摘要：近几年随着集成电路领域的快速发展，光电领域，汽车电子以及光器件等半导体行业领域的封装环节的重要性日益凸显。在封装这个领域，料盒上下料一般采取人工作业方式，工作效率低，存在质量安全隐患等，采用自动装配上下料的方式可以解决此问题。本文针对自动装配设备的结构需求，设计了一种基于PLC控制系统的自动装配设备控制系统。先详细介绍了控制系统的总体架构、软件硬件设计、I/O地址等情况，接着对PLC控制程序的开发设计进行了阐述，实现了人机交互界面、传感器检测模块、伺服控制系统等设计，实现了从上料到成品收集的全流程自动化装配作业。最后证明，结合模块化设计的控制系统不仅实现了对光器件的高效率、高质量自动装配工作，还使得其装配的精度得到进一步提高，降低了人力劳动强度。这对促进自动装配设备的研究具有重要现实意义。 关键词：自动装配；PLC技术；自动控制系统；半导体封装；伺服系统
前言：面对全球半导体产业结构的调整和重新配置与封测厂商方面对降低集成电路的封装测试方面的需求俱增，只有全面实现自动装配设备的自动化、高效率、高精度及安全才是企业未来发展的趋势。以汽车电子的组件装配为例，国内针对组件的装配的方式主要以人
工操作机械设备进行组件装配。但人工装配的模式不仅效率低，还无法充分满足当前社会生产的需要，甚至在人工操作过程中还存在一定程度的安全隐患问题。而自动装配设备的应用，能够有效解决人工疲劳、产品质量缺陷等问题，还可以有效降低企业生产的成本[1]。基于此，本文对如何利用PLC控制实现自动装配设备的全自动化作业展开研究。
1、自动装备设备结构及功能分析
首先，自动装配设备主要由4个部分组成：输送模块、提取装配模块以及配件送料模块和控制系统模块等。在数个模块之间的协调作业下，实现了组件的自动送料、自动装配以及自动输送等作业。其中，从输送模块上来看，该模块设计选择MM430电动机，为零件的输送传送提供充足的动力。针对提取装配模块的设计，主要采用电磁阀控制气缸以及真空吸盘等实现半成品物件的装配作业。而基于PLC设计的控制系统，实现了对整个自动装配设备的协调控制作业。其次，在设计过程中为了能够有效满足市场的需求，针对自动装配设备的功能方面，还配备了自动操作和手动操作等两种功能。此外，本文设计的PLC控制系统还拥有远程监控、远程操作功能，可以实现对自动装配设备的作业过程进行监控与自动报警[2]。
2、自动装配设备PLC控制系统的设计研究
图1自动装配设备控制系统总体结构设计示意图
针对自动装配设备PLC控制系统的设计，本文采用上位机和下位机组织机构设计，具体见图1所示。此控制系统总体结构主要由人机界面、位置检测装置、气动控制装置以及机械装置等多个部分构成，结合相关通信协议，PLC控制系统可以实现对自动装配设备现场作业的控制和远程管理。其中，上位机的设计实现了对自动装配设备的工作状态进行监控与数据信息查询与管理。而针对下位机的设计，本文选择采用西门子S7系列PLC来作为整个设备的核心。控制系统通过对设备中数据进行采集后，利用西门子PC/PPI电缆，能够实现和
上位机之间机械能数据互换，并将上位机的调度质量，如搬运指令、装配指令或供料指令等信息进行分解，并直接实现对现场输出设备进行控制实现各项指令操作[3]。
具体工作原理：当PLC控制系统接收到位置检测装置中的各种类型传感器信号后，就会生产对应的控制指令并利用气动控制系统，实现对机械装置上的各个机构环节进行操作，实现系统供料、上料、装配与下料等功能，并且还能够实现连续性的自动循环装配作业。
3、PLC控制系统的软、硬件功能设计
3.1软件设计
3.1.1Labview软件平台
该软件平台作为常见的图形化编程平台，具备强大的数据采集能力和处理功能，能够和大部分主流测试设备、数据采集设备以及操作系统等进行无缝集成连接。因此，本文选择利用该软件实现对自动装配设备控制系统的操作软件编写，并实现了对工控机、触摸屏、传感器等设备的连接[4]。
3.1.2I/O地址分配设计
在充分考虑到自动装配设备PLC控制系统的通用性和可扩展性。本文根据自动装配设备的需求，选择利用16点输入和9点输出的I/O点数，且还保留了相应的点数，为后期扩展需求提供支撑。因此，选择利用S7系统的PLC芯片来满足控制系统的I/O点数方面的需要。具体控制系统I/O分配见表1所示。
表1PLC的I/O地址分配
地址 | 代号 | 输入信号及功能说明 | 地址 | 代号 | 输入信号及功能说明 |
X0 | SQ1 | 工件夹取气爪1 上磁性开关 | y8 | YA1 | 工件夹取气爪，电磁阀线圈 |
X1 | SQ2 | 工件夹取气爪1 下磁性开关 | y9 | YA2 | 提升气缸，电磁阀线圈 |
X2 | SQ5 | 提升气缸 上磁性开关 | y10 | YA3 | 水平三工位气缸，电磁阀1线圈 |
X3 | SQ6 | 提升气缸 下磁性开关 | y11 | YA5 | 内塞水平气缸，电磁阀线圈 |
X4 | SQ11 | 内塞竖直气缸 上磁性开关 | y12 | YA8 | 真空发送器1吸合，电磁阀线圈 |
X5 | S12 | 内塞竖直气缸 下磁性开关 | y13 | L-RED | 三灯-红 |
X6 | S1 | 检测托盘是否运动到位 （接近传感器） | y14 | L-YEL | 三灯-黄 |
X7 | S2 | 检测内塞是否运动到位 （光电传感器） | y15 | L-GRE | 三灯-绿 |
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3.2硬件设计
3.2.1可编程控制器设计
PLC控制系统作为自动装配设备上的核心部分，其性能直接决定了整个设备工作的稳定性、安全性与可靠性。当前，部分自动装配设备的主控制器，朱啊哟利用单片机或者PLC实现对伺服电机和气缸动作等控制，但PLC和单片机相比，前者不仅积极性、灵活性高，还具备良好的稳定性。因此，针对PLC控制系统设计时，通过对输入输出信号数量和类型的分析，本文选择利用西门子S7系统PLC为主机，具体参数见表2所示。
表2PLC技术参数分析
项目 | 规格 |
电源电压（VDC） | 24 |
抗干扰性（VP-P） | 1500以上 |
耐电压（VAC） | 1500 |
CPU存储容量（MB） | 256 |
绝缘电阻（MΩ） | 50 |
重量（g） | 320 |
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首先，该PLC控制系统的结构相对紧凑，在设计过程还需要对人机交互界面和触摸屏之间的互相通信进行充分考虑。故在设计过程中还加入以太网通信接口和RS232C，实现对信号的接收和发送处理。其次，PLC控制系统还需要对伺服电机进行控制，设计时还配备了脉冲串控制单元，实现对伺服电机的控制[5]。
3.2.2触摸屏设计
触摸屏的设计可以实现对自动装配设备PLC控制系统的控制。并且，在触摸屏上还配备了以太网通讯接口、指示灯显示。当触摸屏和PLC两者之间连接成功后，借助触摸屏能够实现对自动装配设备中的各个机构运行情况进行全面的监控。如发现某个执行机构出现故障错误时，在触摸屏显示界面上就会显示故障报警及其位置信息，以此为工作人员对设备的安全、精准调试等工作提供支持。
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