PLC以卓越的可靠性和方便的可编程性广泛应用于工业控制领域。实现PC机和PLC通信的目的是为了向用户提供诸如工艺流程图显示、动态数据画面显示、报表显示、窗口技术等多种功能, 为PLC提供良好的人机界面。本文采用三菱公司的FX系列中的FX 2N可编程控制器, 利用VB编写监控系统。
一、机械手监控生产线系统概要
(一) 机械手监控生产线结构及电气原理介绍
本论文是在基于机械手的加工生产线的基础上提供一个监控功能的监控系统研究。该系统将机械装置、控制电路、信息处理部分等机构有机的构成一个整体, 完成要求的逻辑关系。机械手的主回路电路图如图1所示。
其控制要求为:开启自动按钮, 传送带开始正转, 当物料到达传感器位置时, 位置传感器发出信号, 使传送带停止, 同时材质传感器检测出材质。机械手下降抓取工件提升离开传送带一定距离, 根据金属与非金属, 分别左旋或右旋90度, 然后下降并放下工件, 再提升到上极限位置后回到工件检测位上方, 如此循环。机械手升降和手爪张合由气缸控制、旋转由直流电机控制, 行程开关限位。本系统的控制流程图如图2所示。
(二) 机械手监控生产线硬件性能及工作原理
在本论文中机械手监控生产线的传感部分由1个光电传感器和1个金属传感器组成, 安装在传送带两侧的光电传感器是作为PLC的输入信号来检测推料处是否有物料, 当检测到有物料时, 光电传感器内阻增大, 开关断开。这时就会有“1”信号作为输入信号递给PLC, PLC根据输入信号的变化, 按照编制的程序控制相应气缸的动作。金属传感器检测到金属时, 机械手左旋将物料放到指定地点, 若是非金属则机械手右旋。
本论文所用的电感式接近传感器属于一种有开关量输出的材质传感器, 它是由LC高频振荡器和放大处理电路组成而成的, 利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时, 使物体内部形成涡流。这个涡流反作用于接近开关, 使接近开关振荡能力衰减, 从而使传感器内部电路的参数发生变化, 由此来识别出有无金属物体的接近, 进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。
二、机械手监控生产线控制系统硬件设计
(一) PLC机型的选择
在选择硬件的型号不仅要考虑系统控制设计要求又要考虑到经济成本, 还要考虑以后生产变化及可靠性的要求, 一般I/O点数会预留10%和15%的余量防备以后的设计变化, 首先根据设计要求大概估算需要多少的I/O点数, 再根据设计要求考虑程序结构、运算处理量、程序存储器容量。本加工监控生产线控制系统为小型控制系统, 故采用整体型PLC即可。本系统需要两个直流电机 (用于传送带运行和机械手旋转) 。输入信号主要有光电传感器1个, (检测物料是否到达指定位置) , 金属传感器1个 (检测是否为金属) , 原点限位开关、左旋限位开关、右旋限位开关、旋转电机左旋开关、旋转电机右旋开关、旋转电机启停开关, 皮带启停开关, 皮带正转开关, 皮带反转开关, 机械手上升开关, 机械手下降开关, 机械手松开关, 机械手进开关, 共需15个输入端口。输出端口需要6个端口来控制皮带正转、皮带反转、机械手左旋、机械手右旋、机械手松紧气泵电磁阀开关和机械手上下气泵电磁阀开关。采用了五个定时器 (T0、T1、T2、T3、T4) 及诺干个中间继电器M本系统采用三菱公司生产的FX2N-4MRM型号的PLC, 该PLC不仅具有数字量输入24点, 数字量输出24, 共48个输入输出端口还有中间继电器 (M) 、顺序控制继电器 (S) 、计数器 (C) 、定时器 (T) 、数据寄存器 (D) 、指针 (P) 、嵌套 (N) 等丰富的软元件, 能够满足机械手监控生产线系统的设计要求。
(二) PLC输入输出电气连接设计
本系统中传送带的转动和机械手左右的旋转采用直流电机带动, 而机械手的上下, 夹紧放松物料由气动驱动。因此本系统PLC的输出主要控制直流电机和电磁阀。由于电磁阀的容量比较小, 所以可以由PLC输出端口直接驱动。在一般的情况下, PLC的输出端口不直接与直流电机相连, 而是通过各种电磁继电器组成的外部控制电路完成直流电机正反转启停。PLC的工作方式与通用微机有所不同, 它最大的特点就是硬件和软件可以分开设计。因此采用PLC进行控制系统设计时, 硬件电路和PLC控制程序可以分开制作, 做好后再与机械手生产线联机调试。
三、机械手监控生产线PLC控制程序设计
(一) 机械手监控生产线的设计方法
在系统实行的各个环节中, 在输入信号的作用下, 机械手和传送带可以自动有序地进行每一个要求的操作。加工监控生产线程序分为手动, 自动控制, 回原点操作, 采用调用FX系列PLC的IST指令的方式来分别实现生产线的不同控制方式。
(二) IST指令介绍
三菱FX2N系列PLC提供初始化状态指令IST, 能大大简化多种模式下运行的控制系统编程。使用IST指令, 表示系统具备手动操作、原点复位、单步运行、循环运行一次和自动运行5种运行模式。用户只需编写手动操作、原点复位和自动运行三种运行模式的程序即可。使用格式:IST X 20 S20 S27。X20指定操作输入的首元件 (也可为M) , 为了使用本指令必须指定如下具有连续编号的各输入点功能。X20为手动X26为自动启动X21为回原点X24为连续X27为停止X25为回原点启动X20——X24不能有两个输入同时为ON, 如无法指定连续编号的X, 则要使用辅助继电器M, 重新安排输入编号, 在设置IST指令时M做为操作输入的首元件。
(三) PLC控制软件设计
PLC程序的编写采用GX-WORKER编程软件完成, 三菱PLC的专用编程软件, 在与PLC通讯的状态下能对建立通信关系并对PLC直接进行各项操作, 如下载, 编写修改PLC程序等。
运用IST指令后, 状态S0为手动操作初始状态。在这种状态下, 可直接编写机械手的手动操作动作。手动操作是随时可执行的, 没有时序要求。状态S0所对应的手动操作程序为附录程序13至48步运用IST指令后, 状态S1为回原点操作初始状态。在这种状态下, 在S1中编写机械手回原点操作的各种动作指令。因为回原点操作要按照规定步骤进行, 所以使用步进梯形图编程。S10--S19为回原点的状态原件。程序为附录程50到85运用IST指令后, 状态S2为自动操作初始状态。指令规定了对自动操作的状态元件, 自动操作程序中用到了两个特殊辅助继电器M8041和M8044作为自动循环的控制条件。程序为附录程88到193步完整的程序图将以上三个部分叠加, 再加入公用的程序部分就可以完成对PLC程序的编写。
四、PLC控制系统的调试
(一) 调试前需注意事项
(1) 检查电源线L线、N线、PE线是否正确; (2) 检查机械手, 传送带等电气元件的接线是否正常; (3) 检查各个输入输出信号是否相应的连线正确, 了解检测元件和开关运行状态是否和PLC接线符合, 输出信号和各个气缸的连线是否正确。
(二) 程序调试
(1) 元器件调试:在进行调试前要对所有的传感元件、执行机构和继电器进行调试, 防止因元器件的不符造成系统的不正常运行。 (2) 自动程序调试:在每个传感器有信号的情况下, 调试相应的执行机构是否工作, 检查每个定时器和计数存储变量是否正常工作, 按设计要求进行调试, 直到整个程序正确运行。 (3) 手动程序调试:分别在接通断开各个I/O输入口, 检查程序是否按照控制的要求进行相应动作, 相应的输出信号是否有信号, 按设计要求进行调试, 直到整个程序正确运行。
(三) 运行结果
通过调试后, 系统在通电情况下运行, 表明电气控制系统各部分接线无误, 供电电源符合各个元器件的工作电压且供电电压稳定。机械手生产线能顺利完成动作, 表明输出信号对输入信号反应灵敏。在工作时间较长的情况下, 各元器件能正常运行说明各元器件稳定性好。
摘要：在设备运行的过程中, 我们往往需要对设备的生产加工过程进行实时的监控处理。本文设计了一种基于VB编写的实时监控界面, 下位机采用FX2N系列PLC作为控制器件的双层架构的机械手物料分选装置的在线监控系统, 它可以很好的将检测与控制相结合, 有效的监控机械手的运行, 实时的采集机械手运行的状况反馈到上位机中, 由上位机给下位机发送命令, 使机械手完成每个规定的执行步骤, 来代替人工以提高生产线的生产效益。
关键词：VB,FX2N系列,PLC,在线监控
参考文献
[1] 齐从谦, 王士兰.PLC技术及应用[M].北京:机械工业出版社, 2000.
[2] 杨勇.用VB6.0实现PLC与上位计算机的串行通信[J].微计算机信息, 2005 (21) :56-59.
[3] 范逸之, 陈立元, 孙德萱等.利用VisualBasc实现串并行通信技术[M].北京:清华大学出版社, 2001.