基于三菱PLC的實訓系統設計與開發

王亞進，沙 健，李志梅

（沙洲職業工學院，江蘇張家港 215600）

0 引言

可編程控制器（PLC）以其特有的優勢，已經廣泛應用于工業生產過程自動控制的各個領域，它與CAD/CAM、機器人技術一起被譽為當代工業自動化的三大支柱。很多高校對這方面的人才培養也一直很重視，普遍開設了PLC相關課程，實驗或實訓室也加大了投入力度，添置了各種實訓裝置與實驗設備，一定程度上培養了學生動手實踐的能力，滿足了基礎教學對PLC實踐的基本需求。但很多實訓系統，因其開放程度不高，靈活組建自己的控制模塊受限制，市場上有靈活組建自己模塊的實訓系統，但往往售價又偏高。基于此，設計研發了一種開放程度高、模塊化程度強的實訓裝置，既滿足了實際需求，又鍛煉了學員實踐與實際解決工程問題的能力。

1 機械結構部分設計

SolidWorks是一款全參數化三維CAD建模軟件，功能強大、易學易用，因此借助其進行實訓系統機械結構部分的設計與制作。

1.1 供料操作平臺設計

供料操作平臺分為兩部分：料倉推出平臺、機械手操作平臺。

機械手是指能夠按照固定程序實現自動抓取、搬運物料等自動操作的裝置。本實訓系統中，設計的機械手主要完成夾爪的松開/夾緊、上升/下降、前進/后退、右旋/左旋等功能。前進/后退以及上升/下降分別采用帶導桿的兩氣缸來實現，兩氣缸通過中間轉接板連接。連接后水平的導桿氣缸又通過轉接板與回轉缸相連接以實現整體的回轉運動。垂直導桿氣缸與夾爪缸連接以實現物料的松開/夾緊。物料從料倉中的推出，采用筆型氣缸來實現。筆型氣缸前部連接推板推出料倉工件，以推板縮回時不擋上方物料的下降，推出時承載上方的物料且不出料倉為宜。其余采用截面積為20 mm×20 mm的鋁型材及厚度為10 mm的鋁板材搭建框架，實物圖如圖1所示。

1.2 物料分揀單元設計

皮帶分揀單元主要完成大中小物料、或是不同材質物料、或是不同顏色物料的分揀，具體由編程決定。總體結構分兩節傳輸帶，上位傳輸帶電機選用步進電機驅動，下位傳輸帶電機選用三相普通電機驅動。入料口選用圓柱型漫射式光電開關感測物料有無，選用光纖式光電開關檢測物料黑白顏色。皮帶兩側板安裝不同高度的漫射式光電接近開關用于檢測物料大小。例如：可以編程實現中等物料由上位傳輸帶右側滑出，大或小的物料由推料氣缸推出，入滑槽孔，從而落到下節傳輸帶，電機正轉或反轉從而實現大小分揀。總體實物圖如圖2所示。

圖1 供料操作平臺實物圖

圖2 物料分撿單元實物圖

2 PLC控制系統設計

2.1 配電模塊設計

外部供電電源為三相五線制AC 380V/220V，圖3為供電電源模塊一次回路原理圖。其中，總電源開關選用DZ47LE-32/C16型三相四線漏電開關。系統各主要負載通過自動開關單獨供電。其中，變頻器電源通過DZ47C10/3P三相自動開關供電，工作站PLC采用DZ47C5/1P單相自動開關供電。此外，系統配置1臺DC24V6A開關穩壓電源用作供料操作及分揀單元的直流電源，實物圖見圖4。

圖3 配電一次回路原理圖

圖4 配電模塊實物圖

2.2 PLC控制系統設計

（1）PLC的I/O分配

考慮到高速脈沖輸出，選用三菱MT的系列PLC：FX2N-64MT。輸入點用到28點，主要用于裝置側傳感器檢測信號的采集；輸出用到16點，主要用于氣動回路電磁閥驅動信號。具體PLC的I/O信號分配表如表1所示。

（2）步進電機驅動接線

考慮到校內已有的實訓設備中使用的常用電機，涉及到步進電機安裝、接線及編程調試并不多，故本實訓系統選用Kinco三相步進電機3S57Q-04056以及配套的驅動器Kinco 3M458。步進電機驅動側接線詳見圖5。

八位DIP功能開關用來設定驅動器的工作方式和工作參數，根據需要，本系統中設定：細分精度設置為10 000步/轉，電動機驅動電流5.2 A，靜態鎖定方式為靜態半流，詳見表2。

表1 PLC的I/O信號分配表

圖5 Kinco 3M458的接線圖

（3）人機界面輸入的模擬量轉速控制

為了讓學員熟悉觸摸屏并學會其使用，本實訓系統系統選用昆侖通態研發的人機界面TPC7062KX，MCGS嵌入式組態軟件組態。所做的組態畫面效果如圖6所示，涉及到的各元件所對應的PLC通道地址如表3所示。

為了實現變頻器輸出頻率連續調整的目的，在PLC側，連接了數模轉換模塊FX0N-3A，系統的啟停采用觸摸屏或按鈕指示燈模塊上按鈕實現，其控制程序部分如圖7所示。

表2 DIP功能設定表

圖6 物料分揀界面組態設計

表3 觸摸屏組態畫面各元件對應通道地址

3 氣動回路設計

機械手操作平臺側的出料氣缸以及分撿單元上位傳輸帶處推料氣缸均采用SMC的CJ2系列的?16標準型氣缸，行程150、250，內置磁環。機械手水平及垂直方向的位移采用HITOP的帶導桿的氣缸GD16X100，GD16X300來實現。松開及夾緊采用CHELIC的HDZ20夾爪缸來實現，旋轉功能采用RTB10-A2回轉缸來實現。選用AIRTAC的雙作用電磁閥，配備相應的匯流板、消聲器、轉接頭以及調速閥。搭建的氣動回路如圖8所示，總體實物圖如圖9所示。

圖7 模擬量控制部分程序

圖8 氣動回路原理圖

4 結束語

根據實際需要，在老師的指導下，師生自己動手設計研發實訓系統，對增加學生感性認識，應用和發展現有理論，對培養學生具有良好的工程意識，較強的實踐能力、敏銳的創新能力，較高的綜合素質都具有舉足輕重的作用。