基于SMARTPLC的自動化生產線控制系統設計

劉愛云

摘要：利用兩臺西門子S7-200 SMART PLC作為控制器，進行具備自動化生產線功能裝置的控制系統設計。論文給出了自動化生產線控制系統的I/O分配，梯形圖程序，采用昆侖通泰MCGS嵌入版7.7作為上位機組態實現運行狀態的實時監控。通過測試，該系統能夠實現自動化生產線系統的穩定運行。

Abstract： Two Siemens S7-200 SMART PLC are used as controllers to design a control system with automated production line functions. The paper gives the I/O distribution and the ladder program of the automatic production line control system， and uses the Kunlun Tongtai MCGS embedded version 7.7 as the upper computer configuration to realize the real-time monitoring of the running status. Through testing， the system enables stable operation of automated production line systems.

關鍵詞：S7-200 SMART PLC;自動化生產線;控制系統

Key words： S7-200 SMART PLC;automated production line;control system

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）20-0227-04

0 ?引言

自動化生產線是現代工業的生命線，機械制造、電子信息、石油化工、輕工紡織、食品、制藥及軍工生產等現代化的發展都離不開生產線的主導和支撐[1]。下文針對一種自行研制的可實現自動化生產線功能的裝置，進行了自動化生產線控制系統的程序設計。

1 ?設備功能介紹

圖1為裝置的實物照片，設備上的機械單元及安裝位置為：1上料單元、2加工單元、3分揀單元、4輸送單元。

1.1 上料單元的基本功能：該單元主要是實現上料功能。將提前放置在料倉中的工件，通過推料氣缸自動地推出到物料臺上，等待三軸搬運單元的機械手將其抓取，輸送到加工單元的物料臺上。

1.2 加工單元的基本功能：該單元主要是實現模擬加工功能，把該單元物料臺上的工件（工件由三軸搬運單元的機械手裝置送來）夾緊后，通過伸縮氣缸的縮回，將工件送到沖壓機構下面，完成一次沖壓的模擬加工動作，然后伸縮氣缸伸出，將工件再次送回，等待三軸搬運單元的機械手裝置再次抓取。

1.3 分揀單元的基本功能：該單元完成對于將上一單元送來的已加工的工件進行分揀的功能，讓不同材質和顏色的工件分流到不同的料槽里[2]。

1.4 三軸搬運單元的基本功能：該單元主要是實現傳送工件的功能。通過驅動能夠三軸運動的傳動機構，實現機械手裝置在指定單元物料臺上的精確定位，并在定位點處實現物料的抓取和放置。

2 ?控制系統要求

本文的自動化生產線裝置的具體控制要求如下：生產線可聯機自動運行，也可單站手動運行。生產線上電后，系統自行檢測初始狀態是否滿足運行條件，如不滿足則手動復位。當系統準備就緒（三軸搬運單元位于原點位置），在觸摸屏上選擇自動運行模式，當上料站檢測到料倉有貨，推料氣缸伸出，將料塊推出到出貨臺，推出到位傳感器觸發后，退料氣缸縮回，同時加工站物料臺伸出氣缸伸出;出貨臺下側光電傳感器檢測到有貨后，三軸搬運裝置由原點位置運行（X軸、Y軸）到料塊上方，Z軸下降，到位后進行夾緊，夾緊到位傳感器觸發后，Z軸上升，上升到安全高度;三軸搬運裝置運行到加工站位置，Z軸下降，到位后夾具松開，將工件放置在該單元的物料臺上，待工件被夾緊后，物料臺伸出氣缸縮回，縮回到位后，加工氣缸伸出加工，加工完成后，物料臺伸出氣缸再次伸出，伸出到位夾具松開;三軸搬運裝置Z軸下降，抓取已經加工好的工件，上升到安全高度;三軸搬運裝置X軸、Y軸運行到分揀站位置，Z軸下降，到位后夾具松開，將工件放置在分揀站入貨臺;分揀站檢測到工件時，傳送帶開始工作，根據工件的顏色、材料進行分揀，同時三軸搬運裝置回到原點，等待下一次運行。

裝置控制單元由兩臺SMART PLC和觸摸屏構成，觸摸屏選擇昆侖通態的TPC7062KS型號，SMART PLC中的S7-200 SMART ST40 PLC用于控制三軸搬運裝置的運行， S7-200 SMART SR60PLC用于控制上料站、加工站以及分揀站的運行，三者之間采用以太網通訊，系統架構如圖2所示。

3 ?PLC系統程序設計

3.1 I/O地址分配

I/O信號及地址分配如表1和表2所示。

3.2 系統的程序設計

系統構成的兩臺PLC之間需要進行通訊，我們以S7-200 SMART ST40 PLC作為主站PLC，S7-200 SMART SR60 PLC作為從站PLC，整個系統的控制可分為自動和手動運行兩個過程。圖3為兩臺PLC上的子程序截圖。在主站S7-200 SMART ST40 PLC上的程序由主程序和14個子程序組成，包含自動運行子程序（SBR12）、三個軸的運行控制程序（SBR0、SBR10、SBR11）、通信子程序（SBR13）、三個軸的軸控制子程序（SBR1-9），從站的S7-200 SMART SR60 PLC上的程序由主程序和4個子程序組成，包含三個站的單獨手動運行子程序（SBR0-SBR2）和 自動運行子程序（SBR3）。所有的子程序中，除了通信子程序（SBR13）可以利用STEP 7-MicroWIN SMART編程軟件的工具欄的GET/PUT向導組態生成，三個軸的軸控制子程序（SBR1-9）可以利用運動控制向導組態生成外，其余的主程序和子程序均需要根據流程的運行情況自主編寫。

自動運行情況下的PLC程序如圖4和圖5所示。其中圖4-a為主站S7-200 SMART ST40 PLC上的主程序，圖4-b為通過PLC運動控制向導設置完成的PLC運動控制X軸子程序，Y軸與Z軸同X軸類似。圖5為從站S7-200 SMART SR60 PLC上的主程序。

3.3 人機界面設計

本系統選擇用昆侖通泰MCGS嵌入版7.7組態軟件設計HMI，實現上位機的監控功能。該系統設計的人機界面主要包含以下畫面：開機歡迎的界面、系統操作的界面、狀態顯示的界面，各界面畫面如圖6所示。

4 ?總結

經過測試，自制裝置中所有的I/O信號均能良好的傳遞，正常的通信，并且具有上位機的監控功能，可以順利實現自動化生產線的控制功能。

參考文獻：

[1]吳繁紅.西門子S7-1200 PLC應用技術項目教程[M].北京：電子工業出版社，2017.

[2]呂景泉.自動生產線安裝與調試[M].北京：中國鐵道出版社，2008.

[3]黨媚.基于MCGS觸摸屏與S7-200的以太網小型自動化系統[J]自動化技術與應用，2018，38（3）：92-94.

[4]李子昀.基于PLC的自動生產線實驗平臺的研究[D].南京：東南大學，2010.

[5]中英昌.自動生產線技術[M].上海：上海交通大學出版社，1992.

[6]侯力，樊慶文，黃成祥，向國齊.機電一體化系統設計[M].北京：高等教育出版社，2006.