器下降放下物料后控制吸盘上升，伺服回归物料区上方重复流程。
5、结论
在本文中首次使用了伺服驱动器并使用了质量传感器。通信方式使用的是RS-485串行通信这种通信方式存在很多问题，虽然其抗噪声干扰性好并不适用于电磁环境较复杂的工厂环境。同时应用的是台达ASDA-A2系列伺服驱动器提高了分选时的定位准确性，变频器的使用即达到了设计要求又降低了成本。
参考文献：
[1]李利，王玉菊.PLC在机械手分拣系统中的应用[J].科学之窗.2012
[2]王兆义.可编程序控制器教程[M].第三版.机械工业出版社，2014
（作者单位：哈尔滨华德学院 机器人工程学院）
【关键词】伺服电机;PLC;负吸式吸盘;伺服驱动器
1、引言
电池极片是电池的重要组成部分，电池极片的产品质量会对电池的使用效果及使用寿命产生重要影响，因此，确保电池极片质量优越是电池生产过程的重要环节之一，同种型号规格的电池，其电池极片的形状、重量各参数均要保证在一个较小的范围内，称重分选是保证电池极片质量最常用也是最有效技术手段之一，现今的称重分选工作过程主要是使用电子称称量电池极片的质量，再以人工读取质量信息，根据所称量的质量信息对电池极片实行人工筛选，此方法需投入大量人员，增加了工作成本，且人工筛选效率偏低，筛选过程中易受人为因素的影响造成误差，筛选精度较低。因此本文设计了电池极片自动分选机PLC控制系统。
2、设计方案
目前大部分的分选机构对速度的要求比较高。但是速度的提高是令企业也为之，提高速度就意味這增加机械手的数量，但是企业的生产流水线，不可能单独配置更多的机械手。因为机械手在整个系统之中相对比较大，位置不好选择，还有最重要的一项就是造价非常的高昂，企业虽然提高了生产的速率，但是挺高好几倍的元件成本，对于企业来说得不偿失。我们在设计电池极片自动分选机采用相对廉价的负吸式吸盘代替机械手，实现了成本低，分选速度快，性能稳定可靠，操作方便实用的新型电池极片自动分选机。采用负吸式吸盘的电池极片称重分选机在机械结构上分为电池极片称重区、电池极片物料区和电池极片相应重量区，由96个负吸式吸盘组成这么多的吸盘，其价格确实很实惠。而且还能对流水线上的配置节省空间。其放置的位置可以与电池极片相对应。这样就够成了抓取机构。方便物料的抓取与放置。完成电池极片托盘由物料区到称重区再到电池极片相应的重量收集区的完整过程。
采用负吸式吸盘的电池极片分选机的工作步骤如下：
步骤1：传送带将电池极片传送到进料区然后有负吸式吸盘抓取电池极片至电池极片称重区，预分类电池的电池极片接触到吸盘表面。
步骤2：PLC根据电池极片重量的检测结果和设定的分类方法，控制电池上方的吸盘式将电池极片吸起。
步骤3：伺服电机将不同重量的电池极片运送到相应的区域，放下电池极片，吸盘复位。
步骤4：回归原点等待下一轮动作。
3、系统硬件设计
在主电路中包含两个大的部分，一部分是纵轴电路，主要负责控制的是负吸式吸盘的上行动作与下行动作。第二部分是横轴电路，主要负责控制的是负吸式吸盘的横轴移动与原点回归。纵轴电路的核心器件是变频器与三项电动机。横轴电路的核心器件是伺服驱动器与伺服电机。变频器与伺服驱动器均是由PLC进行控制使其相互之间的动作互不冲突，互不干扰。
纵轴电路用的是台达VFD-E变频器控制电机上行与下行运动，因为使用的是负吸式吸盘所以可在吸盘上安装接触式开关用以保证当吸盘完全吸附电池极片后改变变频器动作，运行状态由下行状态变为上行状态，当负吸式吸盘上行到上限位开关时时，触发上限位开关，变频器改变其频率，调整频率为零。在横轴将吸盘送到相应的分选位置后重复以上动作。
台达VFD-E系列变频器内置PLC控制功能，可取代小型单片机控制器、计数器及定时器等且提供多样化的现场总线类型，欧系的设计及并排安装又可加挂导轨背板，小巧的体积大大的节约了控制柜的空间，内建的滤波器完全符合CE/UL标志，适用于对功能要求低的机床行业。
横轴电路以伺服驱动器为核心动作元件，它具有定位精度高，安全可靠，超调性好等特点。充分满足了设计控制要求，实现相应动作。其与纵轴台达VFD-E变频器之间为互锁关系，在称重数据传送到可编程控制器后判断电池极片极片应安放区域，可编程控制器发出指令信号控制伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机做出相应动作，实现精确定位，准确放置电池极片后回归物料区，等待下一动作循环。
根据设计要求与实际情况选用的PLC型号为台达28SV其具有运动控制功能和高速脉冲输出：4点200kHz支持4点200kHz硬件高速计数器增加了多种运动控制指令，以达到高速精准定位控制功能，能有效应用在贴标机、包装机、印刷机等设备上的直线/圆弧插补运动控制功能，外部输入中断提升为16个中断输入，完整的程序保护功能程序自动备份功能，电池没电程序也不会消失第二份备份功能，可储存第二份程序与数据多达4重的PLC密码保护。
现有的电池极片称重系统的主控机构和传动机械多为使用皮带进行传动，使用时间久了皮带会松动打滑，影响机械的工作效率且安全性会大大的降低。在使用可编程控制器控制后我们可以使用限位开关与触发开关进行位置控制。应用称重传感器对电池极片进行称重，传感器的信号传递给可编程控制器，PLC会对电池极片重量信息进行分析比较对伺服驱动器发出指令进行控制，同时可以控制变频器的运动状态。监控二者的运动轨迹以组态的形式反应给使用者。
在这系统中使用了少量的限位开关，在横轴的两端各安装有一个限位开关在横轴两端使用限位开关其主要目的是防止伺服电机的跑脱。在原点前也安有限位开关。原点前限位开关的作用是伺服电机在执行原点回归指令时的减速开关，因为伺服电机在做原点回归动作时是高速运动，即将到达原点位置时是需要减速的，所以添加了限位开关充当减速开关，在变频器纵轴上的限位开关作用是控制变频器的上行限位。使用触摸屏代替传统按键控制PLC运行，减少了因传统按键老化或连接错误而产生的事故。
4、系统软件设计
根据控制要求、硬件设计、元件选型。控制大体流程为开始后系统初始化，伺服电机回归原点因为在上次停机时伺服电机的停机位置不确定所以需要原点回归。在原点回归后纵轴负吸式吸盘下降从物料区抓取物料然后上升，上升到上限位时停止运动，伺服电机横移到称重区上方停止运动，变频器控制吸盘下降然后放下物料，进行物料称重，重量信息通过变送器传递给可编程控制器，变送器与可编程控制器之间的通信协议为MODBUS方式协议，使用的链接线缆为RS-485串行通信线。在数据传入到可编程控制器后在可编程控制器中进行比较然后控制吸盘下降抓取物料，伺服横移到与物料重量相对应的重量区。变频器下降放下物料后控制吸盘上升，伺服回归物料区上方重复流程。
5、结论
在本文中首次使用了伺服驱动器并使用了质量传感器。通信方式使用的是RS-485串行通信这种通信方式存在很多问题，虽然其抗噪声干扰性好并不适用于电磁环境较复杂的工厂环境。同时应用的是台达ASDA-A2系列伺服驱动器提高了分选时的定位准确性，变频器的使用即达到了设计要求又降低了成本。
参考文献：
[1]李利，王玉菊.PLC在机械手分拣系统中的应用[J].科学之窗.2012
[2]王兆义.可编程序控制器教程[M].第三版.机械工业出版社，2014
（作者单位：哈尔滨华德学院 机器人工程学院）