許艷英，包宋建，黃貽培，陳帥華

(1.重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院機電工程學(xué)院，重慶 永川 402160;2.重慶文理學(xué)院電子電氣工程學(xué)院，重慶 永川 402160)

隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的不斷提高，機電一體化技術(shù)的綜合應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大，企業(yè)對機電一體化技術(shù)人才需求日益增長，尤其是從設(shè)計、組裝、編程、調(diào)試到故障檢測與排除等具有實際經(jīng)驗的綜合性人才更是緊缺.模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)(Modular Production Training System，簡稱MPS)是模擬實際工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜控制過程的教學(xué)實訓(xùn)裝置.MPS是一套開放式的設(shè)備，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇設(shè)備組成單元的數(shù)量、類型.一個單元亦可自成一個獨立的控制系統(tǒng)，而由多個單元組成的生產(chǎn)系統(tǒng)可以體現(xiàn)自動生產(chǎn)線的控制特點.利用該系統(tǒng)可以模擬一個與實際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，使學(xué)生處在一個非常接近于實際生產(chǎn)過程的教學(xué)設(shè)備環(huán)境中.學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以很自然地將理論應(yīng)用到實際，實現(xiàn)理論與實踐的完美結(jié)合，從而縮短理論教學(xué)與實際應(yīng)用之間的距離［1］.

本文所提到的MPS系統(tǒng)包括:上料檢測站、物料搬運站、機械加工站、安裝站、安裝搬運站、產(chǎn)品分類入庫站.模塊間通過現(xiàn)場總線通訊，可大大縮短設(shè)計、加工、安裝及調(diào)試周期.該系統(tǒng)既可以各站之間聯(lián)網(wǎng)控制［2］，也可以單站運行.本文所設(shè)計方案為單站運行方案.

1 產(chǎn)品入庫單元硬件描述及系統(tǒng)參數(shù)

產(chǎn)品入庫單元是MPS系統(tǒng)中的最后單元，在整個系統(tǒng)中，接收并存儲前方各單元加工處理后的工件，其具體功能是:在接收工位接收前一單元送來的工件，按照工件信息而自動運送至相應(yīng)倉位，并將工件推入立體倉庫存儲.

1.1 硬件功能描述

產(chǎn)品入庫單元主要由I/O接線端口、步進驅(qū)動模塊、絲桿驅(qū)動模塊、工件推出裝置、立體倉庫、氣源處理組件等部件組成.本站裝配圖如圖1所示.

圖1 產(chǎn)品入庫單元實物圖

步進驅(qū)動模塊由步進驅(qū)動器和步進電機所組成.產(chǎn)品入庫單元中有水平、垂直兩套步進驅(qū)動模塊.步進驅(qū)動器接收PLC發(fā)出的高速脈沖信號及方向電平信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動步進電機的信號.步進電機旋轉(zhuǎn)的方向由方向電平控制;旋轉(zhuǎn)的速度由脈沖信號的頻率控制;而要旋轉(zhuǎn)多少度或多少圈，則由脈沖信號的數(shù)目所控制.絲桿驅(qū)動模塊是將步進電機輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線往復(fù)運動，兩套絲桿驅(qū)動模塊以90°垂直安裝，形成一個X－Y軸的平面運動系統(tǒng)［2］.在兩個絲桿驅(qū)動模塊上均設(shè)有一個零點，用以校正位置及提供一個位置參考點.工件推出裝置部分由一個單作用氣缸、推塊和一個接收工件的推塊導(dǎo)槽組成，IO接線端口是該工作單元與PLC之間進行通信的線路連接端口［3］.該工作單元中的所有電信號(直流電源、輸入、輸出)線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到PLC上.

1.2 系統(tǒng)參數(shù)

如圖1所示，立體料倉共4行4列16個倉位，每個倉位的規(guī)格是40mm×40 mm.步進電機步距角為1.5°，步進電機傳動組件絲桿螺距為2 mm.因此，電機轉(zhuǎn)動一圈需脈沖數(shù)m為

移動一格需脈沖數(shù)n為

2 程序設(shè)計

2.1 產(chǎn)品入庫單元控制任務(wù)

上電后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，工件推塊縮回到位，由絲桿驅(qū)動的工件平臺歸零(X、Y軸)，按下“開始”按鈕后，工件平臺去接收工位(單站控制時可自由定義).然后進入工作運行模式，放入工件后，按啟動按鈕，根據(jù)工件的信息，工件平臺攜帶著工件到達預(yù)定的倉位，然后將工件推入立體倉庫;最后工件平臺歸零后再次去接收工位，等待下一個工作信號.

控制面板共有8個操作按鈕，從左向右依次是:開始、復(fù)位、特殊、手動/自動、單/聯(lián)、停止、上電、急停.其中開始、復(fù)位、特殊、停止、上電5個按鈕上安裝了操作指示燈.控制面板按鈕分布圖及IO對照關(guān)系如圖2所示.

圖2 控制面板按鈕排列及I O對照圖

表1 上料檢測站工作區(qū)I O分配表

2.3 立體存儲單元程序設(shè)計

2.3.1 動作流程圖

根據(jù)控制要求可知，本系統(tǒng)動作為順序控制流程結(jié)構(gòu).所謂順序控制流程，就是將復(fù)雜的控制過程分解為若干個工序(工步)，分清各個工序的工作細(xì)節(jié)(成立的條件、轉(zhuǎn)移條件、轉(zhuǎn)移目標(biāo))，將每個工序定義成一個狀態(tài)，把各個工序按控制順序要求聯(lián)系起來，即構(gòu)成了順序控制流程圖［4］.產(chǎn)品入庫單元控制流程圖如圖3所示.

圖3 產(chǎn)品入庫單元控制流程圖

2.3.2 控制系統(tǒng)程序設(shè)計

圖4 立體存儲單元梯形圖

對于順序控制，編程方法很多，如步進指令梯形圖編程(SFC結(jié)構(gòu))、移位指令編程、“起－保－停法”編程等.由于步進指令編程的SFC結(jié)構(gòu)與流程圖形式接近，便于分析及程序修改，因此本站采用步進指令梯形圖編程［5］.程序中，按下開始按鈕后，移動送料臺至上數(shù)第三行第一列.收到工件后，將工件放入上數(shù)第二行第二列，即將工件向上、向右各送一個倉位.產(chǎn)品入庫單元的控制梯形圖如圖4所示.在狀態(tài)S21中，D0被賦值200，是屬于校正參數(shù);在狀態(tài)S23中，工件入庫完畢采用定時器控制.

3 結(jié)論

為了保證工件能準(zhǔn)確地推入到立體倉庫中預(yù)想的倉位，在編寫本程序之前，已先編寫了一些測試程序，同時調(diào)整程序中各個參數(shù)使工件能到達指定的倉位.本站程序經(jīng)調(diào)試，能順利完成控制任務(wù)，驗證了程序的可行性.此程序是按單一位置存放工件的要求編寫的，如需在水平一行或垂直一列循環(huán)的方式存放工件，可在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾訝顟B(tài)，完成循環(huán)程序.這樣使得程序修改方便，大大縮短二次程序設(shè)計時間，又會達到良好的控制效果.

［1］許艷英，包宋建.基于FX的MPS上料檢測站控制系統(tǒng)程序設(shè)計［J］.工業(yè)控制計算機，2011(8):99－100.

［2］章國華.典型生產(chǎn)線原理、安裝與調(diào)試［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2009:150－153.

［3］李俊.用PLC實現(xiàn)電氣主接線模擬操作過程［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2008，27(4):44－47.

［4］牛麗，丁海波.基于PLC及現(xiàn)場總路線的MPS系統(tǒng)控制研究［J］.工業(yè)控制計算機，2008(9):85－86.

［5］呂惠芳.基于PLC恒壓供水系統(tǒng)中PID控制器的實現(xiàn)［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版，2009，28(2):1－3.