在現代制造業中，裝配工作時間占制造的40％ ～60％ ，裝配工作量約占整個產品制造工作量的20％ -70％。當前裝配自動化生產線上，多采用傳統機械構件控制的自動機，這類機器結構復雜、制造困難、機械效率低、不適用于現代的多品種、小批量生產。為適應裝配品種的多變，必須要改變以前適用于單一品種的裝配形式，從而引出柔性自動裝配 的概念。柔性裝配系統以其良好的響應外部變化特性，已成為裝配系統的發展方向。合件的裝配生產過去采用人工流水作業的方式，勞動強度大，速度慢。因此為了提高生產效率，研制出適用于合件自動裝配生產的裝配機就很有必要。近幾年來，在一些行業的裝配自動化生產過程中，雖然采用繼電器控制系統實現了自動化，但線路復雜、可靠性和動態精度低。采用可靠性和精度高的可編程控制器(PLC)作為裝配機控制設備，可以簡化線路，并能提高系統的可靠性和精度。

　　PLC控制多工位自動裝配機，以合件裝配為主要任務，采用氣動元件來驅動執行機構。模塊化的設計方法，使整個系統靈活可靠，可實現同類型不同型號合件的裝配生產，整體優化了產品生產系統，改善了企業的生產環境，提高了企業的生產效率，并能取得較好的經濟效益。

1 系統組成和工藝過程

　　1.1 系統組成

　　多工位自動裝配系統由檢測系統、主裝配系統、步進電機及控制器、電磁閥等組成。主裝配系統主要由防爆電機、步進電機、間歇式分度機構、點膠機、機架、11工位轉盤、隨行工裝、定位平臺、FESTO和SMC氣動元件及相關連接組件等組成。檢測系統主要由檢測元件電渦流位移傳感器和相關連接組件組成；在自動上料這一環節采用由步進電機驅動直線定位平臺給料，保證了精度要求。

　　1.2 系統工藝流程

　　在將待裝配的合件放入隨行工裝后，經過三次距離檢測，三次收口，涂膠、上料、壓平，最后完成成品下料。在這過程中，涂膠主要完成向合件內壁涂抹上一層黏合劑，對即將裝入其內的部件起固定作用；上料過程分為兩步，首先是由步進電機驅動定位平臺自動給料，然后由機械手從料盤中抓取部件，通過搬運，放入合件內孔中；接著通過壓平使部件和合件內內壁涂抹上一層黏合劑，對即將裝入其內的部件起固定作用；上料過程分為兩步，首先是由步進電機驅動定位平臺自動給料，然后由機械手從料盤中抓取部件，通過搬運，放入合件內孔中；接著通過壓平使部件和合件內壁充分接觸；最后經檢驗合格放入成品容器中。

2 PLC控制系統硬件構成及特點

　　2.1 PLC的I／O點設計

　　在控制系統電路中，輸入PLC的控制信號有72點，其中包括指令信號和狀態信號；PLC輸出控制的點數為64點，這些為動作執行元件、急停報警、功能轉換等。

　　2.2 系統硬件選型

　　根據多工位自動裝配機的裝配工藝要求，其電氣控制系統由一臺上位機和一套西門子S7—300 PLC和一臺編程器組成。上位機為Evoc工控機，適合在企業惡劣的環境中應用。PLC編程軟件為STEP7 V5.3，人機界面軟件為WinCC V4。.

　　PLC采用CPU314中央處理單元，由兩塊接口模板IM365實現機架和擴展機架之間的數據傳送，I／O模塊分別為4塊SM322數字量輸入模塊、1塊SM331模擬量輸入模塊、3塊SM321數字量輸出模塊和2塊FM353步進電機定位模塊；另配有一塊PS307電源模塊。

　　2.3 PLC的特點

　　可編程控制器(PLC)的設計是以方便工業應用為目標，并盡可能采用先進技術。西門子S7—300PLC具有以下幾個顯著特點：

　　(1)指令處理極其快速，功能強大的CPU只需0.3ms就可處理1024個二進制語句；

　　(2)計算性能極強，完善的指令集，MP1接口和通過SIMATIC NET聯網的網絡能力，功能更強；

　　(3)高性能模板和六種CPU適用任一應用場合；模塊可擴至3個擴展機架；集成了MMI(人機界面)接口電路；用戶友好的WINDOWS STEP7編程；

　　(4)全部模塊化，運行可靠，性能價格比高。

3 步進電機的PLC控制方法

　　在上料工位中，采用步進電機驅動直線定位平臺的開環伺服機構給料。PLC控制的伺服給料機構由可編程控制器、步進電機驅動器、步進電機和直線定位平臺組成。

　　在該伺服機構中，步進電機通過聯軸器與絲杠相連，定位平臺和絲杠通過滾珠絲杠副的形式相連。定位平臺的行程采用數字控制來實現。從伺服機構的結構上可以看出，定位平臺的行程與步進電機的總轉角成正比，所以通過控制步進電機的總轉角就能實現對定位平臺行程的控制。通過步進電機的工作原理和特性可得：步進電機的總轉角正比于所輸入的控制脈沖個數；因此就可以確定PLC輸出的脈沖個數

N = △L／δ

　　式中：△L為定位平臺的位移量(mm)；6為定位平臺的脈沖當量(mm／脈沖)；N為PLC輸出的脈沖個數。

　　定位的進給速度取決于步進電機的轉速，而步進電機的轉速取決于輸入的脈沖頻率；所以可根據該工位要求的進給速度，來確定其PLC輸出的脈沖頻率

f=Vf／60δ

　　式中：f為PLC輸出的脈沖頻率(Hz)；Vf為定位平臺的進給速度(mm／min)；6為定位平臺的脈沖當量(mm／脈沖)。

　　定位平臺的送料過程由進給和返回兩步組成；進給和返回過程控制通過對步進電機的轉向的控制來實現。在PLC中，該過程可通過編程改變輸出脈沖的順序，控制步進電機繞組的通電順序來實現。

4 控制系統軟件設計

　　控制系統軟件包括下位機PLC控制軟件和上位機人機界面軟件。組態軟件為STEP7 V5。0，完成系統組態和編程；人機界面軟件用于系統現場監控。

　　4.1 PLC編程軟件

　　本系統PLC程序使用STEP7 V5。0編寫，實現對整個裝配過程的控制和過程數據的初步處理。在STEP7 V5。0中，編程語言有：梯形圖(LAD)、語句表(STL)和功能塊(FBD) 。

　　在STEP7V5.0環境下，首先建立新項目，插入PLC站，插入各模塊的順序完成硬件組態，然后開始編制PLC程序。編寫的程序分為手動程序和自動程序。手動程序主要在安裝調試和設備檢修過程中使用，各工位動作需要由手動控制實現。自動程序通過控制主程序循環調用各裝配工位的子程序來實現整個裝配系統的連續動作，子程序主要由檢測子程序G1、收口子程序G2，G3，G4、檢測子程序G5、涂膠子程序G6、上料子程序G7、壓平子程序G8、檢測子程序G9、下料子程序G10組成。

　　4.2 上位機人機界面軟件

　　本系統開發主要包括操作控制界面、狀態顯示界面、參數設置界面和統計分析界面等，軟件面板主界面如圖7所示。狀態顯示界面用于顯示設備的運行情況，在系統出現故障時能夠同時給出故障報警和出錯顯示，為及時排除故障提供幫助。統計分析界面用來記錄并分析設備的生產狀況，包括目前的生產總量、生產效率和合格品率等，為生產管理提供依據。在參數設置界面中，可以根據要求選擇裝配合件的型號。在面板右下方的幫助信息里，為用戶提供了硬件維護，參數說明及常見故障處理方法，極大地方便了用戶。操作控制分為手動模式、單步模式和循環模式；手動模式用于調試時使用；循環模式用于正常工作時使用。在面板上方還設置有軟件開關、復位和急停功能按鈕。

5 結束語

　　傳統合件的裝配生產采用手工流水作業的方式，阻礙生產企業生產效率和產品質量的提高。為了解決這個問題，將德國西門子公司S7 300系列PLC應用到合件的裝配生產控制中。該裝配機具有系統穩定、工作可靠等優點。通過現場初步調試達到了設計要求。