基于PLC和MCGS的MPS搬運站的設計

摘要：本文的MPS搬運站的核心控制是用西門子S7-200PLC為核心的，輔以I/O設備組成的檢測系統，加上MCGS實時檢測畫面。解決了傳統的搬運站效率低，自動化程度低，操作者勞動強度大，不便于維修的問題。本文詳細地介紹了系統原理和軟硬件設計，以及MCGS實時監測。

關鍵詞：西門子 S7-200 MPS搬運站 MCGS

0 引言

MPS—Modular Production System（模塊化生產加工系統），MPS體現了機電一體化技術的實際應用。是有名的德國FESTO公司產品。MPS模塊化生產系統設備該裝置由七套各自獨立而又緊密相連的工作站組成。 這七站分別為：上料檢測站、搬運站、加工站、安裝站、安裝搬運站、分類站(智能立體倉庫) 和現場總線。本設計主要介紹安裝搬運站。我們采用西門子PLC作為控制核心，來完成安裝搬運站的控制，并在實驗室進行了模擬監測，能實現自動循環，提高工作效率，并且增加了安全性。

1 結構與功能

安裝搬運單元：

結構：安裝搬運單元主要由提取模塊、工件平臺、直線轉圓周運動裝置、氣源處理組件、 I/O接線端口、閥組等組成。組成模塊：直線旋轉運動模塊、氣動夾爪裝置。

功能簡介：將工件從前一站搬運至下一站，并可在本站上完成大、小工件的組裝。該單元提供兩色小工件，并能將其輸入大工件的空腔中。氣缸將料倉中的兩色小工件交替推出，由真空吸盤吸取，通過轉臂輸入到大工件的空腔中。

擴展模塊：485、PPI、MPI、Profibus網絡

安裝搬運單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過程，同時能提供一個安裝工位，實現大、小工件的組裝。該模塊實際上也是一個“氣動機械手”，主要由一個直線氣缸（上下擺動）、擺臂和氣動夾爪等組成。所以本設計最主要是研究氣動機械手的控制。

2 安裝站順序動作控制要求

復位按鈕按下復位燈亮（擺臂擺回到位換向氣缸伸出到位氣缸返回到位）→開始按鈕按下開始燈亮→擺臂擺出到位→推料氣缸動作推出工件→擺臂擺回到位→計時真空吸盤工作吸住工件→時間到擺臂擺出到位→計時真空吸盤動作釋放工件→時間到換向氣缸縮回到位→推料氣缸動作推出工件→擺臂擺回到位→計時真空吸盤動作吸住工件→時間到擺臂擺出到位→計時真空吸盤動作釋放工件→時間到換向氣缸伸出到位→擺臂擺回到位→循環。

3 選定PLC型號

從工藝上看出該控制方式由7個輸入點，7個輸出點，故選擇PLC s7-200系列的CPU226。選用西門子S7-200系列PLC—CPU226，它具有24輸入/16輸出共40個數字量I\\O點，可連接7個擴展模板單元。

4 系統的軟件設計

本系統的軟件設計方面包含兩部分，即PLC和MCGS。PLC部分主要是為了進行控制。MCGS部分主要是進行監測。

4.1 PLC程序流程圖 當設備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執行復位動作，夾爪打開、擺臂上抬到位，兩個直線氣缸驅動擺臂左轉到最左端。進入工作運行模式，按啟動按鈕，擺臂下降夾取工件，抬起后轉安裝工位，擺臂下降后釋放大工件，然后上抬等待小工件的安裝（用計時器模擬安裝好的信號），有信號后擺臂再次下降夾取工件，上抬后轉輸出工位；等待輸出信號，按下啟動按鈕，擺臂下，放開工件，上抬后擺臂轉左工位，再次等待下一個工作信號。

4.2 MCGS軟件設計 由于系統采用了數字量和模擬量輸入輸出參數，所以本系統采用研祥的PCL-818L接口卡。該接口卡共有16路模擬量輸入，輸入模擬電壓范圍-10~+10，1路模擬量輸出，16路數字量輸入和16路數字量輸出，TTL\\DTL電平兼容。將該接口卡安裝再計算機箱內的ISA擴展槽上。D0通道選用了16路繼電器輸出端子板PCLD-885。完全滿足本系統的負載要求。

該組態軟件的功能包括控制面板，系統監控，報警、歷史趨勢曲線、輸出報表等幾個部分。

橫臂伸出變化過程中，安裝氣爪的推桿在橫方向做大小變化，而氣爪要在橫方向運動。小臂伸出變化過程中，安裝氣爪的推桿在豎直方向做大小變化，而氣爪要在豎直方向運動。升降變化過程中，安裝氣爪的推桿在豎直方向做大小變化，而氣爪要在豎直方向運動。

系統在啟動時，不需要完成特殊的操作和功能，可以不設置啟動策略。因此，主要的系統運行策略得在循環策略中實現，設置循環策略的循環周期為200ms，按其方式，可以分為自動控制和手動控制策略。但是，手動控制和自動控制切換過程中需要先平衡，既讓所有設備先恢復到初始狀態，所以還應具備手動和自動切換策略。

①控制面板。控制面板主要完成MPS安裝站單元的各個參數的設定以及對各個參數的當前值進行實時的顯示。②系統監控。系統監控主要實現對MPS安裝站單元的參數值以及控制設備的當前狀態完成實時顯示。③實時趨勢與歷史趨勢曲線。實時趨勢曲線可以將系統采集到的數據以實時曲線的方式顯示出來以便于觀察系統狀態。歷史趨勢曲線可以顯示出各測量點日、月、季、年參數變化趨勢，根據這些曲線可以合理地設置系統參數值。④報警及輸出報表。實施報警功能可完成在測量的同時如發現有測量結果超出設定的報警上下限時立即進行報警的功能，并在CRT上顯示報警值及報警點。

系統的測量結果可直接送入EXCEL中進行數據分析或報表輸出，同時可以將報表打印出來。

5 結束語

實踐證明，本次設計所用的氣動元件與PLC編程對MPS安裝站單元進行控制的方案是完全可行的，并且通過電動控制對自動化模塊化加工更加完整。本文的創新之處在于采用了MCGS組態軟件實現了實時的數據采集、顯示，完成了MPS安裝站單元的實時監控與控制功能。本控制系統在實驗室模擬運行成功后，效果良好，具有較強的推廣價值和使用價值。

參考文獻：

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[2]英集斯.工業自動化/機電一體化教學培訓系統模塊化生產培訓系統應用技術，2006.

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[4]組態控制使用技術，陳志文.機械工業出版社，2009.

作者簡介：孫永芳(1983—)，陜西寶雞人，碩士研究生，研究方向機電系統控制。