机电传控系统综合课程设计-模块化生产教学系统的PLC控制系统设计分类站(第六站)

1、机电传控系统综合课程设计机电传控系统综合课程设计 模块化生产教学系统的 PLC 控制系统设计 分类站（第六站）Sorting station学院：京江学院学院：京江学院班级班级: J 机械机械 0701学号：学号：3071101001姓名：薛佳佳姓名：薛佳佳指导老师：顾永玉、马皓晨指导老师：顾永玉、马皓晨日期：日期：2010.7.9 1目目 录录一、模块化生产培训系统（一、模块化生产培训系统（MPSMPS）介绍）介绍.2 2二、实验安全注意事项二、实验安全注意事项.1010三、实验项目三、实验项目.1010( (一一) )第六站工件分类程序控制实验第六站工件分类程序控制实验 .1010分类存储

2、站气动原理图分类存储站气动原理图 .1212分类存储站气动原理图分类存储站气动原理图 .1313分类存储站分类存储站 I/OI/O 地址分配表地址分配表 .1414第六站单站流程图第六站单站流程图 .1515触摸屏控制画面及说明触摸屏控制画面及说明 .1616组态王控制画面组态王控制画面 .1818（二）（二） 第五、六站联网程序控制实验第五、六站联网程序控制实验.1919第五、六站联网程序流程图第五、六站联网程序流程图 .2020四、设计的收获和体会四、设计的收获和体会 .2424五、参考资料五、参考资料 .2525六、附录六、附录 .2525第六站工件分类存储站单站程序第六站工件分类存储站

3、单站程序 .2525第五、六站联网程序第五、六站联网程序 .25252一、模块化生产培训系统（一、模块化生产培训系统（MPS）介绍）介绍模块化生产培训系统（MPS）由六套各自独立而又紧密相连的工作站组成。这六站分别为：上料检测站（第 1 站） 、搬运站（第 2 站） 、加工站（第 3 站） 、安装站（第 4 站） 、安装搬运站（第 5 站）和分类存储站（第 6 站） 。每站各有一套 PLC 控制系统独立控制，使系统可以分成六个完全独立的工作单元。在基本单元模块培训完成后，又可以将相邻的两站、三站直至六站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。图 1 模块化生产培训系统（MPS）1

4、1系统组成系统组成该系统的各站是安装在带槽的铝平板上（700mm350mm） ，各站可很容易地连接在一起组成一条模拟自动加工生产线。系统提供的一套模拟加工工件分工件 1(大)和工件 2(小)，均为塑料件，颜色有黑、白两种，可在系统中重复使用。（见图 2）3工件 1 工件 2图 2 工件各站及其任务：上料检测站（第 1 站）-回传上料台将工件 1（黑/白）依次送到检测工位-提升装置将工件提升并检测工件颜色搬运站（第 2 站）将工件 1（黑/白）从第 1 站搬运到第 3 站加工站（第 3 站）-用回转工作台将工件 1（黑/白）在四个工位间转换-模拟钻孔单元夹紧工件并钻孔-模拟检测钻孔深度安装站（第

5、 4 站）-选择要安装工件 2（黑/白）的料仓-将工件 2（黑/白）从料仓中推出-将工件 2 安装到工件 1 的中心孔内安装搬运站（第 5 站）-将第 3 站工件 1 搬运到安装工位-将安装好的组件搬运到分类存储站分类存储站-根据工件 1、2 颜色的组合类型分类-将组件推入料仓物流传递过程：如图 3 所示，上料检测站将工件 1 按顺序排好后提升送出；搬运站将工件41 从上料检测站搬至加工站；加工站将工件 1 加工后送出工位；安装搬运站将工件 1 搬至安装工位放下；安装站选择工件 2 装入工件 1 中；安装搬运站再将安装好的组件送分类存储站；分类存储站将组件送入相应的料仓。安 装 站搬 运 站加

6、 工 站安装搬运站分类存储站上料检测站图 3 物流传递过程系统使用的执行元件包括气动缸、气动夹爪、真空吸盘、摆动气缸、直流电机和直流步进电机等，大量的控制调节元件，如电控气动阀、单向节流阀、过滤减压阀以及步进电机驱动器等，用于行程控制的传感器达四十多个，有光电式、电感式、磁电式几种。磁电式接近开关电子舌簧式行程开关的结构与工作原理如图 4 所示，行程开关内装有舌簧片、保护电路和指示灯，被合成树脂塑封在盒子内。当行程开关进入磁场（气缸活塞上附有的永久磁环）时，舌簧闭合导通，同时传感器上的 LED 灯亮，行程开关输出一个电控信号。 a）开关断开 b）开关接通1永久磁环 2舌簧片 3保护电路 4指示

7、灯图 4 电子舌簧式行程开关5光电式接近开关当该开关光路被阻碍时，开关触点闭合，输出低电平，同时传感器上的LED 灯亮。低分辨率的光电式传感器可用于识别工件的黑、白颜色。 图 5 光电式传感器图 5 光电式传感器电感式接近开关用于标准开关距离，没有机械接触，当有金属接近引起开关感应电磁场变化时，开关触点闭合，输出低电平，同时传感器上的 LED 灯亮。该传感器还可用来识别金属和非金属材料。图 6 电感式传感器2 2控制技术控制技术模块化生产培训系统的每一站都有一套独立的控制系统，使用日本三菱公司的 FX2N系列微型可编程控制器进行控制。 （见图 7）O红黑蓝O红蓝黑6PLCPLCPLCPLCPL

8、C PLC站 1站 2站 3站 4站 5站 6图 7 PLC I/O 控制的控制框图 各站都可通过一控制面板来执行 PLC 的控制程序，使各站按要求进行工作。每一个控制面板上有 5 个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。各开关的控制功能定义为：带灯按钮，绿色 开始 S1带灯按钮，黄色 复位 S2按钮，黄色 特殊功能按钮 S3两位旋钮，黑色 自动/手动 S4两位旋钮，黑色 单站/联网 S5按钮，红色 停止 S6带灯按钮，绿色 上电 S7急停按钮，红色 急停 S83.3. 联网控制联网控制为保证系统中各站能联网运行，必须将各站的 PLC 连接在一起，使独立的每一站与前后各站交换信息。而且加工过程

9、中所产生的数据，如工件颜色、装配信息等，也需要能向下站传送，以保证工作正确。 （如分类正确、安装正确等）工件信息：表示工件信息的数据，是根据不同的工件颜色在不同站产生的。工件的信息用三个二进制数表示：d0、d1、d2（目前 d2 没有用到） 。d0d1工件 1（黑） 工件 2（黑）00工件 1（白） 工件 2（黑）107工件 1（黑） 工件 2（白）01工件 1（白） 工件 2（白）11这些数据从上站传送到下站，最后分类存储站根据数据将组件分类推入料仓。通讯信息（1）I/O 通信方式在各站的 PLC 之间用一根标准电缆进行连接，通过这个电缆可连接 8 个传感器信号和 8 个输出控制信号，将加工

10、过程中所产生的数据，如工件颜色、装配信息等，从上站向下站传送，以保证安装和分类正确。通过该电缆，各站的传感器和输出控制器可得到 24V 电压。 （包括 24V 接地线）各站可通过 4 根 I/O 线与前后各站进行通信，互相交换信息（向前两根通信线，一输出一输入：向后两根通信线，一输出一输入） 。表 1 各站通讯信号地址表绝对地址符号地址注 解X20Di0从前站读入的数据 d0X21Di1从前站读入的数据 d1X22Di2从前站读入的数据 d2X23Ciq通讯 从前站读入前站状态X24Cih通讯 从后站读入后站状态Y20Do0向后站输出的数据 d0Y21Do1向后站输出的数据 d1Y22Do2向

11、后站输出的数据 d2Y23Coq通讯 向前站输出本站状态Y24Coh通讯 向后站输出本站状态（2）N：N 通信方式：PLC 控制网络为同位连接系统，它是各 PLC 通过串行通信接口相互连接起来的系统。系统中的 PLC 是并行运行的，通过数据传递相互联系，以适应大规模控制的要求（节省 I/O 口） 。系统常采用总线型结构，各 PLC 之间的通信一般8采用 RS-422A（或 RS-485）接口或光缆。系统所用的 PLC 一般是同一厂商的同一系列产品（如 FX2N系列） ，系统内的每个 PLC 都有一个唯一的系统单元识别号，号码从 0 开始顺序设置。在每个 PLC 内部都设置了一个公共数据区，用作

12、通信数据的缓冲区。PLC 系统程序中的通信程序把公共数据区的发送区数据发送到通信接口上，并且把通信接口上接受到的数据放入公共数据区的接受区中。用户应用程序中只需编制把发送的数据送入公共数据区的发送区和从公共数据区的接受区读取接受的数据的程序，即可实现 PLC 之间的相互信息传递，完成整个系统的数据通信。FX2N-485-BDFX2N-485-BDFX2N-485-BD FX2N-485-BD FX2N-485-BDFX2N-485-BD主站点（第 0 号）从站点（第 1 号）从站点（第 2 号）从站点（第 5 号）从站点（第 4 号）FX2N-485-BD从站点（第 3 号）图 8 NN 的链

13、接示意图发送区接受区接受区接受区发送区接受区接受区接受区发送区0 单元公共数据区1 单元公共数据区n 单元公共数据区9图 9：同为连接系统的数据传送10前站物流 后站前站 后站4：4图 10 两站通信图4.4.操作过程操作过程当所有的电气连接和气动连接接好后，将系统接上电源，程序开始。先分别按下各站控制面板的“上电”按钮，这时各站复位灯开始闪动。如果是第一次开机, 要将各站工件收到上料检测站或安装站中，而后分别按下各站的“复位”按钮，待各站完全复位后，各站开始灯闪动，再从第六站开始依次向前按下“开始” 按钮，系统可开始工作。当任一站出现异常，按下该站“急停”按钮，该站立刻会停止运行。当排除故障

14、后，依次按下该站的“上电”按钮、 “复位”按钮和“开始” 按钮，该站可接着从刚才的断点继续运行。如工作时突然断电，来电后系统重新开始运行，操作方法同前。Coh=0 Ciq=0Cih=0 Coq=0Coh=0 Ciq=0Cih=1 Coq=1Coh=1 Ciq=1Cih=1 Coq=1Coh=1 Ciq=1Cih=0 Coq=0Coh=0 Ciq=0Cih=0 Coq=0后站准备接收来自前站的工件前站已给出的工件和工件的数据后站已收到的工件和数据前站给出信号结束这个传递11二、实验安全注意事项二、实验安全注意事项1.培训的学员必须在指导教师的指导下才能操作该设备。2.请务必按照技术文件和各独立元

15、件的使用要求使用该系统以保证人员和设备安全。电气系统电源：各站的使用电压为 220vAC，请注意 符号，该处有220vAC，请注意安全。各站工作台面上使用电压为 24vDC（最大电流 5A） 。只有在掉电状态下才能连接和断开各种电气连线。气动系统各站的供气由各站的过滤减压阀供给，额定的使用气压为 6bar（0.6MPa） ，气动系统的使用压力不得超过 8bar（0.8MPa） 。在气动系统管路接好之前不得接通气源。接通气源和长时间停机后开始工作，个别气缸可能会运动过快，所以要特别当心！机械系统所有部件的紧定螺钉应拧紧，检查运动时是否干涉。不要在系统正常运行时人为地干涉其工作。三、实验项目三、实

16、验项目( (一一) )第六站工件分类程序控制实验第六站工件分类程序控制实验1 1实验目的实验目的（1）了解 PLC 控制系统的组成；（2）了解各种类型传感器的工作原理及应用；（3）学习 PLC 基本指令、移位指令、数据传送指令、脉冲输出指令等，熟悉用梯形图编程和调试方法2 2实验设备实验设备（1）安装有 WINDOWS 操作系统的 PC 机一台（具有 FXGPWIN 软件）（2）PLC（三菱 FX2N 系列）一台。！12（3）PC 与 PLC 的通信电缆一根。（4）MPS 系统六站的设备。3 3实验步骤实验步骤（1）将 PC 与 PLC 按正确方式连接；（2）将 PLC 的工作状态开关置于“P

17、ROG”处；（3）启动 FXGPWIN 软件，用鼠标单击工具栏上的“新建”按钮，选择所使用的PLC 类型（FX2N） ，再单击“确认”按钮。（4）根据各站的动作要求，参考各站的气动原理图及电路图、I/O 地址分配表（I/O 接线图） 、PLC 控制的流程图，在计算机上用梯形图编写 PLC 控制程序，下载至 PLC 控制器并运行程序（PLC 的工作状态开关置于“RUN”处） ，观察工作过程能否实现，检查工件信息的正确性。最后将程序存盘。4 4实验内容实验内容第六站工件分类程序控制实验分类站要完成的顺序动作为：首先上电、复位（料盘回原点） 、开始，两个步进电机回转使料盘至接受工件工位等待工件，读信

18、息，两个步进电机按给定脉冲数和方向电平回转，到位后，推料缸推出工件至料仓，推料缸退回，两个步进电机回转使料盘回接受工件工位，重新开始。为防止步进电机失步造成误差累积，使料盘到位不准确，工件不能顺利进仓，可采取每送料 5 次后料盘回机构原点校正的方法消除误差。料仓共有 16 个仓位，各列、分别放不同品种的组件，如下图： 1全白外白里黑外黑里白全黑234 接受工件工位 采用手动控制时，两位旋钮 S4、S5（X13、X14）可以用来模拟组件的四种情况，按特殊功能按钮 S3 模拟前站发信（ciq） 。DIR2=1DIR1=113X13X14全白11外白里黑10外黑里白01全黑00设定步进电机的脉冲频率

19、为 3000Hz，步距角 4.50。接受工位至料仓各推料工位距离的参考脉冲数：水平方向1800，10200，18600，27000；垂直方向 116800，28400，30，48400。脉冲方向电平 DIR 如上图所示。机构原点在接受工位的左下方，最大距离不超过 32000 脉冲数。图 11 分类存储站气动原理图14图 12 分类存储站气动原理图15表 2 分类存储站 I/O 地址分配表I 地址注 释O 地址注 释X0行程开关 B1（料仓水平方向原点）Y0水平方向步进电机步进脉冲信号 CPX1行程开关 B2（料仓垂直方向原点）Y1垂直方向步进电机步进脉冲信号 CPX3磁电接近开关 1B1（推料

20、缸缩回）Y2水平方向步进电机方向电平信号 DIRX4磁电接近开关 1B2（推料缸伸出）Y3垂直方向步进电机方向电平信号 DIRX10开始按钮 S1Y10开始灯 L1X11复位按钮 S2Y11复位灯 L2X12特殊按钮 S3Y20向后站输出的数据 d0X13自动/手动按钮 S4Y21向后站输出的数据 d1X14单站/联网按钮 S5Y23通讯 向前站输出本站状态X15停止按钮 S6Y24通讯 向后站输出本站状态X16上电按钮 S7Y4推料缸电控气动阀 1Y1X20从前站读入的数据 d0Y27急停按钮X21从前站读入的数据 d1X23通讯 从前站读入前站状态X24通讯 从后站读入后站状态 16第六站

21、单站流程图第六站单站流程图 M8002M0 Y11 闪动(复位灯闪) X11=1 & X16=1M1 复位 (料盘回原点)Y4=0,Y2/Y3=1,Y0/Y1 发脉冲 X0=1&X1=1 & X3=1 M2 Y10 闪动(开始灯闪) X10=1M3 料盘至接受工件工位 T0=4s, Y0/Y1 发脉冲 T0=1M4 向 5 站发信，等 5 站信号 X12=1M5 根据 M80, M81 分类，Y0/Y1 发脉冲，设定时间 T1 or T2 or T3 or T4=1M6 推料缸推出 y4=1 X4=1M7 推料缸退回（1Y1）y4=0 X3=1M8 料盘回接受工件工位

22、T1 or T2 or T3 or T4=1M9 返回 M317触摸屏控制画面及说明触摸屏控制画面及说明图 13 触摸屏画面 1点击进入按钮 类型：切换画面，切换到菜单画面，释放按钮执行类型：GIF 文件图 14 触摸屏画面 2工作状态按钮 类型：切换画面按钮，切换到工作状态画面，释放按钮执行调整状态按钮 类型：切换画面按钮，切换到调整状态画面，释放按钮执行设置按钮 类型：切换画面按钮，切换到设置画面，释放按钮执行返回按钮 类型：回前一画面，释放按钮执行18信息显示时间与日期显示图 15 触摸屏画面 3开始按钮:保持型按钮,写至 x10 复位按钮:保持型按钮,写至 x11停止按钮:保持型按钮,

23、写至 x15 特殊按钮:保持型按钮,写至 x12上电按钮:设 on 按钮,写至 x16 急停按钮:交替型按钮,写至 y27黑白按钮:交替型按钮,写至 x13、x14 返回按钮:换画面按钮,返回功能选择画面状态指示灯（上电）：写至 x16 状态指示灯（开始）：写至 x10状态指示灯（复位）：写至 x11 状态指示灯（特殊）：写至 x13状态指示灯（黑）：写至 x13 状态指示灯（白）：写至 x1419图 16 触摸屏画面 4推料/返回按钮:保持型按钮,写至 y4 返回按钮:换画面按钮,返回功能选择画面上/下按钮: 交替型按钮,写至 y3 左/右按钮: 交替型按钮,写至 y2 上电按钮:设 on

24、按钮,写至 x16 急停按钮:交替型按钮,写至 y27图 17 触摸屏画面 4对比度上升按钮：功能键，其功能为对比度上升对比度下降按钮: 功能键，其功能为对比度下降时间设定按钮：功能键，其功能为设定时间日期关闭背灯按钮：功能键，其功能为关闭背灯返回按钮：换画面按钮,返回功能选择画面组态王控制画面组态王控制画面20图 18 组态王画面21（二）（二） 第五、六站联网程序控制实验第五、六站联网程序控制实验1实验目的实验目的（1）了解 PLC 网络的通信方法；（2）弄清在两站之间建立起一种联动效应时所需要的一些通信信息；（3）通过两站的拼合，培养动手能力，尤其是机械上的一些装配、调节能力；（4）学习

25、 I/O 通信方式、N：N 通信方式 PLC 控制网络的建立，熟悉用梯形图编程和调试方法。2实验设备（1）装有 WINDOWS 操作系统的 PC 机一台（具有 FXGPWIN 软件） ；（2）PLC（三菱 FX2N系列）一台；（3）PC 与 PLC 的通信电缆一根；（4）MPS 系统中的相邻两站；（5）两站之间的通信连线（标准电缆或带 RS-485 接口的标准电缆）一根。3 3实验步骤实验步骤 将两站或多站连接在一起，调节相邻站的位置并固定。若采用 I/O 通信方式，则用标准电缆连接相邻站的通讯端口；若采用 N：N 通信方式，则连接两PLC 的通讯口（由 FX2N-485-BD 通信模块提供

26、RS-485 接口） 。根据各站 I/O 地址分配表（I/O 接线图） 、PLC 控制的程序流程图，在计算机上用梯形图编写 PLC联网控制程序，下载至 PLC 控制器，运行程序并调试，观察工作过程能否实现，检查工件信息的正确性。最后将程序存盘。 两站组建 NN 网的过程：（1）NN 的链接FX2NFX2N主站点（第 0 号）从站点（第 1 号）FX2N-485-BDFX2N-485-BD22（2）主站点和从站点的设置主站点从站点 1备注D8176K0K1站点号D8177K1-总从站点数：1 个D8178K1-刷新范围：模式 1D8179K3-重试次数：3 次（默认）D8180K5-通讯超时：5

27、0ms（默认）(3)设置主站点和从站点的程序4 4实验内容实验内容第五、六站联网程序流程图第六站主站流程图第六站主站流程图M8038 主站点设置 M8002M0 Y11 闪动(复位灯闪) X11=1 & X16=1 M1 复位 (料盘回原点)MOVK0D8176MOVMOVMOVMOVK1K1K3K5D8176D8176D8176D8176M8038站点号设定：主站点需要（设定范围 0-7）从站点的总数：1（设定范围 0-7）刷新设置：模式 1（设定范围 1-2）重试次数设定：3（3 次）通讯超时设定：5（50ms）从站点不需要23 X0=1&X1=1 & X3=1 M

28、2 Y10 闪动(开始灯闪) X10=1M3 料盘至接受工件工位 T0=4s T0=1M4 等待工件(coq)Y23=1 M1000=1 (ciq)X23=1or(S3) X12=1 M1064=1M5 读信息(信息位 M80, M81) (coq) Y23=0 M1065，M1066 (S3) X12=1 M6 根据 M80, M81 分类 T1 or T2 or T3 or T4=1 M7 推料缸推出 （1Y1）y4=1 X4=1M8 推料缸退回（1Y1）y4=0 X3=1M9 料盘回接受工件工位 T1 or T2 or T3 or T4=1M10 返回 M4第五站从站流程图第五站从站流程

29、图M8038 从站点设置 M800224M0 复位灯闪 (L2)y1 闪 (S2)X11=1 & X16=1M1 复位 1(夹爪打开,夹臂抬起)(3Y1)y4=1 &(4Y1)y6=0 (4B2)X6=1M2 复位 2(夹臂转上工位)（1Y1）y0=1 & (2Y1)y2=1 (1B2)X1=1 &(2B2)X3=1M3 开始灯闪 (L1)y10 闪 (S1)X10=1M4 等工件 (S3) X12=1M5 夹臂下降(4Y1)y6=1 &（coq）Y23=0（读信息）T1=0.5s (4B1)X5=1&T1=1M6 夹工件(3Y2)Y5=1, T

30、0=1s T0=1M7 夹臂抬起（4Y1）y6=0 (4B2)X6=1&X12=1 (4 站许可)M8 （coq）Y23=1 & (2Y2)y3=1(转安装工位) (2B1)X2=1M9 夹臂下降(4Y1)y6=1 (4B1)X5=1M10 夹爪开(3Y1)y4=1 &T2=0.6s25 T2=1M11 夹臂抬起（4Y1）y6=0 (4B2) X6=1M12 （coq1）Y25=1（许可 4 站安装） (S3) X12=14 站正在工作M13 等装好（读信息） X12=14 站安装好工件M14 夹臂下降(4Y1)y6=1& (coq1)Y25=0 (4B1)X5

31、=1&T3=0,5s M15 夹工件(3Y2)y5=1&T4=0.5S T4=1M16 夹臂抬起（4Y1）y6=0 (4B2) X6=1M17 夹臂转下工位（1Y2）y1=1 X0=1&(cih)X24=1or(S5)X14=0&(S3)X12=1M1000=1 (6 站许可)M18 夹臂下降(4Y1)y6=1&（coh）Y24=1 M1064=1(给出工件信息)X5=1 & (cih) X24=0 or (S5)X14=0& (S3) X12=1工件 1 M1065，工件 2 M1066 (6 站收到工件)M19 夹爪开(3Y1)y4=1 &T5=0.6s 26 T5=1M20 夹臂抬起（4Y1）y6=0 X6=1 M21 夹臂转上工位 y0=1 & y2=1&（coh）Y24=0 (许可 6 站分类) X1=1 & X3=1 M22四、设计的收获和体会四、设计的收获和体会机电系统综合课程设计小结机电系统综合课程设计小结两个星期的机电系统综合课程设计已经接近尾声，这两个