基于 plc 的网络型模块式柔性自动化生产线自动控制的研究

基于 PLC的网络型模块式柔性自动化生产线自动控制的研究

主讲人：林恺迪

主要内容

•网络型模块式柔性自动化生产线简介

•柔性自动化生产线的通讯设计

•柔性自动化生产线的监控设计

•柔性自动化生产线的软件设计

网络型模块式柔性自动化生产线简介

• “柔性”是相对于“刚性” 而言的，传统的“刚性”自动化生产线旨在实现单一品种的大批量生产，其优点是生产率高。

• 由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低，但价格相当昂贵，且只能加工一个或几个相类似的零件。


• 柔性自动化生产线是本院创新实验室新引进的实验设备。

• 本课题任务是开发出一套基于 PLC网络型柔性自动化生产线自动控制系统，它由六套 S7-200 PLC、六套独立的工作站和一个监控站组成。

• 该自动化生产线采用西门子 S7 PLC为核心的智能控制节点，节点之间以 Profibus-DP为底层控制网络，用 WinCC为上位机编监控软件，实现一套完整集控制、组态、监控为一体的实验教学网络系统实验平台。


•本系统由一个 PC监控站和六套功能各自独立而又紧密相连的 PLC工作站组成。

•为了实现各站的生产控制，各站均采用西门子S7-200系列的 PLC作为控制单元。

网络型模块式柔性自动化生产线简介• 本系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站和分类站。

上料检测站

加工站

搬运站

安装搬运站

安装站

分类站

第一站第二站第三站

第四站

第五站第六站

系统物料传递流程图


• 1 ．上料检测站主要通过回传上料台将工件送到检测工位并检测其颜色。

• 2 ．搬运站主要是通过机器臂将工件从上一站搬至下一站。• 3 ．加工站主要通过回转工作台将工件在四个工位间转换，其中

一工位的钻孔单元负责打孔，另一工位负责检测打孔深度。• 4 ．安装站主要选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，

再将工件安装到位。• 5 ．安装搬运站将第三站工件拿起，放入安装工位，将装好工件

拿起放下站。• 6 ．分类站按工件颜色分类，将工件推入库房。


柔性自动化生产线网络连接图


• 本系统使用了多种类型的传感器，如电容式、电感式、光电式以及电磁式等传感器，采集各种控制信息，使系统可靠工作。

光电开关接近开关


• 系统各站都使用了大量的气动元件，包括多种电控气动阀、多种气动缸、气动夹爪、真空吸盘、真空发生器、过滤减速阀等。

电控气动阀


过滤减速阀

电磁阀

气缸吸盘

第四站气动回路图

柔性自动化生产线的通讯设计

• PLC之间的常用通讯一般有以下两种通信讯协：Profibus通讯协议和 PPI通讯协议。

• 结合系统对实时性要求不高和通讯实现可行性的分析，本系统的 PLC之间的通讯采用 PPI通讯协议。

• PPI是一种主站 - 从站协议，通过该协议主站设备可向从站设备发送请求。

• 第一站作为下位机的主站，其他几站作为从站。主站负责协调整个系统的工作，并且与上位 PC机之间和从站之间可以相互通信。


• PPI协议是西门子 S7-200系列 PLC常用通信协议，但WinCC中没有集成该协议，即 WinCC不能直接监控 S7-

200系列 PLC组成的控制系统。

• PC Access是西门子公司推出的专为解决上位机监控S7-200系列 PLC控制系统的接口软件。因此， WinCC

可以通过该软件与 S7-200系列 PLC很方便的建立通信。

• 一号站点组态• 打开 STEP 7-MicroWIN V4.0 软件，选择“ PLC 类

型”菜单，选择正确的 PLC 类型及版本，选择 PLC 类型

• 进入系统块设置界面，做以下设置。

• 根据通讯口设置规定，对 PLC 写入一段通讯控制程序，来控制整个系统的通讯状态。

• 定义通信端口数据传递

采集二号站点数据控制数据写入二号站点

• 第二站数据收发梯形图

• 由于 WinCC不支持 PPI协议，不能直接与 S7200的串口通讯。然而， WINCC带有 OPC客户端的驱动。因此，系统通过 OPC可以实现它们之间的数据交换。

• PC ACCESS是专为 S7200PLC所作的 OPC服务器，内置 OPC测试 CLIENT端

• OPC 是 Object Linking and Embedding （ OLE ） for Process Control的缩写。它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。

• OPC 以 OLE/COM/DCOM技术为基础，采用客户 / 服务器模式，为工业自动化软件面向对象的开发提供了统一的标准，这个标准定义了应用 Microsoft操作系统在基于 PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法。

• 增加新 PLC （ PLC1 ）、文件夹（ NET1 ）和项目（ ITEM1…… ）， PC ACCESS 建立链接数据图如图所示。

• 鼠标将建立的数据拖拽到 [ 测试客户机 ] 栏中；• 下拉菜单 [ 状态 ] 启动测试客户机，测试所建项目，如

果 [ 质量 ] 显示“好”，表示通讯数据正确；文件保存之。否则要检查接口或者重新设置。

• 运行 WINCC ，在 [ 变量管理 ] 中的 [ 添加新的驱动程序 ] ，在 WINCC 安装目录下的 [bin] 中选择 OPC 的WINCC 通讯驱动程序 (*.CHN) ；则在 [ 变量管理 ] 中会出现该驱动程序的变量组链 OPC GROUPS （ OPCCHN UNIT#1 ）。

• 在 OPC GROUPS 点击 [ 新的程序链接 ] ，将打开OPC 条目管理器；选择 [LOCAL] 中的S7200.OPCServer, 并点击 [ 过滤服务器 ], 弹出 [ 过滤标准 ] 的对话框中 , 点击 [ 下一步 ] 。

• 出现已经建立的 S7200 的 OPCSERVER 对话框；选择已建的 ITEMS ，并 [ 添加条目 ] ， [ 完成 ] 后，在OPC GROUPS 下将出现 S7200_OPCSERVER 的连接，以及添加的条目，完成变量的链接。

•


•软硬件要求 PC机： Windows XP操作系统 S7-200系列 PLC SIMATIC STEP 7 MicroWIN V4.3以上版本

PC/PPI电缆（支持多主站 PPI编程）安装 PC Access软件安装 WinCC 6.0软件

• 本系统采用 WinCC组态软件去实现柔性自动化生产线的实时监控。

• WinCC与自动化控制系统间的通讯依靠通讯驱动程序来实现 , 自动化控制系统与 WinCC工程间的数据交换则通过过程变量来实现。

• 组态变量的实现方法有 :

直接与变量连接动态对话框脚本 C 语言或 VBS 的编程方式。

柔性自动化生产线的监控设计

• 机器臂的出现与显示待检测工件这两个组态都可以简单地采用动态对话框的方式去实现。

• 显示检测到的工件的颜色采用脚本 C 语言方式，源程序如下

• #include "apdefap.h"• long _main(char* lpszPictureName, char* lpszObjectName,

char* lpszPropertyName)• {• BOOL color;• char i;• if(GetTagBit("ci_detect_1b1")) • {color=GetTagBit("color_detect"); //Return-Type: BOOL• i=GetTagByte("sum"); //Return-Type: char* • }• if(GetTagBit("ci_detect_1b1")) • SetTagBit("bit1",color); //Return-Type: BOOL • if(color) return 0x00ffffff;• else return 0;}

柔性自动化生产线的监控设计

WinCC组态监控界面

放映结束

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