基于PLC流水线搬运与焊接组合动作控制系统设计

第1章绪论1.1课题研究目的及意义随着社会的发展,传统行业生产模式的局限性越来越大,其生产工序复杂，需要大量人力物力，极大影响了生产效率[1]，导致产品的更新速度越来越快,这对制造业生产线的自动化程度要求日趋提高。制造业经历了继电控制技术生产线到PLC控制技术,再到PCC控制技术。产品功能的多样化对生产线的智能化提出了更高的要求。随着工业生产与加工规模的扩大,为追求更高的工业生产与加工质量,加工效率等,改进传统生产制造工艺，实现设计,生产与高效安装的有效融合[2]已成为整个行业领域研究和关注的重要内容之一。科学技术和制造工艺的快速发展,特别是通讯技术及制造技术的发展,促使工业生产的自动化水平不断的提高。PLC自控系统也就是常说的可编程控制器，从本质来看，属于多学科融合的工业控制模式，综合性较强，逐步在生产生活、电气制造等方面发挥出重要作用[3],以PLC为核心的集成各种自动化专机和工业机器人的自动化系统已成为当今企业寻求产业升级,减少人力物力的损失,促进资源的节约、降低生产成本和保障经济效益追求的目标[4],是工业自动化领域研究的一个热点方向。本课题通过研究工艺学基本理论方法,借鉴高端设备制造工艺方法和经验,结合当前搬运与焊接生产线的需求及特点,提高了自动化装配水平，大幅降低了劳动力，提高了装配品质[5]，并针对满足现代工业生产的自动化生产控制系统提出了相应的改进方法。到现在为止，世界上的高端工业机器人具有高精度，高速，多轴，重量轻的趋势。机器人技术涉及力学，电液技术，自动控制技术，传感器技术和计算机技术的结合，是一门跨学科的综合技术，主要目的是了解机器人的工作原理并设计工件加工机器人的控制系统。可编程逻辑控制器（PLC）是一种专为工业应用而设计的实时工业控制单元。随着微电子技术，自动控制技术和计算机通信技术的快速发展，PLC在硬件配置，软件编程，通信网络功能和模拟控制方面取得了长足的进步，已成为工厂自动化的标准配置之一。由于自动化可以节省大量的人力，物力等，PLC还具有其他控制方法所不具备的特殊优点，如通用性好，实用性强，硬件齐全，编程方法简单，因此广泛应用于工业领域。PLC.Robots在美国和加拿大等许多国家使用，例如采摘水果的机器人和在搬运与焊接线上应用智能机器人。中国的自动化水平本身相对较低，在新老产品设计优化过程中，较少的考虑自动化装置，所以技术水平与其相比还有一定差距[6]。因此PLC控制的机器人数量仍然较少。本项目设计的机器人由PLC自动控制。通过这种设计进一步学习PLC的相关知识，了解世界先进水平，并尽可能地应用它。1.2国内外研究现状在搬运与焊接过程中,基础件的搬运和焊接件的传送、给料、搬运与焊接作业可部分或全部地实现半自动化或自动化。原始的手工搬运与焊接方式一直延续很久，直到19世纪机械制造业小零部件的标准化和互换性开始用于小型武器和钟表的生产，随后又应用于汽车工业。2021年陈娜，裴雷，陈娜娜等在《基于机械臂与PLC控制的装配自动上下料系统设计》中提到，工业机器人不仅应用在汽车制造业，在国防安全、医疗、服务业等领域也有机器人的身影[7]。这既降低了生产成本，又为大批量生产中采用自动化搬运与焊接开辟了道路。这对提高生产率带来了革命性的变化，起到了很大作用。2019年KyleKrajewski在《TorqueControlforAutomatedAssembly》中提到自动化装配正变得越来越普遍，即使是小型制造公司，机器人装配改善了生产力，提高了产量，同时确保结果更加一致[16]。从其中不难看出，自动化不仅可以大大增加效率，也可以提高产品可靠性。此后，陆续出现了料斗式自动给料器和螺钉、螺母自动拧紧机等简单的自动化装置。大批量生产的轴承、离合器和中小型电机等零件、搬运与焊接工艺简单的机电产品，以及汽车、农业机械、仪器仪表等产品小的部分简单部件，也采用了自动或半自动搬运与焊接机(线)。可是由于对适合自动化搬运与焊接的产品结构有很大限制，自动化搬运与焊接机投资多而对产品改型的适应性小，所以当时机械制造中的搬运与焊接自动化仅用于大批量生产。2015年Tom和Nitin在《DesignandImplementationofMobileRoboticManipulatorforWeldingUsingPLC》提出了用PLC实现一个用于焊接的移动机器人机械手[17]。应用PLC技术来控制系统，这个名词我们至今依旧延用。关键特点就是可以在人类的帮助下完成其所要求的固定示范动作。随着第一台真正意义上的工业PLC机器人的顺利诞生，标志着机器人发展进入新的起点。随后由于自动化技术的日益发展，刘猛，焦志刚，崔瀚等在《基于PLC与WinCC的引信自动装配机控制系统设计》中提到应用PLC技术可以极大提高可靠性与生产效率，生产技术与质量水平明显提高[8]。这项技术理所应当的应用到了工业机器人进化中。2020年黄海燕在《工业装配自动化生产线控制系统设计》中提到，工业机器人完成工件在装配流水线上的自动装配，最终实现了自动化生产[9]。目前在机械制造行业中都要使用到自动搬 运与焊接系统，例如电视机、计算机的自动搬运 与焊接流水线；制鞋、印染等轻工和化工行业的生产流 水线都要使用到自动搬运与 焊接系统。李宝瑞，杜万和在《一种个性化生产的自动搬运与焊接控制方法》提到可以满足大规模个性化生产的需求，适应性强，智能化程度高[10]。但是在自动控制方面还有很大的不足，比如机械手控制难、搬运设计不合理、焊接困难等一系列的问题。2020年李帮传在《内控挡圈自动搬运与焊接方法》中提到自动化减少了压装过程中损伤作业人员的风险[11]。2022年李红梅，孙安昌，刑康宁等在《复合类火工品自动搬运与焊接机自动控制系统》中提到采用PLC与触摸屏相结合的方式来控制系统[12]。因此本次设计采用PLC控制的方式，将搬运与焊接组合进行设计的方式提高生产效率。1.3课题研究的内容本课题主要研究的是基于PLC的工件搬运与焊接控制系统的设计，包括硬件的设计和软件的设计。通过设计编制PLC程序实现控制系统的自动控制。利用组态软件设计出人机界面，进行设备和数据对象的连接，实现动画连接，实现运动及夹紧工件、自动焊接工件设备的监控。通过仿真软件将搬运与焊接的动作过程进行动画演示，使动作形象化。提供较为直观、清晰、准确的工件搬运与焊接系统运行状态，为维修和故障诊断提供多方面的可能性，充分提高系统的工作效率。

第2章工件搬运与焊接系统控制方案设计2.1控制方式的选择（1）控制方式的分类传统的工业设备自动控制主要通过继电器或分立电子电路实现。这种控制方法投资相对较少。目前，一些旧式和简单的工业设备存在一定的市场，但控制方法存在以下致命缺陷：①仅适用于简单的逻辑控制；②仅适用于特殊工程项目，但不适用于普遍；③没有修改和优化的可能性。随着工业自动化技术的快速发展，中国工业领域的自动化基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变。计算机控制模式具有以下两个特征：硬件上至少有一个微处理器和通过软件来进行响应的控制。目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：①可编程序逻辑控制器（PLC）；②工业控制计算机（IPC）；③集散控制系统（DCS）。（2）PLC与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DCS）的比较各自技术发展的起源：计算机是专为满足快速，大型数据处理需求而设计的设备。在硬件结构方面，总线具有高度标准化，兼容性和丰富的软件资源，尤其是具有实时操作系统支持。因此，它在控制需要快速，实时，复杂模型和大计算工作量的工业对象方面具有优势。分布式系统已从工业自动化仪表控制系统演变为工业控制计算机中心分配系统。因此，它在模拟处理和环路调节方面具有一定的优势。它主要用于连续过程控制，并专注于循环调节。PLC是从继电器逻辑系统开发的，主要用于过程控制。在初始阶段，它主要取代继电器控制系统，重点是开关量的顺序控制。近年来，随着微电子技术，大规模集成电路技术，计算机技术和通信技术的发展，PLC在技术和功能上取得了飞跃。在初始逻辑运算的基础上，增加了数值计算和闭环调整等功能，增加了模拟量和PID调整等功能模块；提高了运行速度，CPU能力赶上了工业控制计算机；因此，本地总线和网络（LAN）也可以构建为分布式系统。特别是个人计算机也被吸收到PLC系统中。PLC在过程控制中的发展将是一个智能变送器和现场总线，具有向下扩展功能和开放式总线。相同点：在微电子技术发展的背景下，从硬件角度来看：PLC，工业计算机和分布式系统（DCS）之间的差异正在缩小，并且将类似于一些微电子元件，微处理器，大容量半导体存储器。不同点：由于PLC和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具，实际上它们的区别仍然存在。PLC由编程器或计算机编程。编程语言是梯形图，功能块图，顺序功能表图和指令列表。配电系统本身或计算机结构的配置构成了开发系统环境。特别是，PLC与STD总线工业计算机的区别相似，无论维护，安装和模块功能如何，PLC更适合运行在黑色模式下，但如果要在线操作时进行大程序修改，其性能略逊于STD工业计算机，但从切换量控制的角度来看，PLC性能优于STD工业计算机。总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考虑。没有哪种控制器是绝对完善的，也没有哪种产品绝对差，只能说根据不同的环境选择更适用的产品。（3）工件搬运与焊接系统控制方式的选定PLC实现的自动控制系统，其控制功能基本都是通过设计软件来实现的，这种软件是利用PLC厂商提供的指令系统，根据机械设备的工艺流程来设计。PLC自问世以来，经过20多年的发展，在美国、欧洲、日本等工业发达国家已成为重要产业，当前，PLC在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用PLC设计自动控制系统已成为世界潮流。PLC具有生命力的原因在于它更适合工业领域和市场要求：高可靠性和强抗各种干扰。编程和安装使用方便，价格低廉，寿命长。与MCU相比，其输入输出更接近现场设备，无需添加太多中间组件或更多接口，节省用户时间和PLC的下端（输入）是一个控制单元，如继电器，晶体管和晶闸管，上端通常是面向用户的微型计算机。应用后，人们可以操作和编程，可编程控制器需要专门的计算机培训来执行各种复杂的工业控制任务。PLC具有许多的数不清的好处。机器人控制系统采用PLC控制，体积小，重量轻，控制方式灵活，可靠性高，操作简单，维护方便。由于PLC的灵活性，模块化和易扩展性，根据现场要求，可以实现机器人的不同工作要求。机器人采用PLC控制技术，可以大大提高系统的自动化程度，减少大量的中间继电器，时间继电器和硬件布线，同时，PLC控制系统可以轻松改变生产过程，增强控制功能，总之，机器人的控制方式选择PLC控制。本设计采用的PLC型号为西门子S系列1200型号。2.2可编程序控制器简介可编程序控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC或PC，是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适应复杂的控制任务。PLC与普通微型计算机基本相同，由两部分组成：硬件系统和软件系统。PLC的硬件系统包括微处理器（CPU），存储器（EPROM，ROM），输入/输出（I/O）组件，电源组件，编程器，I/O扩展单元和其他外围设备。每个部分通过总线连接（电源总线，控制总线，地址总线，数据总线）。其结构简图如下：外设I/O接口外设I/O接口输出部件存储器微处理器运算器控制器电源输入部件I/O扩展接口I/O扩展单元受控元件输入信号外部设备图2-1PLC硬件结构图PLC的软件系统是指PLC使用的各种程序的集合。它通常可以分为两部分：系统程序和用户程序。系统程序是必须包含在每个PLC成品中的部件。它由PLC制造商提供，用于控制PLC本身的操作。系统程序在EPROM中固化。用户程序是用户根据控制需求编写的程序。硬件系统和软件系统组成一个完整的PLC系统，它们是互补和必不可少的。2.3伺服电机简介伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度，驱动控制对象。伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。伺服电动机，是将电能转变为机械能的一种机器。伺服电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。伺服电动机主要由定子部分和转子部分组成，其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组（其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组）。伺服电动机控制精度高，矩频特性好，具有过载能力，多应用于物料计量，横封装置和定长裁切机上。伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。控制系统中用来产生控制脉冲，通过编程输出一定数量的方波脉冲，控制伺服电机的转角进而控制伺服机构的进给量，同时通过编程控制脉冲频率来控制伺服机构的进给速度；环形脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按伺服电机的通电顺序分配到相应的绕组。PLC控制的伺服电机可以采用软件环行分配器，也可以采用硬件环行分配器。采用软件环行分配器占用的PLC资源较多，特别是伺服电机绕组相数M>4时，对于大型生产线应该给予充分考虑。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种专用芯片可以选用。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几～几十伏特、几十～几百毫安。但对于功率伺服电机则要求几十～上百伏特、几安～十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。本次设计采用的伺服电机的型号是西门子SIEMENS1FK7080-5AF71-1SA0型号，如伺服机构采用硬件环行分配器，则占用PLC的I/O口点数少于5点，一般仅为3点。其中I口占用一点，作为启动控制信号；O口占用2点，一点作为PLC的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为伺服电机转向控制信号，接至硬环的相序分配控制端。伺服系统采用软件环行分配器时，I口和O口分别多占用一个点，其接口如图2-2所示：伺服系统硬环的相序分配控制端伺服系统软件环行分配控制端图2-2可编程控制器的接口控制系统中PLC用来产生控制脉冲；通过PLC编程输出一定数量的方波脉冲，控制电机的转角进而控制伺服机构的进给量[13]；同时通过编程控制脉冲频率——即伺服机构的进给速度；环行脉冲分配器将可编程控制器输出的控制脉冲按电机的通电顺序分配到相应的绕组。采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用PLC的I/O口点数，目前市场有多种专用芯片可以选用。电机功率驱动器有将PLC输出的控制脉冲放大到几十～上百伏特、几安～十几安的驱动能力。一般PLC的输出接口具有一定的驱动能力，而通常的晶体管直流输出接口的负载能力仅为十几～几十伏特、几十～几百毫安。但对于功率电机则要求几十～上百伏特、几安～十几安的驱动能力，因此应该采用驱动器对输出脉冲进行放大。进给方向控制即电机的转向控制。伺服电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的通电顺序来改变其转向；如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转；当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变电机绕组的通电顺序实现。由伺服电机的工作原理和特性可知电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数；因此可以根据伺服机构的位移量确定PLC输出的脉冲个数：N=Di/d公式2-1中：Di——伺服机构的位移量（mm）；d——伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）伺服机构的进给速度取决于电机的转速，而电机的转速取决于输入的脉冲频率；因此可以根据该工序要求的进给速度，确定其PLC输出的脉冲频率：f=Vf/60d(Hz)公式2-2中：Vf——伺服机构的进给速度（mm/min）2.4总体方案设计本系统主要设计一个基于PLC的流水线搬运与焊接控制系统设计。系统主要有传感器模块、传送带模块、传感器检测模块、搬运模块、PLC、指示灯。传感器用于检测有物体的放入。传动带模块用于控制传送带的速度。搬运模块用于物件的搬运。PLC控制模块用于系统的总体流程的控制。标志设备运行状态指示灯（绿色）闪烁表示可以放，已搬运完成。图2-3系统结构框图

第3章硬件系统设计3.1搬运与焊接搬运用传动系统装置结构本系统用于生产线上工件搬运与焊接系统，将甲工件由工件搬运与焊接系统从供料站的运输到加工站再运输到搬运与焊接站和乙零件搬运与焊接之后再由工件搬运与焊接系统运输到分拣台的过程。系统的主要功能由搬运工件与焊接系统及直线导轨完成。根据系统的工艺要求及控制要求分析，直线运动传送组件、工件搬运与焊接系统传动装置如图3-1、3-2所示：图3-1直线运动传送组件图3-2工件搬运与焊接系统传动装置传动组件由直线导轨底板、伺服电机及伺服放大器、同步轮、同步带、直线导轨、滑动溜板、拖链带和原点接近开关、左、右极限开关组成。原点接近快关是一个无触点的电感式接近传感器，用来提供直线运动的起始点信号。左、右极限开关均是有触电的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左、右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。3.2工件搬运与焊接系统的控制过程（1）抓取：工件搬运与焊接系统装置将甲工件从供料站出料台抓取出，抓取的顺序是：手臂伸出-->手爪夹紧工件-->提升台上升-->手臂缩回。（2）抓取动作完成后，工件搬运系统装置向加工站移动，移动速度不小于30mm/s。（3）工件搬运系统装置移动到加工站物料台的正前方后，即把甲工件放到加工站物料台上。工件搬运系统装置在加工站放下工件的顺序是：手臂伸出-->提升升降台-->手抓松开-->放下工件-->手臂缩回。（4）焊接：每个焊接工作检测到夹具到位后，先将夹具顶起，然后下压气缸压下，接着开始焊接。焊接完成流到下一工位。5个焊接工位的动作相同，只是焊接轨迹不同。（5）取料模块：夹具在该工位停留，将焊接完成的工件取走，按下按钮后放行。3.3系统硬件组成气动控制阀是指在气动系统中控制气流的压力、流量和流动方向，并保证气动执行元件或机构正常工作的各类气动元件[18]。气动控制阀的结构可分解成阀体(包含阀座和阀孔等)和阀心两部分，根据两者的相对位置，有常闭型和常开型两种。阀从结构上可以分为：截止式、滑柱式和滑板式三类阀。图3-3主控制接线图工件控制回路原理图如图3-3所示。图3-4气动控制回路原理图图3-5电机控制图

第4章软件系统设计4.1PLC选择及I/O口分配4.1.1PLC控制系统设计的基本原则（1）满足被控对象的控制要求及考虑将来发展的需要，PLC选用功能较强的新产品，并留有适当的余量。（2）系统安全、可靠。（3）尽可能简单、经济、使用与维修方便。（4）具有高的性能价格比。4.1.2PLC控制系统设计步骤（1）分析被控对象，提出控制要求。（2）确定输入、输出设备。（3）确定PLC的I/O点数，选择PLC机型。（4）分配I/O点数，绘制PLC控制系统输入、输出端子接线图。（5）程序设计，绘制工作循环图或状态转移图。（6）程序调试。先进行模拟调试，再进行现场联机调试；先进行局部、分段调试，再进行整体、系统调试。（7）调试过程结束，整理技术资料，投入使用。4.1.3I/O口分配原则本控制系统的PLC的输入、输出点数的确定是根据控制系统设计要求和所需控制的现场设备数量加以确定。（1）PLC的输入端口包括工作按钮、上升、下降按钮、总停按钮、前进、速度、工件到位等。（2）PLC的输出端口包括运行指示灯、继电器、外部接口、伺服电机接口等。PLC输入、输出分配表如表4-1、表4-2所示。4.1.4I/O口分配表此方案对超程保护所使用的行程开关合运动方向指示灯，独立分配I/O。优点：（1）独立控制，互不干扰。（2）程序简单，无需添置编码、解码张芯片及其抗干扰设施。（3）良好的稳定性。（4）预留足够的I/O点数，大于10~20%。方便以后的扩展升级。表4-1I/O分配输入端一览表输入名称I0.0急停I0.1启动I0.2停止I0.3伺服原点I0.4伺服上限位I0.5伺服下限位I0.6伺服准备好I0.7伺服报警I1.0预料台检测I1.1推料气缸伸出到位I1.2推料气缸缩回到位I1.3物料台物料检测I1.4物料夹紧气缸伸出到位I1.5物料夹紧气缸缩回到位I2.0物料台缩回到位I2.1物料台伸出到位I2.2旋转台左侧物料到位I2.3旋转台右侧物料到位I2.4装配物料检测I2.5机械手焊接完成I2.6光栅I2.7下料气缸伸出到位I3.0下料气缸缩回到位表4-2I/O分配输出端一览表输出名称Q0.0冲压脉冲输出Q0.1伺服方向Q0.2伺服使能Q0.3伺服报警复位Q0.4推料气缸电磁阀Q0.5物料夹紧气缸电磁阀Q0.6物料台起升气缸电磁阀Q0.7装配下料气缸电磁阀Q1.0焊接机械手动作Q1.1输送带Q2.0机台报警4.2主程序编写的思想从工作任务可以看到，输送单元传送工件的过程是一个顺序控制的过程，包括两个方面，一是电机驱动抓取工件搬运与焊接系统的定位控制，二是工件搬运与焊接系统到各工作单元物料台上抓取或放下工件，其中前者是关键。本程序采用绝对位置控制指令来定位。因此需要知道各工位的绝对位置脉冲数。若驱动器的细分设置为10000步/转，数据如表4-3所示。表4-3电机运行的运动位置序号站点脉冲量移动方向0低速回零1零位-->供料站22mm36672供料站-->加工站430mm71667DIR3供料站-->搬运与焊接站780mm130000DIR4供料站-->分拣站1040mm173333DIR传送工件的顺控过程是否进行，取决于系统是否在运行状态、急停按钮是否正常以及急停复位后的处理是否结束。为此，须建立一个主控过程允许执行的标志M20，只有当M20被置位时，才能运行顺控过程。由此可见，系统主程序应包括上位电初始化、复位过程（子程序）、准备就绪后投入运行、检查及处理急停等阶段，最后判断M20是否为ON。在主程序清单中，先后调用初态检查子程序P1和急停处理子程序P2，前者的功能是检查系统上电后是否在初始状态，如不在初始状态则运行复位操作。后者的功能是：当系统进入运行状态后，检查急停按钮是否按下和进行急停复位的处理，以确定M20的状态。在紧急停止状态或系统正处于急停复位后的处理的过程，M20OFF，这时主控过程不能进行。仅当急停按钮没有按下或急停复位后的出力已经完成，M20ON，启动一个主控快，块中的传送工件顺控过程可以执行。传送工件过程是一个单序列的数控过程。传送功能流程图如图4-4所示。图4-4传动功能过程及流程说明其中图4-4中的第S11、S15、S20、S22步都是电机驱动工件搬运与焊接系统运动的过程，以S15步为例，梯形图如图4-5所示。图4-5工件搬运与焊接系统从加工单元移动到搬运与焊接单元梯形图程序中使用绝对位置控制指令驱动电机运动，指定目标位置为+13000脉冲（搬运与焊接单元对原点的坐标，见表4-1），运行速度为60KHz。指令执行前的当前位置（加工单元加工台中心线）为71667脉冲。指令执行时，自动计算出输出的脉冲数（13000-71667=58333）为正值，故旋转方向信号输出Y002ON，电机应为反向旋转。因此，在安装和调试电机时应予以注意。

第5章组态仿真在工件搬运与焊接控制系统中的应用5.1软件介绍博途是西门子公司开发的一款全集成自动化编程软件，TIA博途是全集成自动化软件TIAportal的简称，是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件。它是业内采用统一的工程组态和软件项目环境的自动化软件，几乎适用于所有自动化任务。借助该全新的工程技术软件平台，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统。博图是一个集成软件平台，专业版支持300、400、1200、1500，同时还支持西门子人机界面，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。5.2控制界面开发设计1.建立新工程建立新工程时，首先通过“工程管理器”指定工程的名称和工作路径，不同的工程一定要放在不同的路径下。指定工程的名称和路径，选择型号，如图5-1所示。图5-1设备选择界面在设备视图里选中CPU以太网网口，下方会出现PLC属性—常规—以太网地址—IP协议选中在项目中设置IP地址，如图5-2所示。图5-2新建工程向导在PLC变量—默认变量表创建变量，在仿真时不能使用外部I点，否则不能被仿真与强制，建议采用M点，如图5-3所示。图5-3新建工程向导二在程序块0B1主程序里编写如下图启保停程序。图5-4新建工程向导三在“新画面”对话框中，可以给画面命名，在注释中，可以选择画面位置及其画面风格。3.定义IO设备在亚控中，把需要与组态软件之间交换数据的设备或者程序都作为IO设备，IO设备包括：DDE,OPC,PLC、UPS、变频器、智能仪表、智能模块、板卡等，这些设备一般通过串口和以太网等方式与上位机交换数据：只有在定义了IO设备后，才能通过数据库变量和这些IO设备。如图5-6所示。用软件绘制PLC的控制面板，可以提前设计控制相，实现工件搬运与焊接系统的监控和仿真。系统的界面如图5-5所示。图5-5系统界面图5-6控制按钮5.3控制系统的程序调试1）对于比较复杂的控制系统，需要绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。2）根据流程图，结合定义的输入输出定义，编写程序。3）将程序输入到PLC的用户存储器，并查找程序是否正确。4）对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。保存所有组态设置，然后关闭组态监控程序。将PLC程序下传到PLC装置中并让其运行，切换到离线状态，然后启动，进入组态工程运行界面。在运行中通过对按钮的操作可检测所编程序的正确与否。点击放置启动按钮开始工作，工件按照设置的工序进行工作。图5-7控制面板设置

第6章总结与展望本次设计主要针对流水线上的工件搬运与焊接任务，设计了一套自动化搬运与焊接系统，实现了基本流程达并到了设计要求，主要成果如下：（1）分析了目前自动化生产系统的现状及存在的一些问题，对整体布局进行研究与设计，通过综合对比，确定了一种既提高效率又节约成本的方案。（2）研究了流水线上实际搬运与焊接的需求，设计自动控制系统的内部结构组成，规划出了系统的各个功能模块，制定了整体的工艺流程。（3）研究了工件分配与组装技术，对关键点位进行可靠性分析，考虑到实际加工过程中的工件需求，运用伺服技术来运转系统。（4）基于西门子PLC与博图软件的仿真建立了流水线搬运与焊接的组合动作控制系统，通过配置仿真系统的参数，实现了对整个自动化系统的监控，确保了运转过程中的安全性。本次设计还能做出如下改进：（1）多点位间的准确定位搬移，可扩展用于流水线合拢与分发、产品的定位拿取与堆放、装箱、焊接等功能。（2）搬运过程中的路径与速度未达到严格的控制，使得整个系统的运行过程中还存在不确定因素，因此应进一步优化与完善。（3）焊接过程中可增加对于种类的识别与判断，实现对不同类型工件的焊接与分拣任务。

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