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基于SMARTPLC的自动化生产线控制系统设计

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刘爱云

摘要：利用两台西门子S7-200 SMART PLC作為控制器，进行具备自动化生产线功能装置的控制系统设计。论文给出了自动化生产线控制系统的I/O分配，梯形图程序，采用昆仑通泰MCGS嵌入版7.7作为上位机组态实现运行状态的实时监控。通过测试，该系统能够实现自动化生产线系统的稳定运行。

Abstract： Two Siemens S7-200 SMART PLC are used as controllers to design a control system with automated production line functions. The paper gives the I/O distribution and the ladder program of the automatic production line control system， and uses the Kunlun Tongtai MCGS embedded version 7.7 as the upper computer configuration to realize the real-time monitoring of the running status. Through testing， the system enables stable operation of automated production line systems.

关键词：S7-200 SMART PLC;自动化生产线;控制系统

Key words： S7-200 SMART PLC;automated production line;control system

中图分类号：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）20-0227-04

0 ?引言

自动化生产线是现代工业的生命线，机械制造、电子信息、石油化工、轻工纺织、食品、制药及军工生产等现代化的发展都离不开生产线的主导和支撑[1]。下文针对一种自行研制的可实现自动化生产线功能的装置，进行了自动化生产线控制系统的程序设计。

1 ?设备功能介绍

图1为装置的实物照片，设备上的机械单元及安装位置为：1上料单元、2加工单元、3分拣单元、4输送单元。

1.1 上料单元的基本功能：该单元主要是实现上料功能。将提前放置在料仓中的工件，通过推料气缸自动地推出到物料台上，等待三轴搬运单元的机械手将其抓取，输送到加工单元的物料台上。

1.2 加工单元的基本功能：该单元主要是实现模拟加工功能，把该单元物料台上的工件（工件由三轴搬运单元的机械手装置送来）夹紧后，通过伸缩气缸的缩回，将工件送到冲压机构下面，完成一次冲压的模拟加工动作，然后伸缩气缸伸出，将工件再次送回，等待三轴搬运单元的机械手装置再次抓取。

1.3 分拣单元的基本功能：该单元完成对于将上一单元送来的已加工的工件进行分拣的功能，让不同材质和颜色的工件分流到不同的料槽里[2]。

1.4 三轴搬运单元的基本功能：该单元主要是实现传送工件的功能。通过驱动能够三轴运动的传动机构，实现机械手装置在指定单元物料台上的精确定位，并在定位点处实现物料的抓取和放置。

2 ?控制系统要求

本文的自动化生产线装置的具体控制要求如下：生产线可联机自动运行，也可单站手动运行。生产线上电后，系统自行检测初始状态是否满足运行条件，如不满足则手动复位。当系统准备就绪（三轴搬运单元位于原点位置），在触摸屏上选择自动运行模式，当上料站检测到料仓有货，推料气缸伸出，将料块推出到出货台，推出到位传感器触发后，退料气缸缩回，同时加工站物料台伸出气缸伸出;出货台下侧光电传感器检测到有货后，三轴搬运装置由原点位置运行（X轴、Y轴）到料块上方，Z轴下降，到位后进行夹紧，夹紧到位传感器触发后，Z轴上升，上升到安全高度;三轴搬运装置运行到加工站位置，Z轴下降，到位后夹具松开，将工件放置在该单元的物料台上，待工件被夹紧后，物料台伸出气缸缩回，缩回到位后，加工气缸伸出加工，加工完成后，物料台伸出气缸再次伸出，伸出到位夹具松开;三轴搬运装置Z轴下降，抓取已经加工好的工件，上升到安全高度;三轴搬运装置X轴、Y轴运行到分拣站位置，Z轴下降，到位后夹具松开，将工件放置在分拣站入货台;分拣站检测到工件时，传送带开始工作，根据工件的颜色、材料进行分拣，同时三轴搬运装置回到原点，等待下一次运行。

装置控制单元由两台SMART PLC和触摸屏构成，触摸屏选择昆仑通态的TPC7062KS型号，SMART PLC中的S7-200 SMART ST40 PLC用于控制三轴搬运装置的运行， S7-200 SMART SR60PLC用于控制上料站、加工站以及分拣站的运行，三者之间采用以太网通讯，系统架构如图2所示。

3 ?PLC系统程序设计

3.1 I/O地址分配

I/O信号及地址分配如表1和表2所示。

3.2 系统的程序设计

系统构成的两台PLC之间需要进行通讯，我们以S7-200 SMART ST40 PLC作为主站PLC，S7-200 SMART SR60 PLC作为从站PLC，整个系统的控制可分为自动和手动运行两个过程。图3为两台PLC上的子程序截图。在主站S7-200 SMART ST40 PLC上的程序由主程序和14个子程序组成，包含自动运行子程序（SBR12）、三个轴的运行控制程序（SBR0、SBR10、SBR11）、通信子程序（SBR13）、三个轴的轴控制子程序（SBR1-9），从站的S7-200 SMART SR60 PLC上的程序由主程序和4个子程序组成，包含三个站的单独手动运行子程序（SBR0-SBR2）和自动运行子程序（SBR3）。所有的子程序中，除了通信子程序（SBR13）可以利用STEP 7-MicroWIN SMART编程软件的工具栏的GET/PUT向导组态生成，三个轴的轴控制子程序（SBR1-9）可以利用运动控制向导组态生成外，其余的主程序和子程序均需要根据流程的运行情况自主编写。

自动运行情况下的PLC程序如图4和图5所示。其中图4-a为主站S7-200 SMART ST40 PLC上的主程序，图4-b为通过PLC运动控制向导设置完成的PLC运动控制X轴子程序，Y轴与Z轴同X轴类似。图5为从站S7-200 SMART SR60 PLC上的主程序。

3.3 人机界面设计

本系统选择用昆仑通泰MCGS嵌入版7.7组态软件设计HMI，实现上位机的监控功能。该系统设计的人机界面主要包含以下画面：开机欢迎的界面、系统操作的界面、状态显示的界面，各界面画面如图6所示。

4 ?總结

经过测试，自制装置中所有的I/O信号均能良好的传递，正常的通信，并且具有上位机的监控功能，可以顺利实现自动化生产线的控制功能。

参考文献：

[1]吴繁红.西门子S7-1200 PLC应用技术项目教程[M].北京：电子工业出版社，2017.

[2]吕景泉.自动生产线安装与调试[M].北京：中国铁道出版社，2008.

[3]党媚.基于MCGS触摸屏与S7-200的以太网小型自动化系统[J]自动化技术与应用，2018，38（3）：92-94.

[4]李子昀.基于PLC的自动生产线实验平台的研究[D].南京：东南大学，2010.

[5]中英昌.自动生产线技术[M].上海：上海交通大学出版社，1992.

[6]侯力，樊庆文，黄成祥，向国齐.机电一体化系统设计[M].北京：高等教育出版社，2006.

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