某物料裝配線的急?？刂乒δ芨脑?/h1>
2011-05-11 07:17藍(lán)偉銘
中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品 2011年4期
藍(lán)偉銘
（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系，廣西 柳州 545006）
一、物料裝配線概述
物料裝配生產(chǎn)線主要完成對(duì)毛培件進(jìn)行自動(dòng)傳送、毛坯加工、自動(dòng)裝配到自動(dòng)分揀的全自動(dòng)化裝配工藝。
物料裝配生產(chǎn)線各站主要功能：
1、供料站的功能：按照需要將放置在料倉(cāng)中待加工的工件自動(dòng)送出到物料臺(tái)上，以便輸送站的抓取機(jī)械手裝置將工件抓取送往其他工作站。2、加工站的功能：把該站物料臺(tái)上的工件（工件由輸送站的抓取機(jī)械手裝置送來(lái)）送到?jīng)_壓機(jī)構(gòu)下，完成一次沖壓加工動(dòng)作，然后再送回到物料臺(tái)上，待輸送站的抓取機(jī)械手裝置取出。3、裝配站的功能：完成將該站料倉(cāng)內(nèi)的黑色或白色小圓柱工件嵌入到已加工的工件中的裝配過(guò)程。4、分揀站的功能：完成將上一站送來(lái)的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。5、輸送站的功能：該單元通過(guò)到指定站的物料臺(tái)精確定位，并在該物料臺(tái)上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點(diǎn)然后放下的功能。每個(gè)站均負(fù)責(zé)各自工序，各站之間需要輸送小車(chē)進(jìn)行物料輸送。物料輸送要求定位精確無(wú)位置誤差，采用松下MINASA5系列AC伺服電機(jī)完成輸送任務(wù)。
在網(wǎng)絡(luò)控制方面，物料裝配線采用了基于RS485串行通信的PLC網(wǎng)絡(luò)控制方案，每一工作單元由一臺(tái)西門(mén)子S7-200PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各站PLC之間通過(guò)RS485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式，采用PPI協(xié)議通信。
二、物料裝配生產(chǎn)線待解決問(wèn)題
輸送過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)緊急情況，要及時(shí)停止輸送動(dòng)作，原有設(shè)計(jì)中對(duì)急?？刂撇扇w零位的方式，無(wú)論輸送機(jī)在任何位置急停后都要回到零位，然后再次啟動(dòng)從零位開(kāi)始重新工作，從而使得生產(chǎn)效率較降低。
三、解決方案
（一）、急停命令源設(shè)計(jì)
遇到緊急情況時(shí)，可通過(guò)總控制臺(tái)急停按鈕或上位機(jī)發(fā)送急停指令到輸送站，使輸送站接受命令立即停止程序輸送包絡(luò)，當(dāng)再次啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，輸送站可自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前位置完成本輸送位置包絡(luò)。
物料傳送生產(chǎn)線監(jiān)控界面采用昆侖通態(tài)MCGS組態(tài)軟件制作，可完成物料裝配線各站的監(jiān)控，以及輸送站位置監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示所處位置。
（二）、程序設(shè)計(jì)
西門(mén)子S7-200PLC使用STEP7MicroWIN SP3V4.0版編程軟件，軟件的位置控制指令可以完成對(duì)各站之間距離位移的設(shè)置，完成設(shè)置后輸送伺服電機(jī)均以該設(shè)置包絡(luò)執(zhí)行，但是如果需要中途急停，PLC無(wú)法找到當(dāng)前位置。西門(mén)子S7-200系列PLC位置程序控制是按照各個(gè)包絡(luò)來(lái)完成位置移動(dòng)，沒(méi)有當(dāng)前位置記憶功能，如果再次上電則需要與包絡(luò)初始位置及終止位置進(jìn)行比較，確定前進(jìn)所需距離脈沖數(shù)。為完成該控制要求，編制程序如下：
針對(duì)原有各站間運(yùn)輸控制程序包絡(luò)，修改控制命令，急停命令判斷輸送車(chē)所處位置，比較距離后自動(dòng)完成余下包絡(luò)。
1、包絡(luò)控制定義程序。定義PTO/PWM脈沖輸出特殊存儲(chǔ)器控制字節(jié)（Q0.0），16#87寫(xiě)入SMB67；PTO/PWM周 期 時(shí) 間 值 250寫(xiě) 入SMW68；PTO脈沖計(jì)數(shù)值暫存 AC1寫(xiě)入SMD72;完成對(duì)控制字的定義后，即可對(duì)PTO/PWM脈沖輸出方式進(jìn)行設(shè)定。
2、初始化子程序。每個(gè)包絡(luò)數(shù)設(shè)為3段，將3寫(xiě)入VB1000；第1段初始循環(huán)時(shí)間500μs，將500送入VW1001；段1的增量設(shè)為2ms，將-2送入VW1003；段1脈沖數(shù)設(shè)為500送入VD1005；第2段的初始循環(huán)周期為40μs,將40送入VW1009；段2的增量設(shè)為0ms,將0送入VW1011；脈沖計(jì)數(shù)值暫存AC1送入VD1013;第3段的初始循環(huán)周期為40μs，將40送入VW1017；段3的增量設(shè)為2ms,將 2送入VW219；段3脈沖數(shù)為80，將80送入VW1021；
設(shè)置控制字節(jié)，定義PTO/PWM脈沖輸出特殊存儲(chǔ)器控制字節(jié)（Q0.0），16#A7寫(xiě)入SMB67；包絡(luò)起始地址V1000寫(xiě)入SMW168；啟動(dòng)PTO，由Q0.0輸出；
3、急停復(fù)位控制。輸送站急停不復(fù)位，采用PTO0_MAN指令+高速計(jì)數(shù)中斷，采用該方法經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，無(wú)脈沖誤差。在輸送站在運(yùn)行期間，無(wú)論執(zhí)行任意包絡(luò)，只要有急?？刂菩盘?hào)命令，則立即停止該包絡(luò)的運(yùn)行并停止，再次上電復(fù)位時(shí)調(diào)用對(duì)應(yīng)包絡(luò)位置中斷，執(zhí)行包絡(luò)位置判斷，并確定移動(dòng)至最近包絡(luò)結(jié)束點(diǎn)，當(dāng)完成本包絡(luò)的輸送位移后，程序自動(dòng)回到原定位置工藝流程所需要的下一包絡(luò)，進(jìn)入下一輸送任務(wù)。
四、調(diào)試結(jié)果
通過(guò)調(diào)試，在物料輸送線上進(jìn)行急停控制，可以使輸送機(jī)在急停后可以自動(dòng)前進(jìn)完成當(dāng)前運(yùn)送任務(wù)（包絡(luò)），然后按照工藝程序進(jìn)入下一道工序（包絡(luò)）的運(yùn)行，沒(méi)有出現(xiàn)包絡(luò)丟失或包絡(luò)出錯(cuò)情況，各站均能協(xié)調(diào)正常工作，達(dá)到改造要求。
五、效率提升
該物料裝配生產(chǎn)線在改造前采用急停歸零控制方式，平均每天出現(xiàn)急停次數(shù)約為5次，每次急停歸零操作需要花費(fèi)約8分鐘，每分鐘可進(jìn)行3個(gè)工件的運(yùn)輸。經(jīng)過(guò)改造后，在保證各工藝正常工作的前提下，不需要急停歸零而直接進(jìn)入下一工藝的改造實(shí)現(xiàn)后，每天節(jié)約了40分鐘的時(shí)間，可多加工120個(gè)工件，每個(gè)月節(jié)約960分鐘，可多加工個(gè)工件2880個(gè)工件，有力地提高了該生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。
圖1 物料裝配線網(wǎng)絡(luò)控制
圖2 MCGS組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面
[1]田淑珍.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京-機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1.
[2]深入淺出西門(mén)子S7-200PLC.西門(mén)子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)集團(tuán).北京航空航天大學(xué)出版社，第1版2007.1.
[3]崔堅(jiān)等編著.西門(mén)子S7可編程序控制器.STEP7編程指南.北京-機(jī)械工業(yè)出版社，第2版，2010.1.
[4]廖常初.PLC編程及應(yīng)用.北京-機(jī)械工業(yè)出版社，第二版，2007.07.
[5]SIMATIC S7-200可編程序控制器CPU22X系統(tǒng)手冊(cè).
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物料裝配生產(chǎn)線主要完成對(duì)毛培件進(jìn)行自動(dòng)傳送、毛坯加工、自動(dòng)裝配到自動(dòng)分揀的全自動(dòng)化裝配工藝。
物料裝配生產(chǎn)線各站主要功能：
1、供料站的功能：按照需要將放置在料倉(cāng)中待加工的工件自動(dòng)送出到物料臺(tái)上，以便輸送站的抓取機(jī)械手裝置將工件抓取送往其他工作站。2、加工站的功能：把該站物料臺(tái)上的工件（工件由輸送站的抓取機(jī)械手裝置送來(lái)）送到?jīng)_壓機(jī)構(gòu)下，完成一次沖壓加工動(dòng)作，然后再送回到物料臺(tái)上，待輸送站的抓取機(jī)械手裝置取出。3、裝配站的功能：完成將該站料倉(cāng)內(nèi)的黑色或白色小圓柱工件嵌入到已加工的工件中的裝配過(guò)程。4、分揀站的功能：完成將上一站送來(lái)的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。5、輸送站的功能：該單元通過(guò)到指定站的物料臺(tái)精確定位，并在該物料臺(tái)上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點(diǎn)然后放下的功能。每個(gè)站均負(fù)責(zé)各自工序，各站之間需要輸送小車(chē)進(jìn)行物料輸送。物料輸送要求定位精確無(wú)位置誤差，采用松下MINASA5系列AC伺服電機(jī)完成輸送任務(wù)。
在網(wǎng)絡(luò)控制方面，物料裝配線采用了基于RS485串行通信的PLC網(wǎng)絡(luò)控制方案，每一工作單元由一臺(tái)西門(mén)子S7-200PLC承擔(dān)其控制任務(wù)，各站PLC之間通過(guò)RS485串行通訊實(shí)現(xiàn)互連的分布式控制方式，采用PPI協(xié)議通信。
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1、包絡(luò)控制定義程序。定義PTO/PWM脈沖輸出特殊存儲(chǔ)器控制字節(jié)（Q0.0），16#87寫(xiě)入SMB67；PTO/PWM周 期 時(shí) 間 值 250寫(xiě) 入SMW68；PTO脈沖計(jì)數(shù)值暫存 AC1寫(xiě)入SMD72;完成對(duì)控制字的定義后，即可對(duì)PTO/PWM脈沖輸出方式進(jìn)行設(shè)定。
2、初始化子程序。每個(gè)包絡(luò)數(shù)設(shè)為3段，將3寫(xiě)入VB1000；第1段初始循環(huán)時(shí)間500μs，將500送入VW1001；段1的增量設(shè)為2ms，將-2送入VW1003；段1脈沖數(shù)設(shè)為500送入VD1005；第2段的初始循環(huán)周期為40μs,將40送入VW1009；段2的增量設(shè)為0ms,將0送入VW1011；脈沖計(jì)數(shù)值暫存AC1送入VD1013;第3段的初始循環(huán)周期為40μs，將40送入VW1017；段3的增量設(shè)為2ms,將 2送入VW219；段3脈沖數(shù)為80，將80送入VW1021；
設(shè)置控制字節(jié)，定義PTO/PWM脈沖輸出特殊存儲(chǔ)器控制字節(jié)（Q0.0），16#A7寫(xiě)入SMB67；包絡(luò)起始地址V1000寫(xiě)入SMW168；啟動(dòng)PTO，由Q0.0輸出；
3、急停復(fù)位控制。輸送站急停不復(fù)位，采用PTO0_MAN指令+高速計(jì)數(shù)中斷，采用該方法經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，無(wú)脈沖誤差。在輸送站在運(yùn)行期間，無(wú)論執(zhí)行任意包絡(luò)，只要有急?？刂菩盘?hào)命令，則立即停止該包絡(luò)的運(yùn)行并停止，再次上電復(fù)位時(shí)調(diào)用對(duì)應(yīng)包絡(luò)位置中斷，執(zhí)行包絡(luò)位置判斷，并確定移動(dòng)至最近包絡(luò)結(jié)束點(diǎn)，當(dāng)完成本包絡(luò)的輸送位移后，程序自動(dòng)回到原定位置工藝流程所需要的下一包絡(luò)，進(jìn)入下一輸送任務(wù)。
四、調(diào)試結(jié)果
通過(guò)調(diào)試，在物料輸送線上進(jìn)行急停控制，可以使輸送機(jī)在急停后可以自動(dòng)前進(jìn)完成當(dāng)前運(yùn)送任務(wù)（包絡(luò)），然后按照工藝程序進(jìn)入下一道工序（包絡(luò)）的運(yùn)行，沒(méi)有出現(xiàn)包絡(luò)丟失或包絡(luò)出錯(cuò)情況，各站均能協(xié)調(diào)正常工作，達(dá)到改造要求。
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圖1 物料裝配線網(wǎng)絡(luò)控制
圖2 MCGS組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面
[1]田淑珍.可編程序控制器原理及應(yīng)用.北京-機(jī)械工業(yè)出版社，2010.1.
[2]深入淺出西門(mén)子S7-200PLC.西門(mén)子（中國(guó)）有限公司自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)集團(tuán).北京航空航天大學(xué)出版社，第1版2007.1.
[3]崔堅(jiān)等編著.西門(mén)子S7可編程序控制器.STEP7編程指南.北京-機(jī)械工業(yè)出版社，第2版，2010.1.
[4]廖常初.PLC編程及應(yīng)用.北京-機(jī)械工業(yè)出版社，第二版，2007.07.
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