中国产一级毛卡片

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      1. 上海昱音機械有限公司

        小型非標加工裝配生產線的控制系統設計

          為了更好地滿足現場技術人員對非標自動化設備控制系統和通信網絡設計的需求,以一套基于RS485總線N:N網絡的小型非標加工、裝配生產線為對象,系統闡述了非標自動化設備控制系統的設計和調試方法,包括電氣、氣動、通信、上位機監控和觸摸屏畫面等部分,設計思想和技術要點可以為相關研究人員提供有益的參考。
          根據客戶需求定制的非標自動化生產線因操作靈活,適應性強,在汽車、電子、物流、食品等領域得到廣泛應用。因為非標自動化設備要根據具體使用場所、行業特征及用途自主設計,使得控制系統和通信網絡的設計成為難點。為了滿足現場需求,本文對設計的一套由上料、搬運、加工、安裝、搬運和倉儲等6個工作站組成,完成加工、裝配、倉儲任務的小型非標生產線控制系統的設計過程和要點進行了闡述和分析。
          1、控制方案確定
          (1)工作流程
        圖1 工作流程圖
        圖1 工作流程圖
          基本工作流程如圖1所示。啟動后,上料站料倉中的工件被推送到傳送帶上,傳送帶帶動工件運動,經檢測顏色(用于分類裝配和倉儲)后送至搬運點。搬運站的機械手將工件送至加工站平臺,完成鉆孔和檢測孔深的任務,然后由安裝搬運站機械手運至安裝站進行裝配,完成后再搬運至倉儲站平臺,由堆垛機構放置到指定的倉儲位置。
          (2)控制方案
        圖2 自動化生產線控制系統框圖
        圖2 自動化生產線控制系統框圖
          由于各部分功能相對獨立且存在一定距離,為每個工作站配備1臺PLC,完成該站的控制任務;用1臺觸摸屏作為人機界面,控制生產線的運轉;采用1臺安裝上位機監控程序的PC機(或IPC)用于運行狀態監控。建立起圖2所示的小型分布式控制系統網絡。各工作站PLC間的網絡連接采用基于RS485總線的N:N網絡,與全局I/O、計算機鏈接、CC—link總線等其它PLC組網方式相比,N:N通信具有結構簡單、實現方便、投資成本低、通信速度較快等優點。主站PLC與觸摸屏間用編程口相連,與上位機問利用觸摸屏的透過功能間接連接,這樣既實現了控制要求,又節省了專用通訊板的費用。據此制定了控制要求:
         ?、俑髡揪蛇M行手動控制、自動控制和上位機監控;
         ?、谑謩涌刂剖抢酶髡究刂泼姘迳系陌粹o對主要執行部件進行點動控制;自動控制完成各站的單站運行和聯網運行;遠程監控是利用上位機程序對各站運行情況進行監控;
         ?、圩詣涌刂品绞较?,設備運行前需要首先復位,工作過程中如按下停止按鈕,設備完成當前工作站的工作流程后停止:
         ?、芗蓖r拍下緊停按鈕,設備立即停止,再次運行前要重新上電、復位。
          2、硬件設計
          控制系統硬件設計部分包括氣動部分設計、電氣部分設計和各通信硬件的配置等
          (1)氣動回路設計
        圖3 上料站氣動回路圖
        圖3 上料站氣動回路圖
          設計的上料站氣動回路如圖3所示(其它站類似)。該站需要控制推料、阻擋兩個氣缸動作,完成推出工件、阻擋工件的任務。采用2個帶手控開關的兩位五通電磁閥控制氣缸桿動作方向,用單向節流閥回氣節流方式調節伸縮速度。氣源組件為靜音活塞泵和氣源三聯件。氣動元件中電磁閥選用亞德客4V120—06型電磁閥組,線圈為DC24V、2.5W。選用SMC的自由安裝標準氣缸CDU20—50D和CDU20—15D,缸徑dp20mm,行程為50和15ram,帶磁性開關,最高氣壓0.7MPa。氣管選8ram工業膠管。
          (2)電氣部分設計
          考慮輸入輸出情況和執行機構特點,倉儲站PLC選擇三菱FX2n一48MT,晶體管輸出,其余各站選擇繼電器輸出型的FX2n一48MR,總點數均為48個。分配輸入輸出端子。繪制上料站PLC的接線圖如圖4所示。
        圖4 上料站PLC接線原理圖
        圖4 上料站PLC接線原理圖
          主電路設計需要完成上電緊?;芈?、執行機構回路、電源配線電路等。緊停的實現方式通常有三種:切斷總電源、切斷信號系統和切斷執行機構電源。本設計采用第3種緊停方式,當緊停按鈕按下時,通過繼電器常開觸點切斷執行機構輸出回路。用PLC的Y16,Y17端口分別控制緊?;芈分袃蓚€繼電器線圈,實現用監控軟件實現上電、緊停的目的。直流電機、報警燈、蜂鳴器等執行機構用中間繼電器控制。
          根據原理圖,布置元器件、分配接線,繪制控制柜布置圖、面板布置圖等,完成控制柜和面板設計。
          (3)通信硬件配置
        圖5 N:N網絡配線示例
        圖5 N:N網絡配線示例
          N:N網絡配線示例如圖5所示。是FX系列PLC借助通信模塊實現的一種數據通信系統,所連接總站點數最大為8個,采用半雙工串行通信,傳輸標準符合RS485,波特率為38400bps,采用FXzc-485BD通訊板連接時最遠通信距離為50m,其它通訊規格固定??砂磮D5所示的方式組建N:N網絡,在每臺PLC基本單元通信口插入通訊板,用屏蔽雙絞線相連(也可自制端子板方便連接),屏蔽層接地。采用單對子布線,即短接SDA和RDA、SDB和RDB,用1對導線對應端子連接,在終端端子RDA和RDB間接入110歐、0.5W 的終端電阻嘲。觸摸屏的COM0口與主站PLC用通信電纜連接,COM1口與PC機用9針串口線相連。
          3、軟件設計
          包括上位機組態監控程序、觸摸屏程序(這里統稱為監程序)和PLC控制程序設計等。
          (1)監控程序設計
        圖6 上料站監控程序畫面
        圖6 上料站監控程序畫面
          上料站監控程序畫面如圖6所示。上位機監控程序用于動畫顯示系統的運行情況、提示工作狀態、故障報警等,選擇組態王6.5作為開發平臺。設計組態程序需要考慮圖形界面、變量創建及設備連接、動畫連接等。為每個工作站建立了監控畫面,用開機畫面實現溝通。根據輸入輸出信號、動畫連接及顯示信息需要創建內存變量,根據需要增減。畫面完成后將輸入輸出變量與N:N網絡刷新范圍內的主站輔助繼電器連接,通過PLC程序和網絡與各站I/O端口溝通。動畫連接通過修改圖素屬性或編制“命令語言”實現。
          觸摸屏是最方便的人機交互方式,選用的三菱F940GOT—SWD功能完善,圖形界面設計用GT DesignerV5軟件制作,包括初始設置、創建顯示畫面、制作和設置對象功能、數據下載等。
          (2)PLC控制程序設計
          設計PLC控制程序是根據各站的控制要求,確定控制方式和不同控制方式下的控制流程,據此編制單站控制程序和通信程序。各站均具有手動、自動、聯網等控制方式,其中聯網控制是關鍵,主、從站的聯網運行控制流程如圖7所示。各站點間的聯網控制方式為:主站在初始位置收到“啟動”信號后運行;2-5站,在初始位置收到上站“完成”、下站“準備好”信號后運行;6站,在初始位置收到前站“完成”信號后運行。
        圖7 PLC聯網控制流程
        圖7 PLC聯網控制流程
          (3)通信參數設置
          建N:N網絡,因為波特率、數據位等通訊規格固定,PLC程序中只需要設置站號、站數、刷新范圍等。不同的刷新范圍,可用的位元件、字元件數和區間不同,選用刷新范圍2時位元件為64點,1~6站的范圍為MIO00一M1384,字元件為8點,DO D57。通訊程序用到的編程元件有特殊輔助繼電器M8038,寄存器D8176~D8180。需要在主站和各從站PLC程序首行輸入通訊程序如圖8所示。
        圖8 N:N網絡通訊參數設置程序
        圖8 N:N網絡通訊參數設置程序
          4、調試過程及分析
          設計、安裝完成后,需要對各部分進行調試和上電聯調。
          (1)工作站調試
         ?、僭跀嚯娗闆r下與電氣圖對照,檢查各站接線端子的通斷狀況。
         ?、诶梅抡孳浖{試各站的控制程序。
         ?、巯螺d和調試單站的手動和自動控制程序,對照監控模式下的PLC程序,查找問題。
          (2)通信狀態調試
          完成參數設置和網絡連接后,重新啟動PLC電源,觀察通訊板SD、RD燈,兩燈均長亮,網絡暢通;SD快速閃爍,表示在發送數據;RD閃爍,表示在讀取數據。還可以編制握手程序檢驗通信效果,如用主站的X0~X3通過刷新范圍的M或D控制從站的Y0~Y3,用主站Y10~Y15顯示各從站的返回信息。
          (3)聯網運行調試
          輸入聯網運行控制程序,各站完成上電、復位后,用主站控制面板上的啟動、停止按鈕控制聯網程序的運行,觀察控制流程的運行情況。
          (4)監控程序調試
          組態監控程序要調試監控畫面運行和與設備的配合狀態??稍诋嬅嫔嫌冒粹o和小燈模擬輸入輸出,觀察畫面中的圖素能否按流程動作,位置是否合適;然后建立設備連接,運行控制程序,觀察各圖素與執行機構是否同步。觸摸屏的調試包括通信和控制兩部分,前者可用畫面上的按鈕通過PLC的輔助繼電器控制Y端口,用外部元件控制界面上的狀態信息,確保通信暢通;后者可與控制程序配合,保證利用觸摸屏的控制和顯示信息及時準確。
          經過上述調試和試運行后,設計的非標生產線能夠實現工作流程,滿足控制要求,體現出分布式控制分散控制、集中操作管理的特點,設計思想可以為相關技術人員參考。由于非標設備的使用對象和工況條件不同,建立類似的小型生產線可以在工作流程、控制方案、操作和監控方式等方面作適當調整。





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