工程應(yīng)用柔性制造系統(tǒng)設(shè)計報告.doc

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電氣工程學(xué)院 專業(yè)綜合實驗 設(shè)計報告 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 設(shè)計題目： 柔性制造生產(chǎn)線搬運安裝站 控制系統(tǒng)的設(shè)計 評定成績： 評定教師： 摘 要 模塊式柔性自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)是一種最為典型的機電一體化、自動化類產(chǎn)品，它是為職業(yè)院校、技工學(xué)校、教育培訓(xùn)機構(gòu)等而研制的，它適合機械制造及其自動化、機電一體化、電氣工程及自動化、自動化工程、控制工程、測控技術(shù)、計算機控制、自動控制、機械電子工程、機械設(shè)計與理論、等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和培訓(xùn)。它在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場基礎(chǔ)上又針對教學(xué)進行了專門設(shè)計，強化了各種控制技術(shù)和工程實踐能力。 柔性自動化實訓(xùn)系統(tǒng)由六個單元組成，分別為上料檢測單元、搬運單元、加工與檢測單元、安裝單元、安裝搬運單元和分類單元，每個單元由一套 PLC 控制器單獨控制，這使得柔性自動化生產(chǎn)實訓(xùn)裝置可以分成若干完全獨立的工作機構(gòu)。 在設(shè)計過程中，不斷參閱相關(guān)電氣設(shè)計規(guī)范的資料，在設(shè)備現(xiàn)場觀摩整個系統(tǒng)運作的流程以及控制方式，并借鑒其控制方法和設(shè)計思路，通過現(xiàn)場設(shè)計和編寫控制程序，并反復(fù)進行調(diào)試和運行找出更合理的控制方法。 關(guān)鍵字：柔性制造；PLC；人機界面；安裝搬運單元。 目 錄 摘要……………………………………………………………… ………… ……………Ⅰ 第一章 緒論…………………………………………………………………… ……… …1 1.1柔性制造概念和特點……………………… ……………………………………1 1.2柔性制造與柔性制造系統(tǒng)…………………………………………… …………1 1.3 本次課題的主要內(nèi)容……………………………………………………………2 第二章 總體方案設(shè)計…………………………………………………………………3 2.1 柔性制造系統(tǒng)—安裝搬運站……………………………………………………3 2.2柔性制造系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)圖…………………………………………… …………3 2.3步進電機的選型…………………………………………………………………4 2.4傳感器的選型……………………………………………………………………5 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計…………………………………………………………… ………7 3.1 主要組成與功能………………………………………………………7 3.2 器件參數(shù)及選型………………………………………………………7 3.3 硬件實物圖……………………………………………………………8 3.4 氣動原理………………………………………………………………8 3.5可編程控制器PLC………………………………………………9 3.6硬件I/O分配………………………………………………………10 3.7觸摸屏………………………………………………………………11 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計………………………………………………………………12 4.1 工作流程圖……………………………………………………………12 4.2 PLC控制程序SFC框圖………………………………………………13 4.3 人機界面設(shè)計…………………………………………………………13 4.4 系統(tǒng)通信……………………………………………………………………14 第五章 實驗步驟設(shè)計與調(diào)試……………………………………………………………16 5.1 硬件接線圖…………………………………………………………………16 5.2 系統(tǒng)仿真……………………………………………………………………16 5.2.1 軟件仿真……………………………………………………………17 5.2.2 調(diào)試過程……………………………………………………………17 5.2.3 實驗中可能遇到的問題和解決方法……………………………17 參考文獻……………………………………………………………………………18 附錄……………………………………………………………………………………19 第一章 緒 論 1.1柔性制造概念和特點 柔性制造的模式其實廣泛存在，比如定制，這種以消費者為導(dǎo)向的，以需定產(chǎn)的方式對立的是傳統(tǒng)大規(guī)模量產(chǎn)的生產(chǎn)模式。在柔性制造中，考驗的是生產(chǎn)線和供應(yīng)鏈的反應(yīng)速度。比如目前在電子商務(wù)領(lǐng)域興起的“C2B”“C2P2B”等模式體現(xiàn)的正是柔性制造的精髓所在。 柔性可以表述為兩個方面，一個方面是指生產(chǎn)能力的柔性反應(yīng)能力，也就是機器設(shè)備的小批量生產(chǎn)能力，另一個方面，指的是供應(yīng)鏈的敏捷和精準(zhǔn)的反應(yīng)能力。其優(yōu)點是生產(chǎn)率很高,由于設(shè)備是固定的,所以設(shè)備利用率也很高,單件產(chǎn)品的成本低。但價格相當(dāng)昂貴,且只能加工一個或幾個相類似的零件,難以應(yīng)付多品種中小批量的生產(chǎn)。隨著批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應(yīng)市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換,一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在很大程度上取決于它是否能在很短的開發(fā)周期內(nèi),生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。柔性已占有相當(dāng)重要的位置。在柔性制造中，供應(yīng)鏈系統(tǒng)對單個需求做出生產(chǎn)配送的響應(yīng)。從傳統(tǒng)“以產(chǎn)定銷”的“產(chǎn)——供——銷——人——財——物”，轉(zhuǎn)變成“以銷定產(chǎn)”，生產(chǎn)的指令完全是由消費者獨個觸發(fā)，其價值鏈展現(xiàn)為“人——財——產(chǎn)——物——銷“這種完全定向的具有明確個性特征的活動。 柔性制造的特點包括：(1) 機器柔性，系統(tǒng)的機器設(shè)備具有隨產(chǎn)品變化而加工不同零件的能力；(2) 工藝柔性，系統(tǒng)能夠根據(jù)加工對象的變化或原材料的變化而確定相應(yīng)的工藝流程；(3) 產(chǎn)品柔性，產(chǎn)品更新或完全轉(zhuǎn)向后，系統(tǒng)不僅對老產(chǎn)品的有用特性有繼承能力和兼容能力，而且還具有迅速、經(jīng)濟地生產(chǎn)出新產(chǎn)品的能力；(4) 生產(chǎn)能力柔性，當(dāng)生產(chǎn)量改變時，系統(tǒng)能及時作出反應(yīng)而經(jīng)濟地運行；(5) 維護柔性，系統(tǒng)能采用多種方式查詢、處理故障，保障生產(chǎn)正常進行；(6) 擴展柔性，當(dāng)生產(chǎn)需要的時候，可以很容易地擴展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加模塊，構(gòu)成一個更大的制造系統(tǒng)。 1.2 柔性制造系統(tǒng)概念和發(fā)展趨勢 柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)，英文縮寫為FMS。一組按次序排列的機器，由自動裝卸及傳送機器連接并經(jīng)計算機系統(tǒng)集成一體，原材料和代加工零件在零件傳輸系統(tǒng)上裝卸，零件在一臺機器上加工完畢后傳到下一臺機器，每臺機器接受操作指令，自動裝卸所需工具，無需人工參與。 柔性制造系統(tǒng)類型可分為： （1）柔性制造單元。柔性制造單元由一臺或數(shù)臺數(shù)控機床或加工中心構(gòu)成的加工單元。該單元根據(jù)需要可以自動更換刀具和夾具，加工不同的工件。柔性制造單元適合加工形狀復(fù)雜，加工工序簡單，加工工時較長，批量小的零件。它有較大的設(shè)備柔性，但人員和加工柔性低。 （2）柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)是以數(shù)控機床或加工中心為基礎(chǔ)，配以物料傳送裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計算機實現(xiàn)自動控制，能在不停機的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復(fù)雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。 （3）柔性自動生產(chǎn)線。柔性自動生產(chǎn)線是把多臺可以調(diào)整的機床（多為專用機床）聯(lián)結(jié)起來，配以自動運送裝置組成的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動生產(chǎn)線，在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動生產(chǎn)線；柔性程度高的柔性自動生產(chǎn)線，則接近于小批量、多品種生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)。 柔性制造系統(tǒng)發(fā)展趨勢大致有兩個方面：一方面是與計算機輔助設(shè)計扣輔助制造系統(tǒng)相結(jié)合，利用原有產(chǎn)品系列的典型工藝資料，組合設(shè)計不同模塊，構(gòu)成各種不同形式的具有物料流和信息流的模塊化柔性系統(tǒng)。另一方面是實現(xiàn)從產(chǎn)品決策、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)到銷售的整個生產(chǎn)過程自動化，特別是管理層次自動化的計算機集成制造系統(tǒng)。在這個大系統(tǒng)中，柔性制造系統(tǒng)只是它的一個組成部分。 1.3 本次課題的主要內(nèi)容 本次課題研究的柔性制造系統(tǒng)分為6個單元，分別為：上料檢測站、搬運站、加工站、安裝搬運站、安裝站、分類站，控制系統(tǒng)選用三菱FX 3U系列PLC為核心，配備步進電機、電磁閥、光電開關(guān)、磁性傳感器、電感傳感器、單杠氣缸、限位開關(guān)等傳感器執(zhí)行器件。完成從模型建立、方案確定、參數(shù)仿真、軟硬件、通信、組態(tài)的設(shè)計到硬件安裝、程序編寫、界面設(shè)計、系統(tǒng)調(diào)試等步驟過程的訓(xùn)練，完成柔性制造控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試任務(wù)。  第二章 總體方案設(shè)計 2.1柔性制造系統(tǒng)—安裝搬運站 2.1.1安裝搬運站設(shè)計目標(biāo) 安裝搬運單元為整個網(wǎng)絡(luò)型模塊式柔性自動化生產(chǎn)線的第四部分，負責(zé)根據(jù)總站發(fā)出的要求將不同的物料搬運到指定的安裝位置。設(shè)計要求將上站工件拿起放入安裝平臺，等待安裝站將小工件安裝到位后，將裝好工件拿起放下站。 2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 模塊式柔性自動化生產(chǎn)線搬運安裝單元主要由平移工作臺、塔吊臂、機械手、齒輪齒條傳動、工業(yè)導(dǎo)軌、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O 接口板、通訊接口板、電氣網(wǎng)孔板、多種類型電磁閥及氣缸等結(jié)構(gòu)組成。 2.1.3 系統(tǒng)建模 系統(tǒng)建模過程如下：首先應(yīng)該對被控制對象有明晰深入的了解，為此需要進行對象建模，常用的方法有兩種方法：（1）根據(jù)物理力學(xué)動力學(xué)及電機、電力拖動等原理建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型，必要時需要在工作點附近近似線性化；（2）基于實驗方法確定系統(tǒng)模型參數(shù)，給定控制量，記錄加工刀具、分類托盤的位置、速度響應(yīng)曲線，用相應(yīng)的方法確定被控對象的特征參數(shù)，得到對象的傳遞函數(shù)。要求學(xué)生綜合運用上述方法，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。 由于網(wǎng)絡(luò)型模塊式柔性自動化生產(chǎn)線中的安裝模塊使用氣動方案， 其控制部件為開關(guān)信號驅(qū)動的電磁閥，相對于步進電機和伺服電機較為容易驅(qū)動，且采用數(shù)字信號的電磁接近開關(guān)傳感器，因此無需建立執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)學(xué)模型以優(yōu)化操作性能，即可很好完成預(yù)期動作。 2.2柔性制造系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)圖 安裝站 上料檢測站 搬運站 加工站 安裝搬運站 分類站 圖2.1 柔性制造系統(tǒng)工作過程結(jié)構(gòu)圖 由上圖可知，本系統(tǒng)的工作流程為：上料檢測單元將大工件按順序排好后提升送出；搬運站將大工件從上料檢測單元搬至加工站；加工站將大工件加工后送出工位；安裝搬運站將大工件從傳輸站搬至安裝工位放下；安裝站再將對應(yīng)的小工件裝入大工件中；安裝搬運站再將安裝好的工件送分類站，分類站再將工件送入相應(yīng)的料倉。 2.3步進電機的選型 本次實驗選用的步進電機型號為42J1834-810，步進電機驅(qū)動器為EZM552。本次實驗步進電機的作用主要是分別控制 X、Y 兩軸滾珠絲桿完成倉儲位置選擇。步進電機實物圖如圖2.2所示。 圖2.2 步進電機實物圖 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和距離，從而達到速度調(diào)節(jié)和距離調(diào)節(jié)的目的。 2.4傳感器的選型 本次分類站的設(shè)計的傳感器種類主要有電感傳感器，磁性傳感器，單桿氣缸以及限位開關(guān)。 1） 電感傳感器的選型 本次電感傳感器選擇的型號為GKB-M0524NA。電感傳感器的實物圖如圖2.3所示。 圖2.3 電感傳感器實物圖 帶有模擬輸出的電感式接近傳感器是一種測量式控制位置偏差的電子信號發(fā)生器，其用途非常廣泛。例如：可測量彎曲和偏移；可測量振蕩的振幅高度；可控制尺寸的穩(wěn)定性；可控制定位；可控制對中心率或偏心率。 　　電感傳感器還可用作磁敏速度開關(guān)、齒輪齡條測速等，該類傳感器廣泛應(yīng)用于紡織、化纖、機床、機械、冶金、機車汽車等行業(yè)的鏈輪齒速度檢測，鏈輸送帶的速度和距離檢測，齒輪齡計數(shù)轉(zhuǎn)速表及汽車防護系統(tǒng)的控制等。另外該類傳感器還可用在給料管系統(tǒng)中小物體檢測、物體噴出控制、斷線監(jiān)測、小零件區(qū)分、厚度檢測和位置控制等。本次設(shè)計中電感傳感器的主要作用是用于滾珠絲桿的X軸限位。 2） 磁性傳感器的選型 本次設(shè)計磁性傳感器的型號為D-C73L。磁性傳感器的實物圖如圖2.4所示。 圖2.4 磁性傳感器實物圖 磁傳感器廣泛用于現(xiàn)代工業(yè)和電子產(chǎn)品中以感應(yīng)磁場強度來測量電流、位置、方向等物理參數(shù)。它的溫度穩(wěn)定性相比于其他同類型的傳感器更好，靈敏度更高，線性范圍更寬，測量的更加準(zhǔn)確。本次設(shè)計中磁性傳感器主要用于氣缸位置的檢測。當(dāng)氣缸到達位置準(zhǔn)確之后將會給PLC發(fā)送一個到位信號。  第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 3.1 主要組成與功能 柔性制造控制系統(tǒng)由上料檢測單元、搬運單元、加工與檢測單元、安裝單元、安裝搬運單元和分類單元6個部分組成，其中搬運安裝單元主要由平移工作臺、塔吊臂、機械手、齒輪齒條傳動、工業(yè)導(dǎo)軌、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O 接口板、通訊接口板、電氣網(wǎng)孔板、多種類型電磁閥及氣缸組成，主要完成將上站工件拿起放入安裝平臺，等待安裝站將小工件安裝到位后，將裝好工件拿起放下站。 （1）機械手：與塔吊臂結(jié)合一起，用于夾取工件。 （2）齒輪齒條傳動：完成平移工作臺左右移動。 （3）工業(yè)導(dǎo)軌：輔助平移工作臺左右移動。 （4）電磁閥組：用于控制各個氣缸的升出、縮回動作。 （5）磁性傳感器：用于氣缸的位置檢測。當(dāng)檢測到氣缸準(zhǔn)確到位后將給 PLC 發(fā)出一個到位信號。（磁性傳感器接線時注意藍色接“-” ，棕色接“PLC 輸入端” ）。 （6）單桿氣缸：由單向氣動電控閥控制。當(dāng)氣動電控閥得電，氣缸縮回，同時塔吊臂下降與機械手爪組合完成工件的夾取。 （7）警示燈：系統(tǒng)上電、運行、停止信號指示。 （8）安裝支架：用于安裝提升氣缸及各個檢測傳感器。 （9）控制按鈕板：用于系統(tǒng)的基本操作、單機控制、聯(lián)機控制。 （10）電氣網(wǎng)孔板：主要安裝 PLC 主機模塊、空氣開關(guān)、開關(guān)電源、I/O 接口板、各種接線端子等。 3.2 器件參數(shù)及選型 （1）控制電源：直流 24V/4.5A （2）PLC 控制器: 三菱FX2N-32MR，16個輸入輸出點，繼電器輸出 （3）電磁閥：4V110-06、4V120-06、4V130C-06 （4）調(diào)速閥：出氣節(jié)流式 （5）磁性傳感器：D-C73L （6）單桿氣缸：CDJ2B16-75 （7）氣缸：CDM2B20-30 CDU20-50D CDU20-90D （8）氣動手指：MHZ2-16D （9）人機界面：MCGS TPC7062K （10）PLC拓展模塊：FX2N-32CCL現(xiàn)場總線從站特殊功能模塊。 3.3 硬件實物圖 搬運安裝單元硬件實物如下圖所示： 圖3.1 搬運安裝單元實物圖 3.4 氣動原理 氣動控制系統(tǒng)是本工作單元的執(zhí)行機構(gòu)，該執(zhí)行機構(gòu)的邏輯控制功能是由 PLC 實現(xiàn)的。氣動控制回路的工作原理見下圖： 圖3.2 氣動回路原理圖 圖中，1B1、1B2 為安裝在自由安裝型前氣缸的兩個極限工作位置的磁性傳感器。1Y1、1Y2為控制自由安裝型前氣缸的電磁閥。2B1、2B2 為安裝在自由安裝型后氣缸的兩個極限工作位置的磁性傳感器。2Y1、2Y2為控制自由安裝型后氣缸的電磁閥。3B1 為安裝在氣爪的極限工作位置的磁性傳感器。3Y1、3Y2 為控制自由安裝型后氣缸的電磁閥。4B1、4B2 為安裝在標(biāo)準(zhǔn)氣缸的極限工作位置的磁性傳感器。4B1、4B2 為控制自由安裝型后氣缸的電磁閥。 3.5 可編程控制器PLC 從PLC誕生至今，PLC的更新革新很快，到現(xiàn)在PLC的種類已經(jīng)很多且功能齊全。不同的制造產(chǎn)商的PLC在形狀、功能上可能存在著少許的差異，但是PLC的基本組成是相同的，其基本的工作原理也大致相同。PLC硬件基本組成如圖3.3所示。 圖3.3 PLC的硬件系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖 由圖可以直觀地看到，PLC主要有以下幾個組成部分：①微處理器（CPU）②存儲器③輸入/輸出模塊 ④通信接口及電源 ⑤外設(shè)I/O。以下為對PLC的組成各部分具體介紹： （1）中央處理單元（CPU） FX2N-32MR實物圖如圖3.4所示。PLC的CPU是整個PLC的控制中樞，負責(zé)接收與保存用戶程序，不斷掃描數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)及狀態(tài)信息保存到存儲器中，同時，PLC的微處理器CPU會執(zhí)行監(jiān)控程序和用戶程序，快速準(zhǔn)確地響應(yīng)外部設(shè)備的需求。 圖3.4 主站CPU （2）存儲器 一般市場上流行的PLC的存儲器分為兩種，一種為系統(tǒng)存儲器（EPROM），它被用來存放系統(tǒng)的管理程序，系統(tǒng)存儲器里的數(shù)據(jù)無法被用戶擅自修改。另外一種是用戶存儲器（RAM）。用戶存儲器存儲的內(nèi)容為系統(tǒng)工作時的數(shù)據(jù)狀態(tài)，與系統(tǒng)存儲器不同，這部分的存儲內(nèi)容允許用戶更改。 （3）輸入/輸出模塊 輸出模塊的作用簡單說即為信號的轉(zhuǎn)換傳輸，它將CPU運行用戶程序所產(chǎn)生的TTL電平的這種控制信號轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)現(xiàn)場所需要的電壓信號，從而驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作。 3.6 硬件I/O分配 系統(tǒng)I/O分配方案具體如下表： 表3-1 硬件I/O分配 器件 PLC 器件 PLC 前氣缸彈出電磁閥 Y00 后氣缸彈出限位傳感器 X02 前氣缸縮回電磁閥 Y01 后氣缸縮回限位傳感器 X03 后氣缸彈出電磁閥 Y02 手爪夾緊限位傳感器 X04 后氣缸縮回電磁閥 Y03 機械臂低下限位傳感器 X05 手爪松開電磁閥 Y04 機械臂抬起限位傳感器 X06 手爪夾緊電磁閥 Y05 上電信號 X07 手臂低下電磁閥 Y06 開始按鈕 X10 開始燈 Y10 復(fù)位按鈕 X11 復(fù)位燈 Y11 調(diào)試按鈕 X12 前氣缸彈出限位傳感器 X00 手動/自動 X13 前氣缸縮回限位傳感器 X01 單機/聯(lián)機 X14 停止按鈕 X15 3.7 觸摸屏 系統(tǒng)采用三菱觸摸屏，型號為GS2107-WTBD。如圖3.5所示。 圖3.5 觸摸屏正、反面圖 觸摸屏的出現(xiàn)使得工業(yè)生產(chǎn)更加方便快捷，觸摸屏開發(fā)出來之前，工業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控需要更多的人員監(jiān)視，且實際操作會更加復(fù)雜。而觸摸屏的出現(xiàn)使得整個工業(yè)制造過程更加具體化，每個過程的控制都可以通過觸摸屏進行，減少了人力與時間的浪費。 三菱觸摸屏GOT Simple內(nèi)置串口通訊、以太網(wǎng)通訊、SD卡槽、USB通信，滿足不同PLC的接線需求。通過GT Designer3軟件，可以在觸摸屏上關(guān)聯(lián)大量信息，如開關(guān)、指示燈、數(shù)據(jù)等。通過查看或改變這些參數(shù)，可以實現(xiàn)觸摸屏監(jiān)視與控制的功能。  第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.1 工作流程圖 圖4.1 系統(tǒng)工作流程圖 具體工作流程為：系統(tǒng)啟動后，擺臺前臂抬起，上限位磁性傳感器檢測到位；工件搬運裝置擺臺向左移，左自由氣缸左限位磁性傳感器和右自由氣缸右限位磁性傳感器檢測到位；搖臂導(dǎo)桿在搬運裝置（轉(zhuǎn)盤）工位上方。 變頻傳送單元將工件傳送到位后工件搬運裝置擺臺前臂下降，導(dǎo)桿氣缸下限位磁性傳感器檢測到位，延時0.5秒后氣動手指動作抓取工件，擺臺前臂抬起，導(dǎo)桿上限位磁性傳感器檢測到位后，擺臺向右移，左自由安裝型氣缸右限位和右自由安裝型氣缸左限位傳感器到位后，工件搬運裝置擺臺前臂下降，導(dǎo)桿下限位磁性傳感器檢測到位后，氣動手指將工件放入安裝工位，擺臺前臂抬起，左移等待搬運。 待安裝完成后，工件搬運裝置運行到安裝工位，工件搬運裝置擺臺前臂下降，導(dǎo)桿氣缸下限位磁性傳感器檢測到位，延時 0.5 秒后氣動手指動作抓取工件，擺臺前臂抬起，導(dǎo)桿上限位磁性傳感器檢測到位后，擺臺向右移，左自由安裝型氣缸右限位磁性傳感器和右有自由安裝型左限位磁性傳感器檢測到位后，工件搬運裝置擺臺前臂下降，導(dǎo)桿下限位磁性傳感器檢測到位后，氣動手指將工件放入分類單元貨臺上，擺臺前臂抬起，左移等待搬運。 4.2 PLC控制程序SFC框圖 圖4.2 SFC框圖 4.3 人機界面設(shè)計 該單元的復(fù)位信號、開始信號、停止信號均從觸摸屏發(fā)出，經(jīng)過FX2N-32MR 程序處理后，向各單元發(fā)送控制要求，以實現(xiàn)各站的復(fù)位、開始、停止等操作。各從站在運行過程中的狀態(tài)信號，應(yīng)存儲到該單元 PLC 規(guī)劃好的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。 人機界面MCGS TPC7062K由串口通訊讀取PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)，用于實時監(jiān)控PLC的運行狀態(tài)和同步動畫展示。 圖4.3 系統(tǒng)仿真初始圖 4.4 系統(tǒng)通信 網(wǎng)絡(luò)型模塊式柔性自動化生產(chǎn)線各個模塊均使用三菱PLC，各個模塊之間利用三菱CC-LINK現(xiàn)場總線進行通訊，PLC與人機界面之間使用RS232串口通訊。 圖4.4 CC-LINK通信圖 在各站與PLC之間是由一個標(biāo)準(zhǔn)電纜進行連接的，通過這個電纜可連接8個傳感器信號和8個輸出控制信號。通過該電纜各站的傳感器和輸出控制器可得到24V電壓。 各站都可通過一塊控制面板來控制PLC的控制程序使各站按要求進行工作，一個控制面板上有5個按鈕開關(guān)，二個選擇開關(guān)和一個急停開關(guān)。 各開關(guān)的控制功能定義為： 序號 項目 說明 序號 項目 說明 1 帶燈按鈕，綠色 開始 5 兩位旋鈕，黑色 單站/聯(lián)網(wǎng) 2 帶燈按鈕，黃色 復(fù)位 6 點動按鈕，紅色 停止 3 點動按鈕，黃色 調(diào)試按鈕 7 帶燈按鈕，綠色 上電 4 兩位旋鈕，黑色 自動/手動 8 急停按鈕，紅色 急停 表4-1 各開關(guān)控制功能 為保證系統(tǒng)中各站能聯(lián)網(wǎng)運行，必須將各站的PLC連接在一起使獨立的各站間能交換信息。而且加工過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如工件顏色裝配信息等，也需要向下站傳送，以保證工作正確。 聯(lián)網(wǎng)后的各站運動可能會相互影響，為使系統(tǒng)安全、可靠運行，每一站與前后各站需要交換信息，而各站只有進行正常工作程序后，才能相互通訊，交換信息。每一站要開始工作運行，需前站給出信號，只有第一站（上料檢測站）是通過“開始”按鈕，啟動工作的。這是因為第一站沒有上站。 主從站信息交互CC-Link，英文名Control & Communication Link，即控制與通信鏈路。CC-Link是由三菱公司主導(dǎo)推出的一種現(xiàn)場總線，主要應(yīng)用于監(jiān)控層與設(shè)備層之間的信息交互，其總線具有復(fù)合性好、開放程度高、適應(yīng)性強的特點。 主站與從站之間采用的是CC-Link現(xiàn)場總線的通信方式，下圖為模塊之間接線示意圖： 圖4.5 主從站模塊接線圖 由圖可知，F(xiàn)X系列主從站模塊間的連線有以下幾個特點： ①FX2N-32CCL從站模塊均配置了一對DA端子和一對DB端子，這樣的設(shè)計方便利用雙絞線將各站的DA、DB、DG端子相連接。 ②各站之間的連線可以從任意點開始，與所設(shè)站號無關(guān)。 ③當(dāng)FX2N-32CCL作為最終站時，DA與DB兩個端子之間需接終端電阻。 第五章 實驗步驟設(shè)計與調(diào)試 5.1 硬件接線圖 PLC與設(shè)備接線圖如下： 圖5.1 安裝搬運單元硬件接線圖 5.2 系統(tǒng)仿真 5.2.1 軟件仿真 使用MCGSE組態(tài)軟件進行軟件仿真，及通過對運行策略和數(shù)據(jù)變量的控制，模擬控制系統(tǒng)的一系列動作，通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)控可以清楚地看到系統(tǒng)中各個限位開關(guān)、電磁閥門的工作狀態(tài)，通過動畫效果模仿系統(tǒng)真實的工作狀態(tài)，以便完成控制系統(tǒng)的功能調(diào)試和完善。 MCGSE仿真初始圖如下： 圖5.2 系統(tǒng)仿真初始圖 5.2.2 調(diào)試過程 在MCGSE軟件仿真的界面中，通過對相關(guān)控制按鈕的操作，可以運行相關(guān)的控制策略，即可實現(xiàn)向應(yīng)的動作。通過單步調(diào)試等方法，可以逐漸檢查該設(shè)計的正確性，并從仿真中查找存在的問題，并加以改正。 具體實驗結(jié)果見總結(jié)報告相關(guān)描述。 5.2.3 實驗中可能遇到的問題和解決方法 問題一：上位機與下位機之間的通信出現(xiàn)問題 解決辦法：查閱書籍、詢問老師、也有可能是試驗箱的問題，更換實驗箱即可解決。 問題二：軟件運行出錯 解決辦法：此類問題在專業(yè)性比較強的軟件上經(jīng)常遇到。可以通過：重啟軟件、重啟電腦、百度求助等方法解決。 參考文獻 [1] 張茂軍.自動控制原理[M].北京:科學(xué)出版社,2001 [2] 陶權(quán),韋瑞錄.PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝與調(diào)試第二版[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2011 [3] Gabriel Fedorko ,Vladimr Ivanco.Analysis of Force Ratios in Conveyor Belt of Classic Belt Conveyor. 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