關(guān)于某產(chǎn)品組裝站控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24577關(guān)于某產(chǎn)品組裝站控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)案例 1121651.1軟件配置 1107381.1.1軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái) 124771.1.2PLC編程語(yǔ)言 281011.2PLC的I/O點(diǎn)及地址分配 260701.3產(chǎn)品組裝站控制系統(tǒng)軟件程序圖設(shè)計(jì) 3136391.4主程序設(shè)計(jì) 4287281.5按鈕程序設(shè)計(jì) 4219331.5.1復(fù)位程序設(shè)計(jì) 4120031.5.2手動(dòng)/自動(dòng)程序設(shè)計(jì) 6248771.6氣缸的運(yùn)動(dòng) 7控制系統(tǒng)意味著通過(guò)它可以按照所希望的方式保持和改變機(jī)器、機(jī)構(gòu)或其他設(shè)備內(nèi)任何感興趣或可變的量。即檢測(cè)輸出量(被控制量)的實(shí)際值，將輸出量的實(shí)際值與給定值(輸入量)進(jìn)行比較得出偏差，用偏差值產(chǎn)生控制調(diào)節(jié)作用去消除偏差，使得輸出量維持期望的輸出。控制系統(tǒng)的程序是整個(gè)產(chǎn)品組裝站流水線的核心，程序設(shè)計(jì)的邏輯性和完成性都關(guān)乎于實(shí)際流水線能否按用戶要求完成產(chǎn)品組裝工作。[20]1.1軟件配置1.1.1軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用的是西門子博途（TIAPortal）軟件中的Step7ProfessionalV15來(lái)完成相應(yīng)控制程序的編寫(xiě)。其中軟件有下面幾個(gè)特點(diǎn)：集成運(yùn)動(dòng)控制；操作方式靈活；縮短故障時(shí)間；具有故障診斷相關(guān)功能；可支持多種編程語(yǔ)言：梯形圖（LAD）、語(yǔ)句表（STL）、順序功能表（SFC）、功能塊圖（FBD）和結(jié)構(gòu)化文本（ST）。通過(guò)對(duì)TIAPortalV15軟件的分析，該TIAPortalV15軟件具有極強(qiáng)的自動(dòng)化組態(tài)編程功能，最突出的特點(diǎn)是集成了一整套自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能讓用戶在同一個(gè)操作壞境進(jìn)行控制，為軟件的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很多便利。1.1.2PLC編程語(yǔ)言梯形圖和結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言是PLC編程中應(yīng)用廣泛的語(yǔ)言，此次產(chǎn)品組裝站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言是梯形圖（LAD）。S7-1500編程是對(duì)模塊編程為主，OB塊可直接和系統(tǒng)對(duì)接編程，F(xiàn)B塊、FC塊與DB塊為用戶主要的編程塊，其中SFB與SFC塊集成在CPU中用戶是不可以進(jìn)行編寫(xiě)，DI與SFB參數(shù)傳遞時(shí)軟件編譯自動(dòng)生成數(shù)據(jù)，OB塊和其他塊之間如同主函數(shù)和子函數(shù)之間的關(guān)系[21]。1.2PLC的I/O點(diǎn)及地址分配產(chǎn)品組裝站控制系統(tǒng)的輸入量有：自動(dòng)/手動(dòng)按鈕、復(fù)位按鈕、啟動(dòng)/停止按鈕、上料點(diǎn)檢測(cè)漫反射光電開(kāi)關(guān)量、氣缸的縮回到位、伸出到位信號(hào)等，如表1.1。輸出量包含：電磁閥（控制氣缸伸出縮回）、擰螺栓電機(jī)等，如表1.2。表1.1輸入量及地址編號(hào)序號(hào)地址編號(hào)符號(hào)功能1I0.0S1自動(dòng)/手動(dòng)按鈕2I0.1S2啟動(dòng)按鈕3I0.2S3停止按鈕5I0.4B1上料點(diǎn)檢測(cè)磁性開(kāi)關(guān)6I0.5B2按鈕頭供料氣缸C1縮回7I0.6B3按鈕頭供料氣缸C1伸出8I0.7B4定位氣缸C2縮回9I1.0B5定位氣缸C2伸出10I1.1B6螺栓供料氣缸C3縮回11I1.2B7螺栓供料氣缸C3伸出12I1.3B8無(wú)桿氣缸C4縮回13I1.4B9無(wú)桿氣缸C4伸出14I1.5S5復(fù)位15I2.0B10螺栓推出氣缸C5縮回16I2.1B11螺栓推出氣缸C5伸出表1.2輸出量及地址編號(hào)序號(hào)地址編號(hào)符號(hào)功能2Q0.1U1擰螺栓電機(jī)M13Q0.2Y1按鈕頭供料氣缸C14Q0.3Y2定位氣缸C25Q0.4Y3螺栓供料氣缸C36Q0.5Y4螺栓推出氣缸伸出7Q0.6Y5螺栓推出氣缸縮回8Q0.7Y6無(wú)桿氣缸C41.3產(chǎn)品組裝站控制系統(tǒng)軟件程序圖設(shè)計(jì)上電后，復(fù)位指示燈S2閃爍，主件推送到上料點(diǎn)物料檢測(cè)傳感器處，當(dāng)物料檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有物料時(shí)，S5=1，定位氣缸將主件夾緊固定(Y2=1)。按鈕頭供料氣缸伸出(Y1=0)將按鈕頭推入主件的開(kāi)孔中，完成按鈕頭的裝配，供料氣缸縮回(Y1=1)。當(dāng)按鈕頭裝配完后，無(wú)桿氣缸和螺栓供料氣缸同時(shí)伸出(Y3=1&Y6=1)，完成螺栓的供料。擰螺栓電機(jī)啟動(dòng)(U1=1)，螺栓推出氣缸伸出(Y4=1)，將螺栓裝配到主件上。當(dāng)螺栓裝配完成后，擰螺栓電機(jī)停止(U1=0)，螺栓推出氣缸縮回(Y4=0)，螺栓供料氣缸縮回(Y3=0)，定位氣缸將物料松開(kāi)(Y2=0)。第六站將物料抓取走后，無(wú)桿氣缸回到初始位置(Y6=0)，如圖1.1所示。圖1.1產(chǎn)品組裝站控制系統(tǒng)的順控圖1.4主程序設(shè)計(jì)本次軟件編程設(shè)計(jì)中有按鈕的編程、電磁閥的編程和接近開(kāi)關(guān)的編程，其中邏輯最難的是按鈕邏輯的編程，按鈕編程包括：復(fù)位、手動(dòng)、自動(dòng)和停止等。本次主程序設(shè)計(jì)將采用模塊化編寫(xiě)程序，共分為四個(gè)模塊：復(fù)位程序、(氣缸)自動(dòng)模式程序、(氣缸)手動(dòng)模式程序和電機(jī)配置程序，如圖1.2所示。圖1.2主程序設(shè)計(jì)1.5按鈕程序設(shè)計(jì)1.5.1復(fù)位程序設(shè)計(jì)在手動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行之前，首先需對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)位操作。將選擇開(kāi)關(guān)切換到復(fù)位位置按下啟動(dòng)按鈕，工作站開(kāi)始執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作。復(fù)位操作前需要確認(rèn)急停按鈕是否抬起。若急停按鈕處于按下?tīng)顟B(tài)，復(fù)位完成后則需將其抬起。復(fù)位完成后，工作站上各執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于初始位置。復(fù)位操作流程如下：將選擇開(kāi)關(guān)旋至復(fù)位處；按下啟動(dòng)按鈕，設(shè)備恢復(fù)到初始位置后，復(fù)位動(dòng)作執(zhí)行完畢，指示燈閃爍。如圖1.3所示。圖1.3復(fù)位流程圖復(fù)位程序設(shè)計(jì)為了后續(xù)手動(dòng)模式和自動(dòng)模式程序的編寫(xiě)，先定義了一個(gè)中間變量“運(yùn)行狀態(tài)”，如圖1.4。按下啟動(dòng)按鈕，中間變量“運(yùn)行狀態(tài)”由于自鎖一直處于閉合狀態(tài)。接下來(lái)選擇開(kāi)關(guān)打到復(fù)位處后，再按下啟動(dòng)按鈕，這條支路導(dǎo)通，通過(guò)“移送指令”將“0”信號(hào)送到各個(gè)硬件設(shè)備中，使各個(gè)設(shè)備復(fù)位，如圖1.5所示。圖1.4定義運(yùn)行狀態(tài)圖1.5復(fù)位復(fù)位成功后，這些設(shè)備會(huì)發(fā)出復(fù)位旋鈕閉合、定位氣缸縮回、無(wú)桿氣缸縮回、螺栓供料氣缸縮回、螺栓推出氣缸縮回信號(hào)，這條支路導(dǎo)通，“設(shè)備歸原點(diǎn)標(biāo)志”置位，讓指示燈閃爍，如圖1.6所示。這些完成后，需去除復(fù)位信號(hào)，如圖1.7所示。圖1.6復(fù)位成功標(biāo)志圖1.7去除復(fù)位信號(hào)1.5.2手動(dòng)/自動(dòng)程序設(shè)計(jì)手動(dòng)運(yùn)行模式主要用于控制工作站進(jìn)行單步操作。當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)切換到手動(dòng)模式，每次按下啟動(dòng)按鈕，工作站按照預(yù)定程序執(zhí)行一步動(dòng)作；當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)切換到自動(dòng)模式時(shí)設(shè)備按照預(yù)設(shè)程序自動(dòng)運(yùn)行。設(shè)備初始點(diǎn)檢測(cè)到物料后按照設(shè)定程序工作直到產(chǎn)品組裝完成，如圖1.8所示。

圖1.8自動(dòng)/手動(dòng)程序流程圖自動(dòng)/手動(dòng)程序設(shè)計(jì)手動(dòng)控制模式是讓設(shè)備單步執(zhí)行控制器發(fā)出的指令。例如：讓按鈕頭推出氣缸先“置1”，此時(shí)按鈕頭氣缸縮回，同時(shí)設(shè)置中間變量，用來(lái)連接下一步指令的實(shí)行，下一步指令支路上連接著啟動(dòng)開(kāi)關(guān)按鈕，這樣就實(shí)現(xiàn)了單步動(dòng)作，如圖1.8所示。自動(dòng)控制模式原理是在每一步自動(dòng)運(yùn)行指令支路上并聯(lián)一個(gè)只有“自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志”的中間變量支路，這樣，當(dāng)選擇開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，“自動(dòng)運(yùn)行標(biāo)志”處于常閉，上一個(gè)設(shè)備信號(hào)的接通會(huì)讓中間變量同時(shí)接通，這樣產(chǎn)品組裝站會(huì)自動(dòng)運(yùn)行下去，直至產(chǎn)品被下一站夾走，如圖1.9所示。圖1.9自動(dòng)/手動(dòng)程序1.6氣缸的運(yùn)動(dòng)除了按鈕的程序設(shè)計(jì)，還需要設(shè)計(jì)氣缸的動(dòng)作。氣缸主要靠的是電磁閥的控制，產(chǎn)品組裝站的完成主要靠各個(gè)氣缸按照順序動(dòng)作。同時(shí)，氣缸的每一步動(dòng)作會(huì)控制接近開(kāi)關(guān)，接近開(kāi)關(guān)會(huì)給PLC返回一個(gè)信號(hào)，表明這一動(dòng)作完成，接著PLC發(fā)出下一步控制信號(hào)。氣缸伸出/縮回程序設(shè)計(jì)氣缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的程序比較簡(jiǎn)單，例如讓按鈕頭供料氣