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山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
畢業(yè)生姓名
：
王雷
專業(yè)
：
18機(jī)電專升本1班
學(xué)號(hào)
：
180533030
指導(dǎo)教師
：
劉愛萍
所屬系（部）
：
機(jī)械電子工程
二〇二〇年五月
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（指導(dǎo)教師）評(píng)閱書
題目：
自動(dòng)安裝線設(shè)計(jì)
機(jī)械電子工程系 機(jī)械電子工程 專業(yè) 姓名 王雷
設(shè)計(jì)時(shí)間：2020年2月17日~ 2020年4月26日
評(píng)閱意見：
成績：
指導(dǎo)教師： ?。ê炞郑?
職 務(wù)：
2020年 月 日
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（同行教師）評(píng)閱書
題目：
自動(dòng)安裝線設(shè)計(jì)
機(jī)械電子工程 系 機(jī)械電子工程 專業(yè) 姓名 王雷
設(shè)計(jì)時(shí)間：2020年2月17日~2020年4月26日
評(píng)閱意見：
評(píng)分內(nèi)容
具體要求
分值
得分
說明書工作量
字?jǐn)?shù)2.5萬字以上得20分；2萬字以上，不足2.5萬字得15分；2萬字以下的10分。
20
圖紙工作量
圖紙折合4張A0及以上得20分；不足4張A0，達(dá)3張以上，得15分；3張以下得10分。
20
說明書質(zhì)量
內(nèi)容完整，裝訂順序正確，結(jié)構(gòu)合理，文字通順；目錄、字體、字號(hào)、行距等符合要求，公式、插圖、表格使用合理；文獻(xiàn)翻譯質(zhì)量、篇幅符合規(guī)定要求。存在0—2處錯(cuò)誤得30分；3—5處錯(cuò)誤得20分；5處以上得15分。
30
圖紙質(zhì)量
圖紙組成元素完整，表達(dá)方式合理，圖框、標(biāo)題欄、線型、線寬及字體字號(hào)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。存在0—2處錯(cuò)誤得30分；3—5處錯(cuò)誤得20分；5處以上得15分。
30
總分（百分制）
100
成績：
評(píng)閱教師： （簽字）
職 務(wù)：
2020年 月 日
山西工程技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄及成績?cè)u(píng)定表
機(jī)械電子工程 系 機(jī)械電子工程 專業(yè) 姓名 王雷
答 辯 內(nèi) 容
問題摘要
答辯情況
記錄員： （簽名）
成 績 評(píng) 定
指導(dǎo)教師成績
評(píng)閱教師成績
答辯組評(píng)定成績
綜合成績
注：評(píng)定成績?yōu)?00分制，指導(dǎo)教師為20%，評(píng)閱教師為30%，答辯組為50%。
專業(yè)答辯組組長： （簽名）
2020年 月 日
自動(dòng)安裝線設(shè)計(jì)
摘 要
自動(dòng)生產(chǎn)線的最大特點(diǎn)是它的綜合性和系統(tǒng)性，綜合性主要涉及機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備中；而系統(tǒng)性指的是生產(chǎn)線的傳感檢測(cè)、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)等機(jī)構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機(jī)地融合在一起。本系統(tǒng)完成一個(gè)工件的拆卸、分揀工作，模擬一個(gè)生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程。首先由供料站提供原料，運(yùn)輸站將其送至加工站加工，然后送至裝配站進(jìn)行安裝，最后由分揀站進(jìn)行分揀。
設(shè)計(jì)以送料、加工、裝配、輸送、分揀等工作單元作為自動(dòng)生產(chǎn)線的整體設(shè)計(jì)，構(gòu)成一個(gè)典型的自動(dòng)生產(chǎn)線的機(jī)械平臺(tái)，系統(tǒng)機(jī)構(gòu)采用了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、變頻器驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)（伺服）電機(jī)位置控制等技術(shù)。系統(tǒng)的控制方式采用每一工作單元由一臺(tái)PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過RS485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式。所以，本設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC控制和組網(wǎng)、步進(jìn)電機(jī)位置控制和變頻器技術(shù)等。
關(guān)鍵詞：變頻器；PLC；電機(jī)
Design of automatic installation line
Abstract
The biggest characteristic of automatic production line is a comprehensive and its system, comprehensive mainly relates to the mechanical technology, microelectronics technology, electrical and electronic technology, sensor technology, interface technology, information transformation technology, network communication technology and other technology organically, and applied to production equipment and systems; that is production line of sensing, processing and transmission, control, execution and driving mechanism in the control of the micro processing unit of work coordinately, organically fuses in together. The system completed the demolition, sorting a work piece, the production process simulation of a production line. First by the feeding station to provide raw materials, transport station will be sent to the processing station for processing, and then sent to the assembly station for installation, and finally by the sorting station sorting.
Design work to feed, processing, assembling, transporting, sorting unit as the overall design of automatic production line, forming a mechanical platform is a typical automatic production line, the mechanism of the system adopts pneumatic drive, inverter drive and stepper (servo) motor position control technology. Control system adopts each work unit is composed of a PLC for the control task, the PLC through the RS485 serial communication to achieve the interconnection of distributed control mode. So, the design of integrated application of a variety of technical knowledge, such as pneumatic control technology, mechanical technology (mechanical transmission, mechanical connections), sensor technology, PLC control and networking, stepping motor position control and inverter technology.
Key Words : transducer ;PLC ;motor
ii
目 錄
摘要 i
Abstract ii
1 引言 1
2 YL-335B自動(dòng)生產(chǎn)線 3
2.1 YL-335B的基本組成 3
2.2 YL-335B的基本功能 4
2.3 YL-335B的控制系統(tǒng) 8
3 供料單元控制系統(tǒng) 10
3.1 供料單元的PLC控制系統(tǒng) 10
3.1.1 工作任務(wù) 10
3.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線 10
3.1.3 供料單元單站控制的編程思路 12
4 加工單元控制系統(tǒng) 15
4.1 加工單元PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15
4.1.1 工作任務(wù) 15
4.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線 15
4.2 編寫和調(diào)試PLC控制程序 17
4.2.1 編寫程序的思路 17
5 裝配單元控制系統(tǒng) 18
5.1 裝配單元PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18
5.1.1 工作任務(wù) 18
5.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線 18
5.2 編寫和調(diào)試PLC程序 20
5.2.1 編寫程序的思路 20
6 分揀單元控制系統(tǒng) 24
6.1 分揀單元的PLC控制及編程 24
6.1.1 工作任務(wù) 24
6.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線 24
6.2 程序結(jié)構(gòu) 26
7 輸送單元控制系統(tǒng) 28
7.1 使用位控向?qū)Ь幊滩襟E 28
7.1.1 使用位控向?qū)傻捻?xiàng)目組件 32
7.2 輸送單元的PLC控制與編程 35
7.2.1 工作任務(wù) 35
7.2.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線 37
7.3 編寫和調(diào)試PLC控制程序 39
7.3.1 主程序編寫的思路 39
7.3.2 初態(tài)檢查復(fù)位子程序和回原點(diǎn)子程序 40
7.3.3 急停處理子程序 41
7.3.4 傳送功能測(cè)試子程序的結(jié)構(gòu) 42
8 用組態(tài)王控制供料單元的運(yùn)行 45
8.1 建立應(yīng)用工程的一般過程 45
8.2 供料單元組態(tài)建立過程 45
9 YL-335B的整體控制 54
9.1 自動(dòng)生產(chǎn)線的工作目標(biāo)是： 54
9.2 程序編制及調(diào)試 54
9.2.1 單站運(yùn)行模式測(cè)試 55
9.2.2 系統(tǒng)正常的全線運(yùn)行模式測(cè)試 57
9.2.3 異常工作狀態(tài)測(cè)試 59
附錄 61
參考文獻(xiàn) 126
外文文獻(xiàn) 127
中文翻譯 132
致謝 136
山西工程技術(shù)學(xué)院----畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
1 引言
現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備（自動(dòng)生產(chǎn)線）的最大特點(diǎn)是它的綜合性和系統(tǒng)性，在這里，機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測(cè)試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備中；而系統(tǒng)性指的是，生產(chǎn)線的傳感檢測(cè)、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動(dòng)等機(jī)構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機(jī)地融合在一起。
可編程序控制器（PLC）以其高抗干擾能力、高可靠性、高性能價(jià)格比且編程簡單而廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備中，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)線的大腦——微處理單元的角色。因此，培養(yǎng)掌握機(jī)電一體化技術(shù)，掌握PLC技術(shù)及PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的技術(shù)人材是當(dāng)務(wù)之急。
亞龍YL-335B型自動(dòng)生產(chǎn)線裝備在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上安裝送料、加工、裝配、輸送、分揀等工作單元，構(gòu)成一個(gè)典型的自動(dòng)生產(chǎn)線的機(jī)械平臺(tái)，系統(tǒng)各機(jī)構(gòu)的采用了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、變頻器驅(qū)動(dòng)和步進(jìn)（伺服）電機(jī)位置控制等技術(shù)。系統(tǒng)的控制方式采用每一工作單元由一臺(tái)PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過RS485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式。因此，YL-335B綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識(shí)，如氣動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)（機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC控制和組網(wǎng)、步進(jìn)電機(jī)位置控制和變頻器技術(shù)等。
YL-335B采用模塊組合式的結(jié)構(gòu)，各工作單元是相對(duì)獨(dú)立的模塊，并采用了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和抽屜式模塊放置架，具有較強(qiáng)的互換性?？筛鶕?jù)實(shí)訓(xùn)需要或工作任務(wù)的不同進(jìn)行不同的組合、安裝和調(diào)試，達(dá)到模擬生產(chǎn)性功能和整合學(xué)習(xí)功能的目標(biāo)。
組態(tài)王組態(tài)軟件具有強(qiáng)大的功能，并且操作簡單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能迅速掌握多數(shù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。同時(shí)使用組態(tài)王組態(tài)軟件能夠避開復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟、硬件問題，而將精力集中于解決工程問題本身，根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。
組態(tài)王采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習(xí)慣和要求。實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有良好的并行處理性能。組態(tài)王以圖像、圖符、報(bào)表、曲線等多種形式，豐富、生動(dòng)的多媒體畫面。完善的安全機(jī)制完善的安全機(jī)制多樣化的報(bào)警功能。支持多種硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備無關(guān)”良好的可維護(hù)性。
可編程序控制器（PLC）以其高抗干擾能力、高可靠性、高性能價(jià)格比且編程簡單而廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代化的自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備中，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)線的大腦——微處理單元的角色。因此，本設(shè)計(jì)將組態(tài)技術(shù)與PLC技術(shù)，有機(jī)結(jié)合起來，運(yùn)用組態(tài)技術(shù)，對(duì)自動(dòng)生產(chǎn)線的各單元進(jìn)行高仿真。達(dá)到模擬運(yùn)行的目的。
7
2 YL-335B自動(dòng)生產(chǎn)線
2.1 YL-335B的基本組成
亞龍YL-335B型自動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)考核裝備由安裝在鋁合金導(dǎo)軌式實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的送料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分揀單元5個(gè)單元組成。其外觀如圖1所示。
圖 1 YL-335B外觀圖
其中，每一工作單元都可自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，同時(shí)也都是一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)。各個(gè)單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)基本上以氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為主，但輸送單元的機(jī)械手裝置整體運(yùn)動(dòng)則采取步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、精密定位的位置控制，該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有長行程、多定位點(diǎn)的特點(diǎn)，是一個(gè)典型的一維位置控制系統(tǒng)。分揀單元的傳送帶驅(qū)動(dòng)則采用了通用變頻器驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的交流傳動(dòng)裝置。位置控制和變頻器技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的電氣控制技術(shù)。
在YL-335B設(shè)備上應(yīng)用了多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運(yùn)動(dòng)位置、物體通過的狀態(tài)、物體的顏色及材質(zhì)等。傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的前提之一。
在控制方面，YL-335B采用了基于RS485串行通信的PLC網(wǎng)絡(luò)控制方案，即每一工作單元由一臺(tái)PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各PLC之間通過RS485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式。用戶可根據(jù)需要選擇不同廠家的PLC及其所支持的RS485通信模式，組建成一個(gè)小型的PLC網(wǎng)絡(luò)。小型PLC網(wǎng)絡(luò)以其結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉的特點(diǎn)在小型自動(dòng)生產(chǎn)線仍然有著廣泛的應(yīng)用，在現(xiàn)代工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信中仍占據(jù)相當(dāng)?shù)姆蓊~。另一方面，掌握基于RS485串行通信的PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將為進(jìn)一步學(xué)習(xí)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)等打下了良好的基礎(chǔ)。
2.2 YL-335B的基本功能
YL-335B各工作單元在實(shí)訓(xùn)臺(tái)上的分布如圖2的俯視圖所示。
圖 2 YL-335B 俯視圖
各個(gè)單元的基本功能如下：
供料單元的基本功能：供料單元是本設(shè)計(jì)中的起始單元，在整個(gè)系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其他單元提供原料的作用。具體的功能是：按照需要將放置在料倉中待加工工件（原料）自動(dòng)地推出到物料臺(tái)上，以便輸送單元的機(jī)械手將其抓取，輸送到其他單元上。如圖3所示為供料單元實(shí)物的全貌。
圖3 供料單元實(shí)物的全貌
加工單元的基本功能：把該單元物料臺(tái)上的工件（工件由輸送單元的抓取機(jī)械手裝置送來）送到?jīng)_壓機(jī)構(gòu)下面，完成一次沖壓加工動(dòng)作，然后再送回到物料臺(tái)上，待輸送單元的抓取機(jī)械手裝置取出。如圖4所示為加工單元實(shí)物的全貌。
裝配單元的基本功能：完成將該單元料倉內(nèi)的黑色或白色小圓柱工件嵌入到已加工的工件中的裝配過程。裝配單元總裝實(shí)物如圖5。
分揀單元的基本功能：完成將上一單元送來的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。如圖6所示分揀單元實(shí)物的全貌。
圖4 加工單元實(shí)物的全貌
圖 5 裝配單元總裝實(shí)物圖
圖6 分揀單元實(shí)物的全貌
輸送單元的基本功能：該單元通過直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)抓取機(jī)械手裝置到指定單元的物料臺(tái)上精確定位，并在該物料臺(tái)上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點(diǎn)然后放下，實(shí)現(xiàn)傳送工件的功能。輸送單元的外觀如圖7所示。
圖7 輸送單元外觀圖
直線運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器可采用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)。YL-335B的標(biāo)準(zhǔn)配置為伺服電機(jī)。
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2.3 YL-335B的控制系統(tǒng)
YL-335B的每一工作單元都可自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，同時(shí)也可以通過網(wǎng)絡(luò)互連構(gòu)成一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。
當(dāng)工作單元自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)時(shí)，其設(shè)備運(yùn)行的主令信號(hào)以及運(yùn)行過程中的狀態(tài)顯示信號(hào)，來源于該工作單元按鈕指示燈模塊。按鈕指示燈模塊如圖8所示。模塊上的指示燈和按鈕的端腳全部引到端子排上。
圖8 按鈕指示燈模塊
模塊盒上器件包括：
⑴指示燈（24VDC）：黃色（HL1）、綠色（HL2）、紅色（HL3）各一個(gè)。
⑵主令器件：綠色常開按鈕SB1一個(gè)，紅色常開按鈕SB2一個(gè)，選擇開關(guān)SA（一對(duì)轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)），急停按鈕QS（一個(gè)常閉觸點(diǎn)）
當(dāng)各工作單元通過網(wǎng)絡(luò)互連構(gòu)成一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于采用西門子S7-200系列PLC的設(shè)備，YL-335B的標(biāo)準(zhǔn)配置是采用PPI協(xié)議的通信方式。本設(shè)計(jì)的控制方案如圖9所示。
各工作站PLC配置如下：
⑴輸送單元：S7-226DC/DC/DC主單元，共24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)晶體管輸出。
⑵供料單元：S7-224AC/DC/RLY主單元，共14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)繼電器輸出。
⑶加工單元：S7-224AC/DC/RLY主單元，共14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)繼電器輸出。
⑷裝配單元：S7-226AC/DC/RLY主單元，共24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)繼電器輸出。
⑸分揀單元：S7-224XPAC/DC/RLY 主單元，共14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)繼電器輸出。
圖9 YL-335B 的 PPI 網(wǎng)絡(luò)
3 供料單元控制系統(tǒng)
3.1 供料單元的PLC控制系統(tǒng)
3.1.1 工作任務(wù)
只考慮供料單元作為獨(dú)立設(shè)備運(yùn)行時(shí)的情況，單元工作的主令信號(hào)和工作狀態(tài)顯示信號(hào)來自PLC旁邊的按鈕/指示燈模塊。并且，按鈕/指示燈模塊上的工作方式選擇開關(guān)SA應(yīng)置于“單站方式”位置。具體的控制要求為：
①設(shè)備上電和氣源接通后，若工作單元的兩個(gè)氣缸均處于縮回位置，且料倉內(nèi)有足夠的待加工工件，則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz頻率閃爍。
②若設(shè)備準(zhǔn)備好，按下啟動(dòng)按鈕，工作單元啟動(dòng)，“設(shè)備運(yùn)行”指示燈HL2常亮。啟動(dòng)后，若出料臺(tái)上沒有工件，則應(yīng)把工件推到出料臺(tái)上。出料臺(tái)上的工件被人工取出后，若沒有停止信號(hào)，則進(jìn)行下一次推出工件操作。
③若在運(yùn)行中按下停止按鈕，則在完成本工作周期任務(wù)后，各工作單元停止工作，HL2指示燈熄滅。
④若在運(yùn)行中料倉內(nèi)工件不足，則工作單元繼續(xù)工作，但“正常工作”指示燈HL1以1Hz的頻率閃爍，“設(shè)備運(yùn)行”指示燈HL2保持常亮。若料倉內(nèi)沒有工件，則HL1指示燈和HL2指示燈均以2Hz頻率閃爍。工作站在完成本周期任務(wù)后停止。除非向料倉補(bǔ)充足夠的工件，工作站不能再啟動(dòng)。
3.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線
供料單元裝置側(cè)的接線端口上各電磁閥和傳感器的引線安排如表1所示。接線時(shí)應(yīng)注意，裝置側(cè)接線端口中，輸入信號(hào)端子的上層端子（+24V）只能作為傳感器的正電源端，切勿用于電磁閥等執(zhí)行元件的負(fù)載。電磁閥等執(zhí)行元件的正電源端和0V端應(yīng)連接到輸出信號(hào)端子下層端子的相應(yīng)端子上。
表1 供料單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配
輸入端口中間層
輸出端口中間層
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
2
1B1
頂料到位
2
1Y
頂料電磁閥
3
1B2
頂料復(fù)位
3
2Y
推料電磁閥
4
2B1
推料到位
5
2B2
推料復(fù)位
6
SC1
出料臺(tái)物料檢測(cè)
7
SC2
物料不足檢測(cè)
8
SC3
物料有無檢測(cè)
9
SC4
金屬材料檢測(cè)
10#～17#端子沒有連接
4#～14#端子沒有連接
表2 供料單元 PLC的I/O分配表
輸入信號(hào)
輸出信號(hào)
序號(hào)
PLC輸入點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)來源
序號(hào)
PLC輸出點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)來源
1
I0.0
頂料氣缸伸出到位
裝置側(cè)
1
Q0.0
頂料電磁閥
裝置側(cè)
2
I0.1
頂料氣缸縮回到位
2
Q0.1
推料電磁閥
3
I0.2
推料氣缸伸出到位
3
Q0.2
4
I0.3
推料氣缸縮回到位
4
Q0.3
5
I0.4
出料臺(tái)物料檢測(cè)
5
Q0.4
6
I0.5
供料不足檢測(cè)
6
Q0.5
7
I0.6
缺料檢測(cè)
7
Q0.6
8
I0.7
金屬工件檢測(cè)
8
Q0.7
9
I1.0
9
Q1.0
正常工作指示
按鈕/指 示燈模塊
10
I1.1
10
Q1.1
運(yùn)行指示
11
I1.2
停止按鈕
按鈕/指示燈模塊
12
I1.3
啟動(dòng)按鈕
13
I1.4
14
I1.5
工作方式選擇
根據(jù)工作單元裝置的I/O信號(hào)分配（表1）和工作任務(wù)的要求，供料單元PLC選用S7-224AC/DC/RLY主單元，共14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)繼電器輸出。PLC的I/O信號(hào)分配如表2所示，接線原理圖則見圖10。
圖10 供料單元 PLC 的 I/O 接線原理圖
3.1.3 供料單元單站控制的編程思路
1 程序結(jié)構(gòu)：有兩個(gè)子程序，一個(gè)是系統(tǒng)狀態(tài)顯示，另一個(gè)是供料控制。主程序在每一掃描周期都調(diào)用系統(tǒng)狀態(tài)顯示子程序，僅當(dāng)在運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)建立才可能調(diào)用供料控制子程序。
2 PLC上電后應(yīng)首先進(jìn)入初始狀態(tài)檢查階段，確認(rèn)系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒后，才允許投入運(yùn)行，這樣可及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在問題，避免出現(xiàn)事故。例如，若兩個(gè)氣缸在上電和氣源接入時(shí)不在初始位置，這是氣路連接錯(cuò)誤的緣故，顯然在這種情況下不允許系統(tǒng)投入運(yùn)行。
3 供料單元運(yùn)行的主要過程是供料控制，它是一個(gè)步進(jìn)順序控制過程。
4 如果沒有停止要求，順控過程將周而復(fù)始地不斷循環(huán)。常見的順序控制系統(tǒng)正常停止要求是，接收到停止指令后，系統(tǒng)在完成本工作周期任務(wù)即返回到初始步后才停止下來。
5 當(dāng)料倉中最后一個(gè)工件被推出后，將發(fā)生缺料報(bào)警。推料氣缸復(fù)位到位，亦即完成本工作周期任務(wù)即返回到初始步后，也應(yīng)停止下來。
由這些要素可確定主程序運(yùn)行程序，如圖11所示。
圖11 主程序梯形圖
供料單元工藝流程則如下圖12所示。
圖12 供料單元工藝流程
4 加工單元控制系統(tǒng)
4.1 加工單元PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1.1 工作任務(wù)
只考慮加工單元作為獨(dú)立設(shè)備運(yùn)行時(shí)的情況，本單元的按鈕/指示燈模塊上的工作方式選擇開關(guān)應(yīng)置于“單站方式”位置。具體的控制要求為：
1 初始狀態(tài)：設(shè)備上電和氣源接通后，滑動(dòng)加工臺(tái)伸縮氣缸處于伸出位置，加工臺(tái)氣動(dòng)手爪松開的狀態(tài)，沖壓氣缸處于縮回位置，急停按鈕沒有按下。若設(shè)備在上述初始狀態(tài)，則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz頻率閃爍。
2 若設(shè)備準(zhǔn)備好，按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備啟動(dòng)，“設(shè)備運(yùn)行”指示燈HL2常亮。當(dāng)待加工工件送到加工臺(tái)上并被檢出后，設(shè)備執(zhí)行將工件夾緊，送往加工區(qū)域沖壓，完成沖壓動(dòng)作后返回待料位置的工件加工工序。如果沒有停止信號(hào)輸入，當(dāng)再有待加工工件送到加工臺(tái)上時(shí)，加工單元又開始下一周期工作。在工作過程中，若按下停止按鈕，加工單元在完成本周期的動(dòng)作后停止工作。HL2指示燈熄滅。
3 在工作過程中，若按下停止按鈕，加工單元在完成本周期的動(dòng)作后停止工作。HL2指示燈熄滅。
4.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線
裝置側(cè)接線端口信號(hào)分配如表3所示。
表3 加工單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配
輸入端口中間層
輸出端口中間層
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
2
SC1
加工臺(tái)物料檢測(cè)
2
3Y
夾緊電磁閥
3
3B2
工件夾緊檢測(cè)
3
4
2B2
加工臺(tái)伸出到位
4
2Y
伸縮電磁閥
5
2B1
加工臺(tái)縮回到位
5
1Y
沖壓電磁閥
6
1B1
加工壓頭上限
7
1B2
加工壓頭下限
8#～17#端子沒有連接
6#～14#端子沒有連接
加工單元選用S7-224AC/DC/RLY主單元，共14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)繼電器輸出。PLC的I/O信號(hào)表如表4所示，接線原理圖如圖13所示。
表4 加工單元 PLC的I/O信號(hào)表
輸入信號(hào)
輸出信號(hào)
序號(hào)
PLC輸入點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)來源
序號(hào)
PLC輸出點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)來源
1
I0.0
加工臺(tái)物料檢測(cè)
裝置側(cè)
1
Q0.0
夾緊電磁閥
裝置側(cè)
2
I0.1
工件夾緊檢測(cè)
2
Q0.1
3
I0.2
加工臺(tái)伸出到位
3
Q0.2
料臺(tái)伸縮電磁閥
4
I0.3
加工臺(tái)縮回到位
4
Q0.3
加工壓頭電磁閥
5
I0.4
加工壓頭上限
5
Q0.4
6
I0.5
加工壓頭下限
6
Q0.5
7
I0.6
7
Q0.6
8
I0.7
8
Q0.7
9
I1.0
9
Q1.0
正常工作指示
按鈕/指示燈模塊
10
I1.1
10
Q1.1
運(yùn)行指示
11
I1.2
停止按鈕
按鈕/指示燈模塊
12
I1.3
啟動(dòng)按鈕
13
I1.4
急停按鈕
14
I1.5
單站/全線
圖13 加工單元 PLC 的 I/O 接線原理圖
4.2 編寫和調(diào)試PLC控制程序
4.2.1 編寫程序的思路
加工單元主程序流程與供料單元類似，也是PLC上電后應(yīng)首先進(jìn)入初始狀態(tài)檢查階段，確認(rèn)系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒后，才允許接收啟動(dòng)信號(hào)投入運(yùn)行。但加工單元工作任務(wù)中增加了急停功能。為此，調(diào)用加工控制子程序的條件應(yīng)該是“單元在運(yùn)行狀態(tài)”和“急停按鈕未按”兩者同時(shí)成立，如圖14所示。
圖14 加工控制子程序的調(diào)用
這樣，當(dāng)在運(yùn)行過程中按下急停按鈕時(shí)，立即停止調(diào)用加工控制子程序，但急停前當(dāng)前步的S元件仍在置位狀態(tài)，急停復(fù)位后，就能從斷點(diǎn)開始繼續(xù)運(yùn)行。加工單元工藝流程圖如圖15所示。
圖15 加工單元工藝流程
5 裝配單元控制系統(tǒng)
5.1 裝配單元PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1.1 工作任務(wù)
1 裝配單元各氣缸的初始位置為：擋料氣缸處于伸出狀態(tài)，頂料氣缸處于縮回狀態(tài)，料倉上已經(jīng)有足夠的小園柱零件；裝配機(jī)械手的升降氣缸處于提升狀態(tài)，伸縮氣缸處于縮回狀態(tài)，氣爪處于松開狀態(tài)。設(shè)備上電和氣源接通后，若各氣缸滿足初始位置要求，且料倉上已經(jīng)有足夠的小園柱零件；工件裝配臺(tái)上沒有待裝配工件。則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz頻率閃爍。
2 若設(shè)備準(zhǔn)備好，按下啟動(dòng)按鈕，裝配單元啟動(dòng)，“設(shè)備運(yùn)行”指示燈HL2常亮。如果回轉(zhuǎn)臺(tái)上的左料盤內(nèi)沒有小園柱零件，就執(zhí)行下料操作；如果左料盤內(nèi)有零件，而右料盤內(nèi)沒有零件，執(zhí)行回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)操作。
3 如果回轉(zhuǎn)臺(tái)上的右料盤內(nèi)有小園柱零件且裝配臺(tái)上有待裝配工件，執(zhí)行裝配機(jī)械手抓取小園柱零件，放入待裝配工件中的操作。
4 完成裝配任務(wù)后，裝配機(jī)械手應(yīng)返回初始位置，等待下一次裝配。
5 若在運(yùn)行過程中按下停止按鈕，則供料機(jī)構(gòu)應(yīng)立即停止供料，在裝配條件滿足的情況下，裝配單元在完成本次裝配后停止工作。
6 在運(yùn)行中發(fā)生“零件不足”報(bào)警時(shí)，指示燈HL3以1Hz的頻率閃爍，HL1和HL2燈常亮；在運(yùn)行中發(fā)生“零件沒有”報(bào)警時(shí)，指示燈HL3以亮1秒，滅0.5秒的方式閃爍，HL2熄滅，HL1常亮。
5.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線
裝配單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配如表5所示。
裝配單元的I/O點(diǎn)較多，選用S7-226AC/DC/RLY主單元，共24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)繼電器輸出。圖16是PLC接線原理圖。PLC的I/O分配如表6所示。。
注：警示燈用來指示YL-335B整體運(yùn)行時(shí)的工作狀態(tài)，工作任務(wù)是裝配單元單獨(dú)運(yùn)行，沒有要求使用警示燈，可以不連接到PLC上。
表5 裝配單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配
輸入端口中間層
輸出端口中間層
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
2
SC1
零件不足檢測(cè)
2
1Y
擋料電磁閥
3
SC2
零件有無檢測(cè)
3
2Y
頂料電磁閥
4
SC3
左料盤零件檢測(cè)
4
3Y
回轉(zhuǎn)電磁閥
5
SC4
右料盤零件檢測(cè)
5
4Y
手爪夾緊電磁閥
6
SC5
裝配臺(tái)工件檢測(cè)
6
5Y
手爪下降電磁閥
7
1B1
頂料到位檢測(cè)
7
6Y
手臂伸出電磁閥
8
1B2
頂料復(fù)位檢測(cè)
8
AL1
紅色警示燈
9
2B1
擋料狀態(tài)檢測(cè)
9
AL2
橙色警示燈
10
2B2
落料狀態(tài)檢測(cè)
10
AL3
綠色警示燈
11
5B1
擺動(dòng)氣缸左限檢測(cè)
11
12
5B2
擺動(dòng)氣缸右限檢測(cè)
12
13
6B2
手爪夾緊檢測(cè)
13
14
4B2
手爪下降到位檢測(cè)
14
15
4B1
手爪上升到位檢測(cè)
16
3B1
手臂縮回到位檢測(cè)
17
3B2
手臂伸出到位檢測(cè)
圖16 裝配單元 PLC 接線原理
表6 裝配單元 PLC的I/O信號(hào)表
輸入信號(hào)
輸出信號(hào)
序號(hào)
PLC輸入點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)來源
序號(hào)
PLC輸出點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)來源
1
I0.0
零件不足檢測(cè)
裝置側(cè)
1
Q0.0
擋料電磁閥
裝置側(cè)
2
I0.1
零件有無檢測(cè)
2
Q0.1
頂料電磁閥
3
I0.2
左料盤零件檢測(cè)
3
Q0.2
回轉(zhuǎn)電磁閥
4
I0.3
右料盤零件檢測(cè)
4
Q0.3
手爪夾緊電磁閥
5
I0.4
裝配臺(tái)工件檢測(cè)
5
Q0.4
手爪下降電磁閥
6
I0.5
頂料到位檢測(cè)
6
Q0.5
手臂伸出電磁閥
7
I0.6
頂料復(fù)位檢測(cè)
7
Q0.6
紅色警示燈
8
I0.7
擋料狀態(tài)檢測(cè)
8
Q0.7
橙色警示燈
9
I1.0
落料狀態(tài)檢測(cè)
9
Q1.0
綠色警示燈
10
I1.1
擺動(dòng)氣缸左限檢測(cè)
10
Q1.1
11
I1.2
擺動(dòng)氣缸右限檢測(cè)
11
Q1.2
12
I1.3
手爪夾緊檢測(cè)
12
Q1.3
13
I1.4
手爪下降到位檢測(cè)
13
Q1.4
14
I1.5
手爪上升到位檢測(cè)
14
Q1.5
HL1
按鈕/指示燈模塊
15
I1.6
手臂縮回到位檢測(cè)
15
Q1.6
HL2
16
I1.7
手臂伸出到位檢測(cè)
16
Q1.7
HL3
17
I2.0
18
I2.1
19
I2.2
20
I2.3
21
I2.4
停止按鈕
按鈕/指示燈模塊
22
I2.5
啟動(dòng)按鈕
23
I2.6
急停按鈕
24
I2.7
單機(jī)/聯(lián)機(jī)
5.2 編寫和調(diào)試PLC程序
5.2.1 編寫程序的思路
（1）進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，裝配單元的工作過程包括2個(gè)相互獨(dú)立的子過程，一個(gè)是供料過程，另一個(gè)是裝配過程。
供料過程就是通過供料機(jī)構(gòu)的操作，使料倉中的小園柱零件落下到擺臺(tái)左邊料盤上；然后擺臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使裝有零件的料盤轉(zhuǎn)移到右邊，以便裝配機(jī)械手抓取零件。
裝配過程是當(dāng)裝配臺(tái)上有待裝配工件，且裝配機(jī)械手下方有小園柱零件時(shí)，進(jìn)行裝配操作。
在主程序中，當(dāng)初始狀態(tài)檢查結(jié)束，確認(rèn)單元準(zhǔn)備就緒，按下啟動(dòng)按鈕進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，應(yīng)同時(shí)調(diào)用供料控制和裝配控制兩個(gè)子程序。
圖17 調(diào)用供料控制和裝配控制子程序
（2）供料控制過程包含兩個(gè)互相聯(lián)鎖的過程，即落料過程和擺臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、料盤轉(zhuǎn)移的過程。在小園柱零件從料倉下落到左料盤的過程中，禁止擺臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)；反之，在擺臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，禁止打開料倉（擋料氣缸縮回）落料。
實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖的方法是：當(dāng)擺臺(tái)的左限位或右限位磁性開關(guān)動(dòng)作并且左料盤沒有料，經(jīng)定時(shí)確認(rèn)后，開始落料過程；當(dāng)擋料氣缸伸出到位使料倉關(guān)閉、左料盤有物料而右料盤為空，經(jīng)定時(shí)確認(rèn)后，開始擺臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到達(dá)到限位位置。圖18給出了擺動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)操作的梯形圖。
（3）供料過程的落料控制和裝配控制過程都是單序列步進(jìn)順序控制。
（4）停止運(yùn)行，有兩種情況。一是在運(yùn)行中按下停止按鈕，停止指令被置位；另一種情況是當(dāng)料倉中最后一個(gè)零件落下時(shí)，檢測(cè)物料有無的傳感器動(dòng)作（I0.1OFF），將發(fā)出缺料報(bào)警。
對(duì)于供料過程的落料控制，上述兩種情況均應(yīng)在料倉關(guān)閉，頂料氣缸復(fù)位到位即返回到初始步后停止下次落料，并復(fù)位落料初始步。但對(duì)于擺臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)控制，一旦停止指令發(fā)出，則應(yīng)立即停止擺臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。（見圖18梯形圖）
對(duì)于裝配控制，上述兩種情況也應(yīng)在一次裝配完成，裝配機(jī)械手返回到初始位置后停止。
僅當(dāng)落料機(jī)構(gòu)和裝配機(jī)械手均返回到初始位置，才能復(fù)位運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)志和停止指令。停止運(yùn)行的操作應(yīng)在主程序中編制，其梯形圖如圖19所示。
圖18 擺動(dòng)氣缸轉(zhuǎn)動(dòng)操作的梯形圖
圖19 停止運(yùn)行的操作
裝配單元設(shè)備上電和氣源接通后，若各氣缸滿足初始位置要求，且料倉上已經(jīng)有足夠的小園柱零件；工件裝配臺(tái)上沒有待裝配工件。若設(shè)備準(zhǔn)備好，按下啟動(dòng)按鈕，裝配單元啟動(dòng)。如果回轉(zhuǎn)臺(tái)上的左料盤內(nèi)沒有小園柱零件，就執(zhí)行下料操作；如果左料盤內(nèi)有零件，而右料盤內(nèi)沒有零件，執(zhí)行回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)操作。如果回轉(zhuǎn)臺(tái)上的右料盤內(nèi)有小園柱零件且裝配臺(tái)上有待裝配工件，執(zhí)行裝配機(jī)械手抓取小園柱零件，放入待裝配工件中的操作。完成裝配任務(wù)后，裝配機(jī)械手應(yīng)返回初始位置，等待下一次裝配。裝配單元工藝流程如圖20。
圖20 裝配單元工藝流程
6 分揀單元控制系統(tǒng)
6.1 分揀單元的PLC控制及編程
6.1.1 工作任務(wù)
設(shè)備的工作目標(biāo)是完成對(duì)白色芯金屬工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金屬或塑料工件進(jìn)行分揀。為了在分揀時(shí)準(zhǔn)確推出工件，要求使用旋轉(zhuǎn)編碼器作定位檢測(cè)。并且工件材料和芯體顏色屬性應(yīng)在推料氣缸前的適應(yīng)位置被檢測(cè)出來。
設(shè)備上電和氣源接通后，若工作單元的三個(gè)氣缸均處于縮回位置，則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準(zhǔn)備好。否則，該指示燈以1Hz頻率閃爍。
若設(shè)備準(zhǔn)備好，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)，“設(shè)備運(yùn)行”指示燈HL2常亮。當(dāng)傳送帶入料口人工放下已裝配的工件時(shí)，變頻器即啟動(dòng)，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)以頻率固定為30Hz的速度，把工件帶往分揀區(qū)。
如果工件為白色芯金屬件，則該工件對(duì)到達(dá)1號(hào)滑槽中間，傳送帶停止，工件對(duì)被推到1號(hào)槽中；如果工件為白色芯塑料，則該工件對(duì)到達(dá)2號(hào)滑槽中間，傳送帶停止，工件對(duì)被推到2號(hào)槽中；如果工件為黑色芯，則該工件對(duì)到達(dá)3號(hào)滑槽中間，傳送帶停止，工件對(duì)被推到3號(hào)槽中。工件被推出滑槽后，該工作單元的一個(gè)工作周期結(jié)束。僅當(dāng)工件被推出滑槽后，才能再次向傳送帶下料。如果在運(yùn)行期間按下停止按鈕，該工作單元在本工作周期結(jié)束后停止運(yùn)行。
6.1.2 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線
分揀單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配如表7所示。由于用于判別工件材料和芯體顏色屬性的傳感器只須安裝在傳感器支架上的電感式傳感器和一個(gè)光纖傳感器，故光纖傳感器2可不使用。
分揀單元PLC選用S7-224XPAC/DC/RLY主單元，共14點(diǎn)輸入和10點(diǎn)繼電器輸出。選用S7-224XP主單元的原因是，當(dāng)變頻器的頻率設(shè)定值由HMI指定時(shí)，該頻率設(shè)定值是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，需要由PLC通過D/A變換方式向變頻器輸入模擬量的頻率指令，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度連續(xù)調(diào)整。S7-224XP主單元集成有2路模擬量輸入，1路模擬量輸出，有兩個(gè)RS-485通信口?？蓾M足D/A變換的編程要求。
表7 分揀單元裝置側(cè)的接線端口信號(hào)端子的分配
輸入端口中間層
輸出端口中間層
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
端子號(hào)
設(shè)備符號(hào)
信號(hào)線
2
DECODE
旋轉(zhuǎn)編碼器B相
2
1Y
推桿1電磁閥
3
旋轉(zhuǎn)編碼器A相
3
2Y
推桿2電磁閥
4
SC1
光纖傳感器1
4
3Y
推桿3電磁閥
5
SC2
光纖傳感器2
6
SC3
進(jìn)料口工件檢測(cè)
7
SC4
電感式傳感器
8
9
1B
推桿1推出到位
10
2B
推桿2推出到位
11
3B
推桿3推出到位
12#～17#端子沒有連接
5#～14#端子沒有連接
工作任務(wù)僅要求以30Hz的固定頻率驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，只須用固定頻率方式控制變頻器即可。選用MM420的端子“5”（DIN1）作電機(jī)啟動(dòng)和頻率控制，PLC的信號(hào)表見表8，I/O接線原理圖如圖21所示。
表8 分揀單元 PLC的I/O信號(hào)表
輸入信號(hào)
輸出信號(hào)
序號(hào)
PLC輸入點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)來源
序號(hào)
PLC輸出點(diǎn)
信號(hào)名稱
信號(hào)輸出目標(biāo)
1
I0.0
旋轉(zhuǎn)編碼器B相
裝置側(cè)
1
Q0.0
電機(jī)啟動(dòng)
變頻器
2
I0.1
旋轉(zhuǎn)編碼器A相
2
Q0.1
3
I0.2
光纖傳感器1
3
Q0.2
4
I0.3
光纖傳感器2
4
5
I0.4
進(jìn)料口工件檢測(cè)
5
Q0.3
6
I0.5
電感式傳感器
6
Q0.4
7
I0.6
7
Q0.5
8
I0.7
推桿1推出到位
8
Q0.6
9
I1.0
推桿2推出到位
9
Q0.7
HL1
按鈕/指示燈模塊
10
I1.1
推桿3推出到位
10
Q1.0
HL2
11
I1.2
啟動(dòng)按鈕
按鈕/指示燈模塊
12
I1.3
停止按鈕
13
I1.4
14
I1.5
單站/全線
為了實(shí)現(xiàn)固定頻率輸出，變頻器的參數(shù)應(yīng)如下設(shè)置：命令源P0700=2（外部I/O），選擇頻率設(shè)定的信號(hào)源參數(shù)P1000=3（固定頻率）；DIN1功能參數(shù)P0701=16（直接選擇+ON命令），P1001=30Hz；斜坡上升時(shí)間參數(shù)P1120設(shè)定為1秒，斜坡下降時(shí)間參數(shù)P1121設(shè)定為0.2秒。
（注：由于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率很小，此參數(shù)設(shè)定不會(huì)引起變頻器過電壓跳閘。）
圖21 分揀單元 PLC 的 I/O 接線原理圖
6.2 程序結(jié)構(gòu)
分揀單元的主要工作過程是分揀控制，可編寫一個(gè)子程序供主程序調(diào)用，工作狀態(tài)顯示的要求比較簡單，可直接在主程序中編寫。
主程序的流程與前面所述的供料、加工等單元是類似的。但由于用高速計(jì)數(shù)器編程，必須在上電第1個(gè)掃描周期調(diào)用HSC_INIT子程序，以定義并使能高速計(jì)數(shù)器。
分揀控制子程序也是一個(gè)步進(jìn)順控程序，編程思路如下：
①當(dāng)檢測(cè)到待分揀工件下料到進(jìn)料口后，清零HC0當(dāng)前值，以固定頻率啟動(dòng)變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。梯形圖如圖22所示。
②當(dāng)工件經(jīng)過安裝傳感器支架上的光纖探頭和電感式傳感器時(shí)，根據(jù)2個(gè)傳感器動(dòng)作與否，判別工件的屬性，決定程序的流向。HC0當(dāng)前值與傳感器位置值的比較可采用觸點(diǎn)比較指令實(shí)現(xiàn)。完成上述功能的梯形圖見圖23。
③根據(jù)工件屬性和分揀任務(wù)要求，在相應(yīng)的推料氣缸位置把工件推出。推料氣缸返回后，步進(jìn)順控子程序返回初始步。
圖22 分揀控制子程序初始步梯形圖
圖23 在傳感器位置判別工件屬性的梯形圖
7 輸送單元控制系統(tǒng)
7.1 使用位控向?qū)Ь幊滩襟E
STEP7V4.0 軟件的位控向?qū)茏詣?dòng)處理PTO 脈沖的單段管線和多段管線、脈寬調(diào)制、SM位置配置和創(chuàng)建包絡(luò)表。使用位控向?qū)Ь幊痰姆椒ê筒襟E。表9是實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)運(yùn)行所需的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)。
表9 伺服電機(jī)運(yùn)行的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)
運(yùn)動(dòng)包絡(luò)
站點(diǎn)
脈沖量
移動(dòng)方向
1
供料站→加工站 470mm
85600
2
加工站→裝配站 286mm
52000
3
裝配站→分解站 235mm
42700
4
分揀站→高速回零前 925mm
168000
DIR
5
低速回零
單速返回
DIR
使用位控向?qū)Ь幊痰牟襟E如下：
1 為S7--200PLC選擇選項(xiàng)組態(tài)內(nèi)置PTO操作。
圖24 組態(tài)內(nèi)置PTO操作選擇界面
在STEP7V4.0軟件命令菜單中選擇工具→位置控制向?qū)?，即開始引導(dǎo)位置控制配置。在向?qū)棾龅牡?個(gè)界面，選擇配置S7-200PLC內(nèi)置PTO/PWM操作。在第2個(gè)界面中選擇“QO.0”作脈沖輸出。接下來的第3個(gè)界面如圖24所示，請(qǐng)選擇“線性脈沖輸出（PTO）”，并點(diǎn)選使用高速計(jì)數(shù)器HSC0（模式12）對(duì)PTO生成的脈沖自動(dòng)計(jì)數(shù)的功能。單擊“下一步”就開始了組態(tài)內(nèi)置PTO操作。
2 接下來的兩個(gè)界面，要求設(shè)定電機(jī)速度參數(shù)，包括前面所述的最高電機(jī)速度MAX_SPEED和電機(jī)啟動(dòng)/停止速度SS_SPEED，以及加速時(shí)間ACCEL_TIME和減速時(shí)間DECEL_TIME。
請(qǐng)?jiān)趯?duì)應(yīng)的編輯框中輸入這些數(shù)值。例如，輸入最高電機(jī)速度“90000”，把電機(jī)啟動(dòng)/停止速度設(shè)定為“600”，加速時(shí)間ACCEL_TIME和減速時(shí)間DECEL_TIME分別為1000（ms）和200（ms）。完成給位控向?qū)峁┗拘畔⒌墓ぷ?。單擊“下一步”，開始配置運(yùn)動(dòng)包絡(luò)界面。
3 圖25是配置運(yùn)動(dòng)包絡(luò)的界面。該界面要求設(shè)定操作模式、1個(gè)步的目標(biāo)速度、結(jié)束位置等步的指標(biāo)，以及定義這一包絡(luò)的符號(hào)名。（從第0個(gè)包絡(luò)第0步開始）。
圖25 配置運(yùn)動(dòng)包絡(luò)界面
在操作模式選項(xiàng)中選擇相對(duì)位置控制，填寫包絡(luò)“0”中數(shù)據(jù)目標(biāo)速度“60000”，結(jié)束位置“85600”，點(diǎn)擊“繪制包絡(luò)”，如圖26所示，注意，這個(gè)包絡(luò)只有1步。
包絡(luò)的符號(hào)名按默認(rèn)定義(Profile0_0)。這樣，第0個(gè)包絡(luò)的設(shè)置，即從供料站→加工站的運(yùn)動(dòng)包絡(luò)設(shè)置就完成了。現(xiàn)在可以設(shè)置下一個(gè)包絡(luò),點(diǎn)擊“新包絡(luò)”，按上述方法將表10中上3個(gè)位置數(shù)據(jù)輸入包絡(luò)中去。
表10 包絡(luò)表的位置數(shù)據(jù)
站點(diǎn)
位移脈沖量
目標(biāo)速度
移動(dòng)方向
加工站→裝配站 286mm
52000
60000
裝配站→分解站 235mm
42700
60000
分揀站→高速回零前 925mm
168000
57000
DIR
低速回零
單速返回
20000
DIR
圖26 設(shè)置第0個(gè)包絡(luò)
表10中最后一行低速回零，是單速連續(xù)運(yùn)行模式，選擇這種操作模式后，在所出現(xiàn)的界面中（見圖27），寫入目標(biāo)速度“20000”。界面中還有一個(gè)包絡(luò)停止操作選項(xiàng)，是當(dāng)停止信號(hào)輸入時(shí)再向運(yùn)動(dòng)方向按設(shè)定的脈沖數(shù)走完停止，在本系統(tǒng)不使用。
圖27 設(shè)置第4個(gè)包絡(luò)
4 運(yùn)動(dòng)包絡(luò)編寫完成單擊“確認(rèn)”，向?qū)?huì)要求為運(yùn)動(dòng)包絡(luò)指定V存儲(chǔ)區(qū)地址（建議地址為VB75～VB300），可默認(rèn)這一建議，也可自行鍵入一個(gè)合適的地址。圖28是指定V存儲(chǔ)區(qū)首地址為VB400時(shí)的界面，向?qū)?huì)自動(dòng)計(jì)算地址的范圍。
圖28 為運(yùn)動(dòng)包絡(luò)指定V存儲(chǔ)區(qū)地址
5 單擊“下一步”出現(xiàn)圖29，單擊“完成”。
圖29 生成項(xiàng)目組件提示
7.1.1 使用位控向?qū)傻捻?xiàng)目組件
運(yùn)動(dòng)包絡(luò)組態(tài)完成后，向?qū)?huì)為所選的配置生成四個(gè)項(xiàng)目組件（子程序），分別是：PTOx_CTRL子程序（控制）、PTOx_RUN子程序（運(yùn)行包絡(luò)），PTOx_LDPOS和PTOx_MAN子程序（手動(dòng)模式）子程序。一個(gè)由向?qū)Мa(chǎn)生的子程序就可以在程序中調(diào)用如圖30所示。
圖30 四個(gè)項(xiàng)目組件
它們的功能分述如下：
1 PTOx_CTRL子程序：（控制）啟用和初始化PTO輸出。請(qǐng)?jiān)谟脩舫绦蛑兄皇褂靡淮?，并且?qǐng)確定在每次掃描時(shí)得到執(zhí)行。即始終使用SM0.0作為EN的輸入，如圖31所示。
圖31 運(yùn)行 PTOx_CTRL 子程序
輸入?yún)?shù)：I_STOP（立即停止）輸入（BOOL型）：當(dāng)此輸入為低時(shí)，PTO功能會(huì)正常工作。當(dāng)此輸入變?yōu)楦邥r(shí)，PTO立即終止脈沖的發(fā)出。D_STOP（減速停止）輸入（BOOL型）：當(dāng)此輸入為低時(shí)，PTO功能會(huì)正常工作。當(dāng)此輸入變?yōu)楦邥r(shí)，PTO會(huì)產(chǎn)生將電機(jī)減速至停止的脈沖串。
輸出參數(shù)：Done(“完成”)輸出（BOOL型）：當(dāng)“完成”位被設(shè)置為高時(shí)，它表明上一個(gè)指令也已執(zhí)行。Error（錯(cuò)誤）參數(shù)（BYTE型）：包含本子程序的結(jié)果。當(dāng)“完成”位為高時(shí)，錯(cuò)誤字節(jié)會(huì)報(bào)告無錯(cuò)誤或有錯(cuò)誤代碼的正常完成。C_Pos（DWORD型）：如果PTO向?qū)У腍SC計(jì)數(shù)器功能已啟用，此參數(shù)包含以脈沖數(shù)表示的模塊當(dāng)前位置。否則，當(dāng)前位置將一直為0。
2 PTOx_RUN子程序（運(yùn)行包絡(luò)）：命令PLC執(zhí)行存儲(chǔ)于配置／包絡(luò)表的指定包絡(luò)運(yùn)動(dòng)操作。運(yùn)行這一子程序的梯形圖如圖32所示。
圖32 運(yùn)行 PTOx_RUN 子程序
輸入?yún)?shù)：EN位：子程序的使能位。在“完成”（Done）位發(fā)出子程序執(zhí)行已經(jīng)完成的信號(hào)前，應(yīng)使EN位