基于PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)工廠培訓(xùn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要：針對我國大中型自動(dòng)化工廠“PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)”的實(shí)際應(yīng)用，考慮到目前對應(yīng)的工廠培訓(xùn)方法和培訓(xùn)設(shè)備，提出了對PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)工廠培訓(xùn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)。培訓(xùn)平臺(tái)基于開放式、模塊化、可拓展的設(shè)計(jì)思路，能夠加強(qiáng)職工理論轉(zhuǎn)化實(shí)際操作的能力，克服傳統(tǒng)模擬培訓(xùn)設(shè)備在創(chuàng)新和新技術(shù)拓展方面的不足。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)；培訓(xùn)平臺(tái)；培訓(xùn)設(shè)備；PLC

    運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)與電氣拖動(dòng)技術(shù)的融合，在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)中起著重要作用，利用PLC作為運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)就是PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，它涵蓋了運(yùn)動(dòng)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(dòng)技術(shù)等6要素。本著尊重科學(xué)、注重實(shí)踐，結(jié)合目前國內(nèi)外工廠培訓(xùn)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展的需要，研發(fā)了PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)工廠培訓(xùn)平臺(tái)(以下簡稱培訓(xùn)平臺(tái))。該平臺(tái)基本涵蓋了運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的工廠實(shí)際應(yīng)用，可滿足大中型自動(dòng)化工廠的職工培訓(xùn)，具有較高的使用價(jià)值。

1 培訓(xùn)平臺(tái)組成
    培訓(xùn)平臺(tái)具有模擬工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線貨物分揀過程的功能，可完成貨物識別、搬運(yùn)、分揀、加工、裝配、出入庫及管理等過程，主要由上位計(jì)算機(jī)、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(dòng)機(jī)械手搬運(yùn)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(dòng)控制單元、自動(dòng)化倉庫單元、電氣接口單元、載貨臺(tái)單元、抽屜式操作臺(tái)等組成，其中，變頻器、旋轉(zhuǎn)編碼器、交流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)械手機(jī)構(gòu)、平面?zhèn)}儲(chǔ)機(jī)構(gòu)、傳送機(jī)構(gòu)、料塊供給機(jī)構(gòu)、傳感器檢測分揀機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、加工機(jī)構(gòu)、裝配機(jī)構(gòu)等。
    各機(jī)構(gòu)能夠通過選擇不同單元及單元位置變化進(jìn)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(chǔ)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(dòng)化生產(chǎn)流水線，讓培訓(xùn)內(nèi)容從基本模塊、單元到各種小機(jī)構(gòu)，再到綜合系統(tǒng)及自動(dòng)化生產(chǎn)線，逐步由簡單、基礎(chǔ)的訓(xùn)練到復(fù)雜、綜合的培訓(xùn)。

2 平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)
    培訓(xùn)平臺(tái)采用開放式結(jié)構(gòu)。有PLC主機(jī)接口開放、控制單元接口開放，能讓職工進(jìn)行更深層次的訓(xùn)練，使其不僅會(huì)編程，而且要熟悉各種傳感器、電機(jī)、變頻器、氣缸等傳感器和執(zhí)行器的接線方式，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的思路與方法。
    培訓(xùn)平臺(tái)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(xùn)平臺(tái)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(yīng)的控制程序，各工藝流程由簡單到復(fù)雜，由淺入深，層次分明，利于職工進(jìn)行有梯度的訓(xùn)練，同時(shí)，也方便因材施教，使接受能力較強(qiáng)的職工學(xué)習(xí)較復(fù)雜的控制工藝。
    培訓(xùn)平臺(tái)配備上位計(jì)算機(jī)，能夠完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面(HMI)和數(shù)據(jù)處理等功能。
    培訓(xùn)平臺(tái)采用MCGS工控組態(tài)軟件，可快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

    培訓(xùn)平臺(tái)涵蓋技術(shù)廣泛，使職工不僅能進(jìn)行基本指令訓(xùn)練，而且提供特殊生產(chǎn)控制工藝流程，使職工能進(jìn)行高速脈沖輸出(PTO)、高速計(jì)數(shù)(HSC)、網(wǎng)絡(luò)以及PID算法研究等高級功能應(yīng)用與訓(xùn)練。
    培訓(xùn)平臺(tái)中五大單元均采用獨(dú)立的機(jī)電集成設(shè)計(jì)，單元中所涉及的各類傳感器、電機(jī)、電磁閥、傳感器、執(zhí)行器都采用就近原則匯總到帶保護(hù)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(jìn)行整個(gè)培訓(xùn)系統(tǒng)的控制，同時(shí)進(jìn)行上位機(jī)管理和監(jiān)控。
    培訓(xùn)平臺(tái)設(shè)有漏電保護(hù)、短路保護(hù)、急停保護(hù)、隔離保護(hù)、智能保護(hù)等各種保護(hù)功能，一旦運(yùn)行中出現(xiàn)故障，培訓(xùn)系統(tǒng)能夠自動(dòng)診斷停止，在培訓(xùn)的過程中可確保人身與設(shè)備的安全。

3 平臺(tái)的調(diào)試說明
    系統(tǒng)的調(diào)試步驟：
    (1)確認(rèn)系統(tǒng)電源進(jìn)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(jìn)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(yīng)立即切斷電源，如無異常，接通氣路，則可進(jìn)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(huì)自動(dòng)回原點(diǎn)，所以應(yīng)先對龍門式加工單元的傳感器進(jìn)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(huì)自檢，所以應(yīng)對多工位裝配單元的傳感器進(jìn)行調(diào)試，使其均能正常工作。
    (6)下載PLC程序到相應(yīng)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(fù)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(jìn)行井式供料單元調(diào)試，當(dāng)有工件放入井式出料塔內(nèi)時(shí)有信號輸出。
    (10)進(jìn)行傳送檢測、分揀單元調(diào)試，調(diào)節(jié)三個(gè)氣缸，使其能順暢推出與縮回；調(diào)節(jié)到位傳感器，當(dāng)料塊運(yùn)動(dòng)到位時(shí)有信號輸出，調(diào)節(jié)電容傳感器、電感傳感器，當(dāng)料塊內(nèi)裝有鋁質(zhì)或鐵質(zhì)料柱時(shí)，均有信號輸出；調(diào)節(jié)光纖傳感器，當(dāng)黃色工件在其下經(jīng)過時(shí)，有信號輸出，藍(lán)色工件在其下經(jīng)過時(shí)，無信號輸出。調(diào)節(jié)滑槽庫滿傳感器使當(dāng)庫滿時(shí)有信號輸出；確認(rèn)傳送帶能順暢移動(dòng)。
    (11)進(jìn)行機(jī)械手搬運(yùn)、倉儲(chǔ)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(jī)械手運(yùn)動(dòng)到位時(shí)，有信號輸出，使倉庫中有工件時(shí)，傳感器有輸出，用觸摸屏試教各點(diǎn)坐標(biāo)。觸摸屏啟動(dòng)后，進(jìn)入如圖3所示畫面，點(diǎn)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(diǎn)擊“當(dāng)前值”旁邊的“+”、“-”可控制行走機(jī)械手的移動(dòng)，首先讓行走機(jī)械手運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn)處，這時(shí)“當(dāng)前值”為0，移動(dòng)機(jī)械手到“線坐標(biāo)”即傳送帶取物處，點(diǎn)擊“線坐標(biāo)”旁邊的“校對”，線坐標(biāo)的值即被確定，同理確定1#，2#，3#，4#庫坐標(biāo)，加工、緩存、裝配點(diǎn)坐標(biāo)，點(diǎn)擊夾手下面的“+”、“-”按鈕，可使旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)擊夾緊可使夾緊氣缸“夾緊”／“伸開”，點(diǎn)擊下降按鈕，可使升降氣缸“上升”／“下降”，以此配合坐標(biāo)點(diǎn)的確定。
    (12)進(jìn)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(jìn)電機(jī)電流、細(xì)分，確保絲杠滑動(dòng)順暢。
    (13)進(jìn)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(rèn)伺服電機(jī)沒有報(bào)警。
    系統(tǒng)調(diào)試過程完畢。

4 結(jié)語
    PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)工廠培訓(xùn)平臺(tái)涵蓋技術(shù)全面、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，能夠?qū)崿F(xiàn)與工廠應(yīng)用技術(shù)的無縫對接，遞進(jìn)、靈活的培訓(xùn)模式和先進(jìn)的控制技術(shù)提高了職工的學(xué)習(xí)興趣，讓職工能夠更好的在培訓(xùn)平臺(tái)上進(jìn)行創(chuàng)新，達(dá)到了理論轉(zhuǎn)化為動(dòng)手實(shí)操的目的，有利于促進(jìn)工廠培訓(xùn)體系的進(jìn)一步改革，培養(yǎng)創(chuàng)新型實(shí)用人才。