CN107918351A - 一种基于plc的自动化生产线工作站智能训练考核系统 - Google Patents

一种基于plc的自动化生产线工作站智能训练考核系统 Download PDF

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Abstract

一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统，包括工作站可编程控制器、工作站传感器单元、工作站电磁阀单元，所述工作站传感器单元包括m个传感器，所述工作站电磁阀单元包括n个电磁阀；工作站传感器单元通过智能硬件系统和接口电路Ⅰ与工作站可编程控制器连接，所述工作站可编程控制器通过智能硬件系统和接口电路Ⅱ与工作站电磁阀单元连接；智能硬件系统包括系统可编程控制器、I/O扩展模块和触摸屏。本智能训练考核系统通过智能硬件系统实现电路信号的连接关系，不必使用大量继电器，通过触摸屏可轻松设置信号连接关系，电路结构简单、稳定性和兼容性好，易于升级，操作方便、快捷灵活，实训教学效率高，设备维护成本和维护难度低。

Description

一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统
技术领域
本发明属于自动化控制技术领域，涉及一种教学训练考核系统，特别是一种基于PLC的用于自动化生产线工作站的智能训练考核系统。
背景技术
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
在中、高职院校的教学中，PLC输入、输出端口的核对和系统调试是自动化生产线安装与调试综合训练、考核的一个重要内容，根据训练和考核的需要，需将供料、加工、装配、分拣和输送等五个工作站的传感器信号和电磁阀信号分别随机连接至PLC的输入端口和输出端口，实现1～16个输入端子、1～8个输出端子的任意连接，以考查学生的硬件排查、软件修改和系统调试能力。
目前大多中、高职院校采用以YL－335B自动生产线实训考核装置为载体的考核系统作为自动化生产线安装与调试综合训练、考核系统，存在的问题是：
1．该考核系统采用继电器这一硬触点来实现电路的连接关系，不仅电路复杂，端子间的通断节点多（至少需要256个继电器实现两个端子间的通断）、速度慢，而且成本高；
2．其传感器信号线与工作站可编程控制器的输入端口之间是通过工作站装置侧接线端子排与工作站PLC侧接线端子排连接，工作站可编程控制器输出端口与电磁阀信号线之间是通过工作站PLC侧接线端子排与工作站装置侧接线端子排连接，其连接均采用人工连接的方法实施，工作量大且繁琐，在调整传感器信号线或电磁阀信号线与PLC的连接关系时（原设备信号线的连接关系如图9所示，如果要将端子2改连接到端子4，端子4改接到端子6，端子6改接到端子2），必须用螺丝刀进行手工拆装，操作耗时耗力，效率低，设备损坏率高；
3．由于人工连接信号线花费时间太多，学生训练的时间相对变少，所以训练效率低，同时给教师增加较大的工作量；
4．人工连接不够灵活，自动化程度不高，训练趣味性不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：对原有设备进行改进，提供一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统，以克服已有技术所存在的上述不足。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统，包括工作站可编程控制器、工作站传感器单元、工作站电磁阀单元，所述工作站传感器单元包括m个传感器，所述工作站电磁阀单元包括n个电磁阀，上述m为1～16之间的任意整数，n为1～8之间的任意整数；
所述工作站传感器单元通过智能硬件系统和接口电路Ⅰ与工作站可编程控制器连接，所述工作站可编程控制器通过智能硬件系统和接口电路Ⅱ与工作站电磁阀单元连接；
所述智能硬件系统包括系统可编程控制器、I/O扩展模块和触摸屏，所述I/O扩展模块嵌入系统可编程控制器内，所述触摸屏通过RS－485通信电缆与系统可编程控制器实现数据交换；
所述系统可编程控制器具有不少于40个输入/输出点数，以实现m个传感器信号与输入接口电路Ⅰ的连接，以及n个电磁阀信号与输出接口电路Ⅱ的连接，其输入输出端口包括输入端口Ⅰ、输出端口Ⅰ、输入端口Ⅱ和输出端口Ⅱ；
所述接口电路Ⅰ包括输入接口电路Ⅰ和输出接口电路Ⅰ：
输入接口电路Ⅰ之输入接线端子排Ⅰ的一侧与系统可编程控制器的输入端口Ⅰ连接，另一侧通过工作站装置侧接线端子排Ⅰ和传感器信号线与工作站传感器单元连接；
输出接口电路Ⅰ之输出接线端子排Ⅰ一侧与系统可编程控制器的输出端口Ⅰ连接，另一侧通过工作站PLC侧接线端子排Ⅰ与工作站可编程控制器的输入端口连接；
所述接口电路Ⅱ包括输入接口电路Ⅱ和输出接口电路Ⅱ：
输入接口电路Ⅱ之输入接线端子排Ⅱ一侧与系统可编程控制器的输入端口Ⅱ连接，另一侧通过工作站PLC侧接线端子排Ⅱ与工作站可编程控制器的输出端口连接；
输出接口电路Ⅱ之输出接线端子排Ⅱ一侧与系统可编程控制器的输出端口Ⅱ连接，另一侧通过工作站装置侧接线端子排Ⅱ电磁阀信号线与工作站电磁阀单元连接；
所述触摸屏为智能硬件系统的上位机，是人机交互的重要设备，用于向系统可编程控制器发出指令，以实现设置连接、连接关系查看、调试成功提示、调试失败报警以及自动考评；
所述系统可编程控制器是智能硬件系统的核心部件，用于接收来自触摸屏的主令信号，并向输入接口电路Ⅰ、输入接口电路Ⅱ、输出接口电路Ⅰ和输出接口电路Ⅱ发出相应控制信号，以改变传感器信号线与工作站可编程控制器的输入端口之间以及工作站可编程控制器的输出端口与电磁阀信号线之间的连接关系；
所述I/O扩展模块用于扩展系统可编程控制器的输入/输出点数，以实现超过m个传感器信号与输入接口电路Ⅰ的连接，以及超过n个电磁阀信号与输出接口电路Ⅱ的连接；
所述输入接口电路Ⅰ用于工作站装置侧接线端子排Ⅰ与系统可编程控制器输入端口Ⅰ之间的连接；
所述输出接口电路Ⅰ用于系统可编程控制器输出端口Ⅰ与工作站PLC侧接线端子排Ⅰ之间的连接；
所述输入接口电路Ⅱ用于工作站PLC侧接线端子排Ⅱ与系统可编程控制器输入端口Ⅱ之间的连接；
所述输出接口电路Ⅱ用于系统可编程控制器输出端口Ⅱ与工作站装置侧接线端子排Ⅱ之间的连接。
其进一步的技术方案是：
所述系统可编程控制器采用西门子公司生产的S7－200 CPU226 作为主控单元，所述触摸屏采用昆仑通态公司开发TPC7062K型；
所述输入接口电路Ⅰ之输入接线端子排Ⅰ、输出接口电路Ⅰ之输出接线端子排Ⅰ以及工作站装置侧接线端子排Ⅰ和工作站PLC侧接线端子排Ⅰ采用DB25针标准插座；所述输入接口电路Ⅱ之输入接线端子排Ⅱ、输出接口电路Ⅱ之输出接线端子排Ⅱ以及工作站PLC侧接线端子排Ⅱ和工作站装置侧接线端子排Ⅱ采用DB15针标准插座。
由于采用上述结构，与现有技术相比，本发明之一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统具有以下有益效果：
1．原设备在调整传感器信号线或电磁阀信号线与工作站可编程控制器的连接关系时，必须用螺丝刀进行手工拆装，操作耗时费力，效率低，设备损坏率高，
而本发明之智能训练考核系统采用触摸屏作为上位机，可以通过触摸屏轻松设置信号连接关系，操作方便、灵活、快捷、安全，可以大大提高实训教学的训练效率；
2．本智能训练考核系统改变传统的运用继电器这一硬触点来实现电路的连接关系，通过智能硬件系统之系统可编程控制器来实现电路信号的连接关系，从而避免了大量继电器的使用，不仅具有电路结构简单、稳定性好、体积小的优点，而且可以明显降低维护难度，极大的减少设备维护成本；
3．本智能训练考核系统兼容性好，易于升级，信号连接增多时只需增加I/O扩展模块即可；
4．本智能训练考核系统具有自动考评功能，可大大提高学生实训的趣味性，对于调动学生的学习积极性具有重要意义。
下面，结合附图和实施例对本发明之一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明之一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统的结构框图；
图2为本发明之一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统的电路连接示意图；
图3为工作站传感器单元通过智能硬件系统和接口电路Ⅰ与工作站可编程控制器连接电路图；
图4为工作站可编程控制器通过智能硬件系统和接口电路Ⅱ与工作站电磁阀单元连接电路图；
图5为本智能训练考核系统欢迎界面；
图6为本智能训练考核系统1～8号端子输入端口设置界面；
图7为本智能训练考核系统9～16号端子输入端口设置界面；
图8为本智能训练考核系统输出端口设置界面；
图9是原设备工作站装置侧传感器信号（输入信号）接线端子排与工作站PLC侧输入信号接线端子排接线图；
图10是原设备工作站装置侧的电磁阀信号端子排与PLC侧输出端子排接线图；
图中：
11―工作站装置侧接线端子排Ⅰ，12―工作站PLC侧接线端子排Ⅰ，21―工作站装置侧接线端子排Ⅱ，22―工作站PLC侧接线端子排Ⅱ，31―输入接线端子排Ⅰ，32―输出接线端子排Ⅰ，33―输入接线端子排Ⅱ，34―输出接线端子排Ⅱ，PLCⅠ―工作站可编程控制器，PLCⅡ―系统可编程控制器，35 ―I/O扩展模块，36―触摸屏，371―（系统可编程控制器）输入端口Ⅰ，372―（系统可编程控制器）输出端口Ⅰ，373―（系统可编程控制器）输入端口Ⅱ，374―（系统可编程控制器）输出端口Ⅱ。
具体实施方式
一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统，包括工作站可编程控制器PLCⅠ、工作站传感器单元、工作站电磁阀单元，所述工作站传感器单元包括m个传感器，所述工作站电磁阀单元包括n个电磁阀，上述m为1～16之间的任意整数，n为1～8之间的任意整数；所述工作站传感器单元通过智能硬件系统和接口电路Ⅰ与工作站可编程控制器PLCⅠ连接，所述工作站可编程控制器PLCⅠ通过智能硬件系统和接口电路Ⅱ与工作站电磁阀单元连接；
所述智能硬件系统包括系统可编程控制器PLCⅡ、I/O扩展模块35和触摸屏36，
所述I/O扩展模块嵌入系统可编程控制器PLCⅡ内，所述触摸屏通过RS－485通信电缆与系统可编程控制器PLCⅡ实现数据交换；
所述系统可编程控制器PLCⅡ具有不少于40个输入/输出点数，以实现m个传感器信号与输入接口电路Ⅰ的连接，以及n个电磁阀信号与输出接口电路Ⅱ的连接，其输入输出端口包括输入端口Ⅰ371、输出端口Ⅰ372、输入端口Ⅱ373和输出端口Ⅱ374；
所述接口电路Ⅰ包括输入接口电路Ⅰ和输出接口电路Ⅰ：
输入接口电路Ⅰ之输入接线端子排Ⅰ31的一侧与系统可编程控制器PLCⅡ的输入端口Ⅰ371连接，另一侧通过工作站装置侧接线端子排Ⅰ11和传感器信号线与工作站传感器单元连接；
输出接口电路Ⅰ之输出接线端子排Ⅰ32一侧与系统可编程控制器的输出端口Ⅰ372连接，另一侧通过工作站PLC侧接线端子排Ⅰ12与工作站可编程控制器PLCⅠ的输入端口连接；
所述接口电路Ⅱ包括输入接口电路Ⅱ和输出接口电路Ⅱ：
输入接口电路Ⅱ之输入接线端子排Ⅱ33一侧与系统可编程控制器PLCⅡ的输入端口Ⅱ373连接，另一侧通过工作站PLC侧接线端子排Ⅱ22与工作站可编程控制器PLCⅠ的输出端口连接；
输出接口电路Ⅱ之输出接线端子排Ⅱ34一侧与系统可编程控制器PLCⅡ的输出端口Ⅱ374连接，另一侧通过工作站装置侧接线端子排Ⅱ21电磁阀信号线与工作站电磁阀单元连接；
所述触摸屏为智能硬件系统的上位机，是人机交互的重要设备，用于向系统可编程控制器PLCⅡ发出指令，以实现设置连接、连接关系查看、调试成功提示、调试失败报警以及自动考评；
所述系统可编程控制器PLCⅡ是智能硬件系统的核心部件，用于接收来自触摸屏的主令信号，并向输入接口电路Ⅰ、输入接口电路Ⅱ、输出接口电路Ⅰ和输出接口电路Ⅱ发出相应控制信号，以改变传感器信号线与工作站可编程控制器PLCⅠ的输入端口之间以及工作站可编程控制器PLCⅠ的输出端口与电磁阀信号线之间的连接关系；
所述I/O扩展模块用于扩展系统可编程控制器PLCⅡ的输入/输出点数，以实现超过m个传感器信号与输入接口电路Ⅰ的连接，以及超过n个电磁阀信号与输出接口电路Ⅱ的连接；
所述输入接口电路Ⅰ用于工作站装置侧接线端子排Ⅰ11与系统可编程控制器输入端口Ⅰ371之间的连接；
所述输出接口电路Ⅰ用于系统可编程控制器输出端口Ⅰ372与工作站PLC侧接线端子排Ⅰ12之间的连接；
所述输入接口电路Ⅱ用于工作站PLC侧接线端子排Ⅱ22与系统可编程控制器输入端口Ⅱ373之间的连接；
所述输出接口电路Ⅱ用于系统可编程控制器输出端口Ⅱ374与工作站装置侧接线端子排Ⅱ21之间的连接。
所述系统可编程控制器PLCⅡ采用西门子公司生产的S7－200 CPU226 作为主控单元，所述触摸屏采用昆仑通态公司开发TPC7062K型；
所述输入接口电路Ⅰ之输入接线端子排Ⅰ31、输出接口电路Ⅰ之输出接线端子排Ⅰ32以及工作站装置侧接线端子排Ⅰ11和工作站PLC侧接线端子排Ⅰ12采用DB25针标准插座；
所述输入接口电路Ⅱ之输入接线端子排Ⅱ33、输出接口电路Ⅱ之输出接线端子排Ⅱ34以及工作站PLC侧接线端子排Ⅱ22和工作站装置侧接线端子排Ⅱ21采用DB15针标准插座。
所述的一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统使用的软件系统包括PLC梯形图程序和人机界面组态程序。
控制系统的工作原理：
利用系统可编程控制器PLCⅡ内部触点数量多的特点、以及其强大的逻辑处理能力，很容易实现1～16个输入端子和1～8个输出端子的任意连接关系，例如，工作站装置侧接线端子排Ⅰ的第1号端子可以设置连接至输入接口电路Ⅰ之输入接线端子排Ⅰ中1号至16号端子中的任意一个，工作站装置侧接线端子排Ⅰ的中第2号端子可以设置连接至输入接线端子排Ⅰ中1号至16号端子中的任意一个（前面已设置连接的端子除外），…，同理工作站装置侧接线端子排Ⅰ的第16号端子可以设置连接至输入接线端子排Ⅰ中1号至16号端子中的任意一个（前面已设置连接的端子除外）。

Claims (2)

1.一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统，包括工作站可编程控制器（PLCⅠ）、工作站传感器单元、工作站电磁阀单元，所述工作站传感器单元包括m个传感器，所述工作站电磁阀单元包括n个电磁阀，上述m为1～16之间的任意整数，n为1～8之间的任意整数； 其特征在于：
所述工作站传感器单元通过智能硬件系统和接口电路Ⅰ与工作站可编程控制器（PLCⅠ）连接，所述工作站可编程控制器（PLCⅠ）通过智能硬件系统和接口电路Ⅱ与工作站电磁阀单元连接；
所述智能硬件系统包括系统可编程控制器（PLCⅡ）、I/O扩展模块（35）和触摸屏（36），
所述I/O扩展模块嵌入系统可编程控制器（PLCⅡ）内，所述触摸屏通过RS－485通信电缆与系统可编程控制器（PLCⅡ）实现数据交换；
所述系统可编程控制器（PLCⅡ）具有不少于40个输入/输出点数，以实现m个传感器信号与输入接口电路Ⅰ的连接，以及n个电磁阀信号与输出接口电路Ⅱ的连接，其输入输出端口包括输入端口Ⅰ（371）、输出端口Ⅰ（372）、输入端口Ⅱ（373）和输出端口Ⅱ（374）；
所述接口电路Ⅰ包括输入接口电路Ⅰ和输出接口电路Ⅰ：
输入接口电路Ⅰ之输入接线端子排Ⅰ（31）的一侧与系统可编程控制器（PLCⅡ）的输入端口Ⅰ（371）连接，另一侧通过工作站装置侧接线端子排Ⅰ（11）和传感器信号线与工作站传感器单元连接；
输出接口电路Ⅰ之输出接线端子排Ⅰ（32）一侧与系统可编程控制器的输出端口Ⅰ（372）连接，另一侧通过工作站PLC侧接线端子排Ⅰ（12）与工作站可编程控制器（PLCⅠ）的输入端口连接；
所述接口电路Ⅱ包括输入接口电路Ⅱ和输出接口电路Ⅱ：
输入接口电路Ⅱ之输入接线端子排Ⅱ（33）一侧与系统可编程控制器（PLCⅡ）的输入端口Ⅱ（373）连接，另一侧通过工作站PLC侧接线端子排Ⅱ（22）与工作站可编程控制器（PLCⅠ）的输出端口连接；
输出接口电路Ⅱ之输出接线端子排Ⅱ（34）一侧与系统可编程控制器（PLCⅡ）的输出端口Ⅱ（374）连接，另一侧通过工作站装置侧接线端子排Ⅱ（21）电磁阀信号线与工作站电磁阀单元连接；
所述触摸屏为智能硬件系统的上位机，是人机交互的重要设备，用于向系统可编程控制器（PLCⅡ）发出指令，以实现设置连接、连接关系查看、调试成功提示、调试失败报警以及自动考评；
所述系统可编程控制器（PLCⅡ）是智能硬件系统的核心部件，用于接收来自触摸屏的主令信号，并向输入接口电路Ⅰ、输入接口电路Ⅱ、输出接口电路Ⅰ和输出接口电路Ⅱ发出相应控制信号，以改变传感器信号线与工作站可编程控制器PLCⅠ的输入端口之间以及工作站可编程控制器PLCⅠ的输出端口与电磁阀信号线之间的连接关系；
所述I/O扩展模块用于扩展系统可编程控制器（PLCⅡ）的输入/输出点数，以实现超过m个传感器信号与输入接口电路Ⅰ的连接，以及超过n个电磁阀信号与输出接口电路Ⅱ的连接。
2.如权利要求1所述的一种基于PLC的自动化生产线工作站智能训练考核系统，其特征在于：所述系统可编程控制器(PLCⅡ)采用西门子公司生产的S7－200 CPU226 作为主控单元，所述触摸屏采用昆仑通态公司开发TPC7062K型；
所述输入接口电路Ⅰ之输入接线端子排Ⅰ（31）、输出接口电路Ⅰ之输出接线端子排Ⅰ（32）以及工作站装置侧接线端子排Ⅰ（11）和工作站PLC侧接线端子排Ⅰ（12）采用DB25针标准插座；
所述输入接口电路Ⅱ之输入接线端子排Ⅱ（33）、输出接口电路Ⅱ之输出接线端子排Ⅱ（34）以及工作站PLC侧接线端子排Ⅱ（22）和工作站装置侧接线端子排Ⅱ（21）采用DB15针标准插座。
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