PLC自动生产线监控系统设计

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1、PLC 自动生产线监控系统设计 电气工程及其自动化专业 梁文佳 指导教师 郭屹松副教授摘要论文介绍了 YL-335B 生产线的功能和控制需求。采用了结构化的编程方式设计了 供料站、加工站、装配站、分拣站、输送站五个单站的PLC控制程序。各站均使用了 PLC控制电磁换向阀得电或失电，从而控制气缸伸缩、旋转的气动控制。在分拣站PLC 程序中，设计了根据材料属性及颜色的分拣算法，使用了 PLC模拟量模块控制变频器， 实现了三相异步电机无极变速，拖动皮带的一维位置控制。在输送站机械手的一维直 线位置控制中，采用西门子提供的脉冲输出MAP指令库设计程序。组建了 RS485串 行通信下的主从网络，编制了P

2、LC网络读写程序用于主从站之间交换数据。组态了上 位机监视控制系统，实现了控制功能。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃軔。关键词PLC,自动线，MAP库，监控组态，MCGS1 前言 现代科学技术日新月异，随着信息技术、工业技术以及其他科学技术的飞速发展，传 统地仅仅依靠手工的机械生产行业受到了自动化的巨大冲击。应用先进的工业自动化 技术、计算机技术、电工电子技术、气动技术和PLC技术实现企业工厂的自动化生产， 不仅能节约劳动力，同时也缩短了产品生产周期、提高了产品质量。聞創沟燴鐺險爱氇谴净祸2 硬件组成与控制需求2.1 硬件组成控制对象是在铝合金导轨实训台上安装供料单元、加工单元、装配单元、分拣单元、 输

3、送单元五个工作单元。其中每一个单元都可以自成一个独立的系统，同时也都是一 个机电一体化系统。输送单元和装配单元中采用了机械手装置，输送单元和分拣单元 中采用了电机驱动。各个单元的执行机构都是以气动执行机构为主，而且输送单元的 机械手装置的整体运动是用精密定位的位置控制、步进电机驱动，这个驱动系统能实 现多定位点、长行程控制，构成典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带是由通 用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置来驱动的。在控制方面，自动线试验平 台采用基于RS485串行通信的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC承担 其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控

4、制方式。残骛楼諍锩2.2 控制功能 供料站提供工件并对物料状态实时灯光提示、加工站对物料冲压加工、输送站机械手 运输零件、装配站装配小零件、分拣站根据条件分拣、触摸屏监视并控制生产线。酽锕2.3.控制需求 控制需求为以下 5 点1、选择 PLC 型号，并完成 I/O 点的规划。2、编制各单元的 PLC 程序实现单站的基本功能。3、组态上位机画面实现对生产线实时状态的监视和控制。4、组建通讯网络，实现单元间 PLC 交换数据。5、组建上位机与主站PLC的通讯，主从站PLC间的通讯，实现全自动线的一体化联 动完成生产功能。3 软件设计3.1I/O 分配PLC的I/O分配是程序编制的首要任务。DI、

5、DO分配采用与试验台上各机械装置安 装位置顺序相适应的方法。五个站中的 M 存储器分配使用同一点代表同一意义的方 法。为了组网的需要，表1给出了本设计中常用V存储器的分配。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑诒尔 表1常用V存储器位分配表主站网络写信号主站网络读信号通道意义通道意义通道意义V1000.0全线运行V1001.0未使用V10n0.0准备就绪信号V1000.1未使用V1001.1未使用V10n0.1完成主站请求信号V1000.2全线急停指令V1001.2请求供料V10n0.2本地急停状态信号V1000.3未使用V1001.3请求加工V10n0.3未使用V1000.4全线联机状态V1001.4请求装配

6、V10n0.4本地联机模式信号V1000.5系统复位中V1001.5请求分拣V10n0.5本地运行状态信号V1000.6系统准备就绪V1001.6供料站料不足V10n0.6本地料不足信号V1000.7HMI 联机V1001.7供料站缺料V10n0.7本地缺料信号（注：其中n=2,3,4,5,代表各从站地址号，例V 1030.2位供料站本地急停信号）3.1 供料站 PLC 程序设计3.1.1 主程序设计在设计本自动线系统程序时，考虑到其共性和差异性，在每站主程序中使用了相似的程序结构和编写思路，这样的设计可以使得程序方便的被移植到另一个站，减少程序编制的时间，使得结构更加清晰。主程序的顺序执行功

7、能如图 1 所示。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋初始化寄存器是使用 SM0.1 对所有的状态继 电器 S 和位存储器 M 复位。对初态检查标志 位 M5.0 置位，使能相应网络中初态检查程序。 该网络可保证所用到的M寄存器和S寄存器 不被上电前保持的状态影响。厦礴恳蹒骈時盡继價骚联机方式标志位 M3.4 的置位或复位，代表了 单机或联机模式，由 RS 复位优先指令来实现。初态检查是系统正常启动的前提条件，M2.0 表示检查结果。各站都有自己需要满足的条 件，如供料站启动前需满足的条件有：顶料气 缸缩回到位、推料气缸缩回到位、料仓中有足 够的料、出料台上没有料四个条件。在条件满 足、在非运行模式、初态检查

8、M5.0 有效时， 对准备就绪标志位M2.0置一，否则复位M2.0。 准备就绪标志对系统的启动有着重要的作用。启动和停止指令分为单机模式和联机模式。联 机模式的启停信号来源于上位机画面，通过触 摸屏操作。停止指令并不立即停止设备，而是 等待某一工序完成后再停止。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴调运行控制是调用子程序，实现真正设备动作的程序。料状态程序用于指示灯显示当前物料图 1 主程序结构图状态，分缺料、料不足等报警信号。指示灯实现不同频率的闪烁灯功能， 2Hz 方波产 生程序为：LDWv= T33, 50TON T33, 25。反馈给上位机信号是将本站的状态为 由 V 存储器来表示。籟丛妈羥为贍偾蛏练淨

9、槠挞。供料站、加工站、装配站、分拣站的主程序都是与此思路类似，不同在于控制子程序不同，在此不再赘述。3.1.2 控制子程序设计子程序只有有限步骤。循环执行SO.O、S0.1、直到最后一步Sn.n,执行完之后 在条件满足的情况下跳转到S0.0开始下一个周期。为了程序容易移植且更加明了。采 用一个步骤只执行一个单独动作，然后检测该动是否达到预期，达到预期短暂延时跳 转到下一步的程序编制思想。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴買闥。3.2 分拣站分拣算法 分拣站运行控制子程序示意图如图2所示。S0.0开始步、检查是否满足动作条件法指令MUL_I,用15乘以640结果存放在VW0,然后使用传送指令将VW0的值送 至

10、【AQW0。渗釤呛俨匀谔鳖调硯錦鋇絨。在联机模式下，触摸屏上的频率输入框会修改主站变量存储器VW1002。该字将通过 网络读写下发到各站，分拣站将该值送到累加器AC0,然后用该值乘以640结果存放 在VW0,然后使用传送指令将VW0的值送到AQW0。同时设计中对频率上下限做了 限制为20-40HZ。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡缝勵。电机拖动皮带走过的距离通过安装在电机对面的同轴的编码器反馈给PLC,由于物理 安装位置已经确定,可以通过手动单击按钮来测定脉冲当量,确定从入料口到各定位 点的脉冲量,并将该值存放在数据块中。数值如表3-10所示。此时还需要配置高速计 数器 HC0 以达到对编码器输出的脉冲进

11、行计数的目的。擁締凤袜备訊顎轮烂蔷報赢。3.3 网络的组态网络组态如图 3所示,数字为其站地址。 ON 为在通讯链的末尾加上终端匹配电阻, 以减少其共模干扰。图 3 网络组态示意图 OFFOFF OFFON通过配置网络读写程序实现每个从站的变量存储区VB1000、VB1001、VB1002和VB1003 与主站的 VB1000、VB1001、VB1002 和 VB1003 数据同步。主站的 VB1020、 VB1021 与供料站 VB1020、VB1021 同步，主站的 VB1030、VB1031 与加工站 VB1030、 VB1031同步，主站的VB1040、VB1041与装配站VB1040

12、、VB1041同步，主站的 VB1050、VB1051与分拣VB1050、VB1051同步。坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚跻馱3.4 输送站主程序 输送站的主程序设计同供料站相似，子程序设计有所不同。输送站有多个子程序，分 别为通信子程序、MAP设置子程序、初态复位子程序、寻原点子程序、急停处理子程 序、运行控制子程序、抓取子程序、放下子程序等子程序。程序调用示意图如图 4所 示。蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘籜葦。MAP设置初态复位急停处理运行控制主程序(OB)循环扫描通信Q0_0_MoveAbsoluteQ0_0_MoveAbsolut放下抓取NET_EXE （用于网络读写交换数Q0_0_HomeQ0_0_L

13、oadPosQ0_0_MoveAbsoluteQ0_0_CTRLQ0_0_StopQ0_0_MoveAbsolute（屏幕点动右移）Q0_0_MoveAbsolute图 4 输送站程序调用示意图3.4.1 寻原点的实现 初态复位子程序包括使输送站机械手装置各气缸返回初始位置，返回成功后即调用寻 原点。寻原点子程序采用五步来完成，如图3-31 所示。分别为错位、寻原点、调整、装载原 点值、完成。错位目的是在机械手已经在原点但是位置不准确时，先错开一定距离为 后续寻原点做准备，该步使用一次QO_x_MoveAbsolute功能块。寻原点完成寻找参考 点的过程，该步使用一次Q0_x_Home.寻找到

14、参考点之后往往需要做适当调整，即进入调整步，调整是根据现场情况，使用一次 Q0_x_MoveAbsolute 功能块。调整完成时 此时原点已经确定，需装载 0 值，完成后进入完成步，即返回主程序。綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚3.4.2 机械手移动的实现运行控制子程序中调用 Q0_x_MoveAbsolute 功能块实现定位控制。当需要前往某一站 执行任务时，如图3-32 所示只需要四步：第一步，前往该站，此时不需考虑当前机械 手在该站的左侧还是右侧，即不需要考虑本次运动的方向，只需要将撤离站的绝对位 置值（a/b/c/d）作为参数输入给QO_x_MoveAbsolute功能块即可，功能块会自动判断 方向

15、前往该站。第二步，到达该站之后即执行抓取，抓取完成之后进入下一步。第三 步，同第一步类似，前往目标站，只需将目标步的绝对位置值（a/b/c/d）作为参数输 入给 Q0_x_MoveAbsolute 功能块即可，功能块会自动判断方向前往该站。第四步，到 达该站之后即执行放下，放下完成之后即完成本次响应。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦諑琼。3.5 上位机组态3.5.1 设备连接在可选设备列表中，双击“通用串口父设备”，然后双击“西门子_S7200PPI”在下发出现 “通用串口父设备”，“西门子_S7200PPI”，并配置相应参数：串口端口号（1255 ）设 置为：0 - COM1；通讯波特率设置为：8 -19200；数据校验方式设置为：2-偶校验； 其它设置为默认。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑献鵬。双击“西门子_S7200PPI”，进入设备编辑窗口。默认右窗口自动生产通道名称 I000.01000.7，可以单击“删除全部通道”按钮给以删除。然后单击快速连接变量。锹籁3.5.2 画面组态欢迎画面组态如图 5 所示。运行界面画面如图 6 所示w，”,f 厂”和”,皿丽 ”:“I欢迎使用YL-335B届动生产线实