毕业论文自动化一部分2.docx
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毕业论文自动化一部分2
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4.1.1供料站的要求
本项目只考虑供料单元作为独立设备运行时的情形，单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。
同时，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。
具体的操纵要求为：
①设备上电和气源接通后,若工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且料仓内有足够的待加工工件，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备预备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪耀。
②若设备预备好，按下启动按钮，工作单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。
启动后，若出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上。
出料台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。
③若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，HL2指示灯熄灭。
④若在运行中料仓内工件不足，则工作单元连续工作，但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪耀，“设备运行”指示灯HL2保持常亮。
若料仓内没有工件，则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪耀。
工作站在完成本周期任务后停止。
除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。
要求完成如下任务。
1、规划PLC的I/O分配及接线端子分配。
2、进行系统安装接线。
3、按操纵要求编制PLC程序。
4、进行调试与运行。
4.1.2 PLC的I/O接线及其气路图
图2-8 供料单元气动操纵回路工作原理图
依照工作单元装置的信号分配（表2-1）和工作任务的要求，供料单元PLC选用S7-224AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。
PLC的I/O信号分配如表2-2所示，接线原理图则见图2-19。
表2-2 供料单元PLC的I/O信号表
输入信号
输出信号
序号
PLC输入点
信号名称
信号来源
序号
PLC输出点
信号名称
信号来源
1
I0.0
顶料气缸伸出到位
装置侧
1
Q0.0
顶料电磁阀
装置侧
2
I0.1
顶料气缸缩回到位
2
Q0.1
推料电磁阀
3
I0.2
推料气缸伸出到位
3
Q0.2
4
I0.3
推料气缸缩回到位
4
Q0.3
5
I0.4
出料台物料检测
5
Q0.4
6
I0.5
供料不足检测
6
Q0.5
7
I0.6
缺料检测
7
Q0.6
8
I0.7
金属工件检测
8
Q0.7
9
I1.0
9
Q1.0
正常工作指示
按钮/指示灯模块
10
I1.1
10
Q1.1
运行指示
11
I1.2
停止按钮
按钮/指示灯模块
12
I1.3
启动按钮
13
I1.4
14
I1.5
工作方式选择
图2-19 供料单元PLC的I/O接线原理图
4.1.3 供料单元单站操纵的编程思路
1、程序结构：
有两个子程序，一个是系统状态显示，另一个是供料操纵。
主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序，仅当在运行状态差不多建立才可能调用供料操纵子程序。
2、PLC上电后应第一进入初始状态检查时期，确认系统差不多预备就绪后，才承诺投入运行，如此可及时发觉存在问题，幸免显现事故。
例如，若两个气缸在上电和气源接入时不在初始位置，这是气路连接错误的缘故，明显在这种情形下不承诺系统投入运行。
通常的PLC操纵系统往往有这种常规的要求。
3、供料单元运行的要紧过程是供料操纵，它是一个步进顺序操纵过程。
4、假如没有停止要求，顺控过程将周而复始地不断循环。
常见的顺序操纵系统正常停止要求是，接收到停止指令后，系统在完成本工作周期任务即返回到初始步后才停止下来。
5、当料仓中最后一个工件被推出后，将发生缺料报警。
推料气缸复位到位，亦即完成本工作周期任务即返回到初始步后，也应停止下来。
按上述分析，可画出如图2-20所示的系统主程序流程图。
图2-20 主程序梯形图
供料操纵子程序的步进顺序流程则如下图2-21所示。
图中，初始步S0.0在主程序中，当系统预备就绪且接收到启动脉冲时被置位。
图2-21 供料操纵子程序流程图
4.1.4 调试与运行
（1）调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。
（2）检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。
（3）检查I/O接线是否正确。
（4）检查光电传感器安装是否合理，灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。
（5）放入工件，运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。
（6）调试各种可能显现的情形，比如在任何情形下都有可能加入工件，系统都要能可靠工作。
（7）优化程序。
4.2加工单元PLC操纵系统设计
4.2.1工作任务
只考虑加工单元作为独立设备运行时的情形，本单元的按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关应置于“单站方式”位置。
具体的操纵要求为：
1、初始状态：
设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪松开的状态，冲压气缸处于缩回位置，急停按钮没有按下。
若设备在上述初始状态，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备预备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪耀。
2、若设备预备好，按下启动按钮，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。
当待加工工件送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。
假如没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。
③在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。
HL2指示灯熄灭。
3、在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。
HL2指示灯熄灭。
要求完成如下任务。
（1）规划PLC的I/O分配及接线端子分配。
（2）进行系统安装接线和气路连接。
（3）编制PLC程序。
（4）进行调试与运行。
4.2.2 PLC的分配、气路图及系统安装接线
1、装置侧接线端口信号分配如表3-1所示
表3-1 加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层
输出端口中间层
端子号
设备符号
信号线
端子号
设备符号
信号线
2
SC1
加工台物料检测
2
3Y
夹紧电磁阀
3
3B2
工件夹紧检测
3
4
2B2
加工台伸出到位
4
2Y
伸缩电磁阀
5
2B1
加工台缩回到位
5
1Y
冲压电磁阀
6
1B1
加工压头上限
7
1B2
加工压头下限
8#～17#端子没有连接
6#～14#端子没有连接
加工单元气动操纵回路工作原理
2、加工单元选用S7-224AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。
PLC的信号表如表3-2所示，接线原理图如图3-9所示。
表3-2 加工单元PLC的I/O信号表
输入信号
输出信号
序号
PLC输入点
信号名称
信号来源
序号
PLC输出点
信号名称
信号来源
1
I0.0
加工台物料检测
装置侧
1
Q0.0
夹紧电磁阀
装置侧
2
I0.1
工件夹紧检测
2
Q0.1
3
I0.2
加工台伸出到位
3
Q0.2
料台伸缩电磁阀
4
I0.3
加工台缩回到位
4
Q0.3
加工压头电磁阀
5
I0.4
加工压头上限
5
Q0.4
6
I0.5
加工压头下限
6
Q0.5
7
I0.6
7
Q0.6
8
I0.7
8
Q0.7
9
I1.0
9
Q1.0
正常工作指示
按钮/指示灯模块
10
I1.1
10
Q1.1
运行指示
11
I1.2
停止按钮
按钮/指示灯模块
12
I1.3
启动按钮
13
I1.4
急停按钮
14
I1.5
单站/全线
图3-9 加工单元PLC的I/O接线原理图
4.2.3 编写和调试PLC操纵程序
1、编写程序的思路
加工单元主程序流程与供料单元类似，也是PLC上电后应第一进入初始状态检查时期，确认系统差不多预备就绪后，才承诺接收启动信号投入运行。
但加工单元工作任务中增加了急停功能。
为此，调用加工操纵子程序的条件应该是“单元在运行状态”和“急停按钮未按”两者同时成立，如图3-12所示。
图3-12 加工操纵子程序的调用
如此，当在运行过程中按下急停按钮时，赶忙停止调用加工操纵子程序，但急停前当前步的S元件仍在置位状态，急停复位后，就能从断点开始连续运行。
加工过程也是一个顺序操纵，其步进流程图如图3-13所示。
图3-13 加工过程的流程图
从流程图能够看到，当一个加工周期终止，只有加工好的工件被取走后，程序才能返回S0.0步，这就幸免了重复加工的可能。
2、调试与运行
（1）调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。
（2）检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。
（3）检查I/O接线是否正确。
（4）检查光电传感器安装是否合理，灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。
（5）放入工件，运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。
（6）调试各种可能显现的情形，比如在任何情形下都有可能加入工件，系统都要能可靠工作。
（7）优化程序。
4.3 装配单元PLC操纵系统设计
4.3.1 工作任务
1、装配单元各气缸的初始位置为：
挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，供料仓上差不多有足够的小圆柱零件；装配机械手的升降气缸处于提升状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。
设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，且供料仓上差不多有足够的小圆柱零件；工件装配台上没有待装配工件。
则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备预备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪耀。
2、若设备预备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。
假如回转台上的左料盘内没有小圆柱零件，就执行下料操作；假如左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。
3、假如回转台上的右料盘内有小圆柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配机械手抓取小圆柱零件，放入待装配工件中的操纵。
4、完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。
5、若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应赶忙停止供料，在装配条件满足的情形下，装配单元在完成本次装配后停止工作。
6、在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪耀，HL1和HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪耀，HL2熄灭，HL1常亮。
4.4.2 PLC的分配、气路图及系统安装接线
装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表4-1所示。
装配单元的I/O点较多，选用S7-226AC/DC/RLY主单元，共24点输入，16点继电器输出。
PLC的I/O分配如表4-2所示。
图4-19是PLC接线原理图。
在单站运行时，警示灯没有使用，可不接线。
装配单元的阀组是6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如图所示。
这些阀分别对供料，位置变换和装配动作气路进行操纵，以改变各自的动作状态。
装配单元气动操纵回路
表4-1 装配单元PLC的I/O信号表
输入信号
输出信号
序号
PLC输入点
信号名称
信号来源
序号
PLC输出点
信号名称
信号来源
1
I0.0
零件不足检测
装置侧
1
Q0.0
挡料电磁阀
装置侧
2
I0.1
零件有无检测
2
Q0.1
顶料电磁阀
3
I0.2
左料盘零件检测
3
Q0.2
回转电磁阀
4
I0.3
右料盘零件检测
4
Q0.3
手爪夹紧电磁阀
5
I0.4
装配台工件检测
5
Q0.4
手爪下降电磁阀
6
I0.5
顶料到位检测
6
Q0.5
手臂伸出电磁阀
7
I0.6
顶料复位检测
7
Q0.6
红色警示灯
8
I0.7
挡料状态检测
8
Q0.7
橙色警示灯
9
I1.0
落料状态检测
9
Q1.0
绿色警示灯
10
I1.1
摆动气缸左限检测
10
Q1.1
11
I1.2
摆动气缸右限检测
11
Q1.2
12
I1.3
手爪夹紧检测
12
Q1.3
13
I1.4
手爪下降到位检测
13
Q1.4
14
I1.5
手爪上升到位检测
14
Q1.5
HL1
按钮/指示灯模块
15
I1.6
手臂缩回到位检测
15
Q1.6
HL2
16
I1.7
手臂伸出到位检测
16
Q1.7
HL3
17
I2.0
18
I2.1
19
I2.2
20
I2.3
21
I2.4
停止按钮
按钮/指示灯模块
22
I2.5
启动按钮
23
I2.6
急停按钮
24
I2.7
单机/联机
4.4分拣单元的PLC操纵及编程
4.4.1 工作任务
1、设备的工作目标是完成对白色芯金属工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金属或塑料工件进行分拣。
为了在分拣时准确推出工件，要求使用旋转编码器作定位检测。
同时工件材料和芯体颜色属性应在推料气缸前的适应位置被检测出来。
2、设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸均处于缩回位置，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备预备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪耀。
3、若设备预备好，按下启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。
当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器即启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz的速度，把工件带往分拣区。
假如工件为白色芯金属件，则该工件对到达1号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到1号槽中；假如工件为白色芯塑料，则该工件对到达2号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到2号槽中；假如工件为黑色芯，则该工件对到达3号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到3号槽中。
工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期终止。
仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。
假如在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期终止后停止运行。
4.4.2 PLC的I/O接线及气路图
分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表5-9所示。
由于用于判别工件材料和芯体颜色属性的传感器只须安装在传感器支架上的电感式传感器和一个光纤传感器，故光纤传感器2可不使用。
分拣单元的电磁阀使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。
这三个阀对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行操纵，以改变各自的动作状态。
表4-9 分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层
输出端口中间层
端子号
设备符号
信号线
端子号
设备符号
信号线
2
DECO
旋转编码器A相
2
1Y
推杆1电磁阀
3
旋转编码器B相
3
2Y
推杆2电磁阀
4
旋转编码器Z相
4
3Y
推杆3电磁阀
5
SC1
进料口工件检测
6
SC2
电感式传感器
7
SC3
光纤传感器1
8
SC4
光纤传感器2
9
1B
推杆1推出到位
10
2B
推杆2推出到位
11
3B
推杆3推出到位
12#～17#端子没有连接
5#～14#端子没有连接
分拣单元PLC选用S7-224XPAC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。
选用S7-224XP主单元的缘故是，当变频器的频率设定值由HMI指定时，该频率设定值是一个随机数，需要由PLC通过变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电机速度连续调整。
S7-224XP主单元集成有2路模拟量输入，1路模拟量输出，有两个RS-485通信口。
可满足变换的编程要求。
本项目工作任务仅要求以30Hz的固定频率驱动电动机运转，只须用固定频率方式操纵变频器即可。
本例中，选用MM420的端子“5”（DIN1）作电机启动和频率操纵，PLC的信号表见表5-10，接线原理图如图4-18所示。
表4-10 分拣单元PLC的I/O信号表
输入信号
输出信号
序号
PLC输入点
信号名称
信号来源
序号
PLC输出点
信号名称
信号输出目标
1
I0.0
旋转编码器B相
装置侧
1
Q0.0
电机启动
变频器
2
I0.1
旋转编码器A相
2
Q0.1
3
I0.2
3
Q0.2
4
I0.3
进料口工件检测
4
5
I0.4
电感式传感器
5
Q0.3
6
I0.5
光纤传感器1
6
Q0.4
7
I0.6
光纤传感器2
7
Q0.5
8
I0.7
推杆1推出到位
8
Q0.6
9
I1.0
推杆2推出到位
9
Q0.7
HL1
按钮/指示灯模块
10
I1.1
推杆3推出到位
10
Q1.0
HL2
11
I1.2
启动按钮
按钮/指示灯模块
12
I1.3
停止按钮
13
I1.4
14
I1.5
单站/全线
为了实现固定频率输出，变频器的参数应如下设置：
●
●斜坡上升时刻参数P1120设定为1秒，斜坡下降时刻参数P1121设定为0.1秒。
（注：
由于驱动电动机功率专门小，此参数设定可不能引起变频器过电压跳闸）
图4-18 分拣单元PLC的I/O接线原理图
4.4.3 分拣单元的编程要点
4.4.3.1 高速计数器的编程
高速计数器的编程方法有两种，一是采纳梯形图或语句表进行正常编程，二是通过STEP7-Micro/WIN编程软件进行引导式编程。
不论那一种方法，都先要依照计数输入信号的形式与要求确定计数模式；然后选择计数器编号，确定输入地址。
分拣单元所配置的PLC是S7-224XPAC/DC/RLY主单元，集成有6点的高速计数器，编号为HSC0～HSC5，每一编号的计数器均分配有固定地址的输入端。
同时，高速计数器能够被配置为12种模式中的任意一种。
如表5-11所示。
表5-11 S7-200PLC的HSC0～HSC5输入地址和计数模式
模式
中断描述
输入点
HSC0
I0.0
I0.1
I0.2
HSC1
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
HSC2
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
HSC3
I0.1
HSC4
I0.3
I0.4
I0.5
HSC5
I0.4
0
带有内部方向操纵的单相计数器
时钟
1
时钟
复位
2
时钟
复位
启动
3
带有外部方向操纵的单相计数器
时钟
方向
4
时钟
方向
复位
5
时钟
方向
复位
启动
6
带有增减计数时钟的双相计数器
增时钟
减时钟
7
增时钟
减时钟
复位
8
增时钟
减时钟
复位
启动
9
相正交计数器
时钟A
时钟B
10
时钟A
时钟B
复位
11
时钟A
时钟B
复位
启动
依照分拣单元旋转编码器输出的脉冲信号形式（A/B相正交脉冲，Z相脉冲不使用，无外部复位和启动信号），由表5-11容易确定，所采纳的计数模式为模式9，所选用的计数器为HSC0，A相脉冲从I0.0输入，B相脉冲从I0.1输入，计数倍频设定为4倍频。
分拣单元高速计数器编程要求较简单，不考虑中断子程序，预置值等。
使用引导式编程，专门容易自动生成了符号地址为“HSC_INIT”的子程序。
其程序清单如图5-19所示。
（引导式编程的步骤从略，请参考S7-200系统手册）
图5-19 子程序HSC_INIT清单
在主程序块中使用SM0.1（上电首次扫描ON）调用此子程序，即完成高速计数器定义并启动计数器。
在本项工作任务中，编程高速计数器的目的，是依照HC0当前值确定工件位置，与储备到指定的变量储备器的特定位置数据进行比较，以确定程序的流向。
特定位置数据是：
●进料口到传感器位置的脉冲数为1800，储备在VD10单元中（双整数）
●进料口到推杆1位置的脉冲数为2500，储备在VD14单元中
●进料口到推杆2位置的脉冲数为4000，储备在VD18单元中
●进料口到推杆3位置的脉冲数为5400，储备在VD22单元中
能够使用数据块来对上述V储备器赋值，在STEP7-Micro/WIN界面项目指令树中，选择数据块→用户定义1；在所显现的数据页界面上逐行键入V储备器起始地址、数据值及其注释（可选），承诺用逗号、制表符或空格作地址和数据的分隔符号。
如图5-20所示。
图5-20 使用数据块对V储备器赋值
注意：
特定位置数据均从进料口开始运算，因此，每当待分拣工件下料到进料口，电机开始启动时，必须对HC0的当前值（储备在SMD38中）进行一次清零操作。
4.4.3.2程序结构
1、分拣单元的要紧工作过程是分拣操纵，可编写一个子程序供主程序调用，工作状态显示的要求比较简单，可直截了当在主程序中编写。
2、主程序的流程与前面所述的供料、加工等单元是类似的。
但由于用高速计数器编程，必须在上电第1个扫描周期调用HSC_INIT子程序，以定义并使能高速计数器。
主程序的编制，请读者自行完成。
3、分拣操纵子程序也是一个步进顺控程序，编程思路如下：
①当检测到待分拣工件下料到进料口后，清零HC0当前值，以固定频率启动变频器驱动电机运转。
梯形图如图5-21所示。
图5-21 分拣操纵子程序初始步梯形图
②当工件通过安装传感器支架上的光纤探头和电感式传感器时，依照2个传感器动作与否，判别工件的属性，决定程序的流向。
HC0当前值与传感器位置值的比较可采纳触点比较指令实现。
完成上
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