基于PLC運動控制技術(shù)工廠培訓平臺設(shè)計

摘要：針對我國大中型自動化工廠“PLC運動控制技術(shù)”的實際應用，考慮到目前對應的工廠培訓方法和培訓設(shè)備，提出了對PLC運動控制技術(shù)工廠培訓平臺的設(shè)計。培訓平臺基于開放式、模塊化、可拓展的設(shè)計思路，能夠加強職工理論轉(zhuǎn)化實際操作的能力，克服傳統(tǒng)模擬培訓設(shè)備在創(chuàng)新和新技術(shù)拓展方面的不足。
關(guān)鍵詞：運動控制技術(shù)；培訓平臺；培訓設(shè)備；PLC

    運動控制技術(shù)是自動化技術(shù)與電氣拖動技術(shù)的融合，在國民經(jīng)濟的各個行業(yè)中起著重要作用，利用PLC作為運動控制器的運動控制技術(shù)就是PLC運動控制技術(shù)，它涵蓋了運動控制器技術(shù)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、接口技術(shù)以及傳動技術(shù)等6要素。本著尊重科學、注重實踐，結(jié)合目前國內(nèi)外工廠培訓的現(xiàn)狀和未來發(fā)展的需要，研發(fā)了PLC運動控制技術(shù)工廠培訓平臺(以下簡稱培訓平臺)。該平臺基本涵蓋了運動控制技術(shù)的工廠實際應用，可滿足大中型自動化工廠的職工培訓，具有較高的使用價值。

1 培訓平臺組成
    培訓平臺具有模擬工業(yè)自動化生產(chǎn)線貨物分揀過程的功能，可完成貨物識別、搬運、分揀、加工、裝配、出入庫及管理等過程，主要由上位計算機、PLC控制單元(含網(wǎng)絡(luò))、變頻器單元、觸摸屏單元、指示與主令單元、電源單元、傳感器檢測單元、氣動機械手搬運單元、井式供料單元、傳輸帶單元、有軌小車單元、龍門式加工單元、多工位裝配單元、氣動控制單元、自動化倉庫單元、電氣接口單元、載貨臺單元、抽屜式操作臺等組成，其中，變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、交流電動機與PLC組成帶位置反饋的速度控制系統(tǒng)，傳感器包括電容傳感器、電感傳感器、顏色傳感器、光電開關(guān)。

    各模塊、單元又構(gòu)成行走氣動機械手機構(gòu)、平面?zhèn)}儲機構(gòu)、傳送機構(gòu)、料塊供給機構(gòu)、傳感器檢測分揀機構(gòu)、氣動控制機構(gòu)、加工機構(gòu)、裝配機構(gòu)等。
    各機構(gòu)能夠通過選擇不同單元及單元位置變化進行重組，構(gòu)成多工位加工系統(tǒng)，多工位裝配系統(tǒng)，加工裝配系統(tǒng)，物流倉儲系統(tǒng)，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，生產(chǎn)物流系統(tǒng)，從而可構(gòu)成自動化生產(chǎn)流水線，讓培訓內(nèi)容從基本模塊、單元到各種小機構(gòu)，再到綜合系統(tǒng)及自動化生產(chǎn)線，逐步由簡單、基礎(chǔ)的訓練到復雜、綜合的培訓。

2 平臺技術(shù)特點
    培訓平臺采用開放式結(jié)構(gòu)。有PLC主機接口開放、控制單元接口開放，能讓職工進行更深層次的訓練，使其不僅會編程，而且要熟悉各種傳感器、電機、變頻器、氣缸等傳感器和執(zhí)行器的接線方式，學習設(shè)計系統(tǒng)的思路與方法。
    培訓平臺可使用于多種控制器，如西門子、三菱、歐姆龍、松下、AB、GE等PLC。
    培訓平臺模型模塊均采用工業(yè)典型控制過程，并且簡繁有序，使職工在了解各種生產(chǎn)工藝后編制相應的控制程序，各工藝流程由簡單到復雜，由淺入深，層次分明，利于職工進行有梯度的訓練，同時，也方便因材施教，使接受能力較強的職工學習較復雜的控制工藝。
    培訓平臺配備上位計算機，能夠完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、人機界面(HMI)和數(shù)據(jù)處理等功能。
    培訓平臺采用MCGS工控組態(tài)軟件，可快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)。

    培訓平臺涵蓋技術(shù)廣泛，使職工不僅能進行基本指令訓練，而且提供特殊生產(chǎn)控制工藝流程，使職工能進行高速脈沖輸出(PTO)、高速計數(shù)(HSC)、網(wǎng)絡(luò)以及PID算法研究等高級功能應用與訓練。
    培訓平臺中五大單元均采用獨立的機電集成設(shè)計，單元中所涉及的各類傳感器、電機、電磁閥、傳感器、執(zhí)行器都采用就近原則匯總到帶保護裝置的接線端子排中，便于各模塊單元之間的靈活組合，系統(tǒng)可以采用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進行整個培訓系統(tǒng)的控制，同時進行上位機管理和監(jiān)控。
    培訓平臺設(shè)有漏電保護、短路保護、急停保護、隔離保護、智能保護等各種保護功能，一旦運行中出現(xiàn)故障，培訓系統(tǒng)能夠自動診斷停止，在培訓的過程中可確保人身與設(shè)備的安全。

3 平臺的調(diào)試說明
    系統(tǒng)的調(diào)試步驟：
    (1)確認系統(tǒng)電源進行正確、直流24 V輸出電壓正常。
    (2)按照系統(tǒng)的接線規(guī)范，進行接線，并用萬用表檢測有無接線短路現(xiàn)象。
    (3)正確接線后，給系統(tǒng)上電，合上電源單元的空氣開關(guān)，如有異常，應立即切斷電源，如無異常，接通氣路，則可進行單元模塊的調(diào)試。
    (4)由于下載程序后龍門式加工單元會自動回原點，所以應先對龍門式加工單元的傳感器進行調(diào)試，使其均能正常工作。
    (5)由于下載程序后多工位裝配單元會自檢，所以應對多工位裝配單元的傳感器進行調(diào)試，使其均能正常工作。
    (6)下載PLC程序到相應PLC中，下載觸摸屏程序到觸摸屏中。
    (7)連接網(wǎng)絡(luò)通信電纜，用電纜將PLC、觸摸屏連接。
    (8)設(shè)置變頻器參數(shù)，首先將變頻器恢復出廠設(shè)置，參數(shù)為P03=3，P10=30，P970=1；然后設(shè)置參數(shù)P0003=3，P0004=0，P0700=2，P0701= 17，P0702=17，P0703=17，P1000=3，P1001=30，P1002=40，P1003=-40，P1004=45，P1120=0．2，P1121=0．2。
    (9)進行井式供料單元調(diào)試，當有工件放入井式出料塔內(nèi)時有信號輸出。
    (10)進行傳送檢測、分揀單元調(diào)試，調(diào)節(jié)三個氣缸，使其能順暢推出與縮回；調(diào)節(jié)到位傳感器，當料塊運動到位時有信號輸出，調(diào)節(jié)電容傳感器、電感傳感器，當料塊內(nèi)裝有鋁質(zhì)或鐵質(zhì)料柱時，均有信號輸出；調(diào)節(jié)光纖傳感器，當黃色工件在其下經(jīng)過時，有信號輸出，藍色工件在其下經(jīng)過時，無信號輸出。調(diào)節(jié)滑槽庫滿傳感器使當庫滿時有信號輸出；確認傳送帶能順暢移動。
    (11)進行機械手搬運、倉儲單元調(diào)試，調(diào)節(jié)氣缸，確保氣缸能正常工作。調(diào)節(jié)接近開關(guān)，使行走機械手運動到位時，有信號輸出，使倉庫中有工件時，傳感器有輸出，用觸摸屏試教各點坐標。觸摸屏啟動后，進入如圖3所示畫面，點擊參數(shù)設(shè)置，出現(xiàn)如圖4所示試教畫面，試教方法如下：

    點擊“當前值”旁邊的“+”、“-”可控制行走機械手的移動，首先讓行走機械手運動到原點處，這時“當前值”為0，移動機械手到“線坐標”即傳送帶取物處，點擊“線坐標”旁邊的“校對”，線坐標的值即被確定，同理確定1#，2#，3#，4#庫坐標，加工、緩存、裝配點坐標，點擊夾手下面的“+”、“-”按鈕，可使旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)，點擊夾緊可使夾緊氣缸“夾緊”／“伸開”，點擊下降按鈕，可使升降氣缸“上升”／“下降”，以此配合坐標點的確定。
    (12)進行龍門式加工單元調(diào)試，調(diào)節(jié)接近開關(guān)，使其能正常工作，調(diào)節(jié)步進電機電流、細分，確保絲杠滑動順暢。
    (13)進行多工位裝配單調(diào)試，調(diào)節(jié)傳感器使其均能正常工作，氣缸均能順暢推出與縮回。確認伺服電機沒有報警。
    系統(tǒng)調(diào)試過程完畢。

4 結(jié)語
    PLC運動控制技術(shù)工廠培訓平臺涵蓋技術(shù)全面、設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，能夠?qū)崿F(xiàn)與工廠應用技術(shù)的無縫對接，遞進、靈活的培訓模式和先進的控制技術(shù)提高了職工的學習興趣，讓職工能夠更好的在培訓平臺上進行創(chuàng)新，達到了理論轉(zhuǎn)化為動手實操的目的，有利于促進工廠培訓體系的進一步改革，培養(yǎng)創(chuàng)新型實用人才。