基于PLC的自動化生產(chǎn)線示教功能設(shè)計與教學(xué)應(yīng)用*

洪凱銳 陳國貴 林若波

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基于PLC的自動化生產(chǎn)線示教功能設(shè)計與教學(xué)應(yīng)用*

洪凱銳 陳國貴 林若波

（揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程系）

針對自動化生產(chǎn)線設(shè)備教學(xué)中的不足，提出一種基于觸摸屏編程的PLC自動化生產(chǎn)線示教功能設(shè)計。首先介紹自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)運行總體設(shè)計思路；然后介紹PLC生產(chǎn)線示教功能設(shè)計原理與實現(xiàn)步驟；最后以分揀系統(tǒng)為例，介紹PLC生產(chǎn)線示教功能在教學(xué)中的應(yīng)用。應(yīng)用表明：采用示教模式，通過觸摸屏進行二次編程，學(xué)生能更好地理解數(shù)字量寫入過程，具有較好的直觀性，對自動化生產(chǎn)線設(shè)備的教學(xué)具有一定的示范效果。

自動化生產(chǎn)線；示教功能；觸摸屏；分揀系統(tǒng)

0 引言

自動化生產(chǎn)線的工作流程包括產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的工藝流程，即從原料進入生產(chǎn)現(xiàn)場開始，經(jīng)歷加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)活動。近年，高職院校加大自動化生產(chǎn)控制技術(shù)和柔性加工綜合實驗平臺的建設(shè)力度，提高學(xué)生掌握光、機、電一體化的理論水平與實踐能力，自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)備得到廣泛應(yīng)用[1-3]。但傳統(tǒng)的自動化生產(chǎn)線設(shè)備由于采用計算機PLC編程，每次改變都要重新寫入程序，且改變設(shè)備的運行方式時，采用傳統(tǒng)計算機編程模式不直觀，學(xué)生較難理解其工作過程，存在一定的教學(xué)盲區(qū)。對于機械手教學(xué)，能更方便、直觀地顯示其工作方式，如改變機械手的運動路徑、機械手定點停止等。本文針對生產(chǎn)線教學(xué)過程直觀性差的不足，結(jié)合我校自動化生產(chǎn)線設(shè)備，通過觸摸屏實現(xiàn)PLC二次編程，應(yīng)用觸摸屏示教模式進行教學(xué)，取得較好的教學(xué)效果。

1　自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計

自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，包括SX-815E光機電一體化設(shè)備、FX2N-48M PLC、變頻器、PC機和觸摸屏5部分。光機電一體化設(shè)備的檢測控制端口分別與PLC觸點連接；PLC通過RS422總線與觸摸屏連接；變頻器通過端口分別與光機電一體化設(shè)備和PLC連接；觸摸屏通過RS232總線與PC機連接。

圖1　自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)框圖

觸摸屏生產(chǎn)線工作流程如圖2所示。

1）工作時，先啟動轉(zhuǎn)盤驅(qū)動電機，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)送料，物料進入物料臺。當(dāng)物料傳感器檢測到物料后，物料臺上升。

2）當(dāng)物料傳感器檢測到升料臺有物料時，機械手進行右旋到位→下降夾緊物料→上升縮回→左旋下降→松開物料等一系列動作，將物料送到進料口。

3）進料口光電傳感器檢測到有物料后，傳送帶啟動，由變頻器控制傳送速度。傳送帶上3個不同的傳感器分別感應(yīng)不同的物料，并由相應(yīng)的推桿推物料入斜槽。

圖2 觸摸屏生產(chǎn)線工作流程

2　PLC自動化生產(chǎn)線示教功能設(shè)計與實現(xiàn)

自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的教學(xué)模式有自動模式、手動模式和示教模式3種。本文主要介紹示教模式的實現(xiàn)過程。

2.1　示教模式設(shè)計原理

示教模式通過觸摸屏二次編程的方法，代替PC改變PLC程序的自動執(zhí)行過程，學(xué)生能更好地理解數(shù)字量寫入過程。在寫入時，由數(shù)字量驅(qū)動機械手做相應(yīng)的動作，實現(xiàn)控制系統(tǒng)的示教功能。

1）采用數(shù)字量進行信號處理，通過賦予數(shù)據(jù)寄存器不同的數(shù)值，在觸點比較指令的調(diào)用下，控制對應(yīng)輸出繼電器的動作。控制形式為機械手能夠?qū)κ窘桃笞龀鱿鄳?yīng)的動作，操作者可直觀地看到命令的執(zhí)行過程，對不滿意的動作能將其逐步刪除，機械手也退回相應(yīng)的動作。

2）通過示教模式控制機械手動作變化，當(dāng)機械手動作達到終點時，與數(shù)據(jù)寄存器進行比較，數(shù)據(jù)更新，從而觸發(fā)新的動作。系統(tǒng)需要對所賦數(shù)值進行限制，以防用戶的誤操作導(dǎo)致機械手不運動。

3）采用變址的方法，將存儲區(qū)地址寫成“數(shù)據(jù)寄存器起始地址+地址偏移量（變址寄存器）”的形式。當(dāng)存儲一個數(shù)據(jù)時，就對變址寄存器加一，調(diào)用下一個數(shù)據(jù)寄存器入口地址等待下一個數(shù)據(jù)的寫入。

2.2　示教功能實現(xiàn)步驟

示教功能設(shè)計流程圖如圖3所示。

圖3 示教功能設(shè)計流程圖

示教功能實現(xiàn)步驟如下：

第一步，進入示教模式，點擊“回原點”對機械手作回原點操作，保證機械手開始工作位置在原點；

第二步，示教模式編寫與運行界面如圖4所示，點擊“編寫”進入示教狀態(tài)，左上角為所編程序的代號序列；示教狀態(tài)由上至下、由左到右排列，滿足多個動作要求；右上角為示教按鈕，上面顯示各動作對應(yīng)的代號，每點擊一個機械手示教一個相應(yīng)的動作，如點擊“上6”鍵，則表示機械手做上升動作，同時觸摸屏左邊顯示“6”，機械手作上升動作，觸摸屏也同時顯示機械手的上升動作，說明示教成功；

第三步，當(dāng)編寫完成后，點擊“存儲”進入程序存儲頁面，如圖5所示；選擇“錄入”把所編寫的程序存入對應(yīng)的“程序存儲區(qū)”，若“程序存儲區(qū)”變?yōu)榧t色，則說明程序已存儲；選擇“調(diào)用”可調(diào)用對應(yīng)“程序存儲區(qū)”里的程序，同時對應(yīng)的綠燈被點亮；選擇“返回”，返回到示教模式頁面，可開始運行程序；若點擊“清除”，則清除“程序存儲區(qū)”中的內(nèi)容；

第四步，返回示教模式頁面后，選擇一種符合所需的運行方式；若選擇“周期運行”，程序運行一次后自動結(jié)束；若選擇“循環(huán)運行”，程序循環(huán)運行，直至選擇“結(jié)束”后運行才停止；2種運行模式也能互相切換，“循環(huán)運行”時點擊“周期運行”可保證一套動作的完整結(jié)束后才自動停止；

第五步，示教模式里，對機械手有分揀要求時，可以點擊“傳送設(shè)置”調(diào)用分揀機構(gòu)來分揀物料；也可以點擊“供料”使供料站供料，供料時黃燈被點亮；

圖4　示教模式編寫與運行界面

圖5　示教模式的程序存儲

第六步，退出時點擊“結(jié)束”退出示教模式，回到主界面。

3　PLC生產(chǎn)線示教功能的教學(xué)應(yīng)用

PLC自動化生產(chǎn)線的示教功能，可結(jié)合設(shè)備現(xiàn)場進行教學(xué)設(shè)計應(yīng)用。本文以分揀系統(tǒng)示教模式設(shè)計與應(yīng)用為例進行說明[4-6]。

3.1　示教功能教學(xué)案例設(shè)計任務(wù)

分揀系統(tǒng)示教模式設(shè)計為持續(xù)運行、無料停止和計數(shù)取料3種傳送方式，并模擬其示教運行情況。其中，持續(xù)運行是設(shè)備啟動后傳送帶持續(xù)傳送不停止；無料停止是傳送帶處于待機狀態(tài)，當(dāng)物料口傳感器檢測到來料時，延時1 s后啟動傳送帶運行，當(dāng)物料被分揀完畢后，自動停止傳送；計數(shù)取料由觸摸屏對各類物料每次所需搬運數(shù)量進行設(shè)定，當(dāng)某種物料的目前數(shù)量與要求數(shù)量相等時，停止一切工作，且蜂鳴器發(fā)出報警。

3.2　示教功能設(shè)計過程與實現(xiàn)

根據(jù)分揀系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)，按照示教模式實現(xiàn)步驟，編寫系統(tǒng)設(shè)計流程圖，通過觸摸屏進行二次編程。寫入示教一系列數(shù)字：1（左轉(zhuǎn)）→3（伸出）→5（下降）→7（夾緊）→10（延時1 s）→4（縮回）→6（上升）→2（右轉(zhuǎn)）→5（下降）→8（松開），分別實現(xiàn)持續(xù)運行、無料停止和計數(shù)取料3種傳送方式，分揀系統(tǒng)示教模式計數(shù)取料的流程圖如圖6所示。

圖6計數(shù)取料流程圖

3.3　示教功能應(yīng)用演示效果

啟動自動化生產(chǎn)線設(shè)備，調(diào)試程序，進行示教功能應(yīng)用。示教結(jié)果表明：機械手動作順序與輸入動作要求相符合，運行效果良好，具有很好的直觀性。圖示教實操現(xiàn)場部分效果圖如7所示。

4　結(jié)語

本文基于PLC自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)示教功能設(shè)計與教學(xué)應(yīng)用，通過觸摸屏進行二次編程，使學(xué)生能更好地理解數(shù)字量寫入過程。對于不熟悉PLC程序的學(xué)生，通過自主學(xué)習(xí)后，可快速方便地更改PLC程序，設(shè)計新的自動化生產(chǎn)線，具有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 李寬元,王中任,陳十力,等.基于PLC控制的自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)設(shè)備的設(shè)計[J].機械工程與自動化,2016(2):176-177,180.

[2] 張杰峰,劉傳勝.離線編程示教的工業(yè)機器人教學(xué)研究[J].裝備制造技術(shù),2014(10):222-224.

[3] 王壽斌.基于PLC回轉(zhuǎn)型自動化控制生產(chǎn)線仿真示教設(shè)備的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備,2007(5):22-23,26.

[4] 王金娟,周建清.機電設(shè)備組裝與調(diào)試技能訓(xùn)練[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.

[5] 趙松年,李恩光,裴仁清.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[6] 史宜巧,侍壽永.PLC技術(shù)及應(yīng)用項目教程[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社,2014.

Teaching Function Design and Teaching Application of Automatic Production Line Based on PLC

Hong Kairui Chen Guogui Lin Ruobo

(Department of Electrical and Mechanical Engineering, Jieyang Vocational and Technical College)

This paper puts forward a design of teaching function of PLC automatic production line based on touch screen programming in view of the deficiency of equipment teaching in automatic production line. Firstly, it introduces the general design idea of the automatic production line control system. Secondly, it introduces the design principles and the implementation steps of the teaching function of the PLC production line. Finally, it takes the sorting system as an example to introduce the application of the teaching function of the PLC production line in teaching. The results show that the students can understand the process of digital writing better by using the teaching model and the second programming with touch screen, which leads to a better intuitiveness, and a certain teaching demonstration effect on the teaching of the equipment of automatic production line.

Automatic Production Line; Teaching Function; Touch Screen; Sorting System

洪凱銳，男，1995年生，大專在讀，機電一體化專業(yè)學(xué)生。

陳國貴，男，1978年生，碩士，副教授，主要研究方向：機電一體化技術(shù)、電氣自動化的教學(xué)與科研。

林若波（通訊作者），男，1974 年生，碩士，教授，主要研究方向：機電一體化技術(shù)、電氣自動化的教學(xué)與科研。E-mail: linruobo@126.com

基金項目：2018年廣東省大學(xué)生科技創(chuàng)新培養(yǎng)專項（pdjhb0934）；2015年廣東省高職教育質(zhì)量工程教改項目（GDJG2015226）；2016年廣東省高等職業(yè)教育專業(yè)領(lǐng)軍人才培養(yǎng)對象項目（粵教職函[2018]14號）。