年4月19日工程工業控制課程設計概述文檔僅供參考目錄1機電一體化柔性裝配系統概述 -2-1.1系統基本組成 -2-1.2下料單元的介紹 -3-2.上料單元PLC設計 -4-2.1PLC簡介 -4-2.2控制方式說明 -5-2.3I/O編號分配表 -5-2.4功能表圖 -7-2.5PLC程序說明 -8-2.5.1上料單元初始原位程序 -9-2.5.2步進電機的驅動程序 -9-2.5.3啟動、停止、手自動,復位按鈕程序 -11-3.S7-300PLC主站控制部分 -12-3.1PROFIBUS-DP總線介紹 -13-3.2主站控制的基本要求 -13-3.3S7-300PLC介紹 -13-3.3.1S7-300PLC概述 -13-3.3.2S7-300PLC的組成 -13-3.4S7-200與S7-300的PROFIBUS–DP通信 -14-3.4.1配置主站硬件組態 -14-3.4.2軟件編程 -18-3.5S7-300PLC程序部分 -19-3.6S7-300總結 -21-4．監控軟件的設計 -22-4.1監控軟件的功能 -22-4.2登錄界面的設置 -23-4.3監控界面 -26-4.4組態設計小結 -29-

1機電一體化柔性裝配系統概述Me093399型機電一體化教學系統是以工業生產中的自動化裝配生產線為原型開發的教學、實驗、實訓綜合應用平臺。本裝置采用鋁合金結構件搭建各分站主體設備,選取多種機械傳動方式實現站間串聯,整條生產線充分展現了實際工業生產中的典型部分。系統控制過程中除涵蓋多種基本控制方法外,還凸現組態控制、工業總線、電腦視覺、實時監控等先進技術,為培養現代化應用型人才創設了完整、靈活、模塊化、易擴展的理想工業場景。圖1-1連續生產線示意圖為便于協調整個生產線的全程控制,系統設置了一個主站總控制臺,主站總控制臺是整個裝配生產線連續運行的指揮調度中心,其主要功能是實現全程運行的總體控制,完成全系統的通訊連接等。1.1系統基本組成圖1-2圖1-2連續生產線示意圖升降梯立體倉庫站點10分揀單元站點9檢測單元站點8模擬單元站點6穿銷單元站點5加蓋單元站點4廢品道上料單元站點2下料單元站點3伸縮換向單元站點7銑床單元站點1滾筒轉角皮帶轉角裝配生產線示意圖如圖1-2所示。整個系統主要由12個從站點組成,每個從站單元完成特定的工作任務,以裝配、檢驗、分揀、入庫的方式順序完成各種裝配操作和物流處理過程。各單元的主要功能如下所述:1．銑床單元(站點1):本站有工件時,進行自動卡緊和銑削加工。２．上料單元(站點2):根據工件的位置情況,從料槽中抓取裝配主體送入數控銑床單元或將銑床單元加工后的產品轉送下料單元。３．下料單元(站點3):將前站送入本單元下料倉的工件主體,經過直流電機驅動間歇機構帶動同步齒型帶使之下落,工件主體下落至托盤后經傳送帶向下站運行。４．加蓋單元(站點4):經過直流電機帶動蝸輪蝸桿,經減速電機驅動擺臂將上蓋裝配至工件主體,完成裝配后工件隨托盤向下站傳送。５．穿銷單元(站點5):經過旋轉推筒推送銷釘的方法,完成工件主體與上蓋的實體連接裝配,完成裝配后的工件隨托盤向下站傳送。６．模擬單元(站點6):本站增加了模擬量控制的PLC特殊功能模塊,以實現對完成裝配的工件進行模擬噴漆和烘干,完成噴漆烘干后的工件隨托盤向下站傳送。7．伸縮換向單元(站點7):將前站傳送過來的托盤及組裝好的工件經換向、提升、旋轉、下落后伸送至傳送帶向下站傳送。8．檢測單元(站點8):運用各類檢測傳感裝置對裝配好的工件成品進行全面檢測(包括上蓋、銷釘的裝配情況,銷釘材質、標簽有無等),并將檢測結果送至PLC進行處理,以此作為后續站控制方式選擇的依據(如分揀站依標簽有無判別正、次品;倉庫站依銷釘材質確定庫位)。9．分揀單元(站點9):根據檢測單元的檢測結果(標簽有無),采用氣動機械手對工件進行分類,合格產品隨托盤進入下一站入庫;不合格產品進入廢品線,空托盤向下站傳送。10．升降梯立體倉庫(站點10):本站由升降梯與立體倉庫兩部分組成,可進行兩個不同生產線的入庫和出庫。在本裝配生產線中可根據檢測單元對銷釘材質的檢測結果將工件進行分類入庫(金屬銷釘和尼龍銷釘分別入不同的倉庫)。若傳送至本單元的為分揀后的空托盤,則將其放行。綜上所述,站點1、2、3、4、5主要完成順序邏輯控制;站點6實現對模擬量的控制;站點8綜匯了激光發射器、電感式、電容式、色彩標志等多種傳感器的應用,站點9突出體現了氣動機械手的控制,站點10則實現步進電機的控制。在裝配生產線運行中各個站點既能夠自成體系,彼此又有一定的關聯。為此,采用了PROFIBUS現場總線技術,經過1個主站(S7—300系列PLC)和10個從站(S7—200系列PLC)組成系統,實現主從站之間的通信聯系,控制系統組成框圖如圖2所示。在主站總控制臺的上位計算機上安裝有Wincc組態監控軟件,Wincc所創立的監控功能可經過動畫組件對各單元的工作情況進行實時模擬,為操作人員提供系統運行的相關信息,實現裝配生產線的全程監控。完成本實訓項目涉及到現場所需的諸多綜合技術應用,如:機械傳動技術、電氣控制技術、氣動與液壓技術、傳感器的應用、PLC控制技術、過程控制技術和現代化生產中的組態控制、工業總線、電腦視覺、實時監控等。2下料單元的介紹2.1實踐目的:1、了解裝配一站的裝配過程2、觀察機械傳動的全過程3、了解每種傳感器的功能和在此站的作用4、用PLC控制整站過程并編程5、熟悉全部電氣接線與功能2.2實踐材料:1、整套裝配一站機械設備2、整機配套,西門子”S7200”可編程序控制器3、萬用表4、電工工具5、裝配一站接線圖,電氣原理圖、氣動原理圖2.3實踐內容:1、檢查機械傳動部分及PLC上的輸入輸出點的接線是否與圖紙完全一致。檢測本站中S7200的通訊地址是否與S7300硬件通訊中設置的地址相同,以便使用總線控制。2、進行無工件手動測試。3、將手動/自動轉換開關:撥到”手動”。9、根據手動功能的全過程,編寫PLC程序。2.4編程要求:首先設計本站開關盒上每個按鈕的作用,同時總站開關盒可對各站進行控制(總站開關盒的詳細說明見總站編程),此要求為每站必須編寫內容,以后各站將不在詳述。1、工件托盤到位后,工作指示燈亮,顯示機械開始工作,2秒后送料電機啟動。2、主體工作靠自重下落到托盤后,電容傳感器檢測工件確實到位后啟動定位氣缸,同時第二站必須是預備工作狀態,才可將工件放行,繼續工作;3、定位氣缸放行,托盤沿傳送帶下行,工作指示燈滅,同時進行3秒延時,3秒后氣缸復位,該站恢復預備工作狀態。圖2-1下料單元S1—工件檢測S2—托盤檢測S3—料S1—工件檢測S2—托盤檢測S3—料倉底部工件檢測M1—傳送電機M2—下料電機YM—直流電磁吸鐵HL1—紅色指示燈HL2—綠色指示燈圖2-2為下料單元檢測元件、控制機構安裝位置示意圖表2-1下料單元檢測元件、執行機構、控制元件一覽表

3下料單元PLC設計3.1PLC簡介本次工程實踐中的上料單元中的PLC設計所用到的PLC是西門子S7-200。S7-200是一種小型的可編程序控制器,適用于各行各業,各種場合中的檢測、監測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立運行中,或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列出眾表現在以下幾個方面:1)極高的可靠性。2)極豐富的指令集。3)易于掌握。4)便捷的操作。5)豐富的內置集成功能。6)實時特性。7)強勁的通訊能力。8)豐富的擴展模塊。S7-200系列在集散自動化系統中充分發揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣泛,覆蓋所有與自動檢測,自動化控制有關的工業及民用領域,包括各種機床、機械、電力設施、民用設施、環境保護設備等等。如:沖壓機床,磨床,印刷機械,橡膠化工機械,中央空調,電梯控制,運動系統。其中CPU226本機集成24輸入/16輸出共40個數字量I/O點。可連接7個擴展模塊,最大擴展至248路數字量I/O點或35路模擬量I/O點。13K字節程序和數據存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數器,2路獨立的20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統,具有更多的輸入/輸出點,更強的模塊擴展能力,更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些復雜的中小型控制系統。3.2控制方式說明下料單元獨立運行時具有自動、手動兩種控制方式。當選擇自動方式時本單元呈連續運行工作狀態;當選擇手動方式時則相當于步進工作狀態,即每按動一次啟動按鈕系統按設計步驟依次運行一步的運行方式。在系統運行期間若按下停止按鈕,執行動作立即停止;再按下啟動按鈕,將在上一停頓狀態繼續運行。當發生突發事故時,應立即拍下急停按鈕,系統將切斷PLC負載供電即刻停止運行(此時所有其它按鈕都不起作用)。排除故障后需旋起急停按鈕,并按下復位按鈕,待各機構回復初始狀態后按下啟動按鈕,本單元方可重新開始運行。3.3I/O編號分配表表3-1I/O編號分配表輸入輸出序號名稱I/O備注序號名稱I/O備注1托盤檢測I0.11傳送電機Q0.32工件檢測I0.02下料電機Q0.03止動氣缸復位I0.63止動氣缸Q0.24止動氣缸到位I0.74工作指示燈Q0.15啟動I2.15Q6手動/自動I2.06Q7停止1I2.27Q8急停1I2.38Q9復位I2.49Q1010Q3.4PLC程序說明在設計的過程中,由于一開始的考慮不周出現了多線圈的情況,在于同學一起探討過后采用了單個線圈多個觸發條件的設計方式,這樣的設計方式也更加清楚地對整個程序運行狀態的把控。3.4.1下料單元初始程序圖3-2下料單元初始程序梯形圖這些程序實現的功能是全程的步驟控制,當轉換條件滿足時,即會進行下一位的步驟。3.4.2傳送帶的驅動程序圖3-3傳送帶的驅動程序梯形圖在開始工作時,驅動傳送電機(Q0.3)工作傳動。3.4.3工作指示燈驅動程序圖3-4工作指示燈驅動程序梯形圖該程序實現了工作指示燈的控制,當托盤到位時,工作指示燈亮。止動氣缸放行時,工作指示等滅。當下料電機工作滿50秒且下料未到位時,工作指示燈秒閃(間隔0.5秒)。3.4.4下料電機驅動程序圖3-5下料電機驅動程序梯形圖當托盤檢測到位時,下料電機轉動。3.4.5止動氣缸驅動程序圖3-6止動氣缸驅動程序梯形圖當工件到位且下一站處于預備狀態,則置止動氣缸為放行狀態。3.4.6計時模塊程序圖3-7計時模塊程序梯形圖托盤到位延時2秒,止動氣缸放行后3秒關閉,設定下料電機運行50秒未下料則停在程序。3.4.7停止、復位按鈕功能程序圖3-8停止、復位按鈕功能程序梯形圖3.4.8手、自動切換程序圖3-9手、自動切換程序梯形圖當手自動切換旋鈕切換到手動檔位時,由接入S7-200的控制按鈕來控制下料單元模塊,反之,由S7-300控制按鈕來控制。3.4.9工作指示燈驅動程序圖3-10工作指示燈驅動程序梯形圖將下料單元模塊的工作狀態傳輸給S7-300。3.5S7-200小結為期兩周的過程實踐結束了,我主要負責S7-200這部分。剛開始接觸時,由于對西門子軟件不熟悉,因此開始有些無從下手。后來查閱了課外書,跟著指導書一步步做下去,開始對軟件有所了解。在做S7-200時,最主要的就是硬件組態的配置,這是基礎也是最難的環節。在配置時要注意到各個量之間的對應關系。剛開始時由于搞錯了對應關系,在200到300的通信時把V對應到了300的輸出端,導致通信失敗,后來改正過來后就通信成功了。這次工程實踐,我又學習了一款軟件,同時也加強了動手能力,收獲頗豐。4S7-300軟硬件設計S7-300結構:S7-300PLC是模擬式中小型PLC,電源、CPU和其它模塊都是獨立的,能夠經過U形總線把電源(PS)、CPU和其它模塊緊密固定在西門子S7-300的標準軌道上。設計步驟如下:1)按要求步驟新建STEP

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項目;2)插入S7-300工作臺;3)硬件組態;4)編輯符號表;5)程序編輯窗口;

6)在OB1中編輯LAD程序下載;7)運行與監控4.1硬件組態PLC選用的是SIMATIC

300系統,在RACK-300中選擇框架,選擇電源,點擊PS-300前的加號出現可選的電源類型,選擇一種后雙擊,就選定了電源類型,本系統選擇PS

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2A。選擇CPU,點擊CPU-300前的加號出現可選的類型,本系統選擇CPU315-2PM/DP,雙擊后就選定CPU。選擇I/O借口接口,點擊SM-300前的加號出現可選類型,本系統選擇DI/DO-300SM

323DI16/DO16×24V/0.5A。再設置MPI/DP新建之后搜索EM277添加塊,設置參數。以上操作完成后如下圖4-1,圖4-2所示:圖4-1操作完成圖圖4-2操作端口圖4.2軟件組態4.2.1符號編輯表符號編輯表見表4-1。表4-1符號編輯表4.2.2站點地址的對應地址分配表4-2地址分配表下料單元對應的總線站號為15(從撥碼盤上讀取),故硬件組態本站EM277時,要將對應地址改為15,具體的地址分配表見表4-2。4.2.3主站與從站的數據傳輸表4-3總控站變量分配表表4-4I/O通訊對應表由總控站變量表見表4-3,可看出與總站通信地址從2起編的原因,即0-1是為主站相關的控制量所預留的。通訊對應表見表4-4,顯示出了主站與從站之間的地址映射,如下料單元為一站,則表示從站的V0.0-V0.7和V1.0-V1.7分別對應主站的Q2.0-Q2.7和Q3.0-Q3.7,從站的V2.0-V2.7和V3.0-V3.7分別對應主站的I2.0-I2.7和I3.0-I3.7。4.2.4S7-300的程序分析以下程序段是為控制面板上的按鈕所編寫,用來控制下料單元的啟動、停止、復位、急停功能。如下圖4-3、圖4-4、圖4-5。圖4-3啟動按鈕功能圖圖4-4停止按鈕與急停按鈕功能圖圖4-5指示燈與復位按鈕功能圖4.3S7-300模塊部分小結經過本次課程設計,我們基本掌握了S7-300的操作方法,對其硬件組態和軟件編程有了一定的理解。在本次設計中,首先應該明白S7-300在整個設計中扮演了什么角色:S7-300主要是作為主站,作為相關信息交流區,以及負責與S7-200各模塊的連接與通訊。整個生產線需要有全部信息的管理系統,這就要求200從站的信息能傳送給300主站,可是事實上200與300并不能直接通訊,必須經過EM277接口模塊,且EM277必須要在安裝了相應的GSD文件之后才能在元件庫內進行調用,而且最坑的就是這個GSD文件。當你安裝完StmaticManager軟件進行硬件組態時,進行到接口模塊時,你會發現怎么找都找不到EM277,各種懷疑自己。后來經過老師的指導才知道,只是因為StmaticManager這個軟件并沒有默認幫你安裝這個模塊,而是需要你自己去安裝。愿后來人能夠借鑒!綜上所訴,我們對整個生產線系統的各部分有了比較清楚地認識,基本掌握了西門子PLC的相關知識。5設計小結此次工程實踐設計是針對自己的專業課程而展開的為期兩周多的軟硬件結合操作過程,在此過程中我們注意向同學請教,并加強理論和實踐的學習。在工程實踐設計任務分配當中,我們做下位機S7-200的成員是項泉、季達和吳意文,做上位機S7-300的成員是郭尾使和李凱隆。按照老師的分工要求,我們達成任務分配。經過這些日子的實踐和學習,總結這些日子的所感所得如下:學習程序設計是一項看似簡單實則十分復雜的工作,有時候看到的聽到的當時有所感,卻并沒有或者很少能真正轉化成自己的東西。這就要求我們必須作好前期工作,要作到提前了解各種知識。在開始分工進行實踐后,我對該題整體的理解,思路對于下位機S7-200的編寫程序具有指導意義,因此在開始以前,我們詳細地討論了解題的方案和每一步的操作。可是理論和實踐總是存在差別,我們覺得理論上已經經過了,然而在實踐中,還是遇到了很多問題。以上是此次設計中我一些感受,我覺得學到了很多。經過這段時間的實習,我們在一定程度上對機電一體化生產線有了更近一步的認識,完善了自己的知識體系。增強了我們的思考能力與動手能力。第四章監控軟件的設計4.1監控軟件簡介下料單元監控軟件的設計是采用組態王6.5進行設計的。組態王開發監控系統軟件是新型的工業自動控制系統以標準的工業計算機軟、硬件平臺構成的集成系統取代傳統的封閉式系統。它具有適應性強、開放性好、易于擴展、經濟、開發周期短等優點。一般能夠把這樣的系統劃分為控制層、監控層、管理層三個層次結構。其中監控層對下連接控制層,對上連接管理層,它不但實現對現場的實時監測與控制,且在自動控制系統中完成上傳下達、組態開發的重要作用。特別考慮三方面問題,畫面、數據、動畫。經過對監控系統要求及實現功能的分析,采用組態王對監控系統進行設計。組態軟件也為試驗者提供了可視化監控畫面,有利于試驗者實時現場監控。而且它能充分利用Windows的圖形編輯功能,方便地構成監控畫面,并以動畫方式顯示控制設備的狀態具有報警窗口、實時趨勢曲線等,可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設備驅動程序和靈活的組態方式、數據鏈接功能。4.2組態系統的功能概述具有歡迎界面、主界面及報警記錄三個界面。歡迎界面能夠輸入賬號相對應的密碼進入主界面,進行監視或者設定的權限操作。主界面對下料單元整個加工過程進行監控并用動畫模擬。并提供按鈕可供對下位機進行操作。在主界面能夠進行上、下位機的切換,上位機能對下位機進行操作。上位機能對下位機進行操作。上位機也能對手、自動循環和全循環操作。4.3歡迎界面在畫面里新建一個畫面,并命名歡迎界面。系統的歡迎界面如圖4-1所示。圖4-1歡迎界面當點擊歡迎界面上的登陸鍵時,將會彈出選擇用戶、輸入密碼窗口。正確輸入密碼才能進入主界面。點擊取消或者密碼輸入錯誤三次后,將會關閉窗口返回歡迎界面。窗口如圖4-2所示。圖4-2輸入密碼窗口登陸鍵的設置如圖4-3、4-4所示。先用工具箱中的按鈕工具畫出一個按鈕,雙擊按鈕對按鈕彈起時進行命令設置。圖4-3按鈕設置(1)圖4-4按鈕設置(2)在按鈕的命令語言中添加你需要的用戶名,使該用戶能夠登陸主界面。之后在系統配置中的用戶配置中設置你填寫在命令語句中的用戶和密碼等。圖4-5用戶與安全區配置界面添加用戶和設置密碼,并根據不同賬號的權限大小設置優先級和安全區。設置一個系統管理員賬號,安全區為所有區域。此用戶能夠操作和更改畫面當中的所有按鍵。圖4-6系統管理員賬號設置界面最后再設置了一個用戶1賬號,安全區為無。此用戶不能操作按鍵只能觀看實時控。4.4主界面4.4.1與PLC的連接設置點擊設備中的COM1選項,選擇新建。在彈出的選擇設備窗口中選擇PLC->西門子->S7-200系列->PPI。之后根據提醒點擊下一步即可完成設置。圖4-7選擇設備界序號變量名稱連接設備變量類型讀寫類型寄存器1Y內存整型2YD內存整型3Y1內存整型4工件移動內存整型5旋轉判斷1內存整型6氣缸延時內存整型7工件二次移動內存整型8底下位置3內存整型9電機延時內存整型10急停1內存離散11隱身1內存離散12隱身2內存離散13紅點1內存離散14旋轉判斷內存離散15銷釘隱含內存離散16工件2顯示內存離散17報警1內存離散18底下位置2內存離散19電機判斷內存離散20傳送電機新IO設備1I/O離散BitQ0.321急停新IO設備1I/O離散BitQ0.222綠燈新IO設備1I/O離散BitQ0.123上下位機切換新IO設備1I/O離散BitM14.024上位機啟動新IO設備1I/O離散bitM14.125上位機停止新IO設備1