CN105976669A

CN105976669A - 一种模块化生产实训系统

Info

Publication number: CN105976669A
Application number: CN201610559004.2A
Authority: CN
Inventors: 黄力
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2016-09-28

Abstract

本发明公开了一种模块化生产实训系统，所述模块化生产实训系统包括与触摸屏操作监控系统分别连接的供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站，所述供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站中分别设置有PLC控制器，所述供料站、检测站和搬运站的输入传感器信号、经过处理输出至受控单元，所述加工站和分类存储站的输入传感器信号、输出连接至受控单元伺服驱动系统；本系统的PLC间的MODBUS总线组网简单可靠，突破了该总线多应用于单机通讯的情况，且MODBUS为开源便于国产化，采用智能手机的监控使系统应用更加灵活。

Description

一种模块化生产实训系统

技术领域

本发明属于通信控制技术领域，具体涉及一种模块化生产实训系统。

背景技术

当前，国内高校的生产实训系统一般采用的是进口的西门子和三菱的系统，西门子系统采用PROFIBUS-DP网络，PLC需DP模块，设置复杂，成本较高；而三菱的系统采用的CCLINK网络，在工控领域应用有限。

因此,需要提供一种新型的生产实训系统来克服上述缺陷。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种模块化生产实训系统，降低生产成本，扩大应用范围。

一种模块化生产实训系统，所述模块化生产实训系统包括与触摸屏操作监控系统分别连接的供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站，所述供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站中分别设置有PLC控制器，所述供料站、检测站和搬运站的输入传感器信号、经过处理输出至受控单元，所述加工站和分类存储站的输入传感器信号、输出连接至受控单元伺服驱动系统。

优选地，所述模块化生产实训系统由1台型号为DVP20EX200R的PLC作为主站控制器，四台型号为DVP32ES200T的PLC作为从站控制器，5台PLC之间连接COM2口，通过Easy PLCLink通讯，触摸屏连接COM3口，作为上位机实现对系统的操作和监控。

优选地，所述加工站与所述分类存储站的PLC的输出端口具有高速脉冲输出功能，发出传感器信号的传感器包括检测物料性质的光电传感器、电容传感器、电感传感器以及检测气缸和伺服运动位置的磁性开关，传感器、磁性开关与PLC输入点连接，PLC与上位机之间通过485通讯实现对下位机的操控及监控，电磁阀与PLC输出端口连接。

优选地，所述供料站采用DVPsx2作为主站，其他四个工作站用DVP32ES200T作为从站。

优选地，所述系统的工艺流程如下：所述供料站到达目标位置复位，左右摆缸将物料搬运至下一站；所述检测站物料上送，检测气缸下降，执行物料高度测试，测试不合格，物料推送至废料箱，测试合格，摆缸将物料送至下一站；所述加工站在伺服将物料送至加工点，电机启动执行加工，完毕执行检测，合格送至搬运点；所述搬运站有合格产品，气缸左转执行搬运，将产品送至分类存储站载物台，不合格产品送至废品箱；检测到载物台有产品，气缸弹出，机械手抓取产品，伺服驱动电机，将产品精确放置指定仓位。

优选地，所述触摸屏操作监控系统的触摸屏软件通过对PLC输入信号、输出信号的采集、显示就行监控，还可以对PLC进行控制。

优选地，所述触摸屏操作监控系统的界面包括登陆界面、主界面、供料站画面、检测站画面、加工站画面、搬运站画面、分类存储站画面，报警画面。

优选地，所述登陆界面包括三个用户名及密码，无密码者不能进入触摸屏监控系统；所述主画面包括五站的起停控制按钮及工作状态显示，实时监控保证了紧急情况下能对每个站进行停止动作；五个工作站画面均有独立的启动、停止、复位、急停等开关按钮及时间显示；所述供料站画面显示仓料室内是否有料，已经供料的数量，推料气缸的动作状态；检测站显示载物台上物料有无信息，显示光电传感器、电容传感器、电感传感器的检测状态，以及经过分析后，物料的颜色、材质信息，并对每个检测过的物料进行记录，生成记录表格，显示合格物料的种类、数量，不合格物料的数量，另外显示上升检测装置、检测装置，摆臂的动作状态；所述加工站画面显示各个槽位的物料有无及颜色材质信息，并且动画显示物料的加工进程，伺服的运行状态；所述搬运站画面显示伸缩机械臂的旋转位置、伸缩状态，并且实时显示产品的信息、和已搬运产品的数量；所述分类存储站画面显示载物台上有无产品及存在产品的详细信息，动态显示双轴机械手的运作状态，显示3*3的仓储室仓位的空满状态、每层显示不同的种类，显示产品总量及剩余仓位。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的一种模块化生产实训系统，本系统的PLC间的MODBUS总线组网简单可靠，突破了该总线多应用于单机通讯的情况，且MODBUS为开源便于国产化，采用智能手机的监控使系统应用更加灵活。

附图说明

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1是本发明一种模块化生产实训系统的系统结构图；

图2是本发明一种模块化生产实训系统的主程序控制图。

具体实施方式

为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

结合图1和图2，一种模块化生产实训系统，所述模块化生产实训系统包括与触摸屏操作监控系统分别连接的供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站，所述供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站中分别设置有PLC控制器，所述供料站、检测站和搬运站的输入传感器信号、经过处理输出至受控单元，所述加工站和分类存储站的输入传感器信号、输出连接至受控单元伺服驱动系统。

该系统工艺流程如下，供料站要实现推料气缸的推送，到达目标位置复位，左右摆缸将物料搬运至下一站；检测站物料上送，检测气缸下降，执行物料高度测试，测试不合格，物料推送至废料箱，测试合格，摆缸将物料送至下一站；加工站，物料到位，伺服将物料送至加工点，电机启动执行加工，完毕执行检测，合格送至搬运点；搬运点有合格产品，气缸左转执行搬运，将产品送至分类存储站载物台，不合格产品送至废品箱；检测到载物台有产品，气缸弹出，机械手抓取产品，伺服驱动电机，将产品精确放置指定仓位。该系统结合工控领域常用的检测与控制技术，等于把实际的生产线缩小到学校实验室。

本系统采用2款共5个PLC作为控制核心，包括EX2、ES2型号，PLC控制器主要功能是实现开关量信号的采集，物料材质、颜色信息的采集及传送，并显示于触摸屏监控画面上，通过PLC间的通信实现模块与模块之间的有机结合，PLC控制伺服实现精确定位，完成产品的精加工，安全仓储。

生产实训系统，由1台型号为DVP20EX200R的PLC作为主站控制器，四台型号为DVP32ES200T的PLC作为从站控制器，5台PLC之间连接COM2口，通过Easy PLC Link通讯，触摸屏连接COM3口，作为上位机实现对系统的操作和监控。PLC主站，主机点数20点（12DI/8DO），内建RS232与RS485，兼容MODBUS、ACCII/RTU通讯协议，PLC从站，主机点数32点（16DI/16DO），内建RS232与RS485，兼容MODBUS、ACCII/RTU通讯协议，支持2点（Y0，Y1）独立高速脉冲输出功能，最高可达100KHz。

选用台达DOP-B05S100触摸屏，价格便宜，编程操作环境为Screen Editor，开关按钮，数值显示，动画显示等编程简单易懂，与PLC之间通过RS485通讯。

选用台达ASD-A0421-AB伺服驱动器及伺服电机，伺服电机采用脉冲控制方式，编码器分辨率可达到10000ppr，旋转360/10000度，精度高，另外伺服采用闭环控制，伺服每发送一个脉冲，电机旋转一个脉冲的角度，并返回一个脉冲信号，如此，输出多少脉冲，就反馈多少脉冲，形成闭环控制，保证伺服电机无误差运行，达到高精度控制。根据加工工艺、仓储方式，可采用内部寄存器输入模式，满足控制要求，实现精确定位。

该系统硬件设计主要设计内容包括系统硬件电路设计，伺服系统设计，系统软件设计等。

系统硬件电路设计：加工站与分类存储站需要PLC的输出端口具有高速脉冲输出功能，传感器的选型，包括检测物料性质的光电传感器、电容传感器、电感传感器以及检测气缸和伺服运动位置的磁性开关，传感器、磁性开关与PLC输入点连接，PLC与上位机之间通过485通讯实现对下位机的操控及监控，电磁阀与PLC输出端口连接。

基于PLC的模块化生产实训系统分为供料站、检测站、加工站、搬运站、分类存储站五个工作站，其中供料站的DVPsx2作为主站，其他四个工作站用DVP32ES200T作为从站。PLC的L、N接220V交流电，S/S、ZP0接0V，UP0接+24V，磁性开关、光电传感器、电容传感器、电感传感器一端接PLC的输入端X，另一端接+24V，当传感器开关闭合时，X端便有了输入。气缸控制来源于电磁阀的控制，电磁阀接到PLC的输出点Y上，当Y有输出时，电磁阀做出相应的动作，带动气缸动作。五站通讯连接，五个PLC的COM2口的D+、D-、SG分别串连在一起。限于篇幅，具体电路图略，也可参考图1。

该系统的PLC软件设计5个工作站各有1台PLC实现各个站的信号采集，通过五台PLC之间的Easy PLC Link通讯进行信息传递，执行器执行相应动作，完成五站的控制流程。

系统主程序如图2所示，启动后先由供料站的仓料室下方的光纤传感器检测当前是否有物料，当有物料时，推料气缸执行前推送料，光纤传感器检测到物料到位后，推料气缸后退，摆臂气缸左摆，左摆到位后，电磁阀控制吸盘吸气，吸住物料，然后摆缸右摆，将物料搬运到检测站，右摆到位后，电磁阀断电，吸盘放松，物料被放在检测站载物台上，同时摆臂左摆，左摆到位后，供料站将到位信号传输到检测站，检测站开始执行对物料的检测。检测站载物台上传感器检测到有物料时，光电传感器、电容传感器、电感传感器检测物料颜色、材质信息，并传送至PLC，PLC记录此物料信息，检测物料颜色、材质的同时，PLC控制电磁阀动作，提升气缸装置上升，检测装置下降，到位后开始执行检测，检测时间为1S，检测完毕后，PLC记录物料高度信息并进行物料高度分析，提升气缸下降，检测装置上升，复位完成后，根据PLC对物料高度的分析结果，如果不符合高度要求，PLC控制推料气缸前推，将废料推入废料槽，如果物料符合要求，气缸无动作，等待摆缸搬运，如果此时加工站没有物料，加工站PLC，通过Easy PLC Link将没有物料信号传输到检测站PLC，搬运装置旋转气缸左摆到位，搬运装置提升装置下降，吸盘吸合，吸住物料，搬运装置提升装置上升，搬运装置旋转气缸右摆到位，吸盘释放物料，物料进入加工站，物料的颜色、材质信息也一并传输到加工站，同时传送信号到供料站，可以提供下一个物料。检测站送来的物料通过导轨到达加工站工作台，当传感器确认物料到达时，伺服电机旋转1/4圈，工作台旋转90°，物料到达加工位置，钻孔电机下降，对物料进行钻孔加工，加工成品完毕，钻孔电机收回，工作台旋转90°，产品到达检测位置，检测气缸对产品进行深度检测，PLC记录深度检测数据，并将此信息传输到搬运站，检测完毕后，工作台旋转90°，等待搬运站搬运产品。产品加工完毕，搬运站工作，悬臂气缸电磁阀动作，悬臂伸出限位动作时，手臂气缸动作，手臂下降限位动作时，真空发生器电磁阀动作，2S后，手臂气缸电磁阀失电，手臂上升限位动作时，悬臂气缸电磁阀失电缩回，悬臂缩回限位动作，摆缸右侧电磁阀动作，合格产品，摆缸右位限位动作时，悬臂气缸电磁阀动作伸出，悬臂伸出限位动作时，手臂气缸电磁阀得电下降，手臂下降限位动作时，真空发生器释放，2S后，手臂气缸电磁阀失电上升，手臂上升限位动作时，悬臂气缸电磁阀失电缩回，悬臂缩回限位动作时，摆缸右侧电磁阀失电。摆缸左侧电磁阀动作.摆缸左位限位动作时，恢复原位，等待下一个工作信号，不合格产品，摆缸右位限位动作时，摆缸右位电磁阀失电，手臂气缸电磁阀得电下降，手臂下降限位动作时，真空发生器释放，2S后，手臂气缸电磁阀失电上升，手臂上升限位动作时，摆缸右侧电磁阀失电。摆缸左侧电磁阀动作.摆缸左位限位动作时，摆缸左位电磁阀失电，恢复原位，等待下一个工作信号。分类存储站载物台上的光纤传感器检测到产品时，PLC控制电磁阀动作，伸出气缸前推到位，起手指气缸动作，夹住产品，伸出气缸后退复位，根据上一站传输来的物料颜色、材质信息，伺服做出相应定位动作，将产品精确定位到仓储位置，释放产品后，伺服复位，等待下一个产品。

整个系统软件设计采用步进梯形图方式编写，根据软件设计流程图，把程序分为若干步序，每一步序采用STL RET指令，逐步完成，设计过程清晰。

触摸屏软件设计主要是通过对PLC输入信号、输出信号的采集、显示监控，还可以对PLC进行控制。包括登陆界面、主界面、供料站画面、检测站画面、加工站画面、搬运站画面、分类存储站画面，报警画面等。

登陆界面包括三个用户名及密码，无密码者不能进入触摸屏监控系统。主画面包括五站的起停控制按钮及工作状态显示，实时监控保证了紧急情况下能对每个站进行停止动作。五个工作站画面均有独立的启动、停止、复位、急停等开关按钮及时间显示。供料站画面显示仓料室内是否有料，已经供料的数量，推料气缸的动作状态；检测站显示载物台上物料有无信息，显示光电传感器、电容传感器、电感传感器的检测状态，以及经过分析后，物料的颜色、材质信息，并对每个检测过的物料进行记录，生成记录表格，显示合格物料的种类、数量，不合格物料的数量，另外显示上升检测装置、检测装置，摆臂的动作状态；加工站画面显示各个槽位的物料有无及颜色材质信息，并且动画显示物料的加工进程，伺服的运行状态；搬运站画面显示伸缩机械臂的旋转位置、伸缩状态，并且实时显示产品的信息、和已搬运产品的数量；分类存储站显示载物台上有无产品及存在产品的详细信息，动态显示双轴机械手的运作状态，显示3*3的仓储室仓位的空满状态、每层显示不同的种类，显示产品总量及剩余仓位。

系统的特色还可以扩展利用安卓手机的远程监控，在主站PLC加入以太网模块，把PLC接入无线路由器中，打开手机的WLAN,把手机和PLC放入一个无线网中。在手机上安装支持安卓平台的APP软件如Tesla系列手机组态平台，便可通过智能手机或平板设备直接获取设备生产及工作过程中的相关数据，并可进行相应的控制。把工业触摸屏所有的功能移植到手机上，随时监控项目。其组态设计过程同工业触摸屏。

PLC联网通讯设计采用Easy PLC Link通讯，是以MODBUS为基础的通讯协议，通讯利用PLC的COM2口，每次通信可以读写16笔字节，同时挂接16台从站。，支持RTU与ASCII模式，从站可以用不同的通信口通讯，但是必须保持所有的工作站的通信格式和波特率相同。从站的起始站号是通过D1399设置，每站的站号不能相同，PLC的通讯设置如下：

（1）设定主站与所有从站的接口设备的波特率及通讯格式相同，通讯格式设置为COM2、RS-485。

（2）先由D1211设定主站PLC站号，再由主站PLC的D1399寄存器指定起始从站的ID编号，设定主从站站号，各不相同。

（3）主站PLC设定欲读取/写入从站的数据长度，若本次没有设定则以内部设定值或是前一次内容设定值。

（4）主站PLC设定欲读取/写入从站的起始通讯地址，主站与站号确定的从站的D寄存器的数据交换式一一对应。

PLC间的Easy PLC Link通讯，是通过将PLC的COM2口的D+、D-串联起来，设定供料站为主站，站号D1211设置为20，检测站、加工站、搬运站、分类存储站设定为从站，站号依次为1、2、3、4。各工作站将物料信息进行采集，并记录在特殊寄存器D中，信息每个扫描周期都进行更新，主站通过轮寻的方式对四个从站信息进行数据采集分析，并发送给相应的从站，从站根据回传信息进行相应的控制动作。

本发明提供的一种模块化生产实训系统，其PLC间的MODBUS总线组网简单可靠，突破了该总线多应用于单机通讯的情况，且MODBUS为开源便于国产化，采用智能手机的监控使系统应用更加灵活。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述模块化生产实训系统包括与触摸屏操作监控系统分别连接的供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站，所述供料站、检测站、加工站、搬运站和分类存储站中分别设置有PLC控制器，所述供料站、检测站和搬运站的输入传感器信号、经过处理输出至受控单元，所述加工站和分类存储站的输入传感器信号、输出连接至受控单元伺服驱动系统。

2.根据权利要求1所述一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述模块化生产实训系统由1台型号为DVP20EX200R的PLC作为主站控制器，四台型号为DVP32ES200T的PLC作为从站控制器，5台PLC之间连接COM2口，通过Easy PLC Link通讯，触摸屏连接COM3口，作为上位机实现对系统的操作和监控。

3.根据权利要求1所述一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述加工站与所述分类存储站的PLC的输出端口具有高速脉冲输出功能，发出传感器信号的传感器包括检测物料性质的光电传感器、电容传感器、电感传感器以及检测气缸和伺服运动位置的磁性开关，传感器、磁性开关与PLC输入点连接，PLC与上位机之间通过485通讯实现对下位机的操控及监控，电磁阀与PLC输出端口连接。

4.根据权利要求1所述一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述供料站采用DVPsx2作为主站，其他四个工作站用DVP32ES200T作为从站。

5.根据权利要求1所述一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述系统的工艺流程如下：所述供料站到达目标位置复位，左右摆缸将物料搬运至下一站；所述检测站物料上送，检测气缸下降，执行物料高度测试，测试不合格，物料推送至废料箱，测试合格，摆缸将物料送至下一站；所述加工站在伺服将物料送至加工点，电机启动执行加工，完毕执行检测，合格送至搬运点；所述搬运站有合格产品，气缸左转执行搬运，将产品送至分类存储站载物台，不合格产品送至废品箱；检测到载物台有产品，气缸弹出，机械手抓取产品，伺服驱动电机，将产品精确放置指定仓位。

6.根据权利要求1所述一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述触摸屏操作监控系统的触摸屏软件通过对PLC输入信号、输出信号的采集、显示就行监控，还可以对PLC进行控制。

7.根据权利要求6所述一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述触摸屏操作监控系统的界面包括登陆界面、主界面、供料站画面、检测站画面、加工站画面、搬运站画面、分类存储站画面，报警画面。

8.根据权利要求7所述一种模块化生产实训系统，其特征在于，所述登陆界面包括三个用户名及密码，无密码者不能进入触摸屏监控系统；所述主画面包括五站的起停控制按钮及工作状态显示，实时监控保证了紧急情况下能对每个站进行停止动作；五个工作站画面均有独立的启动、停止、复位、急停等开关按钮及时间显示；所述供料站画面显示仓料室内是否有料，已经供料的数量，推料气缸的动作状态；检测站显示载物台上物料有无信息，显示光电传感器、电容传感器、电感传感器的检测状态，以及经过分析后，物料的颜色、材质信息，并对每个检测过的物料进行记录，生成记录表格，显示合格物料的种类、数量，不合格物料的数量，另外显示上升检测装置、检测装置，摆臂的动作状态；所述加工站画面显示各个槽位的物料有无及颜色材质信息，并且动画显示物料的加工进程，伺服的运行状态；所述搬运站画面显示伸缩机械臂的旋转位置、伸缩状态，并且实时显示产品的信息、和已搬运产品的数量；所述分类存储站画面显示载物台上有无产品及存在产品的详细信息，动态显示双轴机械手的运作状态，显示3*3的仓储室仓位的空满状态、每层显示不同的种类，显示产品总量及剩余仓位。