基于ABPLC的多MPS零件加工工作站控制上下位机毕业设计设计文档格式.docx
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6.3实验结果与分析41
7.结束语42
参考文献43
致谢44
摘要：
本文基于AB-PLC论述了FestoDidactic生产的模块化生产加工培训系统MPS（modularproductionsystem）的生产加工单元具有多种运行模式的控制仿真设计。
硬/软件配置分别选用了RockwellSoftware公司Bul.1764Micrologix1500LSPSeriesC型号的PLC，在RSLinx建立的DH-485仿真通信驱动和OPC服务器通信的基础上，在RSLogix500上编程，实现加工单元控制要求。
用Rsemu500仿真PLC运行，还借助了VB和AutoCAD嵌入Rsview32制作气动控制仿真模拟。
设计实现了加工单元多种运行模式的控制仿真。
关键字：
MPS系统；
加工工作站；
PLC；
RSView32；
Thecontrolofmulti-control
patterns’MPSsystem
basedonPLCsystem
Abstract:
TheprocessingstationweareusinghereistheMPSsystemprodductedbyFestoDidactic.ToaccomplishThecontrolofmulti-control
patterns’MPSsystembasedonPLCsystem,weuseRSLogix500byRockwellSoftwaretobuildthesimulationoftheMPSsystem.ThePLCprogramisprogramedonthebasisoftheoperatingdemands..TemporallogixchontrolisbasedonRTOlogixcontrol.OPCserverisprovidedbyRSLinxasthecommunicationpartandthehuman-computerinteraction.InterfaceisfoundedonRSView32.Accordingtothestepsabove,wesimulatedthemulti-control
patterns’MPSsystembasedonPLCsystemsuccessfully.
KeyWords:
MPSsystem;
multi-controlpatterns;
PLC;
RSView32
引言
模块化加工系统（MPS,ModularProductionSystem）体现了机电一体化的技术实际应用。
MPS设备是一套开放式的设备，用户可根据身产需要选择设备组成单元的数量、类型，最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。
在由多个MPS工作单元组成的系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、电工电子技术、传感应用技术、PLC控制技术、组态控制技术、信息技术等。
利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学员处在一个非常接近于实际的教学设备环境，从而在学习过程中很自然地就将理论应用到了实际中，实现了理论与实践的完美结合，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。
1.1MPS的基本组成
多个单元组成的MPS系统可以较为真实地模拟出一个自动生产加工流水线的工作过程。
其中，每个工作单元都可以自成一个独立系统，同时也都是一个机电一体化的系统。
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。
（如图1.1所示）
在MPS设备上应用多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色、物体的材质、物体的高度等。
传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工作实现高度自动化的前提之一。
在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制，用户可根据需要原则不同厂家的PLC。
MPS设备的硬件结构是相对固定的，但学员可以根据自己对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS设备的控制。
MPS模块化生产培训系统应用技术[1]
1.2MPS加工工作站的基本功能
MPS设备给学员提供了一个开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是，设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行、各个单元之间如何配合、最终使MPS模拟一个什么样的生产加工控制过程、MPS作为一条自动生产流水线具有怎么样的操作运行模式等，学员都可根据自己的理解，运用所学理论知识，设计出PLC控制程序，使MPS设备实现一个最符合实际的自动控制过程。
MPS系统中每个单元都具有最基本的功能，学员可在这些基本功能的基础上进行流程编排设计和发挥。
1.加工检测站单元如图1.2所示,有如下几部分组成：
1）旋转工作台
旋转工作台模块主要是由旋转工作台、工作台固定底盘、定速比直流电动机、定位块、电感式接近开关传感器、漫反射式光电传感器、支架等组成。
在转动台上有四个工位，用于存放工件。
每个工位下面都有一个圆孔，用于光电传感器对工件的识别。
电感式接近开关传感器用于判断工作台的转动位置，以便于进行定位控制。
2）钻孔模块
钻孔模块主要由钻孔气缸、钻孔电机、夹紧气缸等组成。
钻孔模块用于实现钻孔加工过程。
在钻孔气缸的两端、夹紧气缸的两端都安装由磁感应式接近开关，分别用于判断两个气缸运动的两个极限位置
3）检测模块
检测模块用于实现对钻孔加工结束的模拟检测过程。
检测模块主要由检测气缸、检测气缸固定架、检测模块支架及磁感应式接近开关组成。
2.系统方案设计
可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。
它是一种新型通用的自动控制装。
它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强、可靠性高、通用性好、编程方便、体积小、重量轻、设计、施工和调试周期短等优点，因此在工业控制方面的应用极为广泛。
本次试验的仿真对象就是基于PLC程序运行的，因此本论文设计中，也是通过PLC程序的编写来对其运行流程和模式进行仿真，并通过仿真通讯驱动来建立与组态软件的通讯。
系统框图如图2.1.可编程序控制器技术与应用系统设计[2]
↓↓↑↑
↓↓↑↑
RSView32组态界面
2.1PLC选型与I/O配置
2.1.1PLC选型
设计所选用的PLC控制器型号是Bul.1764Micrologix1500LSPSeriesC（如图2.2），MicroLogix1500是一种由处理器和扩展输入输出模块组成的微型PLC系统，可随时按需对系统进行扩展，成本低廉，满足本次设计的使用需求。
该系统处理器型号选用：
1764-LSP处理器的存储器容量为8KB，自带的嵌入式I/O为12点DI（地址为I:
0/0~I:
0/11）和12点DO（地址为O:
0/0~O:
0/11）；
处理器单元可单独更换，无需拆卸电路接线；
系统数据存取终端可以监视和调节数据；
具有和SLC500系列控制器相同的指令集和编程软件，便于编辑程序并兼顾软件的兼容性。
可编程控制器教程[4]
2.1.2I/O模块扩展与配置
MicroLogix1500处理器和基本单元嵌入在一起从而形成了完整的控制器。
处理器和基本单元或者MicroLogix-1500-Introduction是可以分别替换的，允许按需增加嵌入式输入输出，内存和通讯选项。
系统采用1769系列Compact输入输出模块，提供各种各样的扩展模块，可以最灵活地扩展控制器的I/O数量和种类，同时扩展了控制器的本体输入输出的点数。
在RSLogix500的主界面中，从I/OConfigure中可轻松的调用和配置相应的模拟扩展模块。
系统在扩展卡槽分别使用1769-IQ16与1769-OB32的I/O模块，在RSLogix500中通过I/OConfiguration也可扩充对应模块。
其功能特性如下。
1.数字量输入模块：
1769-IQ162.数字量输出模块：
1769-OB32
输入点数：
16点；
输出点数：
32点；
电压类型：
24VDC；
电压类型：
输入信号延迟时间：
on→off=2ms；
工作电压：
20.4∼26.4VDC；
工作电压：
10∼30VDC；
5V时背板负载电流：
300mA；
最大导通状态电流：
2mA；
具有光耦隔离功能；
最大断开状态电流：
1.5mA；
具有可拆卸端子块；
5V时背板电流：
115mA；
具有CSA、UL、CE认证；
具有光耦隔离功能；
具有可拆卸端子块；
具有CSA、UL、CE认证；
在编辑程序时，为了便于编辑，并且实现在仿真界面的动画演示，使用软件自动扩充的I/O配置,即64点的I/O输入输出，在链接实际硬件设备的使用时，应当修改程序，使用扩展模块所提供的接口替换程序中原有的超过I:
0/11以及O:
0/11的所有工位，并根据实际的替换结果配置接线表。
以下是本程序在仿真模式下的I/O配置，如表2.1。
对应I/O设备名称设备用途信号特征
I0.1
电容式传感器
判断有无输入工件
信号为1：
有输入工件
I0.2
急停按钮
系统进入急停状态
系统急停
I0.6
电磁开关
手动控制夹头夹紧
夹头夹紧
I0.7
手动控制夹头松开
夹头松开
I0.8
手动控制钻孔电机下降
钻孔电机下降
I0.9
手动控制钻孔电机上升
钻孔电机上升
I0.11
手动控制旋转工作台转动
旋转工作台转动
I0.12
手动控制检测头下降
检测头下降
I0.13
手动控制检测头上升
检测头上升
I0.14
手动控制夹紧缸伸出
夹紧缸伸出
I0.15
手动控制夹紧缸缩回
夹紧缸缩回
I1.0
单步模式按钮
使系统执行下一动作
启动下一个动作
I1.1
启动单步模式
启动单步运行模式
I1.2
关闭单步模式
关闭单步运行模式
O0.44
判断钻孔电机的位置
钻孔电机上升到位
O0.24
钻孔电机下降到位
O0.45
判断检测头的位置
检测头缩回到位
O0.21
检测头下探到位
O0.46
判断夹紧缸的前后位置
夹紧缸返回到位
O0.22
夹紧缸伸出到位
O0.43
判断夹头是否加紧
夹头已夹紧
O0.23
判断夹头是否松开
夹头已松开
2.2AB-PLC软件平台
2.2.1RSLogix500&
RRSLogixEmulate500
RSLOGIX500经由其简单易用的编辑器、点击式配置方式、强大的诊断和排错功能，RSLOGIX500融合了最新的技术以帮助用户提高性能和减少开发的时间。
它直观的界面以及稳定的可靠性转化为生产力的增长。
RSLOGIX500允许用户为自己的SLC500系列产品，有效的建立、修改、监控你的应用程序。
Rslogix500是适用所有小型控制器的标准化编程软件包，使得编程工作大为简化。
在本次设计中，通过RSLogix500的编程，以及对I/O模块的分配和对相对应的Output、Float等工位的逻辑性的准确输出与赋值，实现对整个MPS系统的流程及功能的模拟。
不同的操作模式对应不同的操作按钮，作用在不同的Input上，按钮的闭合使系统对其后的语句进行扫描，根据实际运行情况对语句做出逻辑性的判断并执行相对应的操作及数值的输出，以便使上位机上展现对应的画面。
编译时，在系统提供的梯形图界面上可以简单，直观的对所编辑的逻辑指令进行创建和修改。
PLC梯形图语言编辑软件的实现[8]。
如图2.4.RockwellAutomationTechnicalBooks[5]
2.2.2RSLinx
RSLin现场设备连接众多罗克韦尔软件提供全套的通讯服务，这些软件包括RSLogix500/5000/RSView32和RSSql等。
同时，RSLinx还提供了数种开放接口用于与第三方人机界面系统、数据采集/分析系统、客户应用程序软件进行通讯。
RSLinx支持多个应用软件同时与在不同网络上的不同设备进行通讯。
通过RSLinx使得任意两点间的通讯变得更加方便。
RSLinx提供友好的用户图形界面用于指定网之间穿梭的路径。
这意味着通过ControlLogixGateway就可以把办公室内的以太网络链接到控制层网络的现场服务
在本次实验设计中，通过RSLinx,来作为RSLogix与RSView32之间的通信，建立OPC服务器，从而读取PLC程序中各工位的数值，并将数据共享提供给上位机。
此外，人机界面中的操作，也经由RSLinx的数据管理，来实现对程序中数值的修改和逻辑性的控制。
2.2.3RSView32
RSView32™是基于Windows环境的工业监控软件。
利用RSView32可以广泛的和不同的PLC-包括第三方的PLC建立通讯连接，建立广阔的监控应用。
RSView32ActiveDisplaySystem™是用于RSView32的客户/服务器应用。
利用这个系统，你可以从远程客户端非常高效实时地监控到现场的设备运行状况-不但可以读取到实时的数据变化，也可以控制现场。
作为人机监控软件-HMI，RSView32采用了：
●全面支持ActiveX™的技术，使得用户可以在显示画面中任意简单地插入ActiveX控件，来丰富应用。
●开发了RSView32的对象模型-ObjectModel，使得用户可以简单的将RSView32和其他的基于组件的应用软件互操作或者集成应用。
●集成微软的VisualBasic®
forApplications（VBA）作为内建的脚本语言编辑器。
可以随意定制开发后台应用程序。
●同时支持OPC的服务器和客户端模式。
亦即既可以通过OPC和硬件通讯，又可以向其他软件提供OPC的服务。
●第一个支持附加件结构-AOA。
使得用户可以将其他的功能模块直接挂接到RSView32的核心上去，生成一体的应用。
2.3对象仿真动画优化工具软件AutoCAD
AutoCAD（AutoComputerAidedDesign）是美国Autodesk公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。
现已经成为国际上广为流行的绘图工具。
AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。
它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。
在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。
AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。
RSView32软件的设计时间比较早，因而画面效果在当今看来不够美观，生动，且动画效果简单、有限，不能实现复杂、曲线运动甚至三维的动画表现。
因此在此次设计时，采用AutoCAD2011对仿真对象MPS加工工作站进行三维建模，将建立好的3D模型以CAD图纸的方式在RSView32中打开，对逐步渲染的图片赋予动画，实现可运动的三维动画演示，优化监控界面，使得操作更简单、直观，系统运行状况表现得更准确，形象。
3.MPS加工站PLC程序设计
加工是在自动化生产中的一个专有词汇，它表示组装、变形和机械加工。
根据VDI2860，检测单元主要有测量，检查和提取功能。
检测单元就是确定实际信息（ACTUAL）与所需信（REQUIRED）是否相符，工件接受/不接受，即“Yes/No”。
检测一个元件的重要内容就是对信息进行比较。
在加工单元中，工件在旋转平台上被检测并加工。
旋转平台由DC马达驱动。
平台的定位由继电器完成，电感式传感器检测平台的位置。
在旋转平台上，工件平行地完成检测和钻孔的加工。
一个带有电感式传感器的电磁执行装置来检测工件是否被放置在正确的位置。
在进行钻孔加工时，电磁执行件夹紧工件。
加工完的工件通过电气分支传送到下一个工作站。
在编程时，首先认识系统分为三大模块，即旋转平台、检测模块、加工模块。
因此务必理解透彻三大模块之间的关系以及整体的运行机制。
其次，梳理各个模块的电机执行机构所执行的操作和实现的功能，确定模拟其功效的仿真方法。
此后，将三大模块串联为整体，测试如何实现真实时序控制的仿真，以及多种操作模式作用下系统对应的工作状态，以及各种操作模式之间的切换和系统错误时的系统响应。
3.1MPS工作站流程分析
根据FESTO公司提供的MPS系统说明手册，首先可确立系统在单周期工作情况下的工作流程。
如图3.1
（1）如果在进料工位1中有工件并按下START按钮，旋转平台旋转60°
。
（2）检测模块的电磁活塞杆下降并检测工件的开口是否朝上。
如果检测结
果为OK（开口朝上），旋转平台旋转60°
（3）夹紧装置将工件夹紧。
钻机的马达启动。
无杆缸带动钻机下降。
（4）当钻机达到下限位时停止运动。
（5）钻机马达关闭，夹紧装置缩回。
旋转平台旋转60°
（6）电气分支模块将工件传送到下一个工作站。
该顺序描述的是一个工件在加工单元的工作顺序。
一旦在进料工位1中有
工件，加工循环既启动。
3.2各功能性模块控制要求的分析及其实现
3.2.1旋转平台模块
旋转平台模块由DC马达驱动。
旋转平台有6个旋转位置，电感式传感器检测平台的位置。
6个工件存放槽中的每一个都在中心有一个圆孔，这有利于电容式传感器进行检测。
如图3.2
对旋转平台的控制，首先，在单或多周期自动循环模式下，旋转平台在进料工位检测有工件进入时，平台应当旋转60度，每旋转3此后，工件将被送达到工件送出位，通往下一平台。
由于所有的硬件传感器都是虚拟的，不能通过系统自动检测工位信号，因此，在程序中编辑一个计数器CTU,以旋转平台电机启动的上升沿作为计数信号，当进料位为输出为1，计数到第一次电机启动，可认定有工件进入到加工平台上，设计一个继电器命名“平台工作中”并在此时闭合，确保有工件加工时平台不会重复进料。
当计数满3次，认定工件即将在本次平台转动后离开加工平台。
同时，计数器的DN位断开上述继电器，平台可继续上料，并同时导通计数器的“<
RES>
”进行计数复位，为下一周期准备。
手动模式时，手动按钮会单独启动平台电机，使平台工作。
如图3.3。
图中，当有工件位于进料工位时，I;
0/1闭合，当平台未工作时，O;
0/0的常闭导通，启动平台电机，同时，O;
0/0的常闭断开，此时无法继续进料。
当电机启动，T4;
0/TT位的上升沿被计数器C5;
0记录，当计数满3次时，C5;
0/DN闭合，使得O;
0/0失电，同时对自己进行复位，系统结束此次循环。
需要注意的是，对C5;
0/DN的调用位置，不可以晚于复位命令或早于C5;
0所在的命令行。
如图中，若将03行移至02之前，则在C5;
0的复位命令已经执行后的下一扫描周期，才会读取C5;
0/DN位的值，显然此时无法达到设计要求。
3.2.2检测模块
工件存放槽中的工件被检测是否处于正确的位置上。
如果工件的开口向上，检测模块的探头可以达到下限位。
当检测模块中的活塞杆缩回到上限位时，触发电感式传感器。
如图3.4
当平台承载着工件到达检测位时，检测杆下降至下限位置检测头检测工件是否放置正确，此后检测杆上升回到上限。
若检测传感器检测放置正确，则加工流程继续。
在编辑程序仿真时，要特别注意的是在手动模式，以及紧急停止情况下的系统反应。
在手动操作时，若旋转平台在旋转时，使检测杆下降的命令应当禁止执行。
且当检测杆出于下限位置时，系统应当阻值旋转平台的启动，避免硬件的损坏。
此外，若检测杆已到达下限/上限时，手动使检测杆下降/上升的操作应当不可执行。
上述控制要求，在缺少实时传感器的仿真程序中，应当落实并能够在上位机的动画中表现出来。
实例程序如图3.5.
上图中，T4;
0与T4;
1分别代表检测杆的下降与上升动作。
每个计时器的完成位，都分别启动对应的检测杆下限及检测杆上限继电器。
由此一来，当检测杆已到达两端时，系统不会再次执行继续移动的操作。
此外，为了在人机界面中便于动画对检测杆位置的表现，可将两个计时器的ACC计数位通过MOV控件，将计数值送到Float中，并在RSView32中将Float的值表现为图形对象的垂直滑移，程序如下图3.6
当钻机下降时，将ACC位赋予F8;
0,当4秒计时完成，F8;
0值位4，在监控界面中图形垂直滑移位4。
当检测杆上升时，将4与T4;
1/ACC位的差值赋予F8;
0。
即当上升4秒到达上限时，F8;
0为0，监控画面中的图形垂直位移并返回初始位置。
3.2.3钻孔模块
钻孔模块用于模拟对工件圆孔的抛光。
一个电气夹紧装置将工件固定。
钻机的进给和缩回由无杆缸带动。
一个电气马达驱动无杆缸，一个继电器回路驱动马达。
钻机的马达通过24VDC而工作，但是速度不能调节。
钻机的运动末端位置由限位开关检测。
当钻机达到末端位置时，无杆缸反向运动。
如图3.7
当工件位于钻孔位置时，首先，夹头杆伸出，夹头加紧工件，钻机下降至下限，此后返回至上限，夹头松开，夹头杆缩回，旋转平台将工件转送至出料位置。
在采用PLC对其
升级会员 