PLC控制的自动化流水线实验台

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）,简称PLC，是以微处理器为基础，把计算机技术、自动化技术和通信技术融为一体的，面向控制过程、面向用户，适应工业环境、操作方便、可靠性高的新一代通用工业自动装置。
随着科学技术的发展和高新技术推广应用的普及，自动化技术已逐步深入到生产、生活的各个角落，生产从机械化转变为自动化，在机械加工、汽车制造、电脑装配、食品生产、药品包装等等方面都在向自动化方向转变，它们都有共同的规律（按一定规则节拍地动作），从而产生了自动化流水线（生产线、装配线）。教育要服务于社会，就必须跟上科技发展的步伐，不断满足高新技术推广应用的需求。为此我们研制了一台自动化制造流水线实验台。
1、实验台系统
1.1 结构和组成
该实验台由上料工位、加工工位、热处理工位、装配工位、检测工位、剔除工位、机械手工位、立体仓库工位等八工位组成。它的外形结构如图1如示。

图1自动化制造流水线机电综合实验台示意图
1. PLC 2. 接线区 3. 按钮区 4. LED显示毛坏数数码管 5. 上料工位 6. 大工件 7. 红黄绿开始警示灯 8. 加工工位 9. 温控仪热处理工位 10. 输送带 1. 小工件 12. 装配工位 13. 检测工位 14. 剔除工位 15. LED显示成品数数码管 16. 旋转机械手工位17. 变频器18. 立体仓库工位 19. 红黄绿结束警示灯 20. 工作台

1.2 主要功能
自动化制造流水线系统主要功能如下（以自动为例）：开始按钮按下后绿灯亮，电机以一定频率带动输送带正转，等待几秒后，出料气缸推出大工件； 当加工工位传感器感应到有工件时，直流电动机带动刀具旋转并一起向下移动加工，同时毛坏数码管计数，这时出料气缸又推出大工件; 加工完成后由输送带把加工好的大工件送到下一个工位热处理工位，这时由温控仪设定温度，温度传感器感应温度，从而对大工件进行加温，实现热处理。热处理完成后同样由输送带送到下一个工位装配工位，当装配工位接近开关感应到有工件时，黄灯亮，机械手从原点位置（垂直气缸应伸出，水平气缸应缩回，夹爪气缸应伸出处于松开状态）出发，垂直气缸向下运行，运行到底后，夹爪气缸夹紧小工件并一直保持到松开，然后垂直气缸向上运行，运行到顶后, 水平气缸向前推出，推到行程后，垂直气缸向下运行，到底后松开小工件，然后垂直气缸向上到顶，水平气缸向后缩回，这样就回到了原点。当小工件已装到大工件中后，左面定位插销气缸向后缩回，工件随传送带向后移动。当中间接近开关感应到有工件时，检测装置上垂直气缸向下移动，到底时停留几秒，检测有无小工件，然后垂直气缸向上恢复原位，右面定位插销气缸向后缩回，工件随传送带向后移动，如果有小工件装在大工件中，就一直运送到成品入口处，由旋转机械手夹起送到立体仓库基点，中途会被右边接近开关感应到，那时成品计数器就自动加1。另一方面，大工件中如果没有小工件，红灯亮，剔料气缸就会伸出，大工件就能退出传送带，进入废品入口处。在立体仓库基点处，由检测传感器确定装配性质，通过传动系统送到相应的立体仓库仓号中。
电子发卷系统：为进一步适应机电一体化专业的教学，配合本系统我们开发了电子发卷系统。本系统由PC机设计试卷代码，通过软件将该代码送给单片机系统，控制流水线控制电路的通断，产生故障。由学生排除该故障。并通过组态软件实时监控故障排除情况，为学生打分。
1.3 电路连接
整个电路的总电源是市电220V，50Hz，由它来供应PLC，变频器，稳压电源工作，由PLC控制变频器向电动机送电，从而驱动电动机旋转；稳压电源向电磁阀供电，从而控制气缸的运动。

图2 实验台系统电路连接图
1.4 功能图举例
整个系统功能图分八个部分：上料并启动电机功能图、钻削加工功能图、热处理设置功能图、机械手装配功能图、检测剔除废品功能图、机械手搬运功能图、立体仓库上伺服电机运行功能图。以检测剔除废品功能图为例，如图3如示。
1.5 本机电综合实验台所能开设的实验
(1)认识性实验：各个公司的PLC 及其软件、变频器、直流电动机、三相异步电动机、步进电机、伺服电机、减速器、带传动、滚珠丝杠、传感器、机械手、稳压电源、按钮、各种传感器、温控仪、单片机、接近开关、接触器、继电器、空气压缩机、气压缸、电磁阀、警示灯、LED数码管、电铃、蜂鸣器、立体仓库等。
(2)应用性实习：逻辑控制、顺序控制、定时控制、计数控制、步进控制、运动控制、模拟量控制、立体仓库控制、数字变频调速控制、无级变频调速控制、组态王设计、电子发卷、故障设置、查找、排除等。
(3)设计性实习：警示灯和电铃及蜂鸣器控制、十字路口交通灯控制、彩灯顺序控制、直流电机控制、机械手控制、步进电机控制、交流电动机正反转及调速控制、数码管显示控制、检测剔除控制等。
(4)创新性实习：温度控制、伺服电机控制、网络控制、离线实时控制等。

1.6 本机电综合实验台的主要特点
和传统实验台相比，本实验台具有以下几个主要特点 :
（1）采用机、电、气及计算机一体化综合控制，开发柔性好、抗干扰性强及自动化程度高 ；
（2）气压传动清洁卫生，取之不尽，用之不完，不花成本；
（3）本实验装置相对独立，只要接入220Ｖ的交流电源，接好输入输出端线，弄清地址分配即可进行各种实验，所需的各种直流电源也由实验系统提供；
（4 ）具有很好的柔性，实现回路改变或增减不会改变PLC 的硬件设备，只须改变应用程序即可 ；
（5）具有很高的可靠性，PLC 没有机械触点，更能适应实验环境;
（6）功能完善、灵活性好，PLC 具有标准化的硬件设施及软件设计，能在该实验台上实现逻辑、顺序、定时、计数控制、人机交互功能，还有显示、报警等功能；
（7）元件按实物配置，便于学生观察元件的结构和工作原理 ，易于提高其学习兴趣；
（8）接线简单，安装调试方便；
（9）综合很多机电学科，给机电专业学生生产实习前提供了必要的教学实习；
（10）实习容量较大，能满足高职高专学生停课实习一个月；
（11）能为电器元件，PLC，机械基础，机械传动及设计、气压传动、传感器、变频器、电工基础、编程软件、组态王等相关课程提供教学实验实习、课程设计以及毕业设计，从而搭建了一个良好的实验实习平台；
（12）融合了很多当代机电一体化技术：PLC，单片机，PC，传感器，组态王，网络，气压传动，变频器，伺服传动，机械手等等。
以上只是粗略地介绍了我们研制的自动化制造流水线实验台，经学生的实际使用，很好地实现了预定的功能，经过这次自行研制实验台系统，使老师和学生的动手能力得到了大大的提高，激发了学生学习机电课程的兴趣。