基于plc控制的分拼夾具控制系統畢業論文-文庫吧

【正文】 為現場總線，傳輸媒介選擇銅線，在PLC后面接有一個總線分支模塊，然后用INTERBUS總線將SWAC操作面板、閥島和現場模塊連接起來。 INTERBUS總線的網絡結構INTERBUS總線包括遠程總線網絡和本地總線網絡。兩種網絡傳送相同的信號但電平不同。遠程總線網絡用于遠距離傳送數據,采用RS485傳輸，網絡本身不供電，遠程網絡采用全雙工方式進行通訊，通訊速率為500k/s。本地總線網絡連接到遠程網絡上，網絡上的總線終端BT（BUS Terminal)上的BK模塊負責將遠程網絡數據轉換為本地網絡數據，BK模塊同時給內部的I/O模塊電路供電。 INTERBUS總線上的主要設備有總線終端BT（BUS Terminal)上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設備中的總線控制板。 INTERBUS網絡結構 INTERBUS的OSI層次INTERBUS協議覆蓋物理層、數據鏈路層、應用層。INTERBUS數據通過雙絞線、光纖等介質進行傳輸，其物理層的主要特點是數據環結構，并可以自動配置地址 。INTERBUS的數據鏈路層實現全雙工，集總幀（sunmmationframe）的傳送，同時對傳輸的數據進行CRC校驗。應用層實現診斷網絡故障的位置，并支持高速數字量、模擬量和clientsever類型的信息傳送。INTERBUS的I/O具有可擴展性，可連接256個遠程站點，實現4096個數據量的輸入輸出。 INTERBUS的幀結構INTERBUS是完全幀架構的，所有的數據都通過幀傳送。有兩種幀類型ID幀和數據周期幀。ID幀在INTERBUS總線系統初始化時須讀取，以產生過程映像。在ID幀成功執行后，INTERBUS總線設備內部切換到數據寄存器，只執行數據幀，以實現數據的傳輸。每個幀結構由Loopback check word開始，所有網絡數據Loopback check word之后傳送，幀的最后部分是CRC校驗碼和命令字。 INTERBUS的幀結構 INTERBUS傳輸的可靠性INTERBUS的數據通過RS485屏蔽雙絞線以查分信號傳輸，可以通過交換專門的的狀態信息檢索來檢查兩個設備之間的連接狀態，當發生電纜斷裂或接觸不良時將產生相應的錯誤信息。在系統重置時總線控制板將執行相應的測試程序以逐段檢查總線的功能。INTERBUS數據傳輸的有效性是通過返回字和CRC校驗進行的。總線控制板在送出輸出數據前一位一位進行移返回字。當返回字經過所有的INTERBUS設備返回總線控制板時，總線控制板可以根據返回專門的數據序列的變化找出發生傳輸故障的路徑或INTERBUS設備。 總線分支模塊的選擇根據工藝的要求，菲尼克斯的PLC自身帶有的輸入輸出點遠遠不夠，由于現場設備的輸入輸出點很多，如果選擇輸入和輸出擴展模塊很麻煩，而且接線非常多，對于電氣柜的美觀和資源都是一種消耗，所以在上一部分我們選擇了INTERBUS總線進行電氣柜與現場設備的連接，但是由于菲尼克斯的PLC無法直接連接INTERBUS總線，因此在PLC的輸入模塊后接一個總線分支模塊，INTERBUS總線內部的信號線可以直接接到總線分支模塊的點上，這樣就實現了總線與PLC的連接。： 操作面板的設計本控制系統在進行了PLC及總線和總線分支模塊的選擇之后，下一站連接的是操作面板部分。操作面板用INTERBUS連接到PLC中，SWAC是德國生產操作面板的供應商，所以簡稱這個操作面板為SWAC。SWAC操作面板有不同的型號，分為32點、64點、128點和192點，每一點都是一個帶燈按鈕，按鈕作為輸入信號，燈作為輸出信號。 SWAC操作面板實物圖本次設計，應用64位的SWAC面板，其主要功能如下：（1）定義六個（若少于八個，要預留，一個電磁閥最多可控制八個氣缸）氣缸狀態指示燈，顯示氣缸的工作狀態，打開或夾緊到位為常亮狀態，反之，為閃爍狀態。（2）定義接近開關狀態指示燈，感應到工件為常亮狀態，未感應到為常暗狀態，部分感應到而部分未感應到，未感應到的為閃爍狀態。（3）定義控制閥，包括狀態指示（該電磁閥所控制氣缸的狀態）和輸入控制按鈕（用于手動操作，控制電磁閥工作），燈和按鈕都要用到。例如，按下控制某閥打開的按鈕，若該閥所控制氣缸全部打開到位，對應指示燈常亮，若有部分氣缸打開未到位，指示燈閃爍。如果在SWAC面板上，有不止一個控制閥指示燈閃爍，要依次按下指示燈閃爍的按鈕，檢查是哪個閥控制的氣缸出現問題。（4）定義燈測試，手、自動選擇確認，程序中間量，雙手按鈕，車型選擇狀態等。 。 SWAC操作面板EPLAN電氣原理圖 SWAC操作面板的正常運行需要的是24V直流電源，而且不涉及到任何安全問題，因此正行供給i級電就可以。 SWAC操作面板供電控制原理圖 氣缸和傳感器信號線的選擇由于氣缸的打開和夾緊動作都要由傳感器檢測是否到位，而每個FESTO氣缸內部都自帶兩個傳感器，一個用來感應氣缸打開到位，一個用來感應氣缸夾緊到位，這個到位信號就要由信號線來傳送到現場模塊，進而進入INTERBUS總線，傳送到PLC中。信號線選擇菲尼克斯傳感器，也叫執行器電纜。額定電流為4A，頭是孔式插頭，導線為銅質膠合線，信號線的一端被提前預制好，預制好的一端成為母頭，而另一端需要人工做頭，稱為公頭。此信號線為5芯。 這5個芯的線分為棕色、藍色、白色、黑色和花色，其中棕色對應1號孔的位置，藍色對應2號孔的位置，白色對應3號孔的位置，黑色對應4號孔的位置，花色為接地線，0V，對應中間5號孔的位置。棕色線和白色線通常用來給氣缸內部的兩個傳感器供電，而藍色和黑色通常用來傳遞打開和夾緊兩種到位情況的信號。 這根線預制好的一端接到氣缸上，未預制的需要自己做頭的一端，在做好公頭后需要接到現場模塊上，現場模塊之間用總線連接，進入到PLC中。 由于檢測氣缸狀態的傳感器都集成在氣缸內部，所以這里重點介紹感應工件的接近開關，本次設計采用德國TURCK（圖爾克）公司的接近開關。 TURCK 接近開關（傳感器）接近開關中，裝有一種對接近物體有感知能力的原件。利用這種傳感器對接近物體的敏感特性達到控制開關通斷的目的。它也是傳感器的一種，屬于非接觸式傳感器。其主要作用是檢測工件是否放置到位，如果不到位，下面的工作無法進行。其次，接近開關也起了車型選擇的作用，因為接近開關放置在夾具的特定位置，不同車型的夾具放置的位置各不同。 電磁閥控制電路的設計 氣源處理器和電磁閥控制設計電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的管路，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排氣的孔，而進氣孔是常開的，空氣就會進入不同的管路，然后通過空氣的壓力來推動汽缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械手的運動。機械手的垂直運動和水平運動各由一個兩位雙電控的電磁閥控制，對工件的夾緊和放松由一個單電控電磁閥控制。 在本設計中，在氣源處理器后有一個可以接13組電磁閥的閥島，將13組電磁閥統一連接到閥島上，電磁閥作為PLC的輸出信號，要將信號連接到PLC中，也需要前面提到過的菲尼克斯信號線，因此將信號線直接連接到閥島上即可。 氣電轉換控制雙手按鈕的定義可以通過其在系統中的作用來解釋。在本控制系統中雙手按鈕的作用有兩個：第一，夾具的每一步工作是通過按雙手按鈕來完成，一次生產中夾具分幾步工作，由工藝流程決定；第二，雙手按鈕中部裝有急停按鈕，遇到緊急情況，拍下急停按鈕，氣路斷開致使電路斷開，整個系統停止運行。兩端黑色的按鈕為雙手按鈕，中間紅色的按鈕為急停按鈕。雙手按鈕內部有與按鈕配套的氣動閥，再由氣動閥引出三根氣管，標號分別為3。設計中，雙手按鈕引出的氣管，1號管接到氣源處理器（氣源處理器為整個系統各部分提供氣源，氣向為由外部氣源進入氣源處理器，經過減壓調壓進入需要氣動的控制模塊），為雙手按鈕提供氣源；2號管急停輸出氣管，接到壓力開關；3號管為兩端按鈕輸出氣管，接到另一個壓力開關。這樣就可以通過控制雙手按鈕來控制整個電氣控制系統的工作。從雙手按鈕出來的氣管要接到柜內的氣電轉換器，最原始的動力是氣源，雙手按鈕按下之后也是控制氣路的開和斷，但是柜內的所有控制信號都是電信號，因此要通過一個氣電轉換器進行轉換，將氣路轉換為電信號進入到PLC中。 現場夾具控制電路的設計由于在汽車焊裝生產線上，夾具臺與PLC電氣控制柜的距離較遠，而且由于輸入輸出點的數量有限，為了節省線，前面選擇了INTERBUS總線，那么每個氣缸上都有夾緊和打開兩個信號要傳送到PLC中，這就需要一個媒介，在這里選擇一種具有16點輸入的現場模塊，將每個氣缸上的信號線接到現場模塊上，通過INTERBUS總線將每個模塊串聯起來，這樣就構成了一條網絡，現場模塊只需供24V電壓就可以。根據工藝的要求，13組氣缸動作共25個氣缸，本文選擇4個現場模塊，每個現場模塊可以接8個氣缸的信號線。： 這4個現場模塊要連接在總線上，前面要加一個現場總線耦合器，總線耦合器也有8點輸入，我們將工位上的4個用來感應工件的接近式傳感器的信號接到現場總線耦合器上，接近式感應開關在前面已經提到，選擇了圖爾克傳感器，本文將傳感器的命名為ST11/ST11/ST11/ST11/4。每個傳感器里面分別有兩根信號線，用來傳遞兩個信號，一個信號是感應工件到位，另一個信號是感應到無工件狀態，這樣4個傳感器8個輸入信號，接滿整個現場總線耦合器。 在本文的第二章已經介紹過關于氣缸的命名原則，根據上海大眾汽車的電氣標準，氣缸命名從11開始，后面加小寫字母，從小寫字母a開始，每組電磁閥最多可以控制6個氣缸的夾緊和打開。現場模塊的命名從X13開始，依次向后排，X12一般為現場總線耦合器。 因為上海大眾一共分為5個廠區，生產的車型有很多種，每個廠區都有很多條生產線，包括主線和線下分拼，本設計主要針對的就是線下分拼的控制，制定這樣的標準主要是為了在以后的生產過程中，若工位出現故障，維修人員可以按照統一的標準迅速的找到相應的硬件或者故障出在哪里。由于現場的氣缸命名是由機械部分設計，根據機械的工藝我們只需要將氣缸命名與電氣部分相對應即可，現場的氣缸和現場模塊的擺放位置不同，因此這樣就決定了都有哪些氣缸連接到哪個現場模塊上。對于第一個現場模塊即X13，本系統設計將7個氣缸連接到這個模塊上，這7個氣缸分別為13a、15a、12c、116a、18a和12b。 在本系統的設計中，將6個氣缸的傳感器信號連接到第二個現場模塊即X14上，這6個氣缸的編號分別為23b、17b、215c、18b和23a。 在本系統的設計中，將5個氣缸的傳感器信號連接到第二個現場模塊即X15上，這5個氣缸的編號分別為17a、11a、16b、12a和15b。 在本系統的設計中，將7個氣缸的傳感器信號連接到第二個現場模塊即X16上，這7個氣缸的編號分別為1213b、 17c、18c和11b。 電氣柜內元器件選擇及供電方案電氣柜內的供電全部為24V弱電，每組供電前都要加一個空氣開關，起到電流的保護作用，當電流過大時，空氣開關會斷開，根據不同負載的要求，要選擇不同額定電流的空氣開關。在本控制系統中，選擇3個6A、3個4A和2個2A型號的空氣開關。雙手按鈕是給工位供氣的一個啟動條件，那么這個啟動條件進入到控制柜要需要氣電轉換器即PU閥，將供進來的氣轉化為電信號，當雙手按鈕同時拍下的時候，就進來一股氣，通過氣電轉換器，這股氣就進入到電氣柜內轉化為24V電信號作為控制信號，同時，雙手按鈕上有個急停按鈕，當工位發生不安全狀況或者緊急狀況時，工人可以拍下急停按鈕，這就需要一個繼電器，利用繼電器的觸點的開和斷來控制。本文選擇西門子的31E型號的繼電器，這個型號的繼電器有3個常開觸點和1個常閉觸點，在本控制系統中，只用到兩個常開觸點。柜內的供電全部為24V直流電，從現場統一的電源箱供給，但是為了安全起見，有些設計到硬件安全回路的要用另一回路供電，按照大眾標準，供電分為三級：i、j、m，i級電為第一級，即最低級供電，不涉及到任何安全問題；j級電為第二級，一般當i級供電之后，j級電才能供給；m級電是最高級供電，本控制系統的繼電器就是供給m級電，當現場設備發生安全問題時，工人按雙手按鈕，m級電就會斷掉，一般j級供電后，m級才會得電。本系統只用到了i和m級電。 ，以及柜的大小型號設計。ILC150為菲尼克斯的PLC，后面接的就是總線分支模塊。后面并排放置了8個空氣開關，按照上海大眾的標準，空氣開關取名為F開頭，序列號從1依次往后，在空氣開關后面放置一個繼電器，負責工位的安全作用。下面兩排放置的是接線端子，端子作為一個接線中介，可以將柜內的器件有效連接起來，也實現了柜外設備與柜內元器件的有效連接。第4章 軟件設計 軟件設計方案及輸入輸出符號的地址分配 軟件設計方案本控制系統的軟件梯形圖部分大概分為四個部分：第一部分為主程序包括檢測監視INTERBUS是否正常的程序；第二部分為啟動條件的程序,當主程序中手自動的條件滿足時，在這個功能塊中就會實現手自動的選擇、檢測監視氣缸夾緊或打開的信號是否到位、以及雙手按鈕的急停；第三部分為工位條件的程序，當主程序中車型選擇條件滿足時，這個功能塊將實現車型的手動切換，以及工位的安全；第四部分為氣缸動作控制的程序，本控制系統分13組動作，即13組電磁閥控制13組氣缸，由于汽車車身側圍的工件比較復雜，所以需要的氣缸數量多，相互緊密，所以氣缸之間的動