自動化生產(chǎn)線分揀單元的設(shè)計-師亞娟

..畢業(yè)論文畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計論文設(shè)計〔論文題目：自動化生產(chǎn)線中分揀單元的設(shè)計下達(dá)日期：2013年12月9日開始日期：2013年12月9日完成日期：2014年01月17日指導(dǎo)教師：師亞娟學(xué)生專業(yè)：電氣自動化班級：自動化1203學(xué)生姓名：張亞圓教研室主任：王永康電氣工程系XX工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計〔論文任務(wù)書設(shè)計〔論文內(nèi)容及要求：設(shè)計〔論文內(nèi)容本設(shè)計要求完成自動化生產(chǎn)線中分揀單元的設(shè)計任務(wù)。分揀單元在自動化生產(chǎn)線中屬于最后一個環(huán)節(jié),能夠?qū)⒁呀?jīng)加工好的產(chǎn)品按照顏色、材質(zhì)以及訂單要求的裝配組合進(jìn)行分揀。本次設(shè)計中,采用可編程控制器作為控制單元,結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù),對已經(jīng)加工完成的產(chǎn)品進(jìn)行自動分揀．整個裝置具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點。分揀單元采用臺式結(jié)構(gòu),內(nèi)置電源,有步進(jìn)電機、汽缸、電磁閥、旋轉(zhuǎn)編碼器、氣動減壓器、濾清器、氣壓指示等部件,可與各類氣源相連接。選用顏色識別傳感器及對不同物料敏感的電容式和電感式傳感器。物料分揀裝置能實現(xiàn)如下3種基本功能：1.分揀單元的工作目標(biāo)是完成對白色芯金屬工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金屬或塑料工件進(jìn)行分揀。為了在分揀時準(zhǔn)確推出工件,要求使用旋轉(zhuǎn)編碼器作定位檢測。并且工件物料和芯體顏色屬性應(yīng)在推料氣缸前的適應(yīng)位置被檢測出來。2、分揀單元上電和氣源接通后,若工作單元的三個氣缸均處于縮回位置,則"正常工作"指示燈HL1常亮,表示分揀單元已準(zhǔn)備好。否則,該指示燈以1Hz頻率閃爍。3、若分揀單元已準(zhǔn)備好,按下啟動按鈕,系統(tǒng)啟動,"分揀單元運行"指示燈HL2常亮。當(dāng)傳送帶入料口人工放下已裝配的工件時,變頻器立即啟動,驅(qū)動傳動電動機以頻率固定為30Hz的速度,把工件帶往分揀區(qū)。如果工件為白色芯金屬件,則該工件對到達(dá)1號滑槽中間,傳送帶停止,工件對被推到1號槽中；如果工件為白色芯塑料,則該工件對到達(dá)2號滑槽中間,傳送帶停止,工件對被推到2號槽中；如果工件為黑色芯,則該工件對到達(dá)3號滑槽中間,傳送帶停止,工件對被推到3號槽中。工件被推出滑槽后,該工作單元的一個工作周期結(jié)束。僅當(dāng)工件被推出滑槽后,才能再次向傳送帶下料。如果在運行期間按下停止按鈕,該工作單元在本工作周期結(jié)束后停止運行?！捕?．準(zhǔn)備資料：a自動化生產(chǎn)線操作手冊及說明書；b>《可編程序控制器》c>《自動檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》d>《氣動手冊》2．系統(tǒng)工作過程分析3.硬件設(shè)計4.控制系統(tǒng)及軟件設(shè)計5.整體系統(tǒng)調(diào)試6.結(jié)論技術(shù)指標(biāo)：用S7-200PLC實現(xiàn)自動分揀裝置控制要求,據(jù)體I/O分配表如下：熟悉機械和電氣部件的整體安裝和調(diào)試。完成設(shè)計報告：1、說明書2、摘要目錄3、目的4、電氣控制原理圖〔計算機出圖5、裝置結(jié)構(gòu)圖6、原理分析7、程序設(shè)計流程圖8、梯形圖程序9、參考資料XX工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計〔論文任務(wù)書進(jìn)程計劃表序號起止日期計劃完成內(nèi)容實際完成情況檢查簽名1資料收集查閱2分揀單元結(jié)構(gòu)設(shè)計；分揀單元電氣控制線路設(shè)計；3分揀單元氣路設(shè)計；流程圖設(shè)計4梯形圖設(shè)計；分揀單元調(diào)試5書寫設(shè)計報告；準(zhǔn)備答辯；6答辯自動化生產(chǎn)線分揀單元的設(shè)計摘要自動分揀系統(tǒng)〔AutomatedSortingSystem是二戰(zhàn)后率先在美國、日本的物流中心中廣泛采用的一種自動化作業(yè)系統(tǒng),該系統(tǒng)目前已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國家大中型物流中心不可缺少的一部分。我國的自動分揀技術(shù)才開始起步,僅在郵電部門的郵政局有一些小型的半自動的翻盤分揀用于郵包分揀,在別的行業(yè)就很少見到一定規(guī)模和一定水平的分揀系統(tǒng)。但是,自動分揀已逐漸成為工業(yè)生產(chǎn)主流,因為自動分揀是從貨物進(jìn)入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止,都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網(wǎng)絡(luò),把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的搬送裝置。本設(shè)計中,以PLC作為主控制單元,結(jié)合氣動裝置、傳感器、位置控制、變頻器等技術(shù),設(shè)計了一種成本低、效率高的物料自動分揀裝置。在設(shè)計最后,將組態(tài)監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到項目中,通過組態(tài)軟件,構(gòu)建畫面,模擬現(xiàn)場實際,實現(xiàn)動態(tài)的監(jiān)控。在實驗室分揀單元上調(diào)試運行之后,該系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點,能夠準(zhǔn)確高效的完成加工物料的自動分揀,具有一定的推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：可編程控制器,分揀裝置,控制系統(tǒng),傳感器,定位控制THEDESIGNOFSORTINGUNITUSEDINTHEAUTOMATICPRODUCTIONLINEABSTRACTAutomaticsortingsystemisthefirstintheUnitedStatesafterWorldWarⅡJapan’slogisticscenteriswidelyusedinanautomatedoperatingsystemdevelopedmedium-sizedlogisticshasbecomeanindispensablepartofthecenter.China'sauto-sortingtechnologywasstarted,onlypostofficeinthepostalandtelecommunicationssector,somesmall-scalesemi-automaticsortingofthedeficitfortheparcelsaresorted,inothersectorsrarelyseenonacertainscaleandacertainlevelofsortingsystem.However,theautomaticsortingofindustrialproductionhasbecomemainstream,becauseitisautomaticallysortedintothesortingsystemfromthegoodstothedistributionofthelocationofthedesignateddate,inaccordancewithpeople'sordersareautomaticallysortedbythedevicetobecompleted.Thedeviceisthesortinginstructionstoreceiveinformationfromthecontroldevice,computernetwork,toreachthelocationofthesortingofcargotomoveelsewheretosenddevice.Thedesignconfigurationsoftwareinstalledonyourcomputerthroughtheconfigurationsoftware,buildascreentosimulatetheactualscene,toachievedynamiccontrol.Theuseofprogrammablelogiccontroller<PLC>,thedesignoflowcost,highefficiencyautomaticsortingdevicematerials.ToPLC-basedcontrollers,combinationofaerodynamicdevices,sensortechnology,suchaspositioncontroltechnology,Thescenetocontroltheautomaticsortingproducts,systemswithahighdegreeofautomation,stableoperationandhighprecision,easytocontrolfeatureswhichcanfulfilltherequirementaccordingtodifferentsituationwithlittlemodifications.KEYWORDS：programmablelogiccontroller,sortingdevices,controlsystems,sensors,positioningcontrol.目錄1.緒論X2.分揀單元的結(jié)構(gòu)和工作過程XI2.1傳送和分揀機構(gòu)XI2．2傳動帶驅(qū)動機構(gòu)XII2.3電磁閥組和氣動控制回路XIII3.分揀單元硬件設(shè)計XIV3.1傳感器XIV磁性開關(guān)XIV3.1.2電感式接近開關(guān)XV光電式接近開關(guān)XVI旋轉(zhuǎn)編碼器XVII3.2西門子S7-200型PLC介紹XIXS7-200系列可編程控制器XXPLC選型XXI3.3西門子MM420變頻器簡介XXII３.３.１MM420變頻器的安裝和接線XXII３.３.２MM420變頻器的BOP操作面板XXV３.３.３MM420變頻器的參數(shù)XXVI３.３.４MM420變頻器的參數(shù)訪問XXVIII4分揀單元的PLC控制及編程XXIX4.1工作任務(wù)XXIX4.2PLC的I/O接線XXIX４.３分揀單元的編程要點XXXII４.３.１高速計數(shù)器的編程XXXII４.３.２旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖當(dāng)量的測試。XXXIV４.４程序結(jié)構(gòu)XXXVII4.5變頻器輸出的模擬量控制XXXIX５.組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計XLI5.1MCGS組態(tài)軟件概述XLI5.2MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成XLI5.3TPC7062KS人機界面XLII5.4分揀單元組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計XLIV5.4.1分揀單元人機界面組態(tài)概況XLV5.4.2分揀單元人機界面組態(tài)步驟和方法XLVII總結(jié)LII致謝LIV參考文獻(xiàn)LV附錄1：分揀單元氣動控制回路LVI附錄2：分揀單元電氣原理圖LVI附錄2：分揀單元PLC程序LVI1.緒論分揀是把很多貨物按品種從不同的地點和單位分配到所設(shè)置的場地的作業(yè)。按分揀的手段不同,可分為人工分揀、機械分揀和自動分揀。目前自動分揀已逐漸成為主流,因為自動分揀是從貨物進(jìn)入分揀系統(tǒng)送到指定的分配位置為止,都是按照人們的指令靠自動分揀裝置來完成的。這種裝置是由接受分揀指示情報的控制裝置、計算機網(wǎng)絡(luò),把到達(dá)分揀位置的貨物送到別處的搬送裝置。由于全部采用機械自動作業(yè),因此,分揀處理能力較大,分揀分類數(shù)量也較多。隨著社會的不斷發(fā)展,市場的競爭也越來越激烈,因此各個生產(chǎn)企業(yè)都迫切地需要改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù),提高生產(chǎn)效率,尤其在需要進(jìn)行物料分揀的企業(yè),以往一直采用人工分揀的方法,致使生產(chǎn)效率低,生產(chǎn)成本高,企業(yè)的競爭能力差,物料的自動分揀已成為企業(yè)的唯一選擇。針對上述問題,利用PLC技術(shù)設(shè)計了一種成本低,效率高的物料自動分揀裝置,在物料分揀過程中取得了較好的控制效果。物料分揀采用可編程控制器PLC進(jìn)行控制,能連續(xù)、大批量地分揀貨物,分揀誤差率低且勞動強度大大降低,可顯著提高勞動生產(chǎn)率。而且,分揀系統(tǒng)能靈活地與其他物流分揀單元無縫連接,實現(xiàn)對物料實物流、物料信息流的分配和管理。其設(shè)計采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的組裝,具有系統(tǒng)布局靈活,維護(hù)、檢修方便等特點,受場地原因影響不大。PLC控制分揀裝置涵蓋了PLC技術(shù)、氣動技術(shù)、傳感器技術(shù)、位置控制技術(shù)等內(nèi)容,是實際工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)分揀單元的微縮模型。應(yīng)用PLC技術(shù)結(jié)合氣動、傳感器和位置控制等技術(shù),設(shè)計不同類型物料的自動分揀控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的靈活性較強,程序開發(fā)簡單,可適應(yīng)進(jìn)行物料分揀的彈性生產(chǎn)線的需求。本文主要介紹了PLC控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計,以及一些調(diào)試方法。2.分揀單元的結(jié)構(gòu)和工作過程分揀單元是自動化生產(chǎn)線中的最末單元,完成對上一單元送來的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀。使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。當(dāng)輸送站送來工件放到傳送帶上并被入料口光電傳感器檢測到時,即啟動變頻器,工件開始送入分揀區(qū)進(jìn)行分揀。分揀單元主要結(jié)構(gòu)組成為：傳送和分揀機構(gòu),傳動帶驅(qū)動機構(gòu),變頻器模塊,電磁閥組,接線端口,PLC模塊,按鈕/指示燈模塊及底板等。其中,機械部分的裝配總成如圖2-1所示。圖2-1分揀單元外型圖2.1傳送和分揀機構(gòu)傳送和分揀機構(gòu)主要由傳送帶、出料滑槽、推料〔分揀氣缸、漫射式光電傳感器、光纖傳感器、磁感應(yīng)接近式傳感器組成。傳送已經(jīng)加工、裝配好的工件,在被光纖傳感器檢測到并進(jìn)行分揀。傳送帶是把機械手輸送過來加工好的工件進(jìn)行傳輸,輸送至分揀區(qū)。導(dǎo)向器是用糾偏機械手輸送過來的工件。兩條物料槽分別用于存放加工好的黑色、白色工件或金屬工件。傳送和分揀的工作原理：當(dāng)輸送站送來工件放到傳送帶上并被入料口漫射式光電傳感器檢測到時,將信號傳輸給PLC,通過PLC的程序啟動變頻器,電機運轉(zhuǎn)驅(qū)動傳送帶工作,把工件帶進(jìn)分揀區(qū),如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為白色,則檢測白色物料的光纖傳感器動作,作為1號槽推料氣缸啟動信號,將白色料推到1號槽里；如果進(jìn)入分揀區(qū)工件為黑色,檢測黑色的光纖傳感器作為2號槽推料氣缸啟動信號,將黑色料推到2號槽里,如果是金屬工件被金屬傳感器檢測到將其推到3號槽里。自動生產(chǎn)線的加工結(jié)束2．2傳動帶驅(qū)動機構(gòu)傳動帶驅(qū)動機構(gòu)機構(gòu)如圖5-2所示。采用的三相減速電機,用于拖動傳送帶從而輸送物料。它主要由電機支架、電動機、聯(lián)軸器等組成。圖2-2傳動機構(gòu)三相異步電動機是傳動機構(gòu)的主要部分,電動機轉(zhuǎn)速的快慢由變頻器來控制,其作用是帶傳送帶從而輸送物料。電機支架用于固定電動機。聯(lián)軸器由于把電動機的軸和輸送帶主動輪的軸聯(lián)接起來,從而組成一個傳動機構(gòu)。2.3電磁閥組和氣動控制回路分揀單元的電磁閥組使用了三個由二位五通的帶手控開關(guān)的單電控電磁閥,它們安裝在匯流板上。這三個閥分別對金屬、白料和黑料推動氣缸的氣路進(jìn)行控制,以改變各自的動作狀態(tài)。本單元氣動控制回路的工作原理如圖5-3所示。圖中1A、2A和3A分別為分揀1#氣缸、分揀2#氣缸和分揀3#氣缸。1B1、2B1和3B1分別為安裝在各分揀氣缸的前極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。1Y1、2Y1和3Y1分別為控制3個分揀氣缸電磁閥的電磁控制端。圖2-3分揀單元氣動控制回路工作原理圖3.分揀單元硬件設(shè)計3.1傳感器在自動化生產(chǎn)線上各工作單元所使用的傳感器都是接近傳感器,它利用傳感器對所接近的物體具有的敏感特性來識別物體的接近,并輸出相應(yīng)開關(guān)信號,因此,接近傳感器通常也稱為接近開關(guān)。接近傳感器有多種檢測方式,包括利用電磁感應(yīng)引起的檢測對象的金屬體中產(chǎn)生的渦電流的方式、捕捉檢測體的接近引起的電氣信號的容量變化的方式、利用磁石和引導(dǎo)開關(guān)的方式、利用光電效應(yīng)和光電轉(zhuǎn)換器件作為檢測元件等等。YL-335B所使用的是磁感應(yīng)式接近開關(guān)〔或稱磁性開關(guān)、電感式接近開關(guān)、漫反射光電開關(guān)和光纖型光電傳感器等。磁性開關(guān)YL-335B所使用的氣缸都是帶磁性開關(guān)的氣缸。這些氣缸的缸筒采用導(dǎo)磁性弱、隔磁性強的材料,如硬鋁、不銹鋼等。在非磁性體的活塞上安裝一個永久磁鐵的磁環(huán),這樣就提供了一個反映氣缸活塞位置的磁場。而安裝在氣缸外側(cè)的磁性開關(guān)則是用來檢測氣缸活塞位置,即檢測活塞的運動行程的。有觸點式的磁性開關(guān)用舌簧開關(guān)作磁場檢測元件。舌簧開關(guān)成型于合成樹脂塊內(nèi),并且一般還有動作指示燈、過電壓保護(hù)電路也塑封在內(nèi)。圖2-10所示是帶磁性開關(guān)氣缸的工作原理圖。當(dāng)氣缸中隨活塞移動的磁環(huán)靠近開關(guān)時,舌簧開關(guān)的兩根簧片被磁化而相互吸引,觸點閉合；當(dāng)磁環(huán)移開開關(guān)后,簧片失磁,觸點斷開。當(dāng)觸點閉合或斷開時發(fā)出電控信號,在PLC的自動控制中,可以利用該信號判斷推料及頂料缸的運動狀態(tài)或所處的位置,以確定工件是否被推出或氣缸是否返回。圖3-1帶磁性開關(guān)氣缸的工作原理圖在磁性開關(guān)上設(shè)置的LED顯示用于顯示其信號狀態(tài),供調(diào)試時使用。磁性開關(guān)動作時,輸出信號"1",LED亮；磁性開關(guān)不動作時,輸出信號"0",LED不亮。磁性開關(guān)的安裝位置可以調(diào)整,調(diào)整方法是松開它的緊固定位螺栓,讓磁性開關(guān)順著氣缸滑動,到達(dá)指定位置后,再旋緊固定螺栓。磁性開關(guān)有藍(lán)色和棕色2根引出線,使用時藍(lán)色引出線應(yīng)連接到PLC輸入公共端,棕色引出線應(yīng)連接到PLC輸入端。磁性開關(guān)的內(nèi)部電路如圖3-2中虛線框內(nèi)所示。圖3-2磁性開關(guān)內(nèi)部電路3.1.2電感式接近開關(guān)電感式接近開關(guān)是利用電渦流效應(yīng)制造的傳感器。電渦流效應(yīng)是指,當(dāng)金屬物體處于一個交變的磁場中,在金屬內(nèi)部會產(chǎn)生交變的電渦流,該渦流又會反作用于產(chǎn)生它的磁場這樣一種物理效應(yīng)。如果這個交變的磁場是由一個電感線圈產(chǎn)生的,則這個電感線圈中的電流就會發(fā)生變化,用于平衡渦流產(chǎn)生的磁場。利用這一原理,以高頻振蕩器〔LC振蕩器中的電感線圈作為檢測元件,當(dāng)被測金屬物體接近電感線圈時產(chǎn)生了渦流效應(yīng),引起振蕩器振幅或頻率的變化,由傳感器的信號調(diào)理電路〔包括檢波、放大、整形、輸出等電路將該變化轉(zhuǎn)換成開關(guān)量輸出,從而達(dá)到檢測目的。電感式接近傳感器工作原理框圖如圖３－３所示。圖３－３電感式傳感器原理框圖接近開關(guān)的選用和安裝中,必須認(rèn)真考慮檢測距離、設(shè)定距離,保證生產(chǎn)線上的傳感器可靠動作。安裝距離注意說明如圖３－４所示。圖３－４安裝距離注意說明3.1.3光電式接近開關(guān)"光電傳感器"是利用光的各種性質(zhì),檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。其中輸出形式為開關(guān)量的傳感器為光電式接近開關(guān)。光電式接近開關(guān)主要由光發(fā)射器和光接收器構(gòu)成。如果光發(fā)射器發(fā)射的光線因檢測物體不同而被遮掩或反射,到達(dá)光接收器的量將會發(fā)生變化。光接收器的敏感元件將檢測出這種變化,并轉(zhuǎn)換為電氣信號,輸出電信號傳送到PLC中。大多接近開關(guān)使用可視光〔主要為紅色,也用綠色、藍(lán)色來判斷顏色和紅外光。按照接收器接收光的方式的不同,光電式接近開關(guān)可分為對射式、反射式和漫射式3種,如圖３－５所示。圖３－５光電式接近開關(guān)3.1.4旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)編碼器是通過光電轉(zhuǎn)換,將輸出把軸上的機械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字信號的傳感器,主要用于速度或位置〔角度的檢測。典型的旋轉(zhuǎn)編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形狹縫。由于光電碼盤與電動機同軸,電動機旋轉(zhuǎn)時,光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn),經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號,其原理示意圖如圖３-６所示；通過計算每秒旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。圖3-６旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖一般來說,根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖的方式的不同,可以分為增量式、絕對式以及復(fù)合式三大類。自動線上常采用的是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90,用于辯向：當(dāng)A相脈沖超前B相時為正轉(zhuǎn)方向,而當(dāng)B相脈沖超前A相時則為反轉(zhuǎn)方向。Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖,用于基準(zhǔn)點定位。如圖5-8所示。YL-335B分揀單元使用了這種具有A、B兩相90o相位差的通用型旋轉(zhuǎn)編碼器,用于計算工件在傳送帶上的位置。編碼器直接連接到傳送帶主動軸上。該旋轉(zhuǎn)編碼器的三相脈沖采用NPN型集電極開路輸出,分辨率500線,工作電源DC12～24V。本工作單元沒有使用Z相脈沖,A、B兩相輸出端直接連接到PLC〔S7-224XPAC/DC/RLY主單元的高速計數(shù)器輸入端。圖３－７增量式編碼器輸出的三組方波脈沖計算工件在傳送帶上的位置時,需確定每兩個脈沖之間的距離即脈沖當(dāng)量。分揀單元主動軸的直徑為d=43mm,則減速電機每旋轉(zhuǎn)一周,皮帶上工件移動距離L=π?d=3.14×43=136.35mm。故脈沖當(dāng)量μ為μ=L/500≈0.273mm。按如圖３－８所示的安裝尺寸,當(dāng)工件從下料口中心線移至傳感器中心時,旋轉(zhuǎn)編碼器約發(fā)出430個脈沖；移至第一個推桿中心點時,約發(fā)出614個脈沖；移至第二個推桿中心點時,約發(fā)出963個脈沖；移至第二個推桿中心點時,約發(fā)出1284個脈沖。圖３－８傳送帶位置計算用圖應(yīng)該指出的是,上述脈沖當(dāng)量的計算只是理論上的推算。實際上各種誤差因素不可避免,例如傳送帶主動軸直徑〔包括皮帶厚度的測量誤差,傳送帶的安裝偏差、張緊度,分揀單元整體在工作臺面上定位偏差等等,都將影響理論計算值。因此理論計算值只能作為估算值。脈沖當(dāng)量的誤差所引起的累積誤差會隨著工件在傳送帶上運動距離的增大而迅速增加,甚至達(dá)到不可容忍的地步。因而在分揀單元安裝調(diào)試時,除了要仔細(xì)調(diào)整盡量減少安裝偏差外,尚須現(xiàn)場測試脈沖當(dāng)量值?，F(xiàn)場測試脈沖當(dāng)量的方法,如何對輸入到PLC的脈沖進(jìn)行高速計數(shù),以計算工件在傳送帶上的位置,將結(jié)合本項目的工作任務(wù),在PLC編程思路中作介紹。3.2西門子S7-200型PLC介紹可編程控制器〔ProgrammableController,簡稱PLC。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置,目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能,建立柔性的程控系統(tǒng)?？删幊炭刂破骶哂心芰?、可靠性高、配置靈活、編程簡單等優(yōu)點,是當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的主要手段和重要的自動化控制分揀單元。由于PLC在不斷發(fā)展,因此,對它進(jìn)行確切的定義是比較困難的。美國電氣制造商協(xié)會<NEMA>經(jīng)過四年的調(diào)查工作,于1980年正式將可編程序控制器命名為PC<ProgrammableController>,但為了與個人計算機PC〔PersonalComputer相區(qū)別,常將可編程序控制器簡稱為PLC,并給PLC作了定義：可編程序控制器是一種帶有指令存儲器、數(shù)字的或模擬的輸入/輸出接口,以位運算為主,能完成邏輯、順序、定時、計數(shù)和運算等功能,用于控制機器或生產(chǎn)過程的自動化控制裝置。1982年,國際電工委員會<InternationalElectricalCommittee,IEC>頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿,1985年提交了第2稿,并在1987年的第3稿中對PLC作了如下的定義："PLC是一種數(shù)字運算的電子系統(tǒng),專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編制程序的存儲器,用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令,并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)的外圍分揀單元,都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則而設(shè)計。"上述的定義表明,PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置,是以微處理器為基礎(chǔ),結(jié)合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù),用面向控制過程、面向用戶的"自然語言"編程的一種簡單易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)控制裝置。S7-200系列可編程控制器德國的西門子〔SIEMENS公司是歐洲最大的電子和電氣分揀單元制造商,生產(chǎn)的SIMATIC可編程序控制器在歐洲處于領(lǐng)先地位。其第一代可編程序控制器是于1975年投放市場的SIMATICS3系列控制系統(tǒng)。1979年微處理器技術(shù)被應(yīng)用到可編程序控制器中后,產(chǎn)生了SIMATICS5系列,隨后在20世紀(jì)末又推出了S7系列產(chǎn)品。在20XX以前,西門子在中國市場的PLC產(chǎn)品主要是大中型PLC,日本的小型PLC占據(jù)了中國的大部分市場份額。最近幾年來的小型PLC市場上S7-200PLC成了主流產(chǎn)品。1.CPU模塊從CPU模塊的功能來看,SIMATICS7-200系列小型可編程序控制器的發(fā)展,大致經(jīng)歷了兩代：第一代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU21X,主機都可進(jìn)行擴展,它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU站：CPU212,CPU214,CPU215和CPU216,對第一代PLC產(chǎn)品不再作具體介紹。第二代產(chǎn)品其CPU模塊為CPU22X,是在21世紀(jì)初投放市場的,速度快,具有較強的通信能力。它具有四種不同結(jié)構(gòu)配置的CPU站：CPU221,CPU222、CPU224和CPU226,除CPU221之外,其他都可加擴展模塊。下面我們就SIMATICS7-200系列CPU22XPLC主機及I/O系統(tǒng)做一下介紹：SIMATICS7-200CPU22X系列PLC的主機〔CPU模塊的外形如圖2-1所示：圖３－９PLC主機外形Fig３－９ThePLChostappearance3.2.2PLC選型PLC的選擇包括機型的選擇、CPU的選擇、1/0模塊的選擇、通訊模塊選擇等。柔性制造生產(chǎn)線實現(xiàn)教學(xué)平臺主要選用西門子PLCS7-200系列。主要根據(jù)如下:<l>西門子PLC目前應(yīng)用比較成熟,技術(shù)上有保證,且有豐富的成功經(jīng)驗可以鑒戒,利于縮短系統(tǒng)開發(fā)的周期,降低成本。<2>選用該機型可以滿足柔性自動化生產(chǎn)線工藝控制要求。<3>易于聯(lián)網(wǎng)通信,配合上位計算機后容易形成一個多級的分布式控制系統(tǒng),擴展比較容易。<4>兩路高速脈沖輸出能夠滿足加工工作站的步進(jìn)電機控制。分揀單元PLC選用S7-224XPAC/DC/RLY主單元,共14點輸入和10點繼電器輸出。選用S7-224XP主單元的原因是,當(dāng)變頻器的頻率設(shè)定值由HMI指定時,該頻率設(shè)定值是一個隨機數(shù),需要由PLC通過D/A變換方式向變頻器輸入模擬量的頻率指令,以實現(xiàn)電機速度連續(xù)調(diào)整。S7-224XP主單元集成有2路模擬量輸入,1路模擬量輸出,有兩個RS-485通信口。3.3西門子MM420變頻器簡介３.３.１MM420變頻器的安裝和接線西門子MM420〔MICROMASTER420是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。該系列有多種型號。YL-335B選用的MM420訂貨號為6SE6420-2UD17-5AA1,外形如圖３－１０所示。該變頻器額定參數(shù)為：?電源電壓：380V～480V,三相交流?額定輸出功率：0.75KW?額定輸入電流：2.4A?額定輸出電流：2.1A?外形尺寸：A型?操作面板：基本操作板〔BOP圖３-10變頻器外形1.MM420變頻器的安裝和拆卸在工程使用中,MM420變頻器通常安裝在配電箱內(nèi)的DIN導(dǎo)軌上,安裝和拆卸的步驟如圖３－１１所示。圖３-11MM420變頻器安裝和拆卸的步驟?安裝的步驟：①用導(dǎo)軌的上閂銷把變頻器固定到導(dǎo)軌的安裝位置上。②向?qū)к壣习磯鹤冾l器,直到導(dǎo)軌的下閂銷嵌入到位。?從導(dǎo)軌上拆卸變頻器的步驟：為了松開變頻器的釋放機構(gòu),將螺絲刀插入釋放機構(gòu)中。向下施加壓力,導(dǎo)軌的下閂銷就會松開。將變頻器從導(dǎo)軌上取下。2.MM420變頻器的接線打開變頻器的蓋子后,就可以連接電源和電動機的接線端子。接線端子在變頻器機殼下蓋板內(nèi),機殼蓋板的拆卸步驟如圖３－１２所示。圖３－１２機殼蓋板的拆卸步驟拆卸蓋板后可以看到變頻器的接線端子如圖5-13所示.圖３－１３MM420變頻器的接線端子〔１頻器主電路的接線YL-335B分揀單元變頻器主電路電源由配電箱通過自動開關(guān)〔斷路器QF單獨提供一路三相電源,連接到圖5-13的電源接線端子,電動機接線端子引出線則連接到電動機。注意接地線PE必須連接到變頻器接地端子,并連接到交流電動機的外殼?！玻差l器控制電路的接線見圖３－１４圖３-14MM420變頻器方框圖３.３.２MM420變頻器的BOP操作面板圖３-15所示是基本操作面板〔BOP的外形。利用BOP可以改變變頻器的各個參數(shù)。BOP具有7段顯示的五位數(shù)字,可以顯示參數(shù)的序號和數(shù)值,報警和故障信息,以及設(shè)定值和實際值。參數(shù)的信息不能用BOP存儲。圖３-15BOP操作面板基本操作面板〔BOP備有8個按鈕,表5-1列出了這些按鈕的功能。表３－１ＢＯＰ按鈕功能３.３.３MM420變頻器的參數(shù)1、參數(shù)號和參數(shù)名稱參數(shù)號是指該參數(shù)的編號。參數(shù)號用0000到9999的4位數(shù)字表示。在參數(shù)號的前面冠以一個小寫字母"r"時,表示該參數(shù)是"只讀"的參數(shù)。其它所有參數(shù)號的前面都冠以一個大寫字母"P"。這些參數(shù)的設(shè)定值可以直接在標(biāo)題欄的"最小值"和"最大值"范圍內(nèi)進(jìn)行修改。[下標(biāo)]表示該參數(shù)是一個帶下標(biāo)的參數(shù),并且指定了下標(biāo)的有效序號。通過下標(biāo),可以對同一參數(shù)的用途進(jìn)行擴展,或?qū)Σ煌目刂茖ο?自動改變所顯示的或所設(shè)定的參數(shù)。2、參數(shù)設(shè)置方法用BOP可以修改和設(shè)定系統(tǒng)參數(shù),使變頻器具有期望的特性,例如,斜坡時間,最小和最大頻率等。選擇的參數(shù)號和設(shè)定的參數(shù)值在五位數(shù)字的LCD上顯示。更改參數(shù)的數(shù)值的步驟可大致歸納為：①查找所選定的參數(shù)號；②進(jìn)入?yún)?shù)值訪問級,修改參數(shù)值；③確認(rèn)并存儲修改好的參數(shù)值。圖5-14說明如何改變參數(shù)P0004的數(shù)值。按照圖中說明的類似方法,可以用‘BOP’設(shè)定常用的參數(shù)。參數(shù)P0004〔參數(shù)過濾器的作用是根據(jù)所選定的一組功能,對參數(shù)進(jìn)行過濾〔或篩選,并集中對過濾出的一組參數(shù)進(jìn)行訪問,從而可以更方便地進(jìn)行調(diào)試。P0004可能的設(shè)定值如表３－２所示,缺省的設(shè)定值=0。表３-2參數(shù)P0004的設(shè)定值假設(shè)參數(shù)P0004設(shè)定值=0,需要把設(shè)定值改為3。改變設(shè)定值步驟如表３－３所示。表5-3改變參數(shù)P0004設(shè)定數(shù)值的步驟３.３.４MM420變頻器的參數(shù)訪問MM420變頻器有數(shù)千個參數(shù),為了能快速訪問指定的參數(shù),MM420采用把參數(shù)分類,屏蔽〔過濾不需要訪問的類別的方法實現(xiàn)。實現(xiàn)這種過濾功能的有如下幾個參數(shù)：上面所述的參數(shù)P0004就是實現(xiàn)這種參數(shù)過濾功能的重要參數(shù)。當(dāng)完成了P0004的設(shè)定以后再進(jìn)行參數(shù)查找時,在LCD上只能看到P0004設(shè)定值所指定類別的參數(shù)。參數(shù)P0010是調(diào)試參數(shù)過濾器,對與調(diào)試相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行過濾,只篩選出那些與特定功能組有關(guān)的參數(shù)。P0010的可能設(shè)定值為：0〔準(zhǔn)備,1〔快速調(diào)試,2〔變頻器,29〔下載,30〔工廠的缺省設(shè)定值；缺省設(shè)定值為0。參數(shù)P0003用于定義用戶訪問參數(shù)組的等級,設(shè)置范圍為1～4,其中："1"標(biāo)準(zhǔn)級：可以訪問最經(jīng)常使用的參數(shù)。"2"擴展級：允許擴展訪問參數(shù)的范圍,例如變頻器的I/O功能。"3"專家級：只供專家使用。"4"維修級：只供授權(quán)的維修人員使用—具有密碼保護(hù)。該參數(shù)缺省設(shè)置為等級1〔標(biāo)準(zhǔn)級,對于大多數(shù)簡單的應(yīng)用對象,采用標(biāo)準(zhǔn)級就可以滿足要求了。用戶可以修改設(shè)置值,但建議不要設(shè)置為等級4〔維修級,用BOP或AOP操作板看不到第4訪問級的參數(shù)。4分揀單元的PLC控制及編程4.1工作任務(wù)１.分揀單元的工作目標(biāo)是完成對白色芯金屬工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金屬或塑料工件進(jìn)行分揀。為了在分揀時準(zhǔn)確推出工件,要求使用旋轉(zhuǎn)編碼器作定位檢測。并且工件材料和芯體顏色屬性應(yīng)在推料氣缸前的適應(yīng)位置被檢測出來。２.分揀單元上電和氣源接通后,若工作單元的三個氣缸均處于縮回位置,則"正常工作"指示燈HL1常亮,表示分揀單元已準(zhǔn)備好。否則,該指示燈以1Hz頻率閃爍。３.若分揀單元已準(zhǔn)備好,按下啟動按鈕,系統(tǒng)啟動,"分揀單元運行"指示燈HL2常亮。當(dāng)傳送帶入料口人工放下已裝配的工件時,變頻器立即啟動,驅(qū)動傳動電動機以頻率固定為30Hz的速度,把工件帶往分揀區(qū)。如果工件為白色芯金屬件,則該工件對到達(dá)1號滑槽中間,傳送帶停止,工件對被推到1號槽中；如果工件為白色芯塑料,則該工件對到達(dá)2號滑槽中間,傳送帶停止,工件對被推到2號槽中；如果工件為黑色芯,則該工件對到達(dá)3號滑槽中間,傳送帶停止,工件對被推到3號槽中。工件被推出滑槽后,該工作單元的一個工作周期結(jié)束。僅當(dāng)工件被推出滑槽后,才能再次向傳送帶下料。如果在運行期間按下停止按鈕,該工作單元在本工作周期結(jié)束后停止運行。4.2PLC的I/O接線根據(jù)工作任務(wù)要求,分揀單元機械裝配和傳感器安裝如圖４－１所示。圖４－１分揀單元機械安裝效果圖分揀單元裝置側(cè)的接線端口信號端子的分配如表４－１所示。由于用于判別工件材料和芯體顏色屬性的傳感器只須安裝在傳感器支架上的電感式傳感器和一個光纖傳感器,故光纖傳感器2可不使用。表４－１分揀單元裝置側(cè)的接線端口信號端子的分配分揀單元PLC選用S7-224XPAC/DC/RLY主單元,共14點輸入和10點繼電器輸出。選用S7-224XP主單元的原因是,當(dāng)變頻器的頻率設(shè)定值由HMI指定時,該頻率設(shè)定值是一個隨機數(shù),需要由PLC通過D/A變換方式向變頻器輸入模擬量的頻率指令,以實現(xiàn)電機速度連續(xù)調(diào)整。S7-224XP主單元集成有2路模擬量輸入,1路模擬量輸出,有兩個RS-485通信口?？蓾M足D/A變換的編程要求〔見項目六。本項目工作任務(wù)僅要求以30Hz的固定頻率驅(qū)動電動機運轉(zhuǎn),只須用固定頻率方式控制變頻器即可。本例中,選用MM420的端子"5"〔DIN1作電機啟動和頻率控制,PLC的信號表見表４－２,I/O接線原理圖如圖４－２所示。表４－２分揀單元PLC的I/O信號表為了實現(xiàn)固定頻率輸出,變頻器的參數(shù)應(yīng)如下設(shè)置：●命令源P0700=2〔外部I/O,選擇頻率設(shè)定的信號源參數(shù)P1000=3〔固定頻率；●DIN1功能參數(shù)P0701=16〔直接選擇+ON命令,P1001=30Hz；●斜坡上升時間參數(shù)P1120設(shè)定為1秒,斜坡下降時間參數(shù)P1121設(shè)定為0.2秒。〔注：由于驅(qū)動電動機功率很小,此參數(shù)設(shè)定不會引起變頻器過電壓跳閘圖４－２分揀單元PLC的I/O接線原理圖４.３分揀單元的編程要點４.３.１高速計數(shù)器的編程高速計數(shù)器的編程方法有兩種,一是采用梯形圖或語句表進(jìn)行正常編程,二是通過STEP7-Micro/WIN編程軟件進(jìn)行引導(dǎo)式編程。不論那一種方法,都先要根據(jù)計數(shù)輸入信號的形式與要求確定計數(shù)模式；然后選擇計數(shù)器編號,確定輸入地址。分揀單元所配置的PLC是S7-224XPAC/DC/RLY主單元,集成有6點的高速計數(shù)器,編號為HSC0～HSC5,每一編號的計數(shù)器均分配有固定地址的輸入端。同時,高速計數(shù)器可以被配置為12種模式中的任意一種。如表４－３所示。表４－３S7-200PLC的HSC0～HSC5輸入地址和計數(shù)模式根據(jù)分揀單元旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖信號形式<A/B相正交脈沖,Z相脈沖不使用,無外部復(fù)位和啟動信號>,由表5-11容易確定,所采用的計數(shù)模式為模式9,選用的計數(shù)器為HSC0,B相脈沖從I0.0輸入,A相脈沖從I0.1輸入,計數(shù)倍頻設(shè)定為4倍頻。分揀單元高速計數(shù)器編程要求較簡單,不考慮中斷子程序,預(yù)置值等。使用引導(dǎo)式編程,很容易自動生成了符號地址為"HSC_INIT"的子程序。其程序清單如圖４－３所示圖４－３子程序HSC_INIT清單在主程序塊中使用SM0.1〔上電首次掃描ON調(diào)用此子程序,即完成高速計數(shù)器定義并啟動計數(shù)器。４.３.２旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖當(dāng)量的測試。根據(jù)傳送帶主動軸直徑計算旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖當(dāng)量,其結(jié)果只是一個近似值。在分揀單元安裝調(diào)試時,除了要仔細(xì)調(diào)整盡量減少安裝偏差外,尚須現(xiàn)場測試脈沖當(dāng)量值。一種測試方法的步驟如下：１.分揀單元安裝調(diào)試時,必須仔細(xì)調(diào)整電動機與主動軸聯(lián)軸的同心度和傳送皮帶的張緊度。調(diào)節(jié)張緊度的兩個調(diào)節(jié)螺栓應(yīng)平衡調(diào)節(jié),避免皮帶運行時跑偏。傳送帶張緊度以電動機在輸入頻率為1Hz時能順利啟動,低于1Hz時難以啟動為宜。測試時可把變頻器設(shè)置為在BOP操作板進(jìn)行操作〔啟動/停止和頻率調(diào)節(jié)的運行模式,即設(shè)定參數(shù)P0700=1〔使能BOP操作板上的起動/停止按鈕,P1000=1〔使能電動電位計的設(shè)定值。２.安裝調(diào)整結(jié)束后,變頻器參數(shù)設(shè)置為：P0700=2〔指定命令源為"由端子排輸入",P0701=16〔確定數(shù)字輸入DIN1為"直接選擇+ON"命令P1000=3〔頻率設(shè)定值的選擇為固定頻率,P1001=25Hz〔DIN1的頻率設(shè)定值３.在PC機上用STEP7-Micro/WIN編程軟件編寫PLC程序。主程序清單見圖４－４圖４－４脈沖當(dāng)量現(xiàn)場測試主程序運行PLC程序,并置于監(jiān)控方式。在傳送帶進(jìn)料口中心處放下工件后,按啟動按鈕啟動運行。工件被傳送到一段較長的距離后,按下停止按鈕停止運行。觀察STEP7-Micro/WIN軟件監(jiān)控界面上VD0的讀數(shù),將此值填寫到表４－４的"高速計數(shù)脈沖數(shù)"一欄中。然后在傳送帶上測量工件移動的距離,把測量值填寫到表中"工件移動距離"一欄中；計算高速計數(shù)脈沖數(shù)/4的值,填寫到"編碼器脈沖數(shù)"一欄中,則脈沖當(dāng)量μ計算值=工件移動距離/編碼器脈沖數(shù),填寫到相應(yīng)欄目中。表４－４脈沖當(dāng)量現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)重新把工件放到進(jìn)料口中心處,按下啟動按鈕即進(jìn)行第二次測試。進(jìn)行三次測試后,求出脈沖當(dāng)量μ平均值為：μ=〔μ1+μ2+μ3/3=0.2576。按安裝尺寸重新計算旋轉(zhuǎn)編碼器到各位置應(yīng)發(fā)出的脈沖數(shù)：當(dāng)工件從下料口中心線移至傳感器中心時,旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出456個脈沖；移至第一個推桿中心點時,發(fā)出650個脈沖；移至第二個推桿中心點時,約發(fā)出1021個脈沖；移至第三個推桿中心點時,約發(fā)出1361個脈沖。上述數(shù)據(jù)4倍頻后,就是高速計數(shù)器HC0經(jīng)過值。在本項工作任務(wù)中,編程高速計數(shù)器的目的,是根據(jù)HC0當(dāng)前值確定工件位置,與存儲到指定的變量存儲器的特定位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,以確定程序的流向。特定位置數(shù)據(jù)是：進(jìn)料口到傳感器位置的脈沖數(shù)為1824,存儲在VD10單元中〔雙整數(shù)；進(jìn)料口到推桿1位置的脈沖數(shù)為2600,存儲在VD14單元中；進(jìn)料口到推桿2位置的脈沖數(shù)為4084,存儲在VD18單元中；進(jìn)料口到推桿3位置的脈沖數(shù)為5444,存儲在VD22單元中?？梢允褂脭?shù)據(jù)塊來對上述V存儲器賦值,在STEP7-Micro/WIN界面項目指令樹中,選擇數(shù)據(jù)塊→用戶定義1；在所出現(xiàn)的數(shù)據(jù)頁界面上逐行鍵入V存儲器起始地址、數(shù)據(jù)值及其注釋〔可選,允許用逗號、制表符或空格作地址和數(shù)據(jù)的分隔符號。如圖４－５所示。圖４－５使用數(shù)據(jù)塊對V存儲器賦值注意：特定位置數(shù)據(jù)均從進(jìn)料口開始計算,因此,每當(dāng)待分揀工件下料到進(jìn)料口,電機開始啟動時,必須對HC0的當(dāng)前值〔存儲在SMD38中進(jìn)行一次清零操作。４.４程序結(jié)構(gòu)１.分揀單元的主要工作過程是分揀控制,可編寫一個子程序供主程序調(diào)用,工作狀態(tài)顯示的要求比較簡單,可直接在主程序中編寫。２.主程序的流程與前面所述的供料、加工等單元是類似的。但由于用高速計數(shù)器編程,必須在上電第1個掃描周期調(diào)用HSC_INIT子程序,以定義并使能高速計數(shù)器。主程序的編制,見附錄。３.分揀控制子程序也是一個步進(jìn)順控程序,編程思路如下：①當(dāng)檢測到待分揀工件下料到進(jìn)料口后,清零HC0當(dāng)前值,以固定頻率啟動變頻器驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。梯形圖如圖４－６所示。②當(dāng)工件經(jīng)過安裝傳感器支架上的光纖探頭和電感式傳感器時,根據(jù)2個傳感器動作與否,判別工件的屬性,決定程序的流向。HC0當(dāng)前值與傳感器位置值的比較可采用觸點比較指令實現(xiàn)。完成上述功能的梯形圖見圖４－７所示。據(jù)工件屬性和分揀任務(wù)要求,在相應(yīng)的推料氣缸位置把工件推出。推料氣缸返回后,步進(jìn)順控子程序返回初始步。圖４－６分揀控制子程序初始步梯形圖圖４－７在傳感器位置判別工件屬性的梯形圖4.5變頻器輸出的模擬量控制根據(jù)任務(wù)可知,變頻器的速度由PLC模擬量輸出來調(diào)節(jié)〔0-10V,啟停由外部端子來控制。因此在項目五的任務(wù)基礎(chǔ)上,變頻器的參數(shù)要作相應(yīng)得調(diào)整,要調(diào)整的參數(shù)設(shè)置如下表4-5：表4-5變頻器參數(shù)設(shè)置CPU224XPCN有一路模擬量輸出,信號格式有電壓和電流兩種。電壓信號范圍是0--10V,電流信號是0--20MA,在PLC中對應(yīng)的數(shù)字量滿量程都是0--32000。如果使用輸出電壓模擬量則接PLC的M、V端,電流模擬量則接M、I端。這里采用電壓信號,見分揀站原理圖所示。如何把觸摸屏給定的頻率轉(zhuǎn)化為模擬量輸出？變頻器頻率和PLC模擬量輸出電壓成正比關(guān)系,模擬量輸出是數(shù)字量通過D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換而來,模擬量和數(shù)字量也成正比關(guān)系,因此頻率和數(shù)字量是成正比關(guān)系,如下圖6-23。由圖可知,只要把觸摸屏給定的頻率×640作為模擬輸出就可。該部分程序參考如下圖4-8所示。圖4-8頻率和數(shù)字量關(guān)系圖4-9模擬量處理程序５.組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計5.1MCGS組態(tài)軟件概述組態(tài)控制技術(shù)是一種計算機控制技術(shù),采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計算機系統(tǒng)在硬件設(shè)計上除采用工業(yè)PC機外,系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I/O接口設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備,基本不再需要單獨進(jìn)行具體電路設(shè)計,這樣提高了工控系統(tǒng)的可靠性。MCGS<MonitorandControlGeneratedSystem>是一套由北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技開發(fā)的基于Windows平臺的,用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng),可運行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺,能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。使用MCGS,用戶無須具備計算機編程的知識,就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定,功能全面,維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強、高性能、高可靠性等突出特點,已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域,經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。5.2MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成MCGS5.5軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件,幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程,以用戶指定的方式運行,并進(jìn)行各種處理,完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。圖5-1MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.5-1ThestructureofMCGSconfigurationsoftwareMCGS組態(tài)軟件〔以下簡稱MCGS由"MCGS組態(tài)環(huán)境"和"MCGS運行環(huán)境"兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立,又緊密相關(guān)。圖5-2MCGS組態(tài)軟件組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境的關(guān)系Fig.5-2TherelationshipofMCGSconfigurationandrunenvironmentMCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境,由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持,其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后,生成擴展名為.mcg的工程文件,又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫,其與MCGS運行環(huán)境一起,構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng),統(tǒng)稱為"工程"。MCGS運行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運行環(huán)境,由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持,其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。MCGS組態(tài)軟件五大組成部分MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構(gòu)成,每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作,完成不同的工作,具有不同的特性。5.3TPC7062KS人機界面分揀單元采用了昆侖通態(tài)研發(fā)的人機界面TPC7062KS。是一款在實時多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE環(huán)境中運行,MCGS嵌入式組態(tài)軟件組態(tài)。該產(chǎn)品設(shè)計采用了7英寸高亮度TFT液晶顯示屏〔分辨率800×480,四線電阻式觸摸屏〔分辨率4096×4096,色彩達(dá)64K彩色。CPU主板：ARM結(jié)構(gòu)嵌入式低功耗CPU為核心,主頻400MHz,64M存儲空間。TPC7062KS人機界面的電源進(jìn)線、各種通訊接口均在其背面進(jìn)行,見圖6-1所示。其中USB1口用來連接鼠標(biāo)和U盤等,USB2口用作工程項目下載,COM〔RS232用來連接PLC。下載線和通訊線見圖6-2所示。圖5-1TPC7062KS的接口圖5-2下載通訊線1．TPC7062KS觸摸屏與個人計算機的連接在YL-335B上,TPC7062KS觸摸屏是通過USB2口與個人計算機連接的,連接之前,個人計算機應(yīng)先安裝MCGS組態(tài)軟件。當(dāng)需要在MCGS組態(tài)軟件上把資料下載到HMI時,只要在下載配置里,選擇"連接運行",單擊"工程下載"即可進(jìn)行下載。如圖6-3所示。如果工程項目要在電腦模擬測試,則選擇"模擬運行",然后下載工程。圖5-３工程下載方法2．TPC7062KS觸摸屏與S7-200PLC的連接在YL-335B中,觸摸屏通過COM口直接與輸送站的PLC〔PORT1的編程口連接。所使用的通訊線采用西門子PC-PPI電纜,PC-PPI電纜把RS232轉(zhuǎn)為RS485。PC-PPI電纜9針母頭插在屏側(cè),9針公頭插在PLC側(cè)。為了實現(xiàn)正常通訊,除了正確進(jìn)行硬件連接,尚須對觸摸屏的串行口0屬性進(jìn)行設(shè)置,這將在設(shè)備窗口組態(tài)中實現(xiàn),設(shè)置方法將在后面的工作任務(wù)中詳細(xì)說明。5.4分揀單元組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計設(shè)備的工作目標(biāo)、上電和氣源接通后的初始位置,具體的分揀要求,均與原工作任務(wù)相同,啟停操作和工作狀態(tài)指示,不通過按鈕指示燈盒操作指示,而是在觸摸屏上實現(xiàn)。這時,分揀站的I/O接線原理如圖6-4所示。當(dāng)傳送帶入料口人工放下已裝配的工件時,變頻器立即啟動,驅(qū)動傳動電動機以觸摸屏給定的速度,把工件帶往分揀區(qū)。頻率在40—50HZ可調(diào)節(jié)。各料槽工件累計數(shù)據(jù)在觸摸屏上給以顯示,且數(shù)據(jù)在觸摸屏上可以清零。根據(jù)以上要求完成人機界面組態(tài)和分揀程序的編寫。圖6-4分揀站原理圖5.4.1分揀單元人機界面組態(tài)概況分揀站畫面效果圖如圖6-5所示。圖6-5分揀站界面畫面中包含了如下方面的內(nèi)容：■狀態(tài)指示：單機/全線、運行、停止；■切換旋鈕：單機全線切換；■按鈕：啟動、停止、清零累計按鈕；■數(shù)據(jù)輸入：變頻器輸入頻率設(shè)置；■數(shù)據(jù)輸出顯示：白芯金屬工件累計、白芯塑料工件累計、黑色芯體工件累計；■矩形框。下面列出了觸摸屏組態(tài)畫面各元件對應(yīng)PLC地址,如下表表6-1觸摸屏組態(tài)畫面各元件對應(yīng)PLC地址5.4.2分揀單元人機界面組態(tài)步驟和方法1.創(chuàng)建工程TPC類型中如果找不到""TPC7062KS"的話,則請選擇"TPC7062K",工程名稱為"33