【正文】 217 S7200 CPU224結(jié)構(gòu)配置見下表 29： 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 18 表 29 CPU規(guī)格表 CPU類型 CPU224 用戶程序區(qū)（ Byte） 8192 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)（ Byte） 5120 數(shù)字 I/O 14入 /10出 擴(kuò)展模塊數(shù)量 7 高速計(jì)數(shù)器（ kHz） 30（ 6路） 直流脈沖輸出（ kHz） 20（ 2路） 模擬電位器 2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 內(nèi)置 通行口 1 RS485 EM277 PROFIBUSDP 模塊 EM 277 PROFIBUSDP模塊是專門用于 PROFIBUSDP協(xié) 議通信的智能擴(kuò)展模塊，經(jīng)過串行 I/O總線連接到 S7200 CPU。 PLC 在程序執(zhí)行階段：按用戶程序 指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，執(zhí)行的結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。 PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。 PLC概述 PLC的的結(jié)構(gòu) PLC的類型繁多，功能和指令也不盡相同，單結(jié)構(gòu)于工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入 /輸出接口、電源、編程器擴(kuò)展接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成： 圖 216 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 輸入模塊 CPU 模塊 輸出模塊 編程裝置 可編程序控制器 接觸器 電磁閥 指示燈 電源 按鈕 選擇開關(guān) 限位開關(guān) 電源 17 （ 1）主機(jī)； （ 2）輸入 /輸出（ I/O）接口； （ 3）電源； （ 4）編程器； （ 5）輸入 /輸出擴(kuò)展單元； （ 6）外部設(shè)備接口。與 COM0的區(qū)別僅在于 PC_ RXD,PC_TXD被換成了 PLC 232連接的硬件流控 TRS_PLC, CTS_PLC。兩個(gè)口分別為公頭和母頭 ,以方便區(qū)分。人機(jī)界面是在操作人員和機(jī)器設(shè)備之間作雙向溝通的橋梁，用戶可以在屏幕上自由的組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理或監(jiān)控管理隨時(shí)可能變化的信息。安裝搬運(yùn)單元將工件從變頻傳送單元搬運(yùn)到安裝位；安裝單元將小工件安裝至工件中；分類單元將安裝完成的工 件根據(jù)顏色分類放入到相應(yīng)的倉庫位中。 配置各站 EM277 的地址： 上料單元為 3，搬運(yùn)單元為 4，加工檢測單元為 5，搬運(yùn)分揀單元 9，變頻傳送單元 10，安裝單 元為 6，搬運(yùn)安裝單元為 7，分類單元為 8。 網(wǎng)絡(luò)控制及工作流程 該單元的復(fù)位信號、開始信號、停止信號均從觸摸屏發(fā)出，經(jīng) S7300 PLC采集處理后， 15 向各從站發(fā)送控制要求，以實(shí)現(xiàn)各站的復(fù)位、開始、停止等操作。具有計(jì)劃、調(diào)度和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。 MES生產(chǎn)制造管理軟件：在整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，由 MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)制定下達(dá)各項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)，并實(shí)時(shí)地反映在 MES上位機(jī)的監(jiān)控畫面上。 MCGS工業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件：當(dāng)八個(gè)站全部進(jìn)入聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，管理員能夠通過組態(tài)監(jiān)控機(jī)中各種組態(tài)按鈕方便的控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、暫停、繼續(xù)、停止等等；另外也可以控制單個(gè)站的運(yùn)行、暫停、繼續(xù)、停止等等。 圖 211 調(diào)速閥 浮動(dòng)接頭：當(dāng)負(fù)載連接于氣缸活塞桿端部時(shí)，浮動(dòng)接頭（ SC20F/M6*1）可吸收活塞桿和負(fù)載的偏心或不平行對活塞桿產(chǎn)生的偏心負(fù)載和橫向負(fù)載。 因此，可以看出，磁性開關(guān)的作用就是檢測活塞桿位置（行程），發(fā)出信號，用于控制系統(tǒng)。 本系統(tǒng)所用的電磁閥：單電控兩位五通閥 4V11006，彈簧復(fù)位；雙電控兩位五通閥4V12006；雙電控三位五通閥 4V130C06，中封式。它可用于水、空氣、蒸汽以及其他介質(zhì)的開關(guān)控制 ( 兩通、三通 )， 是安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)不可缺少的執(zhí)行元件 ( 三通、四通、五通 ) 。為此，利用氣動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化素有低成本自動(dòng) 化之說； 但是，氣動(dòng)技術(shù)也有某些弱勢，例如速度控制和定位精度不高；驅(qū)動(dòng)力不大，僅適用于中、 輕負(fù)載；能量利用效率偏低等 [9]。只要?dú)鈩?dòng)元件的材質(zhì)和密封件許可，介 質(zhì)經(jīng)適當(dāng)處理，氣動(dòng)系統(tǒng)的適用環(huán)境溫度范圍大，可達(dá) 2 O ℃ ～ 2 0 0 ℃ ； Ⅵ： 可以構(gòu)成低成本系統(tǒng) ， 氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格較低，維修保養(yǎng)方便 ，工作介質(zhì)隨處可取。小型壓縮機(jī)配備儲(chǔ)氣罐，就可在間歇工作狀態(tài)下輸出較大能量，甚至可以預(yù)先封裝壓縮空氣，以后不必供給能量即可產(chǎn)生力 ； Ⅱ： 借助氣體的可壓縮性，實(shí)現(xiàn)柔軟操作 ； Ⅲ： 抗過載能力強(qiáng)，不易發(fā)熱，不易因過載而發(fā)生事故 ； Ⅳ： 動(dòng)作調(diào)整方便簡單，并且便 于控 制。 M4* 8 M3*5 19 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 10 （ 2）氣缸，本系統(tǒng)所用的氣缸：薄型氣缸、無桿氣缸、推料氣缸。 Q R S T Y Z AA BB 11177。實(shí)物如下圖 23： 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 8 圖 24 直線導(dǎo)軌平行移動(dòng)型氣爪 MHZ216D 表 23 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 缸徑（ mm） 16 流體 空氣 動(dòng)作型式 雙動(dòng) 最高使用壓力（ M Pa） 環(huán)境和流體溫度 10~60℃ 最高操作頻率 重復(fù)精度（ mm） 177。 （ 6）氣動(dòng)手指：完成工件的夾取任務(wù)。 （ 4）推料氣缸：完成廢料的分揀任務(wù)。 （ 2）前臂單桿氣缸：控制擺臺(tái)前臂上下動(dòng)作，由單向電控閥控制，電磁閥得電，前臂底下。工件搬運(yùn)到成品輸送線上或搬運(yùn)到廢料盒處，擺臺(tái)返回原位等待下一個(gè)。而后，安裝搬運(yùn)站再將安裝好的工件送分類站， 分類站再將工件送入相應(yīng)的料倉。黑色 單站 /聯(lián)網(wǎng) 6 按鈕，黑色 停 止 7 帶燈按鈕，綠色 上電 8 急停按鈕，紅色 急停 系統(tǒng)工作工程 下圖給出了系統(tǒng)中工件從一站到另一站的物流傳遞過程：上料檢測單元將大工件按順序排好后提升送出；搬運(yùn)站將大工件從上料檢測單元搬至加工站；加工站將大工件加工后送出工位；分揀站將加工過的正常的工件搬運(yùn)到傳送站，如果是廢料，分揀機(jī)械手將工件搬運(yùn)到廢料處理機(jī)構(gòu)；傳輸站將正常的大工件送至尾端，將廢料分揀到廢料槽里；安裝搬運(yùn)站將大工件從傳輸站搬至安裝工位放下。各開關(guān)的控制功能定義見下表 22： 表 22 各開關(guān)的控制功能 序號 項(xiàng)目 說明 1 帶燈按鈕，綠色 開始 2 帶燈按鈕，黃色 復(fù)位 3 按鈕。 系統(tǒng)配置 該系統(tǒng)由型材桌、上料檢測單元、搬運(yùn)單元、加工與檢測單元、搬運(yùn)分揀單元、變頻傳送單元、安裝單元、安裝搬運(yùn)單元、分類單元、通信接口板、電氣網(wǎng)孔板、按鈕控制板、 I/O 接口板、各種傳感器、警示燈、各類電磁閥和氣缸等組成，完成工件上料、搬運(yùn)、加工、分揀、輸送、裝配、分類等功能。 技術(shù)性能 （ 1） 輸入電源：單相三線 AC220V177。 （ 2） 系統(tǒng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口，具有很高的兼容和擴(kuò)展性，隨工業(yè)現(xiàn)場技術(shù)的快速發(fā)展， 5 本系統(tǒng)可以緊跟現(xiàn)場技術(shù)升級擴(kuò)展，深入地滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要。 產(chǎn)品特點(diǎn) （ 1） 系統(tǒng)將機(jī)械、氣動(dòng)、電氣控制、電機(jī)傳動(dòng)、傳感檢測、 PLC 以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有機(jī)進(jìn)行整合，結(jié)構(gòu)模塊化，便于組合，可以完成各類單項(xiàng)技能訓(xùn)練和綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練。 系統(tǒng)由 8個(gè)單元組成。 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 4 2 系統(tǒng)硬件 MES網(wǎng)絡(luò)型模塊式柔性自動(dòng) 化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) 產(chǎn)品如下圖 21： 圖 21 MES網(wǎng)絡(luò)型模塊式柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng) 模塊式柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是一種最為典型的機(jī)電一體化、自動(dòng)化類產(chǎn)品，它是為職業(yè)院校、技工學(xué)校、教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等而研制的，它適合機(jī)械制造及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化、電氣工程及自動(dòng)化、自動(dòng)化工程、控制工程、測控技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制、自動(dòng)控制、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)與理論、等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和培訓(xùn)。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用的機(jī)械手 本系統(tǒng)采用的是 SMC公司的產(chǎn)品 —— 直線導(dǎo)軌平行移動(dòng)型氣爪 MHZ216D，采用直線導(dǎo)軌，高剛性，高精度；防塵，防滴構(gòu)造；可選擇防塵罩材料。目前國內(nèi)生產(chǎn)工業(yè)機(jī)械手的企業(yè)并不多，很多產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)還主要依靠進(jìn)口，高科技的技術(shù)主要還掌 握在國際龍頭廠商 3 手里。 國內(nèi)外機(jī)械手的現(xiàn)狀、趨勢 目前研究的重點(diǎn)是采用全自動(dòng)化機(jī)械手進(jìn)行裝配。 1954年美國工程師德爾沃最早提出機(jī)械人的概念； 1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)機(jī)械手。 機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢 機(jī)械手 機(jī)械手用于固定程序抓取、搬運(yùn)、操作工具的操作裝置，代替工人完成高危險(xiǎn)性的工作，保證工人的安全，完成生產(chǎn)線的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，主要應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金等行 業(yè)。 PLC的發(fā)展趨勢 （ 1） 產(chǎn)品的多樣化； （ 2） 特殊功能模塊的品種增加； （ 3） 功能擴(kuò)展板趨向體積小、便宜 ； （ 4） 采用混合式結(jié)構(gòu)； （ 5）供應(yīng)便宜和 專用的人機(jī)接口； （ 6） 人機(jī)界面與 PLC相結(jié)合 [4]。 PLC具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、體積小、應(yīng)用靈活方便 、工程周期短、操作維護(hù)方便、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊等優(yōu)點(diǎn)。 PLC發(fā)展現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)外 PLC的生產(chǎn)廠家較多，但不具備規(guī)模性，我國還未形成 PLC的制造產(chǎn)業(yè)。西方發(fā)達(dá)國家開始采用微處理器作為 CPU之后，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)迅速發(fā)展，專用邏輯處理芯片出現(xiàn)， PLC在軟硬方面都發(fā)生了巨大變化， PLC中采用的微處理器的芯片檔次普遍提高。 1987年國際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee）頒布的 PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC做了如下定義 ：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置 [2]。柔性自動(dòng)化技術(shù)是工業(yè)發(fā)展的趨勢，采用柔性自動(dòng)化技術(shù)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且大大的降低了 成本，這是全世界機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的趨勢。 MES及柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線 MES的定義 美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu) AMR（ Advanced Manufactureing Research）將 MES定義為：“位于上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層的工業(yè)控制之間的面向車間層的管理信息系統(tǒng)”。 為了實(shí)現(xiàn)兩手抓 ，柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線系統(tǒng) 在工業(yè)生產(chǎn)中誕生了 。 隨著 工業(yè) 科技的發(fā)展，產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新越來越 快 ， 原來的生產(chǎn)方式 失去了競爭力。 V 目 錄 1 引言 ........................................................................................................................1 研究目的與意義 ...............................................................................................1 MES及 柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線 ...............................................................................1 MES的定義 ...............................................................................................1 柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線 ....................................................................................1 PLC的歷史，現(xiàn)狀和趨勢 ..................................................................................1 PLC的發(fā)展歷史 .........................................................................................1 PLC發(fā)展現(xiàn)狀 .............................................................................................2 PLC的發(fā)展趨勢 .........................................................................................2 本設(shè)計(jì)所使用的 PLC .................................................................................2 機(jī)械手發(fā)展現(xiàn)狀 、 趨勢 ....................................................................................2 機(jī)械手 ..................................................................