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基于S7 200的典型生产线教学系统

基于S7 200的典型生产线教学系统
基于S7 200的典型生产线教学系统

基于S7-200的典型生产线教学系统

段莉(重庆科创职业学院信息与机电工程学院,重庆永川402160)

摘要:本文根据教学实际,结合高职教育特色,对柔性制造教学系统进行了系统研究,主要体现在:①在分析柔性制造控制领域现状基础上,融合了PLC控制技术和工业以太网通讯等技术;

②以安装搬运站为例,阐述了基于S7-200的柔性制造系统控制过程;③通过硬件和软件的设计、实施与调试,完成该系统的基本功能。通过本文研究,为柔性制造教学系统的设计和开发提供了新的指导思想,为基于工作过程导向的高职柔性制造系统课程教学提供了行之有效的设计方案。

关键词:安装搬运站;顺序控制;系统设计;SFC

Typical Production Line Teaching System Based on S7-200

Du Li

(College of mechanical engineering of Chongqing Creation Vocational College,Chongqing

Yongchuan402160)

Abstract:According to teaching practice,the teaching system of flexible manufacturing is studied combined with the characteristics of higher vocational education,which is mainly reflected as follow:①On the basis of analyzing the situation and development trend of flexible manufacturing control field,PLC control technology,industrial Ethernet communications and other technology are incorporated;②Take the Installation and Transportation Station for example,describes the control process of flexible manufacturing system based on S7-200;③By designing,implementing and debugging hardware and software,the basic functions of the system are accomplished.The research can provide novel guiding ideology of design and develop for flexible manufacturing teaching system,and can present an effective design scheme for the vocational flexible manufacturing system based on the work process-oriented teaching.

Key Words:Installation and Transportation Station;Sequence control;System design;SFC

0引言

基于S7-200的典型生产线教学系统是针对工科高校生产线体验培训研制的模拟加工生产线开放性教学系统。系统采用了气动技术及计算机控制技术、模拟离散制造业工艺流程[1]。模块单元包括:上料检测站、安装搬运站、原料加工站、工件安装站、原料安装搬运站、皮带传送站、无杆缸传送站、分类入库站。模块间通过现场总线通讯(详见图1),可大大缩短设计、加工、安装及调试周期。通过典型生产线教学系统,教师可以根据学生的实际情况从设计、装配、编程、故障排除等方面设计教学任务;学生可以通过MPS实训将所学到的专业知识进行充分的综合应用,技能得到充分的训练。该系统即可以各站之间联网控制,也可

以单站运行,本文所设计方案为安装搬运站单站运行方案。

图1装配图

1安装搬运站设计

安装搬运站为典型生产线的第五站,其实现多次搬运的功能。它主要包括以下几个部分:铝型材台面、机械手系统、检测系统、电气挂板、气动二联件和按钮盒等。

1.1硬件描述

本站装配图如图2所示。

图2安装搬运站装配图

桌面各部分的名称与功能:

①安装搬运机构:用来搬运元件和已安装好的工件。

②I/O接口板:用于连接桌面电器元件和PLC。

③电磁阀组:用于控制桌面气动元件。

安装搬运站接线端子排包括四个部分:PLC输出接线端、PLC输入接线端、0V接线端子排和24V接线端子排。

安装搬运站PLC的I/O接线是采用单层接线端子排连接的,端子排集中连接本工作单元所有电磁阀、传感器等器件的电气连接线、PLC的I/O端口及直流电源。

1.2控制要求

上电后复位灯闪,按下复位按钮后,执行复位,复位完毕之后开始灯闪烁(以1S为周期),按下开始按钮,水平气缸伸出,伸出至前极限,抓取工件(1S),水平气缸缩回,缩回至后极限,旋转气缸右旋,转至右极限,水平气缸伸出,伸出至前极限,放工件(1S),水

平气缸缩回,缩回至后极限,旋转气缸左旋,转至左极限,返回。完成一次循环。(在适当的位置加上停止按钮,重新启动按钮)

1.3I/O分配

(1)控制面板I/O分配对照表:控制面板共有八个操作按钮,从左向右依次是:开始、复位、特殊、手动/自动、单/联、停止、上电、急停。其中开始、复位、特殊、停止、上电

所示。

五个按钮上安装了操作指示灯。控制面板按钮如图3

(2)工作区I/O分配表:安装搬运站工作区I/O分配表如表1所示。

表1工作区I/O分配表

2编程设计

2.1任务分析原料搬运控制流程图

根据控制要求可知,本系统动作为顺序控制流程结构。所谓顺序控制流程,就是将复杂的控制过程分解为若干个工序(工步),分清各个工序的动作细节(成立的条件、转移条件、

转移目标),将每个工序定义一个状态器(称为辅助继电器,用M表示),再将各个工序按控制顺序要求联系起来,即构成了顺序控制流程图,安装搬运控制流程图如图4所示。

图4安装搬运控制流程图

2.2控制系统程序设计

对于顺序控制,编程方法很多,梯形图(LAD)是与电器电路相呼应的图形语言。它沿用了继电器、触头、串并联等术语和类似的图形符号,还增加了一些功能性的指令。梯形图是融逻辑操作、控制于一体,面向对象、实时的、图形化的编程语言。梯形图按自上而下、从左到右的顺序排列,最左边的竖线称为起始母线(也称左母线),然后按一定的控制要求和规则连接各个节点,最后以继电器线圈(或再接右母线)结束,称为一个逻辑行或一个“梯级”。通常一个梯形图中有若干逻辑行(梯级),形似梯子。梯形图信号流向清楚、简单、直观、易懂。梯形图(LAD)在PLC中用的非常普遍,通常各厂家、各型号PLC都把它作为第

一用户语言。

基于S7-200的安装搬运站参考指令表如下图(图5)所示:

3系统的运行和测试

本控制系统连接硬件设备主要是操作按钮、传感器、位置开关、气阀等输出控制设备以及PC机的连接。在测试中通过人为的改变输入状态并通过操作台指示、PC机监测相应的状态变化是否符合设计功能要求,从而确定其正确性。

①通过手动控制上电、复位灯、开始灯、急停等按钮测试控制面板的基本控制功能,经测试,8个站的控制面板所有按钮都能正常工作。

②手动操作各个站的气动阀门,测试各站各功能器件的功能,经调试,各功能器件都能正常工作。

③根据设定的控制要求,调试安装搬运站的功能,测试是否能够正常运行。经单站调试,该站都能独立完成相应的控制功能。

4结束语

通过本课题研究,为柔性制造教学系统的设计和开发提供了新的指导思想,为实现实用性、典型性和基于工作过程导向的高职柔性制造系统课程教学提供了行之有效的设计方

案。

由于技术能力等方面的因素影响,本课题研究的基于PLC的柔性制造教学系统,在功能上基本达到了课程实验中对学生的教学要求,但还是有很多需要改进的地方:①在教学实验系统运行的时候,单站和PLC通过串口相连,此时计算机串口被占用,如果要进行各站之间的切换,则必须重新接线,下载PLC程序,然后再运行相应单站的PLC程序。②进行该设备开发后,需尽快编写与本设备配套的教材,制作与该设备配套的PPT课件,使之能尽快应用于教学中。

参考文献:

[1]曹著明.柔性生产线控制系统的研究与实践..实践与探索.2012.02

[2]魏鹏霄[译].生产过程自动化.机械工业出版社,1983

[3]G.Printschow G.Spur M.Weck,柔性制造系统的控制技术,上海科学技术文献出版社,1994年,P154-168。

[4]吴启迪,柔性制造自动化的原理与实践,清华大学出版社,1997年,P58-66

[5]自动化生产教学系统.苏州:苏州瑞思机电科技有限公司,2009

[6]杨后川.西门子S7-200PLC应用100例[M]北京:电子工业出版社2009.12

[7]LEWIS R W.Programming Industrial Control Systems Using IEC[J].The Institution of Electrical Engineers, 2004.165(23):132-147.

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