PLC控制的自動(dòng)化流水線(xiàn)實(shí)驗臺

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC，是以微處理器為基礎，把計算機技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的，面向控制過(guò)程、面向用戶(hù)，適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高的新一代通用工業(yè)自動(dòng)裝置。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和高新技術(shù)推廣應用的普及，自動(dòng)化技術(shù)已逐步深入到生產(chǎn)、生活的各個(gè)角落，生產(chǎn)從機械化轉變?yōu)樽詣?dòng)化，在機械加工、汽車(chē)制造、電腦裝配、食品生產(chǎn)、藥品包裝等等方面都在向自動(dòng)化方向轉變，它們都有共同的規律（按一定規則節拍地動(dòng)作），從而產(chǎn)生了自動(dòng)化流水線(xiàn)（生產(chǎn)線(xiàn)、裝配線(xiàn)）。教育要服務(wù)于社會(huì )，就必須跟上科技發(fā)展的步伐，不斷滿(mǎn)足高新技術(shù)推廣應用的需求。為此我們研制了一臺自動(dòng)化制造流水線(xiàn)實(shí)驗臺。
1、實(shí)驗臺系統
1.1 結構和組成
該實(shí)驗臺由上料工位、加工工位、熱處理工位、裝配工位、檢測工位、剔除工位、機械手工位、立體倉庫工位等八工位組成。它的外形結構如圖1如示。

圖1自動(dòng)化制造流水線(xiàn)機電綜合實(shí)驗臺示意圖
1. PLC 2. 接線(xiàn)區 3. 按鈕區 4. LED顯示毛壞數數碼管 5. 上料工位 6. 大工件 7. 紅黃綠開(kāi)始警示燈 8. 加工工位 9. 溫控儀熱處理工位 10. 輸送帶 1. 小工件 12. 裝配工位 13. 檢測工位 14. 剔除工位 15. LED顯示成品數數碼管 16. 旋轉機械手工位17. 變頻器18. 立體倉庫工位 19. 紅黃綠結束警示燈 20. 工作臺

1.2 主要功能
自動(dòng)化制造流水線(xiàn)系統主要功能如下（以自動(dòng)為例）：開(kāi)始按鈕按下后綠燈亮，電機以一定頻率帶動(dòng)輸送帶正轉，等待幾秒后，出料氣缸推出大工件； 當加工工位傳感器感應到有工件時(shí)，直流電動(dòng)機帶動(dòng)刀具旋轉并一起向下移動(dòng)加工，同時(shí)毛壞數碼管計數，這時(shí)出料氣缸又推出大工件; 加工完成后由輸送帶把加工好的大工件送到下一個(gè)工位熱處理工位，這時(shí)由溫控儀設定溫度，溫度傳感器感應溫度，從而對大工件進(jìn)行加溫，實(shí)現熱處理。熱處理完成后同樣由輸送帶送到下一個(gè)工位裝配工位，當裝配工位接近開(kāi)關(guān)感應到有工件時(shí)，黃燈亮，機械手從原點(diǎn)位置（垂直氣缸應伸出，水平氣缸應縮回，夾爪氣缸應伸出處于松開(kāi)狀態(tài)）出發(fā)，垂直氣缸向下運行，運行到底后，夾爪氣缸夾緊小工件并一直保持到松開(kāi)，然后垂直氣缸向上運行，運行到頂后, 水平氣缸向前推出，推到行程后，垂直氣缸向下運行，到底后松開(kāi)小工件，然后垂直氣缸向上到頂，水平氣缸向后縮回，這樣就回到了原點(diǎn)。當小工件已裝到大工件中后，左面定位插銷(xiāo)氣缸向后縮回，工件隨傳送帶向后移動(dòng)。當中間接近開(kāi)關(guān)感應到有工件時(shí)，檢測裝置上垂直氣缸向下移動(dòng)，到底時(shí)停留幾秒，檢測有無(wú)小工件，然后垂直氣缸向上恢復原位，右面定位插銷(xiāo)氣缸向后縮回，工件隨傳送帶向后移動(dòng)，如果有小工件裝在大工件中，就一直運送到成品入口處，由旋轉機械手夾起送到立體倉庫基點(diǎn)，中途會(huì )被右邊接近開(kāi)關(guān)感應到，那時(shí)成品計數器就自動(dòng)加1。另一方面，大工件中如果沒(méi)有小工件，紅燈亮，剔料氣缸就會(huì )伸出，大工件就能退出傳送帶，進(jìn)入廢品入口處。在立體倉庫基點(diǎn)處，由檢測傳感器確定裝配性質(zhì)，通過(guò)傳動(dòng)系統送到相應的立體倉庫倉號中。
電子發(fā)卷系統：為進(jìn)一步適應機電一體化專(zhuān)業(yè)的教學(xué)，配合本系統我們開(kāi)發(fā)了電子發(fā)卷系統。本系統由PC機設計試卷代碼，通過(guò)軟件將該代碼送給單片機系統，控制流水線(xiàn)控制電路的通斷，產(chǎn)生故障。由學(xué)生排除該故障。并通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監控故障排除情況，為學(xué)生打分。
1.3 電路連接
整個(gè)電路的總電源是市電220V，50Hz，由它來(lái)供應PLC，變頻器，穩壓電源工作，由PLC控制變頻器向電動(dòng)機送電，從而驅動(dòng)電動(dòng)機旋轉；穩壓電源向電磁閥供電，從而控制氣缸的運動(dòng)。

圖2 實(shí)驗臺系統電路連接圖
1.4 功能圖舉例
整個(gè)系統功能圖分八個(gè)部分：上料并啟動(dòng)電機功能圖、鉆削加工功能圖、熱處理設置功能圖、機械手裝配功能圖、檢測剔除廢品功能圖、機械手搬運功能圖、立體倉庫上伺服電機運行功能圖。以檢測剔除廢品功能圖為例，如圖3如示。
1.5 本機電綜合實(shí)驗臺所能開(kāi)設的實(shí)驗
(1)認識性實(shí)驗：各個(gè)公司的PLC 及其軟件、變頻器、直流電動(dòng)機、三相異步電動(dòng)機、步進(jìn)電機、伺服電機、減速器、帶傳動(dòng)、滾珠絲杠、傳感器、機械手、穩壓電源、按鈕、各種傳感器、溫控儀、單片機、接近開(kāi)關(guān)、接觸器、繼電器、空氣壓縮機、氣壓缸、電磁閥、警示燈、LED數碼管、電鈴、蜂鳴器、立體倉庫等。
(2)應用性實(shí)習：邏輯控制、順序控制、定時(shí)控制、計數控制、步進(jìn)控制、運動(dòng)控制、模擬量控制、立體倉庫控制、數字變頻調速控制、無(wú)級變頻調速控制、組態(tài)王設計、電子發(fā)卷、故障設置、查找、排除等。
(3)設計性實(shí)習：警示燈和電鈴及蜂鳴器控制、十字路口交通燈控制、彩燈順序控制、直流電機控制、機械手控制、步進(jìn)電機控制、交流電動(dòng)機正反轉及調速控制、數碼管顯示控制、檢測剔除控制等。
(4)創(chuàng )新性實(shí)習：溫度控制、伺服電機控制、網(wǎng)絡(luò )控制、離線(xiàn)實(shí)時(shí)控制等。

1.6 本機電綜合實(shí)驗臺的主要特點(diǎn)
和傳統實(shí)驗臺相比，本實(shí)驗臺具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn) :
（1）采用機、電、氣及計算機一體化綜合控制，開(kāi)發(fā)柔性好、抗干擾性強及自動(dòng)化程度高 ；
（2）氣壓傳動(dòng)清潔衛生，取之不盡，用之不完，不花成本；
（3）本實(shí)驗裝置相對獨立，只要接入220Ｖ的交流電源，接好輸入輸出端線(xiàn)，弄清地址分配即可進(jìn)行各種實(shí)驗，所需的各種直流電源也由實(shí)驗系統提供；
（4 ）具有很好的柔性，實(shí)現回路改變或增減不會(huì )改變PLC 的硬件設備，只須改變應用程序即可 ；
（5）具有很高的可靠性，PLC 沒(méi)有機械觸點(diǎn)，更能適應實(shí)驗環(huán)境;
（6）功能完善、靈活性好，PLC 具有標準化的硬件設施及軟件設計，能在該實(shí)驗臺上實(shí)現邏輯、順序、定時(shí)、計數控制、人機交互功能，還有顯示、報警等功能；
（7）元件按實(shí)物配置，便于學(xué)生觀(guān)察元件的結構和工作原理 ，易于提高其學(xué)習興趣；
（8）接線(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝調試方便；
（9）綜合很多機電學(xué)科，給機電專(zhuān)業(yè)學(xué)生生產(chǎn)實(shí)習前提供了必要的教學(xué)實(shí)習；
（10）實(shí)習容量較大，能滿(mǎn)足高職高專(zhuān)學(xué)生停課實(shí)習一個(gè)月；
（11）能為電器元件，PLC，機械基礎，機械傳動(dòng)及設計、氣壓傳動(dòng)、傳感器、變頻器、電工基礎、編程軟件、組態(tài)王等相關(guān)課程提供教學(xué)實(shí)驗實(shí)習、課程設計以及畢業(yè)設計，從而搭建了一個(gè)良好的實(shí)驗實(shí)習平臺；
（12）融合了很多當代機電一體化技術(shù)：PLC，單片機，PC，傳感器，組態(tài)王，網(wǎng)絡(luò )，氣壓傳動(dòng)，變頻器，伺服傳動(dòng)，機械手等等。
以上只是粗略地介紹了我們研制的自動(dòng)化制造流水線(xiàn)實(shí)驗臺，經(jīng)學(xué)生的實(shí)際使用，很好地實(shí)現了預定的功能，經(jīng)過(guò)這次自行研制實(shí)驗臺系統，使老師和學(xué)生的動(dòng)手能力得到了大大的提高，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習機電課程的興趣。