PLC在柔性系统中的应用Word格式.doc

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2.2各单元结构与功能 4

三、TWINCATPLC简介 16

四、程序控制 17

4.1控制任务 17

4.2I/O端口 18

4.3程序流程图 19

五结语 20

附录 21

上海工程技术大学课程论文PLC在柔性系统中的应用

PLC在柔性系统中的应用

摘要PLC是应用面非常广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。

本文应用BECKHOFF公司生产的可编程控制器实现自动化生产线加工系统的供料单元控制，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）的功能，加上传感器、传动气压的技术实现了机械手上升、下降、抓取、释放、前后左右的移动等一系列的动作，完成原料的供给配送。

这一控制的实现和应用，充分体现了PLC控制在工业生产中的优势，并可以提高制造工业的柔性和生产效率。

关键词：

PLC机械手供料单元

一、概述

PLC即可编程逻辑控制器。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。

1.使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

2.功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。

PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。

硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

4.可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

5.系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。

6.维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。

PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障

二、柔性系统

2.1系统介绍

随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。

这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。

因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。

众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；

反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。

为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。

柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统，英文缩写为FMS。

FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制。

故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产，并能及时地改变产品以满足市场需求。

FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。

FMS的工艺范围正在不断扩大，包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。

柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。

它具有设备利用率高、生产能力相对稳定、产品质量高、运行灵活和产品应变能力大的优点。

本系统集气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、电工电子技术、传感器应用技术、PLC控制技术等。

整个系统包括：

供料单元、检测单元、加工单元、安装单元、安装搬运单元、提取安装单元、操作手单元及立体存储单元。

其中，每个工作单元都可以自成一个独立的系统，各个单元的执行机构主要是气动执行机构和电机驱动机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信号来判断。

2.2各单元结构与功能

2.2.1供料单元

供料单元在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供原料的作用。

它的具体功能是：

按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出，并将其传送到下个工作单元。

1．I/O接线端口

它是该工作单元与PLC之间进行通讯的线路联接端口。

该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。

2．进料模块

该模块用于储存工件原料、并在需要时将料仓中的工件分离出来，为转送模块取走一个工件作好准备。

该模块主要由料仓、双作用气缸、推料块、工件检测传感器等组成。

进料模块的工作过程是这样的：

工件垂直叠放在料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从料仓的底部通过，推料杆与最下层的工件处于同一水平位置。

当气缸驱动推料杆前进时，推料杆便把最下层的工件水平推到预定位置，从而把工件移出料仓；

而当推料杆返回时，料仓中的工件在重力的作用下，就自动下落，向下移动一个工件，为下次工作作好了准备。

在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。

在该模块料仓的底层位置，安装有对射式光电传感器的探头，用于检测料仓中存储料的情况（有无料）。

该对射式光电传感器由光纤（探头）和光电传感器主体组成。

对射式光电接近开关是指光发射器（光发射器探头或光源探头）与光接收器（光接收器探头）处于相对的位置工作的光电接近开关。

对射式光电接近开关的工作原理是：

当物体通过传感器的光路时，光路被遮断，光接收器接收不到发射器发出的光，则接近开关的“触点”不动作；

当光路上无物体遮断光线时，则光接收器可以接收到发射器传送的光，因而接近开关的“触点”动作，输出信号将被改变。

3．转运模块

它的功能是吸取工件，并将工件传送到下一个工作单元。

转运模块主要由旋转气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置等组成。

旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为180°

，转角可以根据需要进行调整。

在转动气缸的两个极限位置上各装有一个磁感应式的接近开关，利用接近开关的信号状态来标识两个极限位置。

真空吸盘用于抓取工件。

吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。

真空检测传感器，它是具有开关量输出的真空压力检测装置，当进气口的气压小于一定的负压（真空）值时，传感器动作，输出开关量1，同时LED点亮，否则，输出信号0，LED熄灭。

真空吸盘方向保持装置，它的作用是：

使真空吸盘在摆臂转动的过程中始终保持垂直向下的姿态，以使被运送的工件在运送过程中不致翻转。

它的工作原理是：

旋转气缸固定在支架上，输出轴从固定齿轮的轴孔中穿过，并可自由转动，摆臂则固定在旋转气缸的转轴上；

摆臂的另一端安装有一个可以自由转动带有齿轮的吸嘴，吸嘴的齿轮与旋转气缸输出轴外围的固定齿轮通过一个同步带相连。

当旋转气缸驱动摆臂转动时，摆臂与固定齿轮之间形成相对运动，导致同步带的运动，通过同步带带动了吸嘴的转动；

固定齿轮与活动齿轮的传动比为1：

1，这样摆臂转动的角度等于吸嘴转动的角度，因此，保证了吸嘴在摆臂转动的过程中始终保持方向不变。

2.2.2检测单元

检测单元的主要任务有两个，即：

识别工件材料和检测工件的尺寸。

在MPS系统中，它是将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸的检测，并根据要求将满足条件的工件通过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中剔除。

该单元模拟了实际生产中对原材料的检测情况。

检测单元主要组成为：

I/O接线端口；

识别模块；

升降模块；

测量模块；

滑槽模块等。

1．识别模块

识别模块主要由3个传感器组成，即：

电感传感器、反射式光电传感器和漫射式光电传感器；

用于识别工件的材质及颜色。

可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。

识别模块中的电感传感器、反射式光电传感器及漫射式光电传感器都属于接近开关类传感器，它们分别在以下情况下动作：

电感传感器在有金属物质接近它时动作；

反射式光电传感器在任何物质接近它时都动作；

漫射式光电传感器在接近它的物体反射回来的光线达到一定程度时动作。

识别模块的工作原理见下列真值表：

传感器类型

材质及颜色

金属、银白色

尼龙、白色

尼龙、黑色

电感式传感器

1

漫反射式光电传感器

反射式光电传感器

2．测量模块

测量模块的作用是测量工件的高度。

它由一个模拟量传感器和传感器支架构成。

该模拟量传感器实际上是一个由电位器构成的分压器。

该传感器与变送器一起构成一个测量工件高度尺寸的传感系统，由电阻式传感器将测量杆的位移量转变为电位器电阻值的变化，再经变送器器转换为0～0V的直流电压信号输出。

输出的电压值与测量杆位移量之间成正比例关系。

测量模块由一个精密滑台气缸驱动，实现高度测量动作。

3.升降模块

升降模块的作用是将工件由下方运送到上方，准备检测和分流。

它主要由一个无杆气缸