软件设计与加工单元PLC控制系统设计

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四、软件设计17

4.1.1供料站的要求

本项目只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况，单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。并且，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。具体的控制要求为：

① 设备上电和气源接通后,若工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且料仓内有足够的待加工工件，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，工作单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。启动后，若出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上。出料台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。

③ 若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，HL2指示灯熄灭。

④ 若在运行中料仓内工件不足，则工作单元继续工作，但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁，“设备运行”指示灯HL2保持常亮。若料仓内没有工件，则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪烁。工作站在完成本周期任务后停止。除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。

要求完成如下任务。

1、规划PLC的I/O分配及接线端子分配。 2、进行系统安装接线。


3、按控制要求编制PLC程序。 4、进行调试与运行。

4.1.2 PLC的I/O 接线及其气路图



图2-8 供料单元气动控制回路工作原理图

根据工作单元装置的信号分配（表2-1）和工作任务的要求，供料单元PLC选用S7-224 AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。PLC的 I/O信号分配如表2-2所示，接线原理图则见图2-19。

表2-2 供料单元PLC的 I/O信号表

输入信号

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

PLC输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5



工作方式选择

停止按钮 启动按钮

按钮/指示灯模块

信号名称 顶料气缸伸出到位

顶料气缸缩回到位 推料气缸伸出到位

推料气缸缩回到位 装置侧 出料台物料检测 供料不足检测 缺料检测 金属工件检测

信号来源

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PLC输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1

输出信号 信号名称 顶料电磁阀 推料电磁阀

正常工作指示 运行指示



按钮/指示灯模块



信号来源

装置侧




图2-19 供料单元PLC的I/O接线原理图

4.1.3 供料单元单站控制的编程思路

1、程序结构：有两个子程序，一个是系统状态显示，另一个是供料控制。主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序，仅当在运行状态已经建立才可能调用供料控制子程序。

2、PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许投入运行，这样可及时发现存在问题，避免出现事故。例如，若两个气缸在上电和气源接入时不在初始位置，这是气路连接错误的缘故，显然在这种情况下不允许系统投入运行。通常的PLC控制系统往往有这种常规的要求。

3、供料单元运行的主要过程是供料控制，它是一个步进顺序控制过程。

4、如果没有停止要求，顺控过程将周而复始地不断循环。常见的顺序控制系统正常停止要求是，接收到停止指令后，系统在完成本工作周期任务即返回到初始步后才停止下来。

5、当料仓中最后一个工件被推出后，将发生缺料报警。推料气缸复位到位，亦即完成本工作周期任务即返回到初始步后，也应停止下来。

按上述分析，可画出如图2-20所示的系统主程序流程图。




图2-20 主程序梯形图


供料控制子程序的步进顺序流程则如下图2-21所示。图中，初始步S0.0在主程序中，当系统准备就绪且接收到启动脉冲时被置位。



图2-21 供料控制子程序流程图

4.1.4 调试与运行

（1）调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。 （2）检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。 （3）检查I/O接线是否正确。

（4）检查光电传感器安装是否合理，灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。 （5）放入工件，运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。

（6）调试各种可能出现的情况，比如在任何情况下都有可能加入工件，系统都要能可靠工作。

（7）优化程序。

4.2 加工单元PLC控制系统设计

4.2.1 工作任务

只考虑加工单元作为独立设备运行时的情况，本单元的按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关应置于“单站方式”位置。具体的控制要求为：

1、初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪松开的状态，冲压气缸处于缩回位置，急停按钮没有按下。

若设备在上述初始状态，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，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当待加工工件送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后


返回待料位置的工件加工工序。如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。

③ 在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。HL2指示灯熄灭。

3、在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。HL2指示灯熄灭。

要求完成如下任务。

（1）规划PLC的I/O分配及接线端子分配。 （2）进行系统安装接线和气路连接。 （3）编制PLC程序。 （4）进行调试与运行。

4.2.2 PLC的分配、气路图及系统安装接线

1、装置侧接线端口信号分配如表3-1所示

表3-1 加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配 输入端口中间层

端子号 2 3 4 5 6 7

设备符号 SC1 3B2 2B2 2B1 1B1 1B2

信号线

加工台物料检测 工件夹紧检测 加工台伸出到位 加工台缩回到位 加工压头上限 加工压头下限



端子号 2 3 4 5

输出端口中间层 设备符号 3Y 2Y 1Y

6#～14#端子没有连接



伸缩电磁阀 冲压电磁阀

信号线 夹紧电磁阀

8#～17#端子没有连接


加工单元气动控制回路工作原理





2、加工单元选用S7-224 AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。PLC的信号表如表3-2所示，接线原理图如图3-9所示。

表3-2 加工单元PLC的 I/O信号表

输入信号

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

PLC输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5



停止按钮 启动按钮 急停按钮 单站/全线

按钮/指示灯模块

信号名称 加工台物料检测 工件夹紧检测 加工台伸出到位 加工台缩回到位 加工压头上限 加工压头下限

装置侧 信号来源

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PLC输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1

输出信号 信号名称 夹紧电磁阀

料台伸缩电磁

阀 加工压头电磁

阀

正常工作指示 运行指示



按钮/指示灯模块

装置侧 信号来源


图3-9 加工单元PLC的I/O接线原理图



4.2.3 编写和调试PLC控制程序

1、编写程序的思路

加工单元主程序流程与供料单元类似，也是PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许接收启动信号投入运行。但加工单元工作任务中增加了急停功能。为此，调用加工控制子程序的条件应该是“单元在运行状态”和“急停按钮未按”两者同时成立，如图3-12所示。



图3-12 加工控制子程序的调用

这样，当在运行过程中按下急停按钮时，立即停止调用加工控制子程序，但急停前当前步的S元件仍在置位状态，急停复位后，就能从断点开始继续运行。

加工过程也是一个顺序控制，其步进流程图如图3-13所示。




图3-13 加工过程的流程图

从流程图可以看到，当一个加工周期结束，只有加工好的工件被取走后，程序才能返回S0.0步，这就避免了重复加工的可能。

2、调试与运行

（1）调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。 （2）检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。 （3）检查I/O接线是否正确。

（4）检查光电传感器安装是否合理，灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。 （5）放入工件，运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。

（6）调试各种可能出现的情况，比如在任何情况下都有可能加入工件，系统都要能可靠工作。

（7）优化程序。

4.3 装配单元PLC控制系统设计

4.3.1 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，供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，且供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。

4.4.2 PLC的分配、气路图及系统安装接线

装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表4-1所示。

装配单元的I/O点较多，选用S7-226 AC/DC/RLY主单元，共24点输入，16点继电器输出。PLC的I/O分配如表4-2所示。图4-19是PLC接线原理图。在单站运行时，警示灯没有使用，可不接线。

装配单元的阀组是6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如图所示。这些阀分别对供料，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。



装配单元气动控制回路

表4-1 装配单元PLC的 I/O信号表

输入信号

序号 1 2 3 4 5

PLC输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4

信号名称 零件不足检测 零件有无检测 左料盘零件检测 右料盘零件检测 装配台工件检测

装置侧 信号来源

序号 1 2 3 4 5

PLC输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4

输出信号 信号名称 挡料电磁阀 顶料电磁阀 回转电磁阀 手爪夹紧电磁阀

手爪下降电磁

装置侧 信号来源


阀

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7

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 停止按钮 启动按钮 急停按钮 单机/联机

按钮/指示灯模块

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7

HL1 HL2 HL3



手臂伸出电磁阀 红色警示灯 橙色警示灯 绿色警示灯



按钮/指示灯模块



4.4 分拣单元的PLC控制及编程

4.4.1 工作任务

1、设备的工作目标是完成对白色芯金属工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金属或塑料工件进行分拣。为了在分拣时准确推出工件，要求使用旋转编码器作定位检测。并且工件材料和芯体颜色属性应在推料气缸前的适应位置被检测出来。

2、设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸均处于缩回位置，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。

3、若设备准备好，按下启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器即启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz的速度，把工件带往分拣区。

如果工件为白色芯金属件，则该工件对到达1号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到1号槽中；如果工件为白色芯塑料，则该工件对到达2号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到2号槽中；如果工件为黑色芯，则该工件对到达3号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到3号槽中。工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期结束。仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。


如果在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。

4.4.2 PLC的I/O 接线及气路图

分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表5-9所示。由于用于判别工件材料和芯体颜色属性的传感器只须安装在传感器支架上的电感式传感器和一个光纤传感器，故光纤传感器2可不使用。

分拣单元的电磁阀使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。这三个阀对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。



表4-9 分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配 输入端口中间层

端子号 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

SC1 SC2 SC3 SC4 1B 2B 3B DECO 设备符号

信号线

旋转编码器A相 旋转编码器B相 旋转编码器Z相 进料口工件检测 电感式传感器 光纤传感器1 光纤传感器2 推杆1推出到位 推杆2推出到位 推杆3推出到位

端子号 2 3 4

输出端口中间层 设备符号 1Y 2Y 3Y

信号线 推杆1电磁阀 推杆2电磁阀 推杆3电磁阀

12#～17#端子没有连接 5#～14#端子没有连接



分拣单元PLC选用S7-224 XP AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。选用S7-224 XP主单元的原因是，当变频器的频率设定值由HMI指定时，该频率设定值是一个随机数，需要由PLC通过变换方式向变频器输入模拟量的频率指令，以实现电机速度连续调


整。S7-224 XP主单元集成有2路模拟量输入，1路模拟量输出，有两个RS-485通信口。可满足变换的编程要求。

本项目工作任务仅要求以30Hz的固定频率驱动电动机运转，只须用固定频率方式控制变频器即可。本例中，选用MM420的端子“5”（DIN1）作电机启动和频率控制，PLC的信号表见表5-10，接线原理图如图4-18所示。

表4-10 分拣单元PLC的 I/O信号表

输入信号

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

●

● 斜坡上升时间参数P1120设定为1秒，斜坡下降时间参数P1121设定为0.1秒。（注：由于驱动电动机功率很小，此参数设定不会引起变频器过电压跳闸）

PLC输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5



单站/全线

进料口工件检测 电感式传感器 光纤传感器1 光纤传感器2 推杆1推出到位 推杆2推出到位 推杆3推出到位 启动按钮 停止按钮

按钮/指示灯模块 装置侧

信号名称 旋转编码器B相 旋转编码器A相

信号来源

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

PLC输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0

输出信号 信号名称 电机启动

HL1 HL2

信号输出目标 变频器 按钮/指示灯模块



为了实现固定频率输出，变频器的参数应如下设置：




图4-18 分拣单元PLC的I/O接线原理图

4.4.3 分拣单元的编程要点

4.4.3.1 高速计数器的编程

高速计数器的编程方法有两种，一是采用梯形图或语句表进行正常编程，二是通过STEP7-Micro/WIN编程软件进行引导式编程。不论那一种方法，都先要根据计数输入信号的形式与要求确定计数模式；然后选择计数器编号，确定输入地址。

分拣单元所配置的PLC是S7-224XP AC/DC/RLY主单元，集成有6点的高速计数器，编号为HSC0～HSC5，每一编号的计数器均分配有固定地址的输入端。同时，高速计数器可以被配置为12种模式中的任意一种。如表5-11所示。

表5-11 S7-200PLC的HSC0～HSC5输入地址和计数模式

模式

中断描述 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5

I0.0 I0.6 I1.2 I0.1 I0.3 I0.4

I0.1 I0.7 I1.3 I0.4

输入点 I0.2 I1.0 I1.4 I0.5

I1.1 I1.5


0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

带有内部方向控制的单相计数器

带有外部方向控制的单相计数器

带有增减计数时钟的双相计数器

时钟 时钟 时钟 时钟 时钟 时钟 增时钟 增时钟 增时钟 时钟A 时钟A

方向 方向 方向 减时钟 减时钟 减时钟 时钟B 时钟B

复位 复位 复位 复位 复位 复位 复位

启动 启动 启动

相正交计数器

时钟A 时钟B 复位 启动



根据分拣单元旋转编码器输出的脉冲信号形式 (A/B相正交脉冲，Z相脉冲不使用，无

外部复位和启动信号) ，由表5-11容易确定，所采用的计数模式为模式9，所选用的计数器为HSC0，A相脉冲从I0.0输入，B相脉冲从I0.1输入，计数倍频设定为4倍频。分拣单元高速计数器编程要求较简单，不考虑中断子程序，预置值等。

使用引导式编程，很容易自动生成了符号地址为“HSC_INIT”的子程序。其程序清单如图5-19所示。（引导式编程的步骤从略，请参考S7-200系统手册）





图5-19 子程序HSC_INIT清单


在主程序块中使用SM0.1（上电首次扫描ON）调用此子程序，即完成高速计数器定义并启动计数器。

在本项工作任务中，编程高速计数器的目的，是根据 HC0当前值确定工件位置，与存储到指定的变量存储器的特定位置数据进行比较，以确定程序的流向。特定位置数据是：

● 进料口到传感器位置的脉冲数为1800，存储在VD10单元中（双整数） ● 进料口到推杆1位置的脉冲数为2500，存储在VD14单元中 ● 进料口到推杆2位置的脉冲数为4000，存储在VD18单元中 ● 进料口到推杆3位置的脉冲数为5400，存储在VD22单元中

可以使用数据块来对上述V存储器赋值，在STEP7-Micro/WIN界面项目指令树中，选择 数据块→用户定义1；在所出现的数据页界面上逐行键入V存储器起始地址、数据值及其注释（可选），允许用逗号、制表符或空格作地址和数据的分隔符号。如图5-20所示。



图5-20 使用数据块对V存储器赋值

注意：特定位置数据均从进料口开始计算，因此，每当待分拣工件下料到进料口，电机开始启动时，必须对HC0的当前值（存储在SMD38中）进行一次清零操作。

4.4.3.2程序结构

1、分拣单元的主要工作过程是分拣控制，可编写一个子程序供主程序调用，工作状态显示的要求比较简单，可直接在主程序中编写。

2、主程序的流程与前面所述的供料、加工等单元是类似的。但由于用高速计数器编程，必须在上电第1个扫描周期调用HSC_INIT子程序，以定义并使能高速计数器。主程序的编制，请读者自行完成。


3、分拣控制子程序也是一个步进顺控程序，编程思路如下：

①当检测到待分拣工件下料到进料口后，清零HC0当前值，以固定频率启动变频器驱动电机运转。梯形图如图5-21所示。



图5-21 分拣控制子程序初始步梯形图

②当工件经过安装传感器支架上的光纤探头和电感式传感器时，根据2个传感器动作与否，判别工件的属性，决定程序的流向。HC0当前值与传感器位置值的比较可采用触点比较指令实现。完成上述功能的梯形图见图5-22。

③根据工件属性和分拣任务要求，在相应的推料气缸位置把工件推出。推料气缸返回后，步进顺控子程序返回初始步。








图5-22 在传感器位置判别工件属性的梯形图

4.5 输送单元的PLC控制与编程

4.5.1 工作任务

单站运行的目标是测试设备传送工件的功能。要求其他各工作单元已经就位，如图7-31所示。并且在供料单元的出料台上放置了工件。具体测试过程要求如下：



1、输送单元在通电后，按下复位按钮SB1，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。在复位过程中，“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁。

当抓取机械手装置回到原点位置，且输送单元各个气缸满足初始位置的要求，则复位完成，“正常工作”指示灯HL1常亮。按下起动按钮SB2，设备启动，“设备运行”指示灯HL2也常亮，开始功能测试过程。

2、抓取机械手装置从供料站出料台抓取工件，抓取的顺序是：手臂伸出→手爪夹紧抓取工件→提升台上升→手臂缩回。

3、抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置向加工站移动，移动速度不小于300mm/s。

4、机械手装置移动到加工站物料台的正前方后，即把工件放到加工站物料台上。抓取机械手装置在加工站放下工件的顺序是：手臂伸出→提升台下降→手爪松开放下工件→手臂缩回。

5、放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取加工站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。


6、抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后把工件放到装配站物料台上。其动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。

7、放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取装配站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。

8、机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90°，伺服电机驱动机械手装置从装配站向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。

9、放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电机驱动机械手装置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，摆台顺时针旋转90°，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。

当抓取机械手装置返回原点后，一个测试周期结束。当供料单元的出料台上放置了工件时，再按一次启动按钮SB2，开始新一轮的测试。

二、非正常运行的功能测试

若在工作过程中按下急停按钮QS，则系统立即停止运行。在急停复位后，应从急停前的断点开始继续运行。但是若急停按钮按下时，输送站机械手装置正在向某一目标点移动，则急停复位后输送站机械手装置应首先返回原点位置，然后再向原目标点运动。

4.5.2 PLC的选型和I/O 接线、气路图

输送单元所需的I/O点较多。其中，输入信号包括来自按钮/指示灯模块的按钮、开关等主令信号，单元各构件的传感器信号等；输出信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号和输出到步进电机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号；此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮/指示灯模块的指示灯、蜂鸣器等，以显示本单元或系统的工作状态。

由于需要输出驱动伺服电机的高速脉冲，PLC应采用晶体管输出型。

基于上述考虑，选用西门子S7-226 DC/DC/DC型PLC，共24点输入，16点晶体管输出。 在气动控制回路中，驱动摆动气缸和气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通双电控电磁阀，电磁阀外形如图7-6所示。

双电控电磁阀与单电控电磁阀的区别在于，对于单电控电磁阀，在无电控信号时，阀芯在弹簧力的作用下会被复位，而对于双电控电磁阀，在两端都无电控信号时，阀芯的位置是取决于前一个电控信号。






图7-6 双电控气阀示意图





注意：双电控电磁阀的两个电控信号不能同时为“1”，即在控制过程中不允许两个线圈



同时得电，否则，可能会造成电磁线圈烧毁，当然，在这种情况下阀芯的位置是不确定的。





表4-1 输送单元PLC的 I/O信号表

输入信号

序号 1 2 3 4 5

PLC输入点 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4

信号名称 工作方式选择 启动按钮 停止按钮

顶料气缸伸出到位

信号来源 按钮/指示灯模块

序号 1 2 3 4 5

PLC输出点 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4

输出信号 信号名称



信号来源




6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

I0.5 I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I1.6 I1.7 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 I2.4 I2.5 I2.6 I2.7

顶料气缸缩回到位 推料气缸伸出到位 推料气缸缩回到位 金属传感器动作 出货台物料检测 供料不足检测 没料检测



6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 Q1.7





输送单元PLC的输入端和输出端接线原理图分别如图6-30和图6-31所示。在接线图中输入端连接了一些开关和按钮，输出端连接了一些指示灯和蜂鸣器，仅仅是作为例子，实际接线时应按工作任务的需要加以考虑。




图6-30 输送单元PLC接线原理图

由图6-30可见，PLC输入点I0.1和 I0.2分别与右、左极限开关SQ2和SQ3相连接，并且还与两个中间继电器KA1和KA2相连。当发生右越程故障时，右极限开关SQ2动作，其常开触点接通，I0.1为0V电平，越程故障信号输入到PLC，与此同时，继电器KA1动作，它的常闭触点将断开步进电机驱动器的脉冲输入回路，强制停止发出脉冲（见下面图7-9：输送单元PLC的输出端接线原理图）。同样，KA2也是在发生左越程故障时起强制停发脉冲的作用。

可见，继电器KA1和KA2的作用是硬联锁保护。目的是防范由于程序错误引起冲极限故障而造成设备损坏。

输送单元的电气接线与其他单元不同，PLC与按钮/指示灯/直流电源模块、步进电机驱动器模块间的接线是通过安全导线插接的，而PLC与该单元的传感器、气动电磁阀等的接线则是用安全导线插接到接线端子排上的安全插孔上，再由接线端子排引出的。同样，步进电机驱动器输出电源线、分拣单元变频器的输出线和控制端子引出线也是经接线端子排引出，此外，其他各工作单元的直流工作电源，也是由按钮/指示灯/直流电源模块提供，经接线端子排引到各单元上。



4.5 编写和调试PLC控制程序

1、编写程序的思路


从前面所述的传送工件功能测试任务可以看出，功能测试过程应包括上电后复位、传送功能测试、紧急停止处理和状态指示等部分，传送功能测试基本上是一个步进顺序控制过程。可采用步进指令驱动实现。考虑到急停状态，此程序段可在非急停标志为ON时所启动的主控块内编写。

输送单元程序控制的关键点是步进电机的定位控制，步进电机驱动抓取机械手装置从某一起始点出发，到达某一个目标点，然后抓取机械手按一定的顺序操作，完成抓取或放下工件的任务。测试过程的不同阶段，机械手装置移动的距离也不同

2、功能测试程序的结构 ⑵ 紧急停止处理

当抓取机械手装置正在向某一目标点高速向前移动时按下急停按钮，抓取机械手装置骤然停止，势必由于惯性导致越步，这时必须返回原点重新校准基准位，才能保证到目标点的精确定位。这样当急停复位后，程序不能马上回到原来的顺控过程，而是要经过使机械手装置返回原点的一个过渡过程，用M11标志这一过程。当机械手装置返回原点并延时0.5秒后，M11复位，顺控过程标志M10置位，程序回到原来的顺控过程继续执行。

机械手装置高速返回时发生急停，急停复位后无须进行再校准，但步进工步应转移到低速返回工步。

紧急停止处理程序梯形图如图7-24所示。图中M12是急停复位到原点后设置的重校准标志。顺序控制过程执行中，当M12 ON且目标站为装配站或分拣站时，步进电机移动的脉冲量要更改为从原点到装配站或分拣站。

⑶ 状态显示程序

系统工作状态的显示，可编写一个子程序，主程序在每一扫描周期调用此子程序实现。 抓取机械手装置在不同的阶段抓取和放下工件的动作顺序是相同的。抓取工件的动作顺序为：手臂伸出→手爪夹紧→提升台上升→手臂缩回。放下工件的动作顺序为：手臂伸出→提升台下降→手爪松开→手臂缩回。

因此，可以采用子程序调用的方法来实现抓取和放下工件的动作控制。编写这两个子程序时需注意，虽然抓取和放下工件都是步进顺序控制，



3、调试与运行

（1）调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。 （2）检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。 （3）检查I/O接线是否正确。 （4）测试限位是否能起作用。

（5）调节原点位置，测试回归原点是否准确。

（5）检查步进驱动器的细分设置和步进电机运行的最高频率，保证运行可靠。


（6）调试运行定位是否准确可靠。 （7）优化程序。

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