空气过滤器检测台气动夹具的自动控制设计

空气过滤器检测台气动夹具的自动控制设计

【摘要】本文主要讲述空气过滤器检测台气动夹具的自动化控制设计，通过采用PLC软件编程，实现了对空气过滤器检测台气动夹具的逻辑控制、计时转换等功能，提高系统的操作性、可靠性和自动化水平，保证操作人员安全。

【关键词】PLC；空气过滤器；气动夹具；自动化控制

0 引言

空气过滤器检测台是相关生产企业和科研机构最常用的试验台架，在传统的空气过滤器检测台上，被测过滤器的安装过程需人工干涉，自动化程度低，最常见的核级高效空气过滤器重量达25kg，操作人员的劳动强度大；检测夹具形式单一，测试不同规格形式的过滤器需要频繁更换夹具；空气过滤器定位困难，检测过程长，工作效率低；夹具的安全措施不足。为解决空气过滤器检测过程中的种种问题，设计出多功能气动空气过滤器夹具，通过气缸的逻辑运动控制，实现对多种形式、规格空气过滤器的气动夹紧操作。

多功能气动空气过滤器夹具的自动化控制主要通过可编程控制器作为核心控制器，通过气缸两端的原位或到位磁性开关检测信号来控制气缸动作，实现空气过滤器的准确定位、自动加紧等功能，缩短检测过程时间，减少操作人员的劳动强度，提高系统的自动化水平；通过光电开关检测，保护操作人员的人身安全，防止夹手事故，增强系统的操作性和可靠性，提高操作人员的安全保障。

1 气动夹具的工作过程

空气过滤器检测台气动夹具主要由圆形检测装置、静压箱、大小头箱和滚道台等几部分组成，圆形检测装置主要为检测圆形空气过滤器，静压箱为缓冲气流，并配合多功能空气过滤器夹具使用，大小头箱用来夹紧被检测的空气过滤器，滚道台为方便被测空气过滤器的安装。

检测方形空气过滤器时，将方形空气过滤器放在滚道台上，移动至空气过滤器检测口，通过定位气缸Q3动作，使方形空气过滤器准确定位，延时3秒后，夹紧气缸Q5动作，带动大小头箱气动夹紧被检测的空气过滤器，然后进行空气过滤器检测，检测结束后，夹紧气缸Q5动作，带动大小头箱气动复位，延时3秒后，顶出气缸Q4动作，将方形空气过滤器顶出，检测结束。

检测圆形空气过滤器时，将圆形检测装置放置在滚道台上，把圆形空气过滤器装入圆形检测装置，通过滚道台移动至空气过滤器检测口，通过定位气缸Q1动作，使圆形空气过滤器准确定位，延时3秒后，夹紧气缸Q5动作，带动大小头箱气动夹紧被检测的空气过滤器，然后进行空气过滤器检测，检测结束后，夹紧气缸Q5动作，带动大小头箱气动复位，延时3秒后，顶出气缸Q2动作，将圆形空气过滤器顶出，检测结束。

同时，为保护操作人员的人身安全，在空气过滤器检测口一定距离内设置光电开关，当操作人员在安装和取出空气过滤器时，通过光电开关检测，切断控制电路，防止气缸夹手事故，提高操作人员的安全保障。

2 气动夹具的自动化控制设计

2.1 气动夹具自动化控制分析

从上述气动夹具的工作过程可以看出，气动夹具的自动化控制主要是通过气缸的运动来实现对空气过滤器的各种操作，因此本控制系统的难点就是如何利用气缸的运动实现系统的逻辑控制操作，并保证系统的安全性。

气动夹具的自动化控制主要是通过气缸的运动来实现对空气过滤器的各种操作，每个气缸的运动状态都是可以控制的，都应有相应的信号输出，经过网上调研和与气动厂家的沟通，选用带有磁性环的气缸和磁性开关配合使用，通过气缸活塞带动磁性环运动，实现气缸的原位和到位信号，5个气缸Q1-Q5需10个磁性开关K1-K10。

气动夹具自动化控制系统的安全性主要考虑设备安装的安全性和操作人员的安全性，设备安装的安全性主要考虑方形和圆形过滤器是否准确对位，系统是否可以顺利进行下一步操作，因此需在方形和圆形过滤器准确对位后有相应的信号输出，考虑系统安全性和安装空间要求，设置3个光电开关，分别为K11-K13；操作人员安全性主要考虑在操作人员进行空气过滤器检测时，防止由于气缸动作引起的操作人员人身伤亡，因此需在操作人员完成相应操作后，发出安全信号，进行相应操作，考虑安装空间和系统安全性，在空气过滤器检测台气动夹具的操作面设置2个光电开关，分别为K14、K15；另外考虑在系统故障和误操作时，减少系统损坏，停止系统动作，在空气过滤器检测台操作面板上合适位置设置急停按钮，当操作过程中出现故障时，按下按钮，保护系统和人身安全。

2.2 气动夹具的工艺流程图

2.3 系统的硬件配置

本系统采用德国SIMENS公司的S7-200可编程控制器为控制核心，实现空气过滤器检测台气动夹具的自动操作。系统共有22个开关量输入点，16个开关量输出点，参照西门子S7-200产品目录和之前的工程经验，选用主机为CPU224，带一个RS-485接口，14个数字量输入点，10个数字量输出点，扩展一台数字量输入输出模块EM223，带8个数字量输入点和8个数字量输出点，满足系统控制要求。

2.4 系统的软件设计

软件设计是控制系统设计的重要组成部分，要综合参考气动夹具的工作过

程、工艺流程图、硬件配置情况及电器控制逻辑来实现。PLC的软件开发环境采用德国西门子专为S7-200系列PLC设计开发的编程软件——STEP7-Micro/WIN V4.0 SP5，运行环境为Windows 2000 SP3以上。

系统软件设计采用梯形图方式，根据电气控制逻辑，按继电器顺序控制方式进行编程设计。在编程过程中，根据气动夹具的工作过程和工艺流程图要求，利用PLC内的基本指令、逻辑运算、计时器、计数器等功能进行编程，实现空气过滤器检测台气动夹具的自动化控制设计。手动状态时，可手动调试检测台夹具中的每个气缸，并通过气缸的动作查看动作状态；自动状态时，PLC按预定的参数设置要求实现空气过滤器检测台气动夹具中的一系列自动化程序操作，使动作流程按工作过程逐步完成。

结合硬件设计，软件设计时还应充分考虑系统故障时的紧急停车和气缸防夹手事故功能，并对各种报警进行及时处理。任何情况下，当系统故障时，按下紧急停车按钮，所有设备将停止运行；系统检测情况下，当安装在气动夹具附近测光电开关检测要有人员操作时，迅速切断电路，夹紧气缸复位，保护操作人员安全。

3 结束语

空气过滤器检测台气动夹具自动化控制设计采用了可编程控制器PLC，检测系统的自动化程度明显提高，减少了大部分的人工操作，操作人员的劳动强度明显降低；采用了多功能气动夹具，可随时监测各种规格的空气过滤器，通过气缸和光电开关定位，使空气过滤器的定位更加准确方便，单台空气过滤器的检测时间短，由过去检测一台空气过滤器需7-8分钟缩短到5分钟，检测的效率明显提高；并且在系统中增加了防气缸夹手和紧急停车设计，保护操作人员的人身安全，使系统的可靠性和操作性明显提高。

空气过滤器检测台气动夹具自动化控制设计系统经安装调试后，系统运行稳定、操作方便，现场操作人员非常满意，缩短了空气过滤器的装夹时间，提高劳动生产率，降低了操作人员的劳动强度，具有较好的经济效益和社会效益。

【参考文献】

[1]廖常初.PLC编程及应用[M].机械工业出版社.

[2]ERDA 76-21 空气净化手册[M].时友人，译.北京：原子能出版社.