基于PLC的教學用自動裝配生產(chǎn)線研發(fā)

楊　維

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院, 陜西 西安 710300)

基于PLC的教學用自動裝配生產(chǎn)線研發(fā)

楊維

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術學院, 陜西 西安 710300)

摘要：目前，工件的裝配、檢測、自動分類和自動上下料等工作在很多企業(yè)中都是由自動生產(chǎn)線來完成。開發(fā)相應的監(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量不穩(wěn)定性。給出了教學用自動裝配生產(chǎn)線控制及監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)方法，設計中采用SIMATIC S7-300、S7-200系列PLC和組態(tài)王構建了一個由PLC控制和上位機監(jiān)控系統(tǒng)組建的典型工業(yè)控制系統(tǒng)，模擬一個與工廠生產(chǎn)過程接近的控制環(huán)境，增強了生產(chǎn)線的可靠性和實時性，具有操作方便、結構簡單和實用直觀等特點。

關鍵詞：PLC；組態(tài)王；自動裝配生產(chǎn)線

隨著生產(chǎn)過程的智能化和網(wǎng)絡化，國內(nèi)外對自動生產(chǎn)線相關技術的研究十分重視。多方面采取措施加速我國傳統(tǒng)工業(yè)設備的自動化改造，大力發(fā)展我國生產(chǎn)自動化技術己成為當務之急，其中，培養(yǎng)高水平工業(yè)復合型人才已成為一個促進工業(yè)化發(fā)展的重要渠道；因此，對自動生產(chǎn)線教學裝置的研究與開發(fā)具有十分重要的意義。此外，生產(chǎn)線平穩(wěn)運轉以及適應生產(chǎn)工藝的多樣化是自動生產(chǎn)線的重要特點，工控智能化和自動化是滿足這些條件的必要保障，上位機監(jiān)控及通信系統(tǒng)是自動裝配生產(chǎn)線的關鍵技術，是生產(chǎn)線穩(wěn)定運行的保障，為使培訓學員學習環(huán)境更符合實際工業(yè)生產(chǎn)過程，設計中采用可編程控制器對教學用自動裝配生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)和通信系統(tǒng)進行更進一步的研究與開發(fā)，使其功能更加綜合、全面[1-2]。

1自動裝配生產(chǎn)線總體功能方案

本文所設計的自動裝配生產(chǎn)線綜合體現(xiàn)了氣動、傳感器和PLC等多方面技術的綜合應用，設備可以達到與企業(yè)實際工作流程接近的程度。目前，國內(nèi)外教學用自動生產(chǎn)線設備大部分采用模塊化的設計思路，由多個模塊實現(xiàn)相應的生產(chǎn)功能，各模塊經(jīng)過各種組合還可實現(xiàn)不同的生產(chǎn)功能，不僅能單站運行，還能多模塊或全線聯(lián)機運行。根據(jù)所開發(fā)的自動裝配生產(chǎn)線機械結構及布局將系統(tǒng)劃分為5個模塊：上料模塊、加工模塊、安裝模塊、輸送模塊和立體倉庫模塊，模擬實現(xiàn)工件的鉆孔加工、裝配與入庫過程。其中，各模塊能單獨工作，也可以與其他模塊配合，模擬實現(xiàn)生產(chǎn)線上部分或全部工作過程[3]。

該生產(chǎn)線各模塊分別實現(xiàn)如下功能：上料模塊作為整個自動裝配生產(chǎn)線的起始站，向生產(chǎn)線提供所需的原材料，按生產(chǎn)需要將料倉中待裝配的工件自動取出，并檢測工件顏色，等待下一模塊搬運；加工模塊中，物流傳送過程的模擬是采用四工位工作臺實現(xiàn)的，該模塊可分為4步，即上料、鉆孔、檢測和卸料，具備待加工工件的模擬鉆孔和對工件鉆孔質量的檢測等功能，從而達到模擬實際工件鉆孔加工過程的效果；安裝模塊用于提供裝配用的2號小零件，并將該工件裝配到大工件的孔中，它能自動地取出料倉中放置的2號小零件(黑色、白色)，并將其裝配到安裝模塊物料平臺上1號大工件空腔中，實現(xiàn)大、小零件的裝配；輸送模塊功能是伺服電動機驅動操作手到指定模塊的物料臺，在該物料臺上抓取所需工件，將其輸送到指定模塊的物料臺；立體倉庫模塊是4×4的倉庫，用于存儲加工完畢的工件，在生產(chǎn)線上，該模塊按照檢測到的工件信息自動將裝配好的工件運送至相應倉位，它是自動生產(chǎn)線的最后單元。設計中將每個工作模塊的控制由一個獨立的可編程控制器實現(xiàn)，將上料模塊作為整個系統(tǒng)的主站，其余4個模塊均設置為從站，自動裝配生產(chǎn)線總體架構如圖1所示。

圖1　自動裝配生產(chǎn)線總體架構圖

2自動裝配生產(chǎn)線軟件設計

整個系統(tǒng)軟件設計流程如圖2所示，根據(jù)該流程圖細化每個工作模塊順序控制流程圖，在此基礎上可進行各模塊工作程序的設計。

圖2　系統(tǒng)軟件設計流程圖

圖2中，數(shù)據(jù)位D0存儲1號大工件的顏色信息，數(shù)據(jù)位D1存儲2號小工件的顏色信息。當工件顏色為白色時，將相應的數(shù)據(jù)存儲位置1，否則清0。編程時，首先，對設備各模塊進行初始化，若有加工需求，上位機對上料模塊發(fā)出命令，上料模塊工作，并檢測1號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行鉆孔及孔的深度檢測；當孔加工并檢測完畢，輸送模塊再將1號大工件送入安裝模塊，進行安裝2號小工件的工作；最后，將裝配好的工件送入立體倉庫模塊分類存儲。

3程序設計

PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡只需在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))，在主從站間無需編寫專門的通信程序。例如組態(tài)時輸送模塊(地址為6)選擇“8 Bytes Out/8 Bytes In”，在S7-300側建立的I/O緩沖區(qū)為PIB11～PIB18和PQB11～ PQB18，將4個EM277撥位開關撥到硬件組態(tài)時相同，則200側的通信區(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

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

CPU315-2DP主站與從站輸送模塊的通信網(wǎng)絡將由S7-200側傳到S7-300接收緩沖區(qū)PIB，將PIB對應的工件信息讀出至MB；將S7-300中MB的數(shù)據(jù)通過輸出緩沖區(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

按上料模塊功能設計順序功能流程圖(見圖3)。

采用左移指令將圖3所示的順序功能流程圖轉換為圖4所示的梯形圖。圖4a體現(xiàn)的是各步間的轉接關系，圖4b體現(xiàn)的是每一步對應的動作。

圖3　上料檢測站順序功能流程圖

圖4　上料檢測站控制梯形圖

系統(tǒng)上電，程序將使M0.0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)]有對應的動作，但這是模塊實現(xiàn)工作循環(huán)的重要一步，其他各步分析方法類似。

4上位機監(jiān)控系統(tǒng)

PLC寄托于生產(chǎn)線機械本體發(fā)揮其智能作用，現(xiàn)場PLC控制站主要負責對生產(chǎn)線現(xiàn)場進行控制，收集PLC采集的設備運行信息上報給監(jiān)控系統(tǒng)。上位機組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)可以通過讀取PLC的狀態(tài)從而實現(xiàn)對生產(chǎn)線的在線監(jiān)控。本設計中控制系統(tǒng)配置1臺計算機進行生產(chǎn)線實時監(jiān)控。生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺選用北京亞控公司的組態(tài)王KingView6.54軟件。上位計算機系統(tǒng)的生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)和命令發(fā)送給集中監(jiān)控計算機，以實現(xiàn)對各生產(chǎn)線模塊現(xiàn)場設備的狀態(tài)監(jiān)控、單/聯(lián)機操作和手動/自動切換等功能[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結語

本設計在教學用自動裝配生產(chǎn)線上將PLC技術與組態(tài)王軟件相結合，控制生產(chǎn)線各執(zhí)行機構，組成了效率高、實時性高、穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡化自動控制系統(tǒng)。綜合應用多學科工業(yè)技術提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，滿足了各項設計要求，對于高校機電一體化教學具有較大的促進意義。

參考文獻

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[5] Tovar E, Vasques F. Real-time fieldbus communications using profibus networks[J]. Industrial Electronics, 1999, 46(6): 1241-1251.

[6] 劉文貴，劉振方. 工業(yè)控制組態(tài)軟件應用技術[M]．北京：北京理工大學出版社，2011.

責任編輯鄭練

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

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

中圖分類號：TP 29

文獻標志碼：A