船舶電氣工程技術(shù)畢業(yè)論文基于PLC的CONNECTORCI15自動化機臺控制系統(tǒng)設(shè)計

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1、 專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 設(shè)計題目：基于PLC的connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng)設(shè)計 系 部： 電氣工程系 專 業(yè)： 船舶電氣工程技術(shù) 班 級： 船電093901 姓 名： 孫 超 學(xué) 號： 093908130121 指導(dǎo)教師： 林永屹 職 稱： 講師

2、 2012年6月 南京 摘 要 連接器（俗稱接插件）是通過機械動作實現(xiàn)電子電路的連通、斷開或轉(zhuǎn)換的機電元件，是電子設(shè)備中不可缺少的電子元件。目前，連接器廣泛用于聲頻、視頻、信息和通訊設(shè)備，其中數(shù)據(jù)通訊、電話通訊和PC的迅速發(fā)展，加速了連接器市場的發(fā)展。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使得電子產(chǎn)品向小型化、輕型化以及采用高密度、自動化安裝技術(shù)等方面發(fā)展，推進了連接器市場的變化。目前連接器朝著小型化、低高度、窄間距 、多品種、多功能化，連接范圍多樣化等幾個方向發(fā)展，以適應(yīng)各種電子產(chǎn)品的應(yīng)用。 隨著連接器的不斷發(fā)展，connectorCI15自動化機臺作為生產(chǎn)連接器

3、的設(shè)備，也需要不斷的改進，控制手段也必須變得越來越先進。connectorCI15自動化機臺以PLC作為控制核心，PLC模塊連接了很多的外部設(shè)備來控制自動化機臺。其中人機控制界面做為自動化機臺的控制面板，是一種專為PLC應(yīng)用而設(shè)計的小型工作站，通過人機交互的方式對自動化機臺進行控制。而報警系統(tǒng)則是當(dāng)機臺出現(xiàn)問題時報警燈就會閃爍報警鈴響起，提醒操作員并且機臺停止動作防止出現(xiàn)不良品且保障了技術(shù)員的安全。 關(guān)鍵詞：連接器， 電氣自動化， PLC， 人機控制界面， 控制 Abstract Connectors (known as connectors) are ach

4、ieved by mechanical action to realize the electronic circuit connectivity, disconnect or conversion of electrical components, is electronic components electronic equipment. At present, connectors are widely used in audio, video, information and communications equipment, among them the rapid developm

5、ent of data communications, telephony and PC, accelerating the development of the connector market. With the development of electronic technology, the miniaturization of electronic products has been lighted weight and high density, installation of automated technology, promoted the change of connect

6、or Market. At present, Connector toward miniaturization, low height, narrow spacing, multi-species, multi-functional connectivity range of diversity in several directions, to adapt to the application of various electronic products. With the continuous development of the connector, connectorCI15 aut

7、omated machine as a production connector devices also need to constantly improve the means of control must also become increasingly sophisticated.connectorCI15 automated machine PLC as the control core, the PLC module to connect external equipment to control the automated machine. The man-machine co

8、ntrol interface for automatic machine control panel is a specially designed for the PLC application and design of small workstation, through interactive means to machine automation control. While the alarm system is a problem for alarm lamps will flicker alarm bells ring, alerting operator and machi

9、ne to stop the action to prevent bad product and guarantee the safety technician. Keywords：connector, electrical automation, the PLC, man-machine control interface, control 目 錄 1 緒論 1 2 connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng) 2 2.1 connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng)的組成 2 2.2 connectorCI15自動化機臺人機控制界面 2 2.

10、3 connectorCI15自動化機臺自動感應(yīng)檢測系統(tǒng) 6 2.4 connectorCI15自動化機臺的電氣控制部分 7 2.4.1 PLC模塊基本接線 7 2.4.2 伺服系統(tǒng) 8 2.4.3 磁感應(yīng)傳感器應(yīng)用 9 3 基于PLC的connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng) 10 3.1 基于PLC的控制系統(tǒng)的組成 10 3.2 基于PLC的connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng)設(shè)計 12 3.2.1 connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng)總流程 12 3.2.2 機械手的控制過程 14 3.2.3 成品裝管與不良剔除的過程 16 4 connecto

11、rCI15自動化機臺的檢查調(diào)試和故障處理 17 4.1 connectorCI15自動化機臺運行前的檢查 17 4.2 connectorCI15自動化機臺運行中的故障分析與排查 18 4.2.1 故障分析 18 4.2.2 connectorCI15自動化機臺的故障排查和處理措施 18 結(jié)論 20 致謝 21 參考文獻 22 附錄A 23 附錄B 25 表1 27 第28頁 江蘇海事職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆專科生畢業(yè)設(shè)計 1 緒論 連接器（俗稱接插件）是通過機械動作實現(xiàn)電子電路的連通、斷開或轉(zhuǎn)換的機電元件，是電子設(shè)備中不可缺少的電子元件。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，

12、連接器已經(jīng)發(fā)展到上千種，包括印制板連接器、通訊用同軸連接器、光連接器、圓形連接器、方型連接器等。 目前，連接器廣泛用于聲頻、視頻、信息和通訊設(shè)備，其中數(shù)據(jù)通訊、電話通訊和PC的迅速發(fā)展，加速了連接器市場的發(fā)展。由于電子產(chǎn)品小型化、輕型化以及采用高密度、自動化安裝技術(shù)，推進了連接器市場的變化。當(dāng)前，連接器朝著以下幾個方向發(fā)展： (1) 小型化、低高度、窄間距，以適應(yīng)電子產(chǎn)品進一步小型化的發(fā)展 (2) 多品種、多功能化，以適應(yīng)各種電子產(chǎn)品的應(yīng)用，而且要規(guī)格尺寸齊全，包括形狀、連接方式和尺寸等。 (3) 連接范圍多樣化，連接器已從傳統(tǒng)的線到基板連接，發(fā)展到基板或柔性印制電路板（FPC）連接。

13、 隨著連接器應(yīng)用范圍的不斷擴展，它們可根據(jù)其兩大基本功能而分成：信號傳輸及電傳輸兩類。在電子應(yīng)用領(lǐng)域這兩類連接器的顯著特點在于其端子上一定帶有電流，在其它的應(yīng)用當(dāng)中，端子所提供的電壓將同樣作為很重要的考慮對象，雖然同一種端子的設(shè)計可同時作為信號和電量傳輸兩種功用，但在多種相類似的接觸方式的應(yīng)用上來看，許多電傳輸連接器在端子設(shè)計時都僅僅把電量傳輸?shù)男枰鳛槲ㄒ荒康摹? connectorCI15自動化機臺作為一種以生產(chǎn)連接器為目的的電氣自動化設(shè)備，隨著連接器的不斷發(fā)展也需要不斷的改進，控制手段也必須變得越來越精確和靈敏。機臺以PLC作為控制核心，PLC模塊連接了很多的外部設(shè)備來控制自動化機臺。

14、就例如：（1）人機控制界面做為自動化機臺的控制面板，與PLC模塊相連接輸入輸出信號，來實現(xiàn)對自動化機臺的插TAB（針）頻率以及光纖和感應(yīng)器的檢測優(yōu)良品等方面做出控制。（2）報警系統(tǒng)，當(dāng)機臺出現(xiàn)問題時報警燈就會響起提醒操作員并且機臺停止動作防止出現(xiàn)不良品而且保障了技術(shù)員的安全。 在本文中寫到了在connectorCI15自動化機臺中PLC的控制作用。其中通過各個磁感應(yīng)傳感器所感應(yīng)到的信號傳給PLC起到限位開關(guān)的作用，來控制connectorCI15自動化機臺上設(shè)備的位移。通過光纖感應(yīng)器進行檢測及報警控制，光纖傳感器將其檢測信號將傳給PLC控制系統(tǒng)來檢測產(chǎn)品是否合格以及產(chǎn)品的進料是否順暢，并以此

15、控制報警系統(tǒng)。在connectorCI15自動化機臺中還用到觸摸屏人機界面與PLC聯(lián)機通信，人機界面可以對PLC進行監(jiān)控，人機界面既可以在屏幕上顯示外文、中文、圖形等，又允許操作者用手指在屏幕上輕觸操作輸入信息，在屏幕上根據(jù)需要設(shè)計出各種不同的選擇按鈕，并在這些按鈕上標(biāo)明該按鈕所起的功能。操作者通過屏幕上的觸摸開關(guān)可以向PLC輸入數(shù)據(jù)，從而完成以前用按鈕和開關(guān)完成的操作，實現(xiàn)對設(shè)備的操作控制。 2 connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng) 2.1 connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng)的組成 機臺控制系統(tǒng)主要由PLC模塊，人機界面，電路回路，電源，變壓器，交流伺服驅(qū)動器，伺服電

16、機，振動盤，各類傳感器，感應(yīng)信號放大器，報警燈，報警鈴，各類氣缸（筆形氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、精密氣缸等）以及電磁閥等組成。從 圖11可以看出，整個機臺控制系統(tǒng)呈放射狀分布，而中心就是PLC和人機界面。它們既是接線的中心，又是工作的中心。全部的元件都與其相連，全部的信號都在這里匯總，全部的分析處理都在這里完成。 檢測成品的優(yōu)良是控制系統(tǒng)的作用之一，不論采取哪種接插方式,制造商都要求在組裝階段檢測所有的插針是否有缺漏和定位正確;另外一類常規(guī)性的檢測任務(wù)則與連接器配合面上間距的測量有關(guān)。但對于每個連接器通過光纖傳感器時的瞬時速度是很快的，因而檢測感應(yīng)器的靈敏度成為一個重要的系統(tǒng)性能指標(biāo)。光纖傳感器的檢測

17、信號將傳給機臺的控制系統(tǒng)從而使自動化機臺做出相對應(yīng)的反應(yīng)。例如：當(dāng)連接器插針插壞、定位不正、缺漏等等時機臺將會自動排除不良品不裝入成品管內(nèi)，而且在控制系統(tǒng)中可以設(shè)置連續(xù)不良的次數(shù)。當(dāng)連續(xù)不良數(shù)達到次數(shù)時，機臺就會自動停止正常工作并發(fā)出警報提醒操作員報修。 除了檢測作用外，控制系統(tǒng)還有控制機臺的運作動作、自動報警、調(diào)整機臺運作參數(shù)（速度、插針數(shù)等）等作用 2.2 connectorCI15自動化機臺人機控制界面 目前，傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)的人機交互效果逐漸不能令人滿意，需要通過眾多的按鈕和開關(guān)向控制系統(tǒng)輸入大量的操作指令，操作過程復(fù)雜，不方便直觀，而且會使操作者產(chǎn)生厭倦的情緒，大大影響了工作效

18、率和工作質(zhì)量。因此，讓操作者以自然的方式進行人機交互，改善PLC控制系統(tǒng)的人機接口勢在必行，觸摸屏人機界面就在這樣的背景下應(yīng)運而生。觸屏人機界面是目前最簡單、方便、自然的一種人機交互方式，觸摸屏人機界面具備豐富的圖形功能，能夠?qū)崿F(xiàn)各種需求的圖形顯示、數(shù)據(jù)存儲等功能，而且可靠性高，體積小，成本比平板電腦低，是工業(yè)場合的首選，近期也逐漸替代工業(yè)PC成為主流的智能化信息終端。 觸摸屏人機界面與PLC聯(lián)機通信后就可以對PLC進行監(jiān)控。該軟件界面既可以在屏幕上顯示外文、中文、圖形等，又允許操作者用手指在屏幕上輕觸操作輸入信息，在屏幕上根據(jù)需要設(shè)計出各種不同的選擇按鈕，并在這些按鈕上標(biāo)明該按鈕所起的功能

19、。操作者通過屏幕上的觸摸開關(guān)可以向PLC輸入數(shù)據(jù)，從而完成以前用按鈕和開關(guān)完成的操作，實現(xiàn)對設(shè)備的操作控制。在自動化越來越要求實時監(jiān)控的今天，觸摸屏人機界面與PLC的結(jié)合日趨完善，觸摸屏人機界面的應(yīng)用更為PLC的廣泛應(yīng)用開辟了一個新領(lǐng)域。 人機界面是連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標(biāo)等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。 通訊接口 處理單元 存貯單元 顯示單元 輸入單元 圖1人機界面硬件構(gòu)成圖 界面組態(tài)軟件 設(shè)備驅(qū)動 處理器 系統(tǒng)內(nèi)核軟件 （運

20、行于HMI硬件） 圖2軟件構(gòu)成圖 如圖3所示在人機界面中還可分為自動與手動操作兩種方式。在機臺正常工作時使用自動操作，而手動操作界面也有其的作用，在手動操作界面中機臺運作的各個步驟都獨立開來了，可以執(zhí)行獨立的一個動作。手動操作界面為技術(shù)員調(diào)試機臺以及在維護維修機臺時提供了方便，通過手動操作來逐步調(diào)整各個動作的最佳位置。 圖3 人機界面自動、手動操作界面圖 在人機交互中簡單的區(qū)分為“輸入”（Input）與“輸出”（Output）兩種，輸入指的是由人來進行機械或設(shè)備的操作，而輸出指的是由機械或設(shè)備發(fā)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等。圖

21、4分別顯示了各個輸入和輸出端的信號，使機臺在調(diào)試時更加的方便和直觀。 圖4人機界面I/O指示圖 在人機上還存在監(jiān)控界面以及參數(shù)設(shè)定的界面在監(jiān)測界面中分別顯示著各個氣缸上感應(yīng)器所對應(yīng)的是氣缸的前限還是后限一般在初始位置時都是在氣缸后限之處的感應(yīng)器會有信號發(fā)出并在人機界面上顯示出來。這樣就可以準(zhǔn)確的知道問題所在之處從而做出相應(yīng)的調(diào)整使機臺恢復(fù)正常工作。 圖5人機界面監(jiān)控界面圖 在參數(shù)設(shè)定界面中可以自主設(shè)定機臺的一些參數(shù)。例如：進料檢測的延時可以有效的防止進料時的漏測等問題、還有連續(xù)不良的數(shù)值設(shè)定意味著當(dāng)機臺生產(chǎn)的產(chǎn)品的連續(xù)不良的次數(shù)達到該值時機臺就會自動警報并停止機臺的工作

22、。 圖6人機界面參數(shù)設(shè)定界面 2.3 connectorCI15自動化機臺自動感應(yīng)檢測系統(tǒng) 在本文論述的自動化機臺中，自動感應(yīng)檢測系統(tǒng)和報警系統(tǒng)都是由PLC控制的。感應(yīng)檢測系統(tǒng)主要是由磁感應(yīng)傳感器、光纖傳感器、光纖放大器以及CCD圖像傳感器等部分組成。而報警部分主要是報警燈、報警鈴還有人機界面上的報警提示。 在感應(yīng)檢測系統(tǒng)中磁感應(yīng)傳感器主要起到的就是限位開關(guān)的作用。在氣缸的前限與后限分別安裝一個磁感應(yīng)傳感器。在機臺處于原始狀態(tài)時，處于后限的磁感應(yīng)傳感器應(yīng)有信號輸出反饋給控制系統(tǒng)，而處于前限的則無信號，這樣就后限接通。而在某一動作完成后，在完成該動作的設(shè)備上的氣缸上處于前限的磁感應(yīng)傳

23、感器有信號，后限無信號，如此前限接通設(shè)備進行下一步動作，正常運行。若磁感應(yīng)傳感器安裝位置松動或損壞無法感應(yīng)到信號時機臺就會停止工作報警燈亮并在人機界面上就會顯示某處運作異常。 光纖傳感器主要檢測物品的到位情況。主要是在兩類位置，首先是在連接器底座進料的地方，檢測其是否正常進料以及進料到位，如進料不順或不到位系統(tǒng)接收不到信號設(shè)備無法運行并且報警燈閃、報警鈴響起（由于若是進料卡料會壓壞端子即連接器底座，因此這時不僅警報燈會閃起，警報鈴也會響起提醒工人快速處理避免端子的損壞）。此外在端子插入針（TAB)與折斷位置直接也要安裝光纖傳感器用以檢測端子是否以插上針（TAB），若沒插上那么在控制系統(tǒng)中沒有

24、接收到信號在不良排除部分就會把沒有插上TAB的連接器排除不進入后面的步驟。這時報警系統(tǒng)不會發(fā)生變化。 光纖傳感器的原理就是將來自光源的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)（如光的強度、相位、頻率等等）發(fā)生變化——被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送人光探測器，經(jīng)調(diào)解后獲得被測參數(shù)。是一種利用光纖技術(shù)和光學(xué)原理，將感受的被測量轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。在這里就是在端子插上TAB后移過時TAB會使經(jīng)過光纖的光的性質(zhì)發(fā)生變化從而輸出信號。但由于光纖傳感器輸出的信號比較弱，所以在使用光纖傳感器的同時還要使用光纖放大器將光釬發(fā)出的光信號進行放大，增強信號。 在有些自

25、動化機臺上還設(shè)有CCD圖像傳感器。CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖像采集、掃描儀以及工業(yè)測量等領(lǐng)域。作為攝像器件，與攝像管相比，CCD圖像傳感器有體積小、重量輕、分辨率高、靈敏度高、動態(tài)范圍寬、光敏元的幾何精度高、光譜響應(yīng)范圍寬、工作電壓低、功耗小、壽命長、抗震性和抗沖擊性好、不受電磁場干擾和可靠性高等一系列優(yōu)點。該傳感器還具有高速圖像傳輸特性，并且能在不損失敏感度和分辨率的情況下進行持續(xù)電子曝光控制。感光電荷在一個高性能的、帶有復(fù)位的結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)換成13μV/e的信號電壓。產(chǎn)生的信號進一步通過低噪音的二階信號源輸出放大器進行緩沖，從而提高輸出的驅(qū)動能力。CCD圖像傳

26、感器在機臺上用于檢測連接器上所有的插針是否有缺漏和定位正確，以及測量連接器上各個插針直接的間距和連接器配合面的間距是否在產(chǎn)品范圍之內(nèi)。 2.4 connectorCI15自動化機臺的電氣控制部分 在電氣部分中的主要組成部分有PLC模塊，伺服驅(qū)動器，交流伺服電機，濾波器，電源，電磁閥和磁感應(yīng)傳感器等等。 2.4.1 PLC模塊基本接線 在輸入端接線中，F(xiàn)1系列PLC有直流24V接線端，該接線段可為外部輸入傳感器提供電流，當(dāng)24V端子作為傳感器電源時，COM端是直流的0端。如果采用擴展單元，則將基本單元和擴展單元的24V端子連接起來，另外任何外部電源都不可以接到這個端子。當(dāng)外部傳感器采用P

27、LC內(nèi)部電源時，應(yīng)注意不要超出其容量。 PLC的輸出端有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出三種形式。選擇哪一種形式的輸出應(yīng)根據(jù)負載要求決定。 PLC控制系統(tǒng)布線時的其他注意事項，PLC的輸入/輸出線與系統(tǒng)控制線應(yīng)分開布線，并保持一定的距離，如不得已需要布置在同一槽中布線，應(yīng)使用屏蔽電纜。同時，交流與直流線、輸入和輸出線都應(yīng)分開走線。開關(guān)量與模擬量的I/O線也要分開鋪設(shè)，后者最好使用屏蔽線。 此外，PLC基本單元與擴展單元之間的傳送信號電壓低、頻率高，很容易受到干擾，所以它們之間傳送電纜不能與別的線鋪設(shè)在同一管道內(nèi)。 圖7 PLC模塊基本接線圖 2.4.2 伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)也稱

28、為隨動系統(tǒng)。是一種能夠跟蹤輸入的指令信號進行動作，從而獲得精確的位置、速度或力輸出的自動控制系統(tǒng)。在機臺上的伺服系統(tǒng)是以機臺移動部件的位置和速度為控制量，接收來自插補裝置生成的脈沖指令，經(jīng)過一定的信號轉(zhuǎn)換以及電壓、功率放大、檢測反饋，最終實現(xiàn)自動化機臺移動部件的運動控制系統(tǒng)。自動化機臺對伺服系統(tǒng)的位置控制、速度控制、伺服電機、機械傳動等方面都有很高的要求，因此伺服系統(tǒng)的基本要求就是（1）高精度（2）穩(wěn)定性（3）快速反應(yīng)無超調(diào)（4）寬調(diào)速范圍（5）低速大轉(zhuǎn)矩等。 其中伺服驅(qū)動器是用來控制伺服電機的一種控制器，屬于伺服系統(tǒng)的一部分，主要應(yīng)用于高精度的定位系統(tǒng)。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對

29、伺服馬達進行控制，實現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位，目前是傳動技術(shù)的高端產(chǎn)品。目前主流的伺服驅(qū)動器均采用數(shù)字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制算法，實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。功率器件采用以智能功率模塊（IPM）為核心設(shè)計的驅(qū)動電路,IPM內(nèi)部集成了驅(qū)動電路,同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路,在主回路中還加入軟啟動電路,以減小啟動過程對驅(qū)動器的沖擊。功率驅(qū)動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應(yīng)的直流電。經(jīng)過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅(qū)動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅(qū)動單元的整個過程可以簡單的

30、說就是AC-DC-AC的過程。 伺服驅(qū)動器 交流伺服驅(qū)動器 濾波器 伺服電機 DC24V UVW CN1 DO5+ (28) DO5-(27) R S T - L1c L2c R S T PLC模塊 濾波器 圖8伺服驅(qū)動器接線圖 2.4.3 磁感應(yīng)傳感器應(yīng)用 在配電板接線時各個傳感器也要連接正確，否則無法正常運作。在這個自動化機臺上用到的最多的感應(yīng)器就是磁感應(yīng)傳感器。在電路中主要充當(dāng)?shù)氖窍尬婚_關(guān)的作用。 磁感應(yīng)傳感器其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于我們通常所說的干簧繼電器，如（圖11）所示。它是一種觸點傳感器。它由兩片具有高導(dǎo)磁率μ和低矯

31、頑力 Hc ( A / m ) 的合金簧片組成；并密封在一個充滿惰性氣體的玻璃管中。兩個簧片之間保持一定的重疊和適當(dāng)?shù)拈g隙，末端鍍金作為觸點，管外焊接引線。當(dāng)干簧管所處位置的磁場強度足夠大，使觸點彈簧片磁化后所產(chǎn)生的磁力克服起矯頑力時，兩彈簧片互相吸引而使觸點導(dǎo)通。當(dāng)磁場減弱到一定程度，借助彈簧片本身的彈力使它釋放。這樣便完成了一個開關(guān)的作用。因此可以作為傳感器用，用于計數(shù)，限位等等。磁感應(yīng)傳感器的體積小、慣性小、動作快是它突出的優(yōu)點。 觸點 彈簧片 玻璃管 指示燈 0VDC 輸出 +24VDC 圖9磁感應(yīng)傳感器原理示意圖 傳感器A 傳感器B 氣缸 指示燈

32、 圖10位置控制應(yīng)用圖 3 基于PLC的connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng) 3.1 基于PLC的控制系統(tǒng)的組成 PLC是以CPU為核心的電子系統(tǒng)，實質(zhì)上就是一種工業(yè)控制的專用計算機。PLC系統(tǒng)的組成與微機系統(tǒng)基本相同，它是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。圖11是connectorCI15自動化機臺的PLC控制系統(tǒng)簡化圖。一般小型PLC的基本單元主要由CPU、存儲器、電源模塊、輸入和輸出模塊（I/O模塊）、I/O擴展接口、外設(shè)I/O接口、編程器以及一些外圍設(shè)備等部分組成。PLC的軟件系統(tǒng)也包括系統(tǒng)程序和用戶程序。 輸出模塊 輸入模塊 電源 外接I/O

33、接口 I/O擴展機 I/O擴展接口 運算器 控制器 EPROM 系統(tǒng)程序 RAM 用戶程序 微處理器（CPU） 存儲器 人機控制界面 外圍設(shè)備（編程器、圖像監(jiān)測系統(tǒng)等等） 傳感器（磁感應(yīng)傳感器、光纖傳感器、光纖放大器等） 伺服系統(tǒng)（伺服驅(qū)動器、伺服電機） 報警系統(tǒng)（報警燈、報警鈴等） 主機 圖11 PLC系統(tǒng)簡化圖 CPU是PLC的核心組成部分，是PLC的控制運算中心。PLC中配有兩種存儲系統(tǒng)，系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序存儲器主要用來存放系統(tǒng)的管理和監(jiān)控程序、對用戶程序作編譯處理的程序，以及PLC內(nèi)部的各種狀態(tài)參數(shù)。用戶程序存儲器主要用于存

34、放用戶根據(jù)生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工藝要求編制的應(yīng)用程序，可通過編程器輸入或修改用戶程序。一般PLC使用的電源可以是220V交流電源，也可以是直流電源。PLC內(nèi)部配有穩(wěn)壓電源模塊來對PLC內(nèi)部各模塊提供直流穩(wěn)壓電源。有些型號的PLC還可以向外部傳感器提供24V的直流電源。外設(shè)I/O接口的作用就是將一些外設(shè)設(shè)備與CPU連接起來。I/O擴展接口就是用于擴展單元與基本單元之間的連接，使得I/O點數(shù)的配置更為靈活。 PLC的輸入輸出模塊（I/O模塊）是PLC與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其它外部設(shè)備之間聯(lián)系的橋梁。其任務(wù)是將被控對象或被控生產(chǎn)過程的各種變量進行采集，送人CPU處理，同時控制器又通過I/O模塊將控制器運算處

35、理產(chǎn)生的控制輸出送到被控設(shè)備或生產(chǎn)現(xiàn)場，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)動作，實現(xiàn)實時控制。connectorCI15自動化機臺的I/O模塊分配表見表1。 3.2 基于PLC的connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng)設(shè)計 3.2.1 connectorCI15自動化機臺控制系統(tǒng)總流程 在PLC程序中編寫了自動化機臺在運行中每個部位的運作行程相對應(yīng)的程序。按照生產(chǎn)的要求，事先安排好程序，在輸入信號的作用下，控制系統(tǒng)的各個執(zhí)行機構(gòu)按生產(chǎn)過程的規(guī)律進行順序控制。 首先開啟connectorCI15自動化機臺總電源，啟動機臺，進入初始化狀態(tài)，振動盤開始 Base（端子）送料，connectorCI15自動

36、化機臺開始進料。接著檢測機臺是否處于原始位置，即機臺的各個設(shè)備是否處在開始位置，傳感器是否都有信號，Base和TAB(插針)是否有料等，判斷機臺是否處于原始位置。若不處于原始位置則機臺進入急停狀態(tài)，且無法正常啟動。當(dāng)處于原始位置時，機械手開始動作，Base開始進料、定位和位移，進入右側(cè)插TAB的部分，檢測右TAB是否足夠，不足則右TAB送料的電機啟動，右TAB足夠時電機停止，進入右TAB插入部分，右TAB進料、折斷、插入、夾持，機械手繼續(xù)一個循環(huán)，右TAB旋轉(zhuǎn)折斷多余部分，光纖感應(yīng)器檢測右TAB是否插到位。接著機械手繼續(xù)動作，進入左側(cè)TAB部分，過程與上面的右側(cè)TAB相同。在光纖檢測左右TAB

37、是否插到位時，只要有一個沒到位，在左TAB部分之后就會被不良剔除。若連續(xù)不良剔除的數(shù)量過多超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時機臺就會緊急停止，無法啟動，要進行復(fù)位。在數(shù)量不多時繼續(xù)檢測，正常運行。左右TAB都插到位那么就進入成品裝管階段。這時就要檢測產(chǎn)品裝管的數(shù)量，在數(shù)量達到裝管的數(shù)量時就會自動換管，推出裝滿成品的管子裝入空管，機臺繼續(xù)運行。 啟動 Base進料 初始化 Base部分（送料、定位、移位） 右TAB部分 左TAB部分 不良剔除 成品裝管 換管 左送針電機停止 左送針電機啟動 左TAB充足 右送針電機停止 右TAB充足 右送針電機啟動 是否處于原始狀態(tài)

38、 右和左TAB是否都插到位 右TAB是否足夠 左TAB是否足夠 檢測裝管數(shù)是否達標(biāo) 報警急停 Y N Y N 檢測連續(xù)不良次數(shù)是否超標(biāo) Y N Y Y N N Y N 圖12 PLC控制系統(tǒng)流程圖 3.2.2 機械手的控制過程 在整個自動化機臺的PLC程序中包括了每個動作的運行。下面就例舉兩個簡單的例子：（1）機械手：在自動化生產(chǎn)線上常用到的機械手的操作。將置于軌道上的產(chǎn)品從一邊推向另一邊。 產(chǎn)品 光釬感應(yīng)器 行程氣缸 軌道 鉤爪 滑軌、滑塊 圖13 機械手結(jié)構(gòu)圖 機械手的工作過程如圖14機械手的每次循環(huán)動作均從原位開始。

39、 機械手的控制要求如下： （1） 在軌道右端裝有光纖傳感器用以檢測產(chǎn)品的到來。當(dāng)感應(yīng)器感應(yīng)到產(chǎn)品時為ON狀態(tài)。 （2）機械手在原位，光纖傳感器感應(yīng)到產(chǎn)品系統(tǒng)自動啟動，行程氣缸向左拉，左移當(dāng)行程氣缸左移到位后上升 （3）行程氣缸向右推，機械手右移，右移到位后下降 （4）機械手回到原位，繼續(xù)進行下一個循環(huán) 原位 1 左移 2 上升 右移 下降 3 4 5 圖14機械手工作過程 左移 上升 右移 下降 M0.0 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 Q0.1 Q0.3 Q0.2 Q0.4 I0.0 M1

40、.1 I0.4 I0.2 I0.5 I0.3 — I0.1 I0.1 M1.0 原點 I0.6 — I0.6 Q0.6 急停 Q0.5 圖15機械手運作流程圖 輸入： X0 啟動 IO.1 停止 IO.2上升限位 IO.3 下降限位 IO.4 左移限位 IO.5 右移限位 IO.6 光纖感應(yīng) 有產(chǎn)品時有檢測信號，為ON狀態(tài) 輸出： Q0.1 左移電磁閥 Q0.2 右移電磁閥 Q0.3 上升電磁閥 Q0.4 下降電磁閥 Q0.5 原點 Q0.6 急停 PLC程序梯形圖見附錄A 3.2.3 成品裝管與不良剔除的過程 Base

41、在右側(cè)和左側(cè)插入TAB之后都會有光纖感應(yīng)器檢測TAB是否插到位，在光纖檢測左右TAB是否插到位時，只要有一個沒到位，在左TAB部分之后就會被不良剔除。若連續(xù)不良剔除的數(shù)量過多超出設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)時機臺就會緊急停止，無法啟動，要進行復(fù)位。在數(shù)量不多時繼續(xù)檢測，正常運行。左右TAB都插到位那么就進入成品裝管階段。這時就要檢測產(chǎn)品裝管的數(shù)量，在數(shù)量達到裝管的數(shù)量時就會自動換管，推出裝滿成品的管子裝入空管，機臺繼續(xù)運行。 輸入： IO.0 機械手一循環(huán) IO.1 右插入前限 IO.2 右插入后限 IO.3 左插入前限 IO.4 左插入后限 IO.5 右側(cè)插針光纖檢測 IO.6 左側(cè)插針光纖檢

42、測 I0.7 裝管光纖檢測 I1.0 計數(shù)復(fù)位 輸出： Q0.1 右插入 Q0.2 右退回 Q0.3 左插入 Q0.4 左退回 Q0.5 不良剔除 Q0.6 成品裝管 Q0.7 換管 PLC程序梯形圖見附錄B M1.1 M1.0 I0.0, I0.1 I0.0, I0.4 I0.0, I0.2 I0.3, I0.5 I0.0 — I0.5, I0.3 I0.0 I0.6 Q0.1 Q0.2 Q0.4 Q0.3 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 Q0.6 M0.6 Q0.5 — I0.6 計數(shù)器 Q0

43、.7 I0.7 I1.0 圖16成品裝管與不良剔除流程圖 4 connectorCI15自動化機臺的檢查調(diào)試和故障處理 4.1 connectorCI15自動化機臺運行前的檢查 在自動化機臺開始運行之前必須要進行檢查和調(diào)試。首先檢查組裝機臺時的各個零件是否安裝完畢和正確。接著檢查配電部分是否連接正確，絕緣處理是否完成等。以防止發(fā)生危險和避免對設(shè)備造成損壞或動作異常。 同時檢查是否有油、水和螺絲、金屬片等導(dǎo)電物體、可燃性物體等處于電氣設(shè)備中。接著要檢查控制器或程序是否正確以及各個感應(yīng)器的位置和信號狀況。還有電機和驅(qū)動器等能否運作正常。 4.2 connectorCI15自

44、動化機臺運行中的故障分析與排查 4.2.1 故障分析 在這里的故障主要分為調(diào)試中的故障和運行中的故障。調(diào)試中的故障指的是機臺在首次運行的調(diào)試中出現(xiàn)的故障而運行中的故障指的是在正常運行時出現(xiàn)的故障。 在調(diào)試中出現(xiàn)問題，一般都是控制器或程序出現(xiàn)故障，很少有其他的故障。運行中的故障診斷，表示設(shè)備已經(jīng)可以正常工作，但由于某些原因，突然不工作或不按正常運動順序工作。在運行中突然出問題，不要將重點放在控制器和程序上，因為不做人為修改，程序不會自己更改?，F(xiàn)今的控制器，質(zhì)量非常好，也很少會莫名奇妙的出現(xiàn)故障。除非出現(xiàn)了嚴重的電磁干擾。問題一般都出現(xiàn)在其他的環(huán)節(jié)上。例如：電源，氣源，節(jié)流閥，傳感器，繼電器

45、，氣缸，氣管接頭，電氣回路連接以及機臺零件由于運行產(chǎn)生松動等。 4.2.2 connectorCI15自動化機臺的故障排查和處理措施 故障排除主要是對運行中產(chǎn)生的故障進行排查，而機臺主要由三部分組成：1.執(zhí)行元件2.傳感器部分3.控制器部分。在出現(xiàn)故障的時候我們可以逐一檢測 （1）首先檢測機臺上的零件是否出現(xiàn)了松動現(xiàn)象。若有則將其對準(zhǔn)正確的位置固定好。 （2）對機臺的電源和氣源以及節(jié)流閥等進行查看。電源，包括每臺設(shè)備的供電電源和車間的動力電，即設(shè)備所能涉及的所有電源。氣源，包括氣動裝置所需的氣壓源。有很多時候都是電源、氣源出現(xiàn)問題。比如供電出現(xiàn)問題，包括整個車間供電的故障，或是電源功率

46、低，電壓過低達不到正常運行的電壓，保險燒毀，電源插頭接觸不良等；氣動三聯(lián)組合未開啟，或是在氣動系統(tǒng)中，節(jié)流閥開口度調(diào)節(jié)彈簧，會隨著設(shè)備的震動而出現(xiàn)松動或滑動等情況。這幾種最是基礎(chǔ)的問題，但通常也是最普遍的問題。 （3）檢查傳感器位置是否出現(xiàn)問題。由于設(shè)備維護人員的疏忽，可能某些傳感器出現(xiàn)差錯，比如沒有到位，傳感器故障，靈敏度故障等。所以我們要經(jīng)常檢查傳感器的傳感位置和靈敏度，在出現(xiàn)偏差時及時調(diào)節(jié)，傳感器如果壞掉，立刻更換。在很多時候，如果保證電源，氣動組合供應(yīng)無誤的情況下，很多故障是傳感器出現(xiàn)了問題。尤其是磁感應(yīng)式傳感器，由于長期使用，很可能內(nèi)部搭鐵相互粘住，無法分開，出現(xiàn)常閉信號，這也是該

47、類型傳感器的通病，只能進行更換。此外，由于機臺的震動，傳感器在長期使用后，都會出現(xiàn)位置松動的情況，所以在日常維護時要經(jīng)常檢查傳感器的位置是否正確、固定牢固。 （4）檢查繼電器和氣缸。繼電器和磁感應(yīng)式傳感器一樣，長期使用也會出現(xiàn)搭鐵粘連的情況，從而無法保證電氣回路的正常，需要更換。而氣缸有時也會出現(xiàn)問題，例如氣缸中的磁環(huán)出現(xiàn)消磁了，使的磁感應(yīng)傳感器無法接受到信號?；蚴菤飧鬃陨膿p壞等，尤其是精密氣缸最容易損壞。此時就要及時的更換氣缸。 （5）檢查電氣，氣動回路連接。如果以上幾步都沒有發(fā)現(xiàn)任何問題，那么檢查所有回路。查看電路中的導(dǎo)線是否出現(xiàn)斷路或短路現(xiàn)象，尤其是線槽內(nèi)的導(dǎo)線是否由于拉扯被線槽剮

48、斷或是在修改過的線路的接線處套熱縮管的地方是否由于時間過長中間的導(dǎo)線出現(xiàn)短路等等。檢查氣管接頭是否有松動或是斷裂的、氣管是否有損壞性的折痕。在這一步檢查電路時，要使用必備的萬用表，檢查回路的通路情況和一些設(shè)備的電壓情況。如果有氣管接頭出現(xiàn)問題或氣管出現(xiàn)嚴重折痕，立刻更換。 （6）在保證上述步驟無誤后，故障才有可能出現(xiàn)在控制器中，但基本上不可能是程序出現(xiàn)了問題！而且只要沒有出現(xiàn)過嚴重的短路，控制器內(nèi)部都具有短路保護，一般性的短路不會燒毀控制器，因此先檢查是否有高頻干擾的設(shè)備在控制器附近。如果有，立刻挪走。如果在戶外，大強度的閃電也可能造成控制器在一瞬間無法正常工作。此時，先清除掉所有可能的干擾

49、設(shè)備，然后重啟控制器。如果重啟無效，檢查控制器接線是否有松動，有接觸不良的情況。若接線無誤。判斷是否是PLC的存儲卡出現(xiàn)問題。更換一塊新的卡，下載程序，檢查是否是先前的內(nèi)存卡有故障。最后若是無問題，有可能是有人在無意中改動了程序，那就查看程序是否出現(xiàn)問題，將其修復(fù)。 結(jié) 論 本文根據(jù)連接器的發(fā)展趨勢，分析了生產(chǎn)連接器的CI15自動化機臺臺的控制系統(tǒng)的部分模塊及工作方式，通過論證表明基于PLC、人機界面及電氣自動化控制的connectorCI15自動化機臺當(dāng)前生產(chǎn)連接器的主流設(shè)備之一。PLC模塊和人機界面的組合作用在自動化

50、機臺上使得機臺的自動化程度和控制系統(tǒng)的性能等方面有了本質(zhì)的提高。同時它的控制系統(tǒng)既可集中管理、集中控制又可分散控制，獨立操作 ，操作方便。該系統(tǒng)還具有精度高，靈敏度強，反應(yīng)及時準(zhǔn)確，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。 電氣自動化機臺機在無人干預(yù)的情況下按規(guī)定的程序或指令自動進行操作或控制，其目標(biāo)是“穩(wěn)，準(zhǔn)，快”。采用電氣自動化技術(shù)不僅減輕了體力勞動和部分腦力勞動節(jié)省了大量的人力物力并改善了原本惡劣、危險的工作環(huán)境，而且極大地提高勞動生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)品的優(yōu)良以及員工的安全措施。 人機界面作為工控軟件的一個重要組成部分，國內(nèi)人機界面組態(tài)軟件研制方面近幾年取得了較大進展，軟件和硬件相結(jié)合，為企業(yè)測、控、管一體化提

51、供了比較完整的解決方案。在此基礎(chǔ)上，工業(yè)控制軟件將從人機界面和基本策略組態(tài)向先進控制方向發(fā)展。 在未來，工業(yè)控制軟件將繼續(xù)向標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和開放性方向發(fā)展。儀器儀表技術(shù)在向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化方向發(fā)展，PLC將向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展。 由于大力發(fā)展工業(yè)自動化是加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升、提高企業(yè)整體素質(zhì)、提高國家整體國力、調(diào)整工業(yè)結(jié)構(gòu)、迅速搞活大中型企業(yè)的有效途徑和手段，國家將繼續(xù)通過實施一系列工業(yè)過程自動化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項，用信息化帶動工業(yè)化，推動工業(yè)自動化技術(shù)的進一步發(fā)展，加強技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國民經(jīng)濟發(fā)展面臨的深層問題，進一步提高國民經(jīng)濟整

52、體素質(zhì)和綜合國力，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。 隨著信息化社會的不斷進步發(fā)展，連接器的發(fā)展趨勢不斷加快。因此生產(chǎn)連接器的自動化機臺的不斷發(fā)展對電子技術(shù)的發(fā)展和信息化社會的不斷推進具有十分重要的實際意義。 致 謝 時光荏苒，歲月如梭。記憶的雪花翩翩起舞，思緒定格在鳳凰花開的季節(jié)。揮灑過汗水，也滴落過淚花，這里有我熟悉的一切，有我熱愛的一切?；秀敝校诿利惖暮Ｔ?，我度過了人生中最為寶貴的年華。 論文的寫作過程充滿了挑戰(zhàn)，而論文的完成也預(yù)示著我即將從生活學(xué)習(xí)了三年的學(xué)校畢業(yè)，在這三年里我在學(xué)習(xí)以及思想上都受益匪淺。在本論文的寫作過程中，我的論文指導(dǎo)導(dǎo)師林永屹老師傾注了大量的心

53、血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關(guān)，循循善誘，在此我表示衷心感謝。 感謝我的家人。是他們在我遇到挫折時，給與我信心與前進的動力；是他們在我快樂時，分享我的喜悅。 我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。感謝所有關(guān)心和幫助過我的人。 最后對關(guān)心我們學(xué)習(xí)以及論文工作的老師及學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)致以最誠摯的感謝。 參考文獻 [1] 徐偉華， 對PLC的自動化控制

54、系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計， 科技創(chuàng)新導(dǎo)報， 2008年 30期. [2] 董繼成， 用PLC實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動控制， 機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， 2004，(01). [3] 林麗娜， 控制系統(tǒng)中可編程控制器的選擇， 企業(yè)家天地(理論版)， 2010，(09). [4] 劉文生， PLC與觸摸屏的綜合應(yīng)用， 遼寧師專學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2009，(01). [5] Bose BK， Modern Power, Electronics and AC Drives Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 2002. [6] 王宏、于泳、徐殿國，永磁同步電動機位置伺服系統(tǒng)，中國電

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56、-hydraulic servo system based on nonlinear back stepping, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Montreal, QC, Canada: ABB Canada In spires, 2006, 4. 附錄A 機械手PLC梯形圖 附錄B 裝管及不良剔除PLC梯形圖 表1 conn

57、ectorCI15自動化機臺的I/O分配表 I/O表 INPUT OUTPUT X000 左TAB檢出 Y000 X001 右TAB檢出 Y001 X002 塑膠揀出 Y002 振動盤啟動 X003 Y003 右插入 X004 定位前限 Y004 右切斷 X005 定位后限 Y005 塑料送料 X006 成品位移前線 Y006 不良剔除 X007 成品位移后限 Y007 X010 塑膠送料前限 Y010 右送料 X011 塑膠送料后限 Y011 右夾持 X012 左TAB送料前限 Y012 左

58、夾持 X013 左TAB送料后限 Y013 X014 右TAB送料前限 Y014 成品移位 X015 右TAB送料后限 Y015 左切斷 X016 左TAB切斷前限 Y016 左插入 X017 左TAB切斷后限 Y017 左送料 X020 右TAB切斷前限 Y020 左旋轉(zhuǎn)折斷 X021 右TAB切斷后限 Y021 移料夾定位 X022 左TAB插入前限 Y022 X023 左TAB插入后限 Y023 左送料馬達開啟 X024 右TAB插入前限 Y024 右送料馬達開啟 X025 右TAB插入后限 Y02

59、5 換管 X026 左旋轉(zhuǎn)折斷前限 Y026 右旋轉(zhuǎn)折斷 X027 左旋轉(zhuǎn)折斷后限 Y027 X030 右旋轉(zhuǎn)折斷前限 Y030 X031 右旋轉(zhuǎn)折斷后限 Y031 X032 Y032 X033 Y033 X034 定位（2）前限 Y034 X035 定位（2）后限 Y035 X036 Y036 X037 緊急停止 Y037 X040 換管前限 Y040 X041 換管后限 Y041 X042 左TAB送料電機感應(yīng) Y042 X043 右TAB送料電機感應(yīng) Y043