最终论文

PLC在气动装配系统中的应用

摘要

PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。

PLC在装配系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的自动装配装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动装配。 系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。

监控界面设计主要为了解决系统实时状态控制和过程检测的目的。用触摸屏作为输送工具，可以很好的解决现场手动操作的麻烦，使得控制可以远离现场。通过监控界面来实时掌握物料装配过程中的各个位置状态以及最终的装配结果的情况，控制和显示放料，旋转物料台，以及显示装配的数量和物料缺少的报警。 关键词: 可编程控制器；分拣装置；控制系统；传感器；触摸屏

前言

1.1 装配系统概述

自动化的程度是工作发展程度的标志，自动装配正是自动化中的一个必不可的部分，而PLC控制分拣装置以其成本低，效率高的优点，已经成为主流，他可以根据设定的程序无人的，高效的工作，维护费用极少。由于全部采用机械自动化作业，因此，装配处理能力较大，装配分类数量也较多。节省了大量的人力劳动，减少了企业的额外支出，是企业节省成本最好的方法。

尤其在需要进行材料装配的企业，以往一直采用人工装配的方法，由于人工作的个人限制性，因人而致使有的生产效率很低，误差多，生产成本高，企业的竞争能力差，阻碍了企业的正常发展。所以装配系统装置PLC控制系统必然会取代人工的装配工作。这也正是其能够迅猛发展的根本原因，好是社会和企业发展的必然。随着工业的越来越发展，业水平的越来越高，自动装配装置完全取代人工作业是必须的也是必然的。

材料装配采用可编程控制器PLC 进行控制，能连续、大批量地装配货物，装配误差率低且劳动强度大大降低，可显著提高劳动生产率。而且，装配系统能灵活地与其他物流设备无缝连接，实现对物料实物流、物料信息流的分配和管理。 其设计采用标准化、模块化的组装，具有系统布局灵活，维护、检修方便等特点，

受场地原因影响不大。同时，只要根据不同的装配对象，对本系统稍加修改即可实现要求，非常方面。

现在的大部分的企业都有自己的生产流水线，而自动装配装置是流水线上不可少的部分。

PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。

材料装配装置的PLC控制系统利用了PLC技术、位置控制技术、气动技术、传感器技术、电动技术传动技术等，这些技术都是自动化技术中必要的，可以说是现代工作生产现场生产设备的一个微小的模型。

1.2 物料装配系统的发展现状与趋势

纵观国内外物料装配系统的应用情况可以发现，国外的物流配送中心或工业中倾向于采用自动化程度很高的装配系统，而且应用也较为广泛。而在我国，由于物流业起步晚，物料装配系统中人工作业的比例也较高。尽管自动装配系统有非常多的优点，但因其要求使用者必须具备一定的技术经济条件，在发达国家某些行业不用自动装配系统的情况也很普遍。其主要原因有两点: 一是一次性投资巨大，先期投入回收慢。系统的设备复杂，投资和运营成本相当高，需要可靠的货源作保证，也许只有大型生产企业或专业物流公司才有能力投资

小企业则无能为力。二是系统对商品外包装要求高。为使大部分商品都能用机械进行自动装配，需要采取诸如推行标准化包装、根据装配商品统一的包装特性定制装配机等二次措施。但要让所有商品的供应商都执行国家的包装标准是很困难的，定制装配机又会使硬件成本上升，且越是特别的通用性就越差。

虽然装配系统有它的局限性，但随着社会的高速发展，一切都讲究效率，我相信高效率的物料装配系统设计将会被人们越来越重视。而本设计就针对物料装配设计出了一个由PLC控制的装配系统，解决了组成系统的设备能在安全工作的同时又能提高物料装配效率的问题。 1.3 研究的目的及意义

装配系统中物料传感器以及气缸应自动化设备更新时的需要，可以大量代替单调往复或高精度需求的工作，在先进制造领域中扮演着极其重要的角色。它可以搬运货物和代替人的繁重劳动。可以实现生产的机械化和自动化，能在高温，腐蚀，及有毒气体等环境下操作以保护人身安全，可以广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工业和原子能等部门。

可编程控制器(PLC)是以中央处理器为核心，综合了计算机和自动控制等先进技术，具有可靠性高、功能完善、组合灵活、编程简单、功耗低等优点，已成为目前在物料装配控制系统中使用最多的控制方式。使用PLC的自动控制系统具有体积小，可靠高，故障率低，动作精度高等优点。

第一章 系统的组成及控制要求

物料装配系统由管形料仓，供料机构，回转物料台，机械手，待装配工件的定位机构，

气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。其中机械装配图如图1-1所示

图1-1装配单元机械装配图

1.1系统的组成 1.1.1管形料仓

管形料仓用来存储装配用的金属，黑色和白色小圆柱零件。它由塑料圆管和中空底座构成。塑料圆管顶端放置加强金属环，以防止破损。工件竖直放入料仓的空心圆管，由于

二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落.为了能对料仓供料不足和缺料时报警，在底座处分别安装了两个慢反射光电传感器（CX-441型），并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光板能可靠照射到被检测的物料上。

1.1.2落料机构

图1-2给出了落料机构剖视图。图中，料仓底座的背面安装了两个直线气缸。上面的气紅称为顶料气紅，下面的气紅称为挡料气紅。

图1-2落料机构示意图

系统气源接通后，顶料气缸的初始位置在缩回状态，挡料气缸的初始位置在伸出状态。这样，当从料仓上面放下工件时，工件将被挡料气缸活塞杆终端的挡块阻挡而不能落下。

需要进行落料操作时，首先使顶料气缸伸出，把次下层的工件夹紧，然后挡料气缸缩回，工件掉入回转物料台的料盘中。之后挡料气缸复位伸出，顶料气缸缩回，次下层工件跌落到挡料气缸终端挡块上，为再一次供料作准备。 1.1.3回转物料台

该机构由气动摆台和两个料盘组成，气动摆台能驱动料盘旋转180度，从而实现把从供料机构落下到料盘的工件移动到装配机械手正下方的功能。光电传感器分别用来检测左面和右面料盘是否有零件。光电传感器均选用CX-441型。如图1-3所示

图1-3回转物料台的结构

1.1.4装配机械手

装配机械手是整个装配单元的核心。当装配机械手正下方的回转物料台料盘上有小圆柱零件，且装配台侧面的光纤传感器检测到装配台上有待装配工件的情况下，机械手从初始状态开始执行装配操作过程。装配机械手装置是一个三维运动的机构，它由水平方向移动和竖直方向移动的2个导向气紅和气动手指组成。 装配机械手的运行过程如下：

PLC驱动与竖直移动气紅相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气紅驱动气动手指向下移动，到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将夹紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开当回转物料台的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。在整个机械手动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及气动手指组成的机械手按程序自动运行。如图1-4所示

图1-4装配机械手配件

1.1.5装配台料斗

输送单元运送来的待装配工件直接放置在装配台料斗中，由料斗定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。装配台料斗与回转物料台组件共用支承板，如图1-4(a)所示。为了确定装配台料斗内是否放置了待装配工件，使用了光纤传感器进行检测。料斗的侧面开了一个M6的螺孔，光纤传感器的光纤头就固定在螺孔内，见图1-5(b)。

图1-5装配台料斗

1.1.6警示灯

本工作单元上安装有红、橙、绿三色警示灯，它是作为整个系统警示用的。警示灯有五根引出线，其中黄绿交叉线为”地线”；红色线：红色灯控制线；黄色线：橙色灯控制线、绿色线：绿色灯控制线；黑色线：信号灯公共控制线。如图1-6所示

图1-6警示灯及接线

1.2系统控制要求

本设计中系统对三种不同的物料（金属铝物料、白色纤维物料、黑色纤维物料）进行上料和装配，基于PLC的控制可实现系统的自动化和半自动化控制。

1、装配单元各气缸的初始位置为：挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够的小圆柱零件；装配机械手的升降气缸处于提升（缩回）状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，且料仓上已经有足够的小圆柱零件；工件装配台上没有待装配工件。则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。

2、若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。 如果回转台上的左料盘内没有小圆柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，

而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。 3、如果回转台上的右料盘内有小圆柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配，机械手抓取小圆柱零件，放入待装配工件中的操作。

4、完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。

5、若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满

足的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。

6、在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和 HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。 （3）启动、停止、复位、警示

1、系统上电后，点动“复位”按钮后系统复位，将存放料台、皮带上的工件清空，点动“启动”按钮，警示绿灯亮，缺料时警示黄灯闪烁；放入工件后设备开始运行，尽量避免人为的干扰，以免影响设备正常运行。

2、按“停止”按钮，所有部件停止工作，警示红灯亮，缺料警示黄闪烁。 （4）突然断电的处理

突然断电，设备停止工作。电源恢复后，点动“复位”按钮，再点动“启动”按钮，系统按照工作流程工作。

第二章控制系统的硬件设计

2.1 系统的硬件结构

设计系统的硬件结构框图，如图2-1 所示。

下料传感器 PLC 传送带及下料气动阀 物料传感器 气动阀1 物料传感器 气动阀2 物料传感器 气动阀3 空 气 压 缩 机 物料传感器 气动阀4

图2-1系统的硬件结构框图 2.2 检测元件与执行装置的选择 设计一个好的实用的系统，先择好合适的器件是关键，为了既保系统能安全可靠稳定的工作又能做到最小的经济投入，对器件的选择不能太高也不能太低，要尽量做到合适。

2.2.1电感式传感器的选择

电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器具有以下特点： （1）结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。

（2）灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。

（3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传

感器非线性误差可达0.05%~0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器，用来检测金属物体。它由LC 高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。 这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化。由此，

可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。本系统选用M18X1X40 电感传感器。接线图如图2-2，原理图如图2-3。

图2-2M18X1X40DC二线常开式电感传感器接线图

图2-3电感传感器工作原理图

2.2.2电容式传感器的选择

电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关．它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是待测物体的本身．当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化．由此，便可控制开关的接通和关断．本装置中电容传感器是用于检测非金属物料。

图2-4电容式传感器

2.2.3漫射式开关选择

用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用神视公司的CX-441型光电开关，该光电开关是一种小型、可调节检测距离、放大器内置的反射型光电传感器，具有细小光束（光点直径约2mm)、可检测同等距离的黑色和白色物体、检测距离可精确设定等特点。漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接

收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。 2.2.4光纤传感器的选择

选用E3Z-NA11型光纤传感器，光纤传感器也是光电传感器的一种，它由光纤单元、放大器两部分组成。其工作原理示：投光器和受光器均在放大器内，投光器发出的光线通过一条光纤内部从端面（光纤头）以约60°的角度扩散，照射到检测物体上；同样，反射回来的光线通过另一条光纤的内部回送到受光器。光纤传感器由于检测部中完全没有电气部件，所以耐干扰耐环境性良好，并且具有光纤头可安装在很小的空间，传输距离远，使用寿命长。光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。

2.2.5触摸屏的选择Tpc7062ks是一款在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE环境中运行，MCGS嵌入式软件组态。该产品设计采用7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800成480），四线电阻式触摸屏（分辨率4096成4096），色彩高达64K彩色。CPU主板：ARM结构嵌入式低功耗CPU为核心，主频400MHz,64M存储空间。

2.2.6PLC的选择

选用三菱FX2N-48MR PLC (1).灵活的配置

除了具有满足特殊需求的大量特殊模块外,6个基本单元中的每个单元可扩展至256I/O

(2).高速运算

基本指令:0.08us/指令,应用指令:1.52至几百us/指令 (3).突出的寄存器容量

FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器,用一个寄存器盒可扩展到16RAM或EEPROM (4).丰富的元件资源

3072点辅助继电器,256点计时器,235点计数器,8000数据存储器 FX2N-48ER扩展24入24出继电器FX1S-10MR-001主机6入4出，继电器FX2N-32ER扩展16入16出继电器FX1S-30MR-D主机16入14出，继电器FX2N-16ER扩展16入FX1S-20MR-D主机12入18出，继电器FX2N-16EYR扩展16出继电器FX1S-14MR-D主机8入6出，继电器FX2N特殊扩展模块FX1S-10MR-D主机6入4出，继电器FX2N-CNV-BDFX0N适配器连接用模块FX2N特殊功能单元 FX2N-CNV-BC扩展电缆转换器FX2N-2DA2通道模拟量输出块 FX2N-CNV-IF扩展电缆转换器

FX2N-2AD2通道模拟量输入模块FX2N-8AV-BD8通道模拟量设定模块FX2N-4DA4通道模拟量输出模块FX2N-232-BDRS-232接口1通道FX2N-4AD2通道模拟量输入模块

2.2.7电磁阀的选择

电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很

多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 选用2.4.1 4V120-60电磁阀： 电磁阀的结构参数

接口：ISO228/1标准G1/4

环境温度：-20℃～+60(防爆型-15℃～+50℃） 介质温度：-20℃～+80℃(防爆型-15℃～+50℃)

材质：阀体和内部零件：阳极电镀铝合金、铜。加固端盖：塑料。 密封圈：丁苯橡胶（NBR）和聚亚安酯（AU）。 安装：符合NAMUR标准和VDI/VDE3845的双孔。 电磁阀的工作原理:

电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。

第三章控制系统软件的设计

3.1装配单元PLC控制系统设计 3.1.1 工作任务

1、装配单元各气缸的初始位置为：挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够的小园柱零件；装配机械手的升降气缸处于提升状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。 设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，且料仓上已经有足够的小园柱零件；工件装配台上没有待装配工件。则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。 2、若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。如果回转台上的左料盘内没有小园柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。

3、如果回转台上的右料盘内有小园柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配机械手抓取小园柱零件，放入待装配工件中的控制。

4、完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。

5、若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满足的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。

6、在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。

3.1.2 PLC的分配及系统安装接线

装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表3-1和表3-2所示。 表3-1装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配 输入端口中间层 输出端口中间层 端子设备符号 信号线 端子号 设备符号 信号线 号 2 SC1 零件不足检测 2 1Y 挡料电磁阀 3 SC2 零件有无检测 3 2Y 顶料电磁阀 4 SC3 左料盘零件检测 4 3Y 回转电磁阀 5 SC4 右料盘零件检测 5 4Y 手爪夹紧电磁阀 6 SC5 装配台工件检测 6 5Y 手爪下降电磁阀 7 1B1 顶料到位检测 7 6Y 手臂伸出电磁阀 8 1B2 顶料复位检测 8 AL1 红色警示灯 9 2B1 挡料状态检测 9 AL2 橙色警示灯 10 2B2 落料状态检测 10 AL3 绿色警示灯 11 5B1 摆动气缸左限检11 测 12 5B2 摆动气缸右限检12 测 13 6B2 手爪夹紧检测 13 14 4B2 手爪下降到位检14 测 15 4B1 手爪上升到位检 测 16 3B1 手臂缩回到位检 测 17 3B2 手臂伸出到位检 测 输入信号 序号 1 2 3 4 PLC输入点 X000 X001 X002 X003 信号名称 信号来源 输出信号 序号 PLC输入点 Y000 Y001 Y002 Y003 信号名称 信号来源 零件不足装置1 侧 检测 2 零件有无检测 3 左料盘零件检测 4 右料盘零件检测 装配台工件检测 5 5 X004 Y004 挡料电装置侧 磁阀 顶料电磁阀 回转电磁阀 手爪夹紧电磁阀 手爪下降电磁6 X005 顶料到位检测 顶料复位检测 挡料状态检测 落料状态检测 摆动气缸左限检测 摆动气缸右限检测 手爪夹紧检测 手爪下降到位检测 手爪上升到位检测 手臂缩回到位检测 手臂伸出到位检测 6 Y005 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017 X020 X021 X022 X023 X024 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Y006 Y007 Y008 Y009 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 阀 手臂伸出电磁阀 红色警示灯 橙色警示灯 绿色警示灯 HL1 HL2 HL3 按钮/指示灯模块 停止按钮 按钮 22 X025 启动按钮 /指 23 X026 急停按钮 示灯 24 X027 单机/联机 模块 表3-1装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配 装配单元的I/O点较共24点输入，16点继电器输出。PLC的I/O分配如表3-1所示。图3-2是PLC接线原理图。在单站运行时，警示灯没有使用，可不接线。

图3-2装配单元PLC输入端接线图 3.2.3 编写和调试PLC控制程序 编写程序的思路

进入运行状态后，装配单元的工作程序包括两个相互独立的子过程，一是供料，另一个就是装配。

装配过程是当装配台上有待装配工件，切装配机械手下方有小圆柱零件时，进行装配操作。在主程序中，当初始状态检查结束，确认单元准备就绪，按下启动按钮进入运行状态后，应同时置位落料控制和装配控制过程的初步。

图3-8装配单元单站运行时的启动

系统进入运行状态后，应在每一扫描周期都监测有无停止按钮，一旦按下，即置位停止指令M11。并立即停止摆台转动。此后，当落料机构和装配机械手均返回到初始位置，才能退出步进顺空过程，然后复位运行状态和停止指令。 图3-9停止运行的梯形图

图3-9停止运行的梯形图

供料控制过程主要包含两个互锁过程，落料过程和摆台转动，料盘转移的过程。在小圆柱零件从料仓下落到左料盘的过程中，禁止摆台转动，反之在摆台转动过程中，禁止打开料仓（挡料气缸缩回）落料。实现连锁的方法是： 当摆台的左限位或是右限位磁性开关动作并且左料盘没有料，经确认后开始落料过程。

3-10落料控制初始步梯形图

当挡料气缸伸出到位使料仓关闭，左料盘有物料而右料盘为空时，经确认后，开

始摆动转台，知道达到限位位置。

机械手装配工件是一个典型的步进顺序控制，如图3-12工件流程图

系统启动X004S1M30S20S21T6X003右料盘X014X013T7S22夹紧到位装配台检测SETM30S23X017S24X014S25T8S26X015S25X016缩回到位伸出到位SETY005伸出待装配标志T6K5SETY004下降SETSETY004下降松开T8K5下降到位RSTY003夹紧T7K5RSTY004上升RSTY004上升X015上升到位RSTY005缩回RSTM30装配完成，复位待装配标志

图3-12机械手装配工件过程流程图

第四章监控画面的设计

1、MCGS的主要特点和基本功能如下：

（1）简单灵活的可视化操作界面。MCGS采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，以窗口为单位，构造用户运行系统的图形界面，使得MCGS的组态工作既简单直观，又灵活多变。

（2）丰富、生动的多媒体画面。MCGS以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息;通过对图形大小的变化、颜色的改变、明暗的闪烁、图形的移动翻转等多种乎段，增强画面的动态显示效果。

（3）实时数据库为用户分步组态提供极大方便。MCGS构成的五个部分中实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区，是整个系统的核心。

总之，MCGS组态软件功能强大，界面友好。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，组态配制出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。 4.1模的建立

打开MCGS组态环境这个软件，进入它的主界面。设计出监控的画面如下：

图4-1 监控的主控画面

在上图中，材料分拣系统的各部分的结构如下： 1、转接面板

2、单向感应电动机 3、三菱PLC

4、调压阀、空气滤器、油雾器与气压指示表 5、内置电源 6、传送带 7、挡板 8、料槽

9、先导式电磁换向阀

10、气缸回位限位开关（磁感应开关） 11、气缸1

12、判断材质传感器 13、下料传感器 14、导料轨道 4.2动画链接 所谓动画连接，实际上是将用户窗口内创建的图形对象与实时数据库中定义的数据对象，建立起对应的关系，在不同的数值区间内设置不同的图形状态属性（如颜色、大小、位置移动、可见度、闪烁效果等），将物理对象的特征参数以动画图形方式来进行描述。MCGS实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。 动画组态的设置主要有颜色动画连接、位置动画连接、输入输出连接和特殊动画连接。

1、颜色动画连接

所谓颜色动画连接就是指将图形对象的颜色属性与数据对象值之间建立相关性关系，使图元、图符对象的颜色属性随着数据对象值的变化而变化，用这种方式实现颜色不断变化的动画效果。如在监控图中，当铁质的材料传送至对应位置时，对应传感器上方的指示灯由红色变为绿色，其设置如图4-4所示。

图4-2 颜色动画的连接

2、位置动画连接

位置动画连接包括图形对象的水平移动、垂直移动和大小变化三种属性，使图形对象的位置和大小随着数据对象值的变化而变化。用户只要控制数据对象值的大小和值的变化速度，就能精确地控制所对应图形对象的大小、位置及其变化速度。用户可以定义一种或多种动画连接，图形对象的最终动画效果是多种动画属性的合成效果。

平行移动的方向包含水平和垂直两个方向，其动画连接的方法相同。首先要确定对应连接对象的表达式，然后再定义表达式的值所对应的位置偏移量。装配系统中物料的移动就是按位置动画连接的方法设定的。其水平移动的设置如图4-5所示。

图4-3水平移动动画连接

3、输入输出连接

输入输出连接包括显示输出、按键输入、按钮动作三种方式。在材料分拣系统中物料的计数用到显示输出连接，输出值选择数值量输出，把物料的总数num的数值以数值量表示出来，如图4-4所示。

图4-4数值量输出连接

系统的开始与运行、是否停止、出错时需要重新运行并重新计数等都需要在控制面板里能够进行人工的操作。控制的面板设为三个按钮，分别为开始、退出、复位。对于按钮的输入设置可以在动画组态窗口属性设置里面选择按钮动作或者直接在工具箱内选择标准按钮进行设。 4、特殊动画连接

在MCGS中，特殊动画连接包括可见度和闪烁效果两种方式，用于实现图元、图符对象的可见与不可见交替变换和图形闪烁效果，图形的可见度变换也是闪烁动画的一种。MCGS中每一个图元、图符对象都可以定义特殊动画连接的方式 。 在装配系统中料槽无料提醒中的制作用到了闪烁效果。在“料槽无料”的指示灯双击进入属性设置，选中闪烁效果。当表达式num=10成立时，所设置的“料槽无料”指示灯就会成闪烁效果。当表达式不成立时就会呈现为初始状态。num的定义是总物料的数目计数器，设计中模拟分拣系统设定了10个物料，所以当num的值为10时料槽中没有物料，通过闪烁进行提示，如图4-5所示。

图4-5图形闪烁效果显示

第5章 控制系统的调试

在PLC软硬件设计完成后，应进行调试工作。因为在程序设计过程中，难免会有疏漏的

地方，因此在将PLC连接到现场设备之前，必需进行软件测试，以排除程序中的错误，同时也为整体调试打好基础，缩短整体调试的周期。另外，一些硬件如传感器等，在使用前，也需事先调试好。

5.1 硬件调试

1．电感传感器的调试

在电感传感器下方的传送带上，放置铁质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铁质材料的检出点。

2．电容传感器的调试

在电容传感器下方的传送带上，放置铝质料块，调整传感器上两螺母，使传感器上下移动，恰好使传感器上端指示灯发光，该高度即为传感器对铝质材料的检出点。电状态下，在颜色传感器下方的传送带上，放置带有某一颜色料块，调节传感器上的电位器，观察窗口中红绿（或蓝）指示灯，当两灯恰同时发光时，该灵敏点即为料块颜色检出点。（注：顺时针旋转检测色温向低端移动，否则反之） 5.2 软件调试

将所编写的梯形图程序进行编译，通过上下位机的连接电缆把程序下载到PLC中。刚编好的程序难免有这样那样的缺陷或错误。为了及时发现和消除程序中的错误，减少系统现场调试的工作量，确保系统在各种正常和异常情况时都能作出正确的响应，需要进行离线测试，既不将PLC的输出接到设备上。按照控制要求

在指定输入端输入信号，观察输出指示灯的状态，若输出不符合要求，则查找原因，并排除之。 5.3 整体调试

将设备接入PLC，进行联机调试，看是否满足要求，如果不满足要求，可通过综合调整软件和硬件系统，直到满足要求为止。

结束语

致 谢

毕业设计是我们四年所学的一个体现，经历半年的努力，此次毕业设计即将结束。在设计的过程中，慢慢的学习，逐渐的巩固大学所学的知识，期间有艰苦，有辛酸，也有欣喜，有快乐。

本设计的顺利完成,首先要感谢我的指导老师姚老师。在论文的写作过程中，导师给了我许许多多的帮助。在评阅中，姚老师还指出了我设计中的许多不足，使我的设计更加完善合理。姚老师使我不仅学到了扎实的专业知识，也学到了很多待人处事道理。老师严谨的治学态度、缜密的思维方式、踏实的工作作风和对事业的执着，以及对我的谆谆教诲都给我留下了深刻的印象，并使我终身受益。谨此对周老师表达衷心的感谢和崇高的敬意。

感谢和许多同学对我的支持和鼓励，感谢你们在学习和生活上给我的帮助，和我一起解决各种各样的困难。此外，我还要感谢我的父母，谢谢他们一直以来对我的学业的支持和帮助。 最后，祝所有关心、帮助和支持我的人们身体健康、工作顺利！

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