【正文】 [15] ， G. Wszo? ek ， W. Carvalho ， Programmable controller designe。 [13] 王永華，現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應用技術 2 版 [M]，北京：北京航空航天大學出版社，2020， 2； 1~89。 [11] 黃剛，唐敏，磁性傳感器的應用于技術動向 [J]，傳感器世界， 1998（ 1）， 5~6。 [9] 李家書，氣動技術的應用 [J]，液壓氣動與密封， 2020（ 4）， 6~7。 [7] 謝麗萍，王占富，豈興明，西門子 S7200 系列 PLC 快速入門與實踐 [M]，北京：人民郵電出版社， 2020， 5， 99~123。 [5] 陳學敏，工程中電磁閥的應用探討 [J]，石油化工自動化， 2020，（ 4）， 58~59。 [3] 張凡，淺淡 PLC 的發(fā)展趨勢與現(xiàn)狀 [J]，科技與生活， 2020（ 9）， 24~25。 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 40 參考文獻 [1] 尤陽陽， 汽車白車身焊裝生產(chǎn)線的 PLC 控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn) [D]，長安大學， 2020。因為傳輸率會受到實驗室環(huán)境的影響，導致傳輸率太高，造成無法正常通信。 CPU 313C2DP 無法正常工作 下載 STEP7中的硬件組態(tài)或程序塊到 PLC， CPU的“ SF”燈亮， EM277無法通信，考慮到有可能程序沒有正確下載到 CPU 224上，又重新下載了 S7200的程序，但還是發(fā)現(xiàn) S7200和S7300無法通信。 解決中間限位誤差，我將中間限位的磁性傳感器取出，將調(diào)壓閥調(diào)到較低氣壓狀態(tài)，數(shù)次測量中間限位的停 靠點，最后固定此時氣壓，放入磁性傳感器，便可精確定位薄臂氣缸的位置。 搬運分揀站的定位誤差常常出現(xiàn)在限位的信號處理。 圖 57 主控界面 39 系統(tǒng)的分析 電磁閥漏氣現(xiàn)象 進行調(diào)試過程中，打開氣泵時，雙電控三位五通閥 4V130C06，中封式，有漏氣現(xiàn)象，經(jīng)檢查電磁閥接縫處有漏氣，由于實驗室無新的電磁閥，在調(diào)試過程中，也沒有出現(xiàn)問題，就沒有 進行更換。 圖 55 廢料推入存儲器 （ 5）將非廢料搬運到傳送帶，機械手處于右限位、下限位，下圖為傳感器監(jiān)控，完成后基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 38 機械手回到搬運準備狀態(tài)，等待下一個動作。 圖 53 氣動手指抓取物料 （ 3）廢料放到推料臺，機械手處于中間限位、下限位狀態(tài)，下圖為傳感器監(jiān)控。 （ 1）搬運準備，機械手處于左限位、上限位狀態(tài)，下圖為觸摸屏橫臂機械手單元傳感器基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 36 監(jiān)控。在 STEP 7 Micro/WIN 編程軟件中，我們可以對該單元的變量進行監(jiān)視，如加工完成數(shù)、廢料數(shù)等；在系統(tǒng)調(diào)試過程中，可以對下單中的變量的變化數(shù)據(jù)進行變量連續(xù)監(jiān)視，我下單 5個并進行連續(xù)監(jiān)視，變量數(shù)據(jù)變化如圖 51： 圖 51 變量初始狀態(tài)、完成下單任務后變量狀態(tài) 在搬運分揀過程中，完成 5次，其中又 1次為廢料，其余為合格產(chǎn)品。 35 5 系統(tǒng)的調(diào)試和分析 系統(tǒng)的調(diào)試 機械手搬運分揀的調(diào)試 搬運分揀單元完成物料的搬運和分揀。通過 STEP7實現(xiàn) S7300與 S7200的組建通信。 圖 46 組態(tài)硬件 觸摸屏界面的組態(tài) （ 1） PLC與 HMI的連接 選擇需要連線的 PLC 類型 ,拖入工程結構窗口里。經(jīng)過 定時器等待后，薄型氣缸達到上限位，推料氣缸完成推料至廢料存儲器中，無桿氣缸向左移至左限位，進入初始等待狀態(tài)。 之后進入搬運狀態(tài)，根據(jù)不同的信號完成不同的動作： （ 1）當加工站傳感器有非廢料信號輸入，傳送站準備信號輸入，無桿氣缸進右移，直至右限位，經(jīng)過定時器等待后，薄型氣缸達到上限位時，無桿氣缸向左移至左限位，進入初始等待狀態(tài)；或者搬運分揀單元為單步調(diào)試時實現(xiàn)。4Y1=0 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 30 梯形圖 橫臂機械手搬運分揀循環(huán)控制程序段是本設計的核心部分，梯形圖如圖 34,。3B1=0amp。4Y1=1 1B1=1amp。2B1=1amp。1Y2=0 2B2=1 3Y2=1amp。3B1=0 1Y1=0 非正常工件 amp。1B3=1 1Y1=1 1B1=1amp。2Y1=0 3B1=0amp。1B3=1 2Y1=1amp。定時器 1=1 3Y3=1 3B3=1 2Y1=0 3B1=1amp。S3=1 2Y1=1amp。2B1=1amp。2Y1=1amp。順序控制圖在搬運和分揀動作的時候分開，說明了機械手對正常工件和廢料不同處理功能 。 具體如圖 33所示。 根據(jù) PLC的內(nèi)存分配原理，如表 31 表 41 搬運分揀單元順序控制中 S7200 變量分配 序號 向 MES發(fā)送數(shù)據(jù) 地址 備注 1 左限位 I 無桿氣缸 2 中間限位 I 無桿氣缸 3 右限位 I 無桿氣缸 4 上限位 I 薄型氣缸 5 下限位 I 薄型氣缸 6 夾緊 I 氣動手指 7 廢料推出位 I 推料氣缸 8 上電 I 9 開始 V 10 復 位 V 11 調(diào)試 V 12 手動 V 13 單聯(lián) V 14 停止 V 15 廢料 上站輸入 16 加工站完成信號 上一站 17 傳送帶準備信號 下一站 18 已經(jīng)加工 VW8 系統(tǒng)控制功能，上電后“復位”按鈕燈閃爍，按“復位”按鈕，氣缸進行復位，氣缸復位完成后， 1B1= 2B1= 3B1=0、 4B1=1，此時“開始”按鈕閃爍；按“開始”按鈕，程序開始運行。自動和手動取決了控制模式的方式，如果需要對機械手順序控制的監(jiān)控，可以用過手動模式進行監(jiān)控；對于流水線的全部工作，需要使用自動模式，同時要達到聯(lián)動，以保證下一站能夠正確接收到信號 。 27 流程圖 系統(tǒng)工作的方式可以設置為自動流水線和手動下單兩種模式。 4Y1為控制推料氣缸的電磁閥 控制要求 搬運分 揀操作站根據(jù)上一站的加工完成信號和廢料信號，完成廢料分揀、搬運任務 。 2Y1為控制薄型氣缸的電磁閥 （ 3） 3B1為安裝在氣動手指的一個極限工作位的磁性傳感器。 1Y 1Y2為控制無桿氣缸的電磁閥。直線氣缸： CY3RG20600；推料氣缸：CDJ2B1630； （ 2）氣動手指： MHZ216D； （ 3）速度控制閥； （ 4）電磁閥： 4V11006， 4V12006， 4V130C06； （ 5）調(diào)速閥； （ 6）壓力表； （ 7）分水濾氣器。 25 4 機械手搬運分揀系統(tǒng)的實現(xiàn) 機械手搬運分揀系統(tǒng)原理圖 圖 41 PLC控制原理圖 氣動回路原理圖 氣動控制系統(tǒng)是本工作單元的執(zhí)行機構，該執(zhí)行機構的邏輯控制功能是由 PLC實現(xiàn)的?？梢酝ㄟ^基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 24 USB接口將工程下載到觸摸屏上。同時 256色的色彩保證你畫面的高質(zhì)量輸出。 EV5000是步科觸摸屏的組態(tài)軟件，有多項方便人 機交互的功能，如備份功能、 PLC類型替換功能、多工程控制、 HMI類型替換、組態(tài)自動保存功能。 表 36 傳送指令與移位寄存器指令 語句 描 述 語句 描述 MOVB IN， OUT 傳送字節(jié) SHRB DATA， S_BIT， N 移位寄存器 STEP7編程軟件 在本示例項目中，我們所使用的為 Step7 ，主站使用 CP 5611網(wǎng)卡與 PLC通信，從站使用 PC/MPI或 CP5611通信電纜與 PLC通信。 表 34 輸出指令與其他指令 輸 出 指 令 語句 描述 其 他 指 令 語句 描述 = bit 輸出 NOT 取反 =I bit 立即輸出 EU 正跳變 S bit， N 置位 ED 負跳變 SI bit， N 立 即置位 NOP N 空操作 R bit， N 復位 RI bit， N 立即復位 （ 4）定時器與計數(shù)器指令。 表 32 標準觸點指令 語句 描述 語句 描述 LD bit 裝載，電路開始的常開觸點 LDN bit 取反后裝載，電路開始的常閉觸點 A bit 與，串聯(lián)的常開觸點 AN bit 取反后與，串聯(lián)的常閉觸點 O bit 或，并聯(lián)的常開觸點 ON bit 取反后或，并聯(lián)的常閉觸點 （ 2）堆棧有關的指令。初學者可選通信速率的默認值 9600bit/s。 圖 32 PC/PPI電纜外形 （ 2）默認設置： 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 22 Ⅰ PC/PPI電纜的通信端口為 0. Ⅱ 計算機的通信口為 COM 1。 圖 31 S7200系統(tǒng) PLC的編程系統(tǒng) （ 1） PC/PPI電纜連接 將 PC/PPI電纜有“ PC”標記的 RS232端連接到計算機的 RS232通信接口上，標有“ PPI”標記的 RS485端連接到 CPU模塊的通信口上。 21 3 系統(tǒng)軟件 STEP 7Micro/WIN 編程軟件 S7200系統(tǒng) PLC的編程系統(tǒng) S7200系列 PLC是西門子公司的 S7可編程控制器系列中微型機，在使用 S7200系列 PLC時，需要對其進行編寫， STEP 7Micro/WIN是用于開發(fā)西門子 S7200系列 PLC的專業(yè)軟件，基于 Windows的應用軟件，其功能強大，主要為用戶開發(fā)控制編程所使用，同時也可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，其編程環(huán)境基友操作方便、使用簡單、易于掌握的特點，用戶能很快的學會并進行程序開發(fā) [5]。 表 210 EM 277 PROFIBUS DP模塊的技術規(guī)范 物理特性 尺寸（ W H D） 71 x 80 x 62 mm 重量 175 g 功率損失（耗散） 通信性能 節(jié)點數(shù) 1 port 電氣接口 RS 485 隔離（外部信號到 PLC邏輯） 500 VAC（電氣） PROFIBUSDP/MPI波特率 (自動設置 ) , , , , 500kbps； 1, , 3, 6和 12Mbps 協(xié)議 PROFIBUSDP從站和 MPI從站 電纜長度 1200m 1000m 19 500kbps 400m 1－ 200m 312Mbps 100m 網(wǎng)絡能力 站地址設定 0－ 99 (由旋轉開關設定 ) 每個段最多站數(shù) 32 每個網(wǎng)絡最多站數(shù) 126，最大到 99個 EM 277站 MPI連接 總共 6個，其中 2個預留 (1個為 PG， 1個為 OP) 電源損耗 ＋ 5V DC (從 I/O總線 ) 150 mA 24V DC輸入電源需求 電壓范圍 － DC 端口增加 24V， 120mA輸 出 30mA 端口工作電流 60mA 端口增加 5V， 90mA輸出 180mA 電源噪聲 (10MHz) 峰峰值 1V 隔離 (輸入電源與邏輯電路之間 ) 500V AC,1分鐘 通訊口上 5V DC電源 每個口最大電流 90mA 隔離變壓器與 24V DC 500V AC， 1分鐘 輸入和邏輯電路隔離 通訊口上 24V DC電源 電壓范圍 － DC 每個口最大電流 120 mA 電流限制 － A 隔離 非隔離 西門子 S7300 ， CPU 313C2DP 本系統(tǒng)中的 CPU 313C2DP主要起 集成模擬量輸出和數(shù)字量輸出功能的作用，其基本技術數(shù)據(jù)見下表： 表 211 CPU 313C2DP技術數(shù)據(jù) 項目 備注 電源（額定值） 24V DV 總 I/O 地址區(qū)域 最大 1024 字節(jié) /1024 字節(jié)（可 以任意編址） 基于 PLC的機械手搬運控制系統(tǒng)實現(xiàn) 20 狀態(tài)變量數(shù)量 最大 30 個 控制變量數(shù)量 最大 14 個 位存儲 256 個 接口類型 集成的 RS485 接口 本章小結 本章介紹了 系統(tǒng)所涉及到硬件，首先介紹了 MES網(wǎng)絡型模塊式柔性自動化生產(chǎn)線實訓系統(tǒng)，著重介紹了搬運分揀單元，對該站中氣動手指、氣缸、電磁閥、磁性開關、調(diào)速閥、浮動接頭進行了詳細的解釋，概述了主控單元的組成與功能。 EM 277 可以連接到網(wǎng)絡上的 S7300主站進行通信。 西門子 S7200 ， CPU224 CPU224的 PLC主機如圖 213，該模塊包括一個中央處理器 CPU、數(shù)字 I/O、通信口及電源，這些器件都被集成到一個緊湊獨立的設備中，形成了一個功能強大的微型 PLC，具體見下圖： 圖