基于PLC的教學(xué)用自動(dòng)裝配生產(chǎn)線研發(fā)

楊　維

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 西安 710300)

基于PLC的教學(xué)用自動(dòng)裝配生產(chǎn)線研發(fā)

楊維

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 西安 710300)

摘要：目前，工件的裝配、檢測(cè)、自動(dòng)分類和自動(dòng)上下料等工作在很多企業(yè)中都是由自動(dòng)生產(chǎn)線來(lái)完成。開發(fā)相應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)便能顯示各工位狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率，避免人為因素造成的工件質(zhì)量不穩(wěn)定性。給出了教學(xué)用自動(dòng)裝配生產(chǎn)線控制及監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)中采用SIMATIC S7-300、S7-200系列PLC和組態(tài)王構(gòu)建了一個(gè)由PLC控制和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組建的典型工業(yè)控制系統(tǒng)，模擬一個(gè)與工廠生產(chǎn)過(guò)程接近的控制環(huán)境，增強(qiáng)了生產(chǎn)線的可靠性和實(shí)時(shí)性，具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和實(shí)用直觀等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：PLC；組態(tài)王；自動(dòng)裝配生產(chǎn)線

隨著生產(chǎn)過(guò)程的智能化和網(wǎng)絡(luò)化，國(guó)內(nèi)外對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線相關(guān)技術(shù)的研究十分重視。多方面采取措施加速我國(guó)傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化改造，大力發(fā)展我國(guó)生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)己成為當(dāng)務(wù)之急，其中，培養(yǎng)高水平工業(yè)復(fù)合型人才已成為一個(gè)促進(jìn)工業(yè)化發(fā)展的重要渠道；因此，對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線教學(xué)裝置的研究與開發(fā)具有十分重要的意義。此外，生產(chǎn)線平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)以及適應(yīng)生產(chǎn)工藝的多樣化是自動(dòng)生產(chǎn)線的重要特點(diǎn)，工控智能化和自動(dòng)化是滿足這些條件的必要保障，上位機(jī)監(jiān)控及通信系統(tǒng)是自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)，是生產(chǎn)線穩(wěn)定運(yùn)行的保障，為使培訓(xùn)學(xué)員學(xué)習(xí)環(huán)境更符合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，設(shè)計(jì)中采用可編程控制器對(duì)教學(xué)用自動(dòng)裝配生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)進(jìn)行更進(jìn)一步的研究與開發(fā)，使其功能更加綜合、全面[1-2]。

1自動(dòng)裝配生產(chǎn)線總體功能方案

本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線綜合體現(xiàn)了氣動(dòng)、傳感器和PLC等多方面技術(shù)的綜合應(yīng)用，設(shè)備可以達(dá)到與企業(yè)實(shí)際工作流程接近的程度。目前，國(guó)內(nèi)外教學(xué)用自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備大部分采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，由多個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的生產(chǎn)功能，各模塊經(jīng)過(guò)各種組合還可實(shí)現(xiàn)不同的生產(chǎn)功能，不僅能單站運(yùn)行，還能多模塊或全線聯(lián)機(jī)運(yùn)行。根據(jù)所開發(fā)的自動(dòng)裝配生產(chǎn)線機(jī)械結(jié)構(gòu)及布局將系統(tǒng)劃分為5個(gè)模塊：上料模塊、加工模塊、安裝模塊、輸送模塊和立體倉(cāng)庫(kù)模塊，模擬實(shí)現(xiàn)工件的鉆孔加工、裝配與入庫(kù)過(guò)程。其中，各模塊能單獨(dú)工作，也可以與其他模塊配合，模擬實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上部分或全部工作過(guò)程[3]。

該生產(chǎn)線各模塊分別實(shí)現(xiàn)如下功能：上料模塊作為整個(gè)自動(dòng)裝配生產(chǎn)線的起始站，向生產(chǎn)線提供所需的原材料，按生產(chǎn)需要將料倉(cāng)中待裝配的工件自動(dòng)取出，并檢測(cè)工件顏色，等待下一模塊搬運(yùn)；加工模塊中，物流傳送過(guò)程的模擬是采用四工位工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，該模塊可分為4步，即上料、鉆孔、檢測(cè)和卸料，具備待加工工件的模擬鉆孔和對(duì)工件鉆孔質(zhì)量的檢測(cè)等功能，從而達(dá)到模擬實(shí)際工件鉆孔加工過(guò)程的效果；安裝模塊用于提供裝配用的2號(hào)小零件，并將該工件裝配到大工件的孔中，它能自動(dòng)地取出料倉(cāng)中放置的2號(hào)小零件(黑色、白色)，并將其裝配到安裝模塊物料平臺(tái)上1號(hào)大工件空腔中，實(shí)現(xiàn)大、小零件的裝配；輸送模塊功能是伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)操作手到指定模塊的物料臺(tái)，在該物料臺(tái)上抓取所需工件，將其輸送到指定模塊的物料臺(tái)；立體倉(cāng)庫(kù)模塊是4×4的倉(cāng)庫(kù)，用于存儲(chǔ)加工完畢的工件，在生產(chǎn)線上，該模塊按照檢測(cè)到的工件信息自動(dòng)將裝配好的工件運(yùn)送至相應(yīng)倉(cāng)位，它是自動(dòng)生產(chǎn)線的最后單元。設(shè)計(jì)中將每個(gè)工作模塊的控制由一個(gè)獨(dú)立的可編程控制器實(shí)現(xiàn)，將上料模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的主站，其余4個(gè)模塊均設(shè)置為從站，自動(dòng)裝配生產(chǎn)線總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1　自動(dòng)裝配生產(chǎn)線總體架構(gòu)圖

2自動(dòng)裝配生產(chǎn)線軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示，根據(jù)該流程圖細(xì)化每個(gè)工作模塊順序控制流程圖，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行各模塊工作程序的設(shè)計(jì)。

圖2　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖

圖2中，數(shù)據(jù)位D0存儲(chǔ)1號(hào)大工件的顏色信息，數(shù)據(jù)位D1存儲(chǔ)2號(hào)小工件的顏色信息。當(dāng)工件顏色為白色時(shí)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置1，否則清0。編程時(shí)，首先，對(duì)設(shè)備各模塊進(jìn)行初始化，若有加工需求，上位機(jī)對(duì)上料模塊發(fā)出命令，上料模塊工作，并檢測(cè)1號(hào)大工件的顏色信息存入D0；然后，輸送模塊將其送入加工模塊進(jìn)行鉆孔及孔的深度檢測(cè)；當(dāng)孔加工并檢測(cè)完畢，輸送模塊再將1號(hào)大工件送入安裝模塊，進(jìn)行安裝2號(hào)小工件的工作；最后，將裝配好的工件送入立體倉(cāng)庫(kù)模塊分類存儲(chǔ)。

3程序設(shè)計(jì)

PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)只需在S7-300主站的硬件組態(tài)中配置專用緩沖區(qū)即可(輸入輸出字節(jié)數(shù))，在主從站間無(wú)需編寫專門的通信程序。例如組態(tài)時(shí)輸送模塊(地址為6)選擇“8 Bytes Out/8 Bytes In”，在S7-300側(cè)建立的I/O緩沖區(qū)為PIB11～PIB18和PQB11～ PQB18，將4個(gè)EM277撥位開關(guān)撥到硬件組態(tài)時(shí)相同，則200側(cè)的通信區(qū)VB40～VB47為接收區(qū)，VB48～VB55為發(fā)送區(qū)[4]。

3.1數(shù)據(jù)通信編程

從站的站點(diǎn)地址設(shè)置明確且不重復(fù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)主從站之間的通信控制。S7-300側(cè)的編程用2條數(shù)據(jù)傳送指令即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

CPU315-2DP主站與從站輸送模塊的通信網(wǎng)絡(luò)將由S7-200側(cè)傳到S7-300接收緩沖區(qū)PIB，將PIB對(duì)應(yīng)的工件信息讀出至MB；將S7-300中MB的數(shù)據(jù)通過(guò)輸出緩沖區(qū)PQB發(fā)送到S7-200。其余各從站的信息與主站傳送過(guò)程類似，不再贅述[5]。

3.2上料模塊控制程序

按上料模塊功能設(shè)計(jì)順序功能流程圖(見(jiàn)圖3)。

采用左移指令將圖3所示的順序功能流程圖轉(zhuǎn)換為圖4所示的梯形圖。圖4a體現(xiàn)的是各步間的轉(zhuǎn)接關(guān)系，圖4b體現(xiàn)的是每一步對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。

圖3　上料檢測(cè)站順序功能流程圖

圖4　上料檢測(cè)站控制梯形圖

系統(tǒng)上電，程序?qū)⑹筂0.0置1，使Q1.7閃爍。SM0.5特殊功能繼電器中閃爍脈沖。M0.7這步?jīng)]有對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，但這是模塊實(shí)現(xiàn)工作循環(huán)的重要一步，其他各步分析方法類似。

4上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

PLC寄托于生產(chǎn)線機(jī)械本體發(fā)揮其智能作用，現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站主要負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制，收集PLC采集的設(shè)備運(yùn)行信息上報(bào)給監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)讀取PLC的狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的在線監(jiān)控。本設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)配置1臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)線實(shí)時(shí)監(jiān)控。生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)選用北京亞控公司的組態(tài)王KingView6.54軟件。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)和命令發(fā)送給集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各生產(chǎn)線模塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、單/聯(lián)機(jī)操作和手動(dòng)/自動(dòng)切換等功能[6]。系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控畫面如圖5所示。

圖5　系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控畫面

5結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)在教學(xué)用自動(dòng)裝配生產(chǎn)線上將PLC技術(shù)與組態(tài)王軟件相結(jié)合，控制生產(chǎn)線各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，組成了效率高、實(shí)時(shí)性高、穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)控制系統(tǒng)。綜合應(yīng)用多學(xué)科工業(yè)技術(shù)提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，滿足了各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求，對(duì)于高校機(jī)電一體化教學(xué)具有較大的促進(jìn)意義。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)任編輯鄭練

Research and Development of Automatic Assembly Line for Teaching based on PLC

YANG Wei

(Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300, China)

Abstract:At present, the workpiece assembly, testing, automatic classification, automatic loading and unloading work are completed by the automatic production line in many enterprises. Development of monitoring system can display the corresponding position state, improve production efficiency and avoid the workpiece quality instability caused by human factors. The paper presented the design and implementation method of teaching used in automatic assembly line control and monitoring system. The design used the SIMATIC S7-300, S7-200 PLC and KingView to construct a PLC and computer control system of typical industrial control system, to stimulate a control environment closed to the factory production process, so as to enhance the reliability, real-time production line, it has the advantages of convenient operation, simple structure, practicality etc.

Key words:PLC, Kingview, automatic assembly line

收稿日期：2014-06-30

作者簡(jiǎn)介：楊維(1983-)，女，講師，碩士，主要從事機(jī)電一體化等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TP 29

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A