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畢 業(yè) 設(shè) 計題 目 仿真加工實驗裝置控制單元 的設(shè)計與開發(fā)學(xué)生姓名學(xué) 號系 部 機電工程系專 業(yè) 機械工程及自動化班 級指導(dǎo)教師仿真加工實驗裝置控制單元的設(shè)計與開發(fā)摘 要機電一體化技術(shù)既是振興傳統(tǒng)機電工業(yè)的新鮮血液和源動力，又是開啟我國機電行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整大門的鑰匙?，F(xiàn)在化的自動生產(chǎn)設(shè)備幾乎說都是機電一體化設(shè)備.本文通過研究 PLC 的控制系統(tǒng)并設(shè)計出 PLC 控制程序，實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)（MPS）的加工單元對加工工件進行模擬鉆孔加工及鉆孔質(zhì)量檢測，并通過旋轉(zhuǎn)工作臺模擬物流傳送的過程。論文首先簡單介紹了機電一體化的定義、主要技術(shù)特征和發(fā)展；然后從 MPS 本身的特征出發(fā)介紹了系統(tǒng)的特點的和在教學(xué)中的作用；其次講述了加工單元功能、控制單元（各種控制比較） 、檢測單元、驅(qū)動單元的設(shè)計；論文最后介紹了 STEP 7 編程軟件、加工單元程序開發(fā)和調(diào)試。關(guān)鍵詞：機電一體化，PLC，MPS，控制系統(tǒng)Simulation processing apparatus control unit design and developmentAbstractMechatronics is both mechanical and electrical industries to revitalize traditional sources of fresh blood and power, but also open the product mix of mechanical and electrical industry, industrial restructuring key to it. The automatic production equipment is now almost be said to electromechanical integration equipment. This paper studies the control system PLC and PLC control program designed to achieve Modular Production System (MPS) of the processing unit of the simulated work pieceand drilling Drilling quality testing, and simulation of logistics through the rotary table transfer process. Paper first introduces the definition of mechanical and electrical integration, the main technical features and development; and then proceed from the characteristics of MPS itself, the characteristics of the system are introduced and in the teaching role; second processing unit describes the functions, the control unit (various control Comparison), the detection unit, drive unit design; paper finally describes the programming software STEP 7, the processing unit program development and debugging.Key Word：Mechatronics; Programmable Logic Controller; Modular Production System; Control System第一章 緒論機電一體化技術(shù)是在以大規(guī)模集成電路和微型計算機為代表的微電子技術(shù)高度發(fā)展并向傳機械工業(yè)領(lǐng)域迅速滲透、機械電子技術(shù)高度結(jié)合的現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)上，將機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號變換技術(shù)、接口技術(shù)、軟件編程技術(shù)等多種技術(shù)有機地結(jié)合并綜合應(yīng)用的技術(shù)。在綜合應(yīng)用這些技術(shù)時，要根據(jù)系統(tǒng)的功能目標(biāo)和優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)目標(biāo)，合理配置布局驅(qū)動機構(gòu)，控制機構(gòu)，傳感檢測機構(gòu)、信息的接收、傳輸與處理機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)等，并使它們在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機地融合在一起，達到物質(zhì)與能量的有序運動。因此，機電一體化是在高性能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值的系統(tǒng)工程。1.1 機電一體化的控制流程圖 PLC控 制 器執(zhí) 行 元 件運 行 機 構(gòu)動 力 源 傳 感 器控 制面 板 PICSTE 7圖 1-1 機電一體化的控制流程圖1.2 機電一體化的主要技術(shù)特征機電一體化技術(shù)的主要特征有：（1） 機械技術(shù)、電子技術(shù)和信息技術(shù)的彼此功能交互，大多以機械系統(tǒng)的高級微機控制的形式出現(xiàn)。（2） 在一個具體的物理單元中，在不同子系統(tǒng)空間上的集成。（3） 機電一體化系統(tǒng)的控制功能的智能化。越來越先進的控制功能取代了許多操作人員的推理和判斷。（4） 柔性化使得機電一體化產(chǎn)品能夠靈活地滿足各種要求，適應(yīng)各種環(huán)境。（5） 采用微處理器控制的系統(tǒng)，易于增加或改變功能，而無需增加硬件成本。（6） 控制功能采用電子技術(shù)、微電子技術(shù)、微機控制技術(shù)來實現(xiàn)，因此，對用戶來說，機電一體化系統(tǒng)的內(nèi)部運行機制是隱蔽的。（7） 在機電一體化技術(shù)中，設(shè)計思想方法與制造技術(shù)緊密聯(lián)系在一起的，它們是并行發(fā)展的。1.3 機電一體化的應(yīng)用與發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)日益走向整體化、交叉化和數(shù)字化以及微電子技術(shù)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，隨著科技的發(fā)展和市場需求的多樣化，國內(nèi)外工程機械廠家日益關(guān)注產(chǎn)品的多功能開發(fā)。以滿足用戶對產(chǎn)品環(huán)保、節(jié)能、操作舒適性及智能化監(jiān)控維護的要求?？v觀國內(nèi)外機電一體化的發(fā)展現(xiàn)狀和高新技術(shù)的發(fā)展動向,機電一體化將朝著以下幾個方向發(fā)展。1、智能化智能化是機電一體化與傳統(tǒng)機械自動化的主要區(qū)別之一,也是 21 世紀(jì)機電一體化的發(fā)展方向。智能機電一體化產(chǎn)品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。2、 系統(tǒng)化系統(tǒng)化的表現(xiàn)特征之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進一步采用開放式和模式化的線結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)可以靈活組態(tài),進行任意的剪裁和組合,同時尋求實現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。未來的機電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系,如何賦予機電一體化產(chǎn)品以人的智能、情感、人性顯得越來越重要。3、 微型化微型機電一體化系統(tǒng)高度融合了微機械技術(shù)、微電子技術(shù)和軟件技術(shù),是機電一體化的一個新的發(fā)展方向。目前,利用半導(dǎo)體器件制造過程中的蝕刻技術(shù),在實驗室中已制造出亞微米級的機械元件。4 、模塊化模塊化也是機電一體化產(chǎn)品的一個發(fā)展趨勢,是一項重要而艱巨的工程。由于機電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機械接口、電氣接口、動力接口、信息接口的機電一體化產(chǎn)品單元是一項復(fù)雜而重要的事,它需要制訂一系列標(biāo)準(zhǔn),以便各部件、單元的匹配和接口。機電一體化產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)可利用標(biāo)準(zhǔn)單元迅速開發(fā)新產(chǎn)品,同時也可以不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模。5、 網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展對機電一體化有重大影響,使其朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。機電一體化產(chǎn)品的種類很多,面向網(wǎng)絡(luò)的方式也不同。由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾,而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機電一體化產(chǎn)品。6 、綠色化綠色化是時代的趨勢,其目標(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到廢處理的整個生命周期中,對生態(tài)環(huán)境無危害或危害極小,資源利用率極高。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境,報廢時能回收利用。綠色制造業(yè)是現(xiàn)代制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展模式。1.4 開發(fā)模塊化自動生產(chǎn)系統(tǒng)的目的與意義傳統(tǒng)的工程學(xué)科教學(xué)中，通常做法是各門課程單獨傳授，學(xué)生很少有機會了解各種技術(shù)在實際工程中是如何被綜合性應(yīng)用的。學(xué)生在學(xué)習(xí)專業(yè)課程時，每門課程雖然都有相應(yīng)的實驗，但這些實驗都是各自獨立進行的。在很多情況下，實驗中所使用的設(shè)備和器件很多都是實驗室專用的，與工業(yè)生產(chǎn)中所使用的實際設(shè)備和器件有著較大的差異。自動化技術(shù)是一門融機械、電氣、電子及計算機等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，在這種技術(shù)中，不同領(lǐng)域和層次的知識與能力融會在一起。與其他工程領(lǐng)域相比，在自動化生產(chǎn)中所使用的生產(chǎn)設(shè)備都是資金密集型的。因此，一方面，一般教學(xué)或培訓(xùn)單位是沒有經(jīng)濟實力專門為教學(xué)購置真實的、昂貴的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的；另一方面，擁有自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的企業(yè)，因經(jīng)濟原因而不愿將其作為實訓(xùn)設(shè)備給學(xué)生使用。這樣，學(xué)校在傳授自動化技術(shù)時，只能用模型或采用計算機仿真作為一種彌補的手段，但采用模型或計算機仿真的手段，學(xué)生無法學(xué)到真實生產(chǎn)系統(tǒng)所需的知識。從某種意義上說，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生是“半成品”，學(xué)生走上工作崗位后，面對實際的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、器件仍然感到陌生，需要經(jīng)過較長的工作崗位適應(yīng)期。為使自動化專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，有機會將所學(xué)到各門專業(yè)課的知識綜合性地應(yīng)用到接近于生產(chǎn)實際的過程中，為他們走上工作崗位后應(yīng)用這種新知識打下基礎(chǔ)，我們設(shè)計開發(fā)一套完全接近于生產(chǎn)實際的模塊化自動生產(chǎn)系統(tǒng)，并配備了先進的軟、硬件。1.5 模塊化自動生產(chǎn)系統(tǒng)的配置建成后的模塊化自動生產(chǎn)系統(tǒng)，是一個獲得專業(yè)知識、技能綜合應(yīng)用能力的理想學(xué)習(xí)平臺，它是由供料單元、檢測單元、加工單元、搬運單元、分揀單元五個單元組合而成，可完成對多種工件進行檢測、搬運、加工、測量、組裝、傳送和分類的加工任務(wù)。該系統(tǒng)擁有電容式、電感式、光電式等多種傳感器，還有多種氣動元件、機械傳動裝置及控制電磁閥，每個加工工位都有一臺西門子 S7-200 的可編程控制器，可編程控制器通過控制硬件能獨立完成本單元一個加工過程，這樣有利學(xué)生分組學(xué)習(xí)。而將各工位的可編程控制器聯(lián)在一起集成為系統(tǒng)后，就組成了一個模塊化自動制造系統(tǒng)。這套設(shè)備所用元件均為工廠實際使用的工業(yè)級產(chǎn)品，能真實地模擬出流水作業(yè)型自動加工設(shè)備的工況，可對學(xué)校學(xué)生和工廠的專業(yè)技術(shù)人員進行模擬工廠環(huán)境的技術(shù)培訓(xùn)。1.6 模塊化自動生產(chǎn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用學(xué)生通過模塊化自動生產(chǎn)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，對機械、電氣、電子及計算機等技術(shù)的綜合應(yīng)用能力得到很大提高，使培養(yǎng)（培訓(xùn)）目標(biāo)與企業(yè)的要求更貼近。在維修電工高級工、技師的社會化培訓(xùn)和鑒定中，模塊化自動生產(chǎn)系統(tǒng)是體現(xiàn)國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一個很好的設(shè)備。第二章 加工單元的設(shè)計2.1 加工單元的機構(gòu)2.1.1 加工單元的基本功能加工單元可以模擬鉆孔加工及鉆孔質(zhì)量檢測的過程,并通過旋轉(zhuǎn)工作臺模擬物流傳送的過程。加工單元的機構(gòu)如圖 2-1 所示圖 2-1 加工單元的結(jié)構(gòu)2.1.2 加工單元的基本結(jié)構(gòu)加工單元主要由旋轉(zhuǎn)工作臺模塊、鉆孔模塊、鉆孔檢測模塊等組成。1.旋轉(zhuǎn)工作臺模塊旋轉(zhuǎn)工作臺模塊如圖 4-2 所示。它主要由旋轉(zhuǎn)工作臺、工作臺固定地盤、傳動齒輪、直流電機、定位凸塊、電感式接近開關(guān)傳感器、光電傳感器、支架等組成。（a） （b）圖 4-2 旋轉(zhuǎn)工作臺模塊在旋轉(zhuǎn)工作臺上有 4 個 工位，用于存放工件；在每個工位的下面都有一個圓孔，用于光電傳感器對工件的識別。直流電動機用于驅(qū)動工作臺旋轉(zhuǎn)，它通過一對齒輪減速后將動力傳遞到工作臺。通過工作臺的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)各工位上的工件的“流動”。電感式接近開關(guān)傳感器用于判斷工作臺的轉(zhuǎn)動位置，以便進行定位控制。對于工作臺的 4 個工位，分別有 4 個金屬的定位凸塊與之相對應(yīng)，各凸塊與工作臺相對固定。當(dāng)凸塊接近電感式接近開關(guān)時，就會使電感式接近開關(guān)動作，輸出信號。用該信號即可判斷工作臺是否轉(zhuǎn)到了工位。光電傳感器固定在加工單元的底板上，在第一個工位的下方。當(dāng)工作臺旋轉(zhuǎn)到第一個工位的時，由于工作臺在各個工位處都留有圓孔，光電式傳感器發(fā)出的光線將直接穿過圓孔。而不被遮擋，即沒有反射光線返回給傳感器，則傳感器的輸出信號為“0”，如果此時在工位上放上工件，則孔被工件遮擋，工件將光線反射給傳感器，則傳感器的輸出信號為“1”。利用光電傳感器信號的變化即可判斷是否有工件放到了第一個工位上。2.鉆孔模塊鉆孔模塊的結(jié)構(gòu)如圖 4-3 所示圖 4-3 鉆孔模塊鉆孔模塊實現(xiàn)的是鉆孔加工的過程，主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機、鉆孔導(dǎo)向裝置、夾緊氣缸、鉆孔模塊支架等組成。鉆孔電機用于實現(xiàn)鉆孔的動作，是鉆孔的執(zhí)行機構(gòu)；鉆孔氣缸用于實現(xiàn)鉆孔的進給動作（進給的速度可通過調(diào)節(jié)氣缸氣路的節(jié)流閥來調(diào)節(jié)）；夾緊氣缸用于在鉆孔時夾緊工件；鉆孔的導(dǎo)向裝置由導(dǎo)向柱和導(dǎo)向套組成，用于保證鉆孔電機沿著固定方向準(zhǔn)確地運行。在鉆孔氣缸的兩端、夾緊氣缸的兩端都安裝有磁感應(yīng)式接近開關(guān)，分別用于判斷兩個氣缸運動的極限位置?！胥@孔氣缸的選?。汗? SMC型號 MGPM16-75工作壓力 1.0MPa3.檢測模塊檢測模塊的結(jié)構(gòu)如圖 4-4 所示。圖 4-4 檢測模塊檢測模塊用于實現(xiàn)對鉆孔加工結(jié)果的模擬檢測過程。檢測模塊主要由檢測氣缸、檢測氣缸固定架、檢測模塊支架及磁感應(yīng)式接近開關(guān)組成。其工作原理是：在檢測工件時，若氣缸桿能下降到位，則認(rèn)為孔的深度加工合格，若氣缸不能下降到位，則認(rèn)為加工不合格。氣缸的位置是通過安裝在氣缸兩端的磁感應(yīng)式接近開關(guān)來判斷的?！?檢測氣缸的選?。汗? SMC型號 CDJ2B10-45-B工作壓力 0.7MPa4.繼電器由于電機的工作電流比較大，PLC 的數(shù)字量輸出端口的驅(qū)動能力不夠，因此采用由 PLC 的電源直接給電機供電的方式，通過繼電器的觸點控制電機的供電電路的通斷，再用 PLC 的數(shù)字量輸出信號控制繼電器的線圈，從而實現(xiàn)對電機的邏輯控制。本單元中共使用了 2 個繼電器 K1、K2，分別用于控制鉆孔電機和工作臺的驅(qū)動電機?！?繼電器的選?。篕1、K2 均選用 SCHRACK V23057-B0006-A401 型號的繼電器5.CP 閥組本單元中的 CP 閥組由 3 個二位五通的換向閥組成。● 換向閥的選?。? 個換向閥均選用 SMC SY3120-5LZD-M5 型號的換向閥2.2 PLC 與其他工業(yè)控制系統(tǒng)的比較1.PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較如今，繼電器控制已逐步被 PLC 所代替，它已無法滿足與適應(yīng)工業(yè)控制的要求和發(fā)展，與 PLC 相比，存在著質(zhì)的差別。PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較見表 1-1表 2-1 PLC 與繼電器控制系統(tǒng)的比較比較名稱 PLC 繼電器控制系統(tǒng)控制功能的實現(xiàn) 通過編程實現(xiàn)所需的控制要求 通過對繼電器進行硬接線完成相應(yīng)的控制功能對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性 只需對程序修改，適應(yīng)性強 需進行重新設(shè)計與接線，適應(yīng)性差可靠性 采用大規(guī)模集成電路，采用抗干 元器件多、觸點多，易出現(xiàn)故障擾措施，可靠性高靈活性和柔韌性 有種類齊全的擴展單元，擴展靈活，靈活性好差控制的實時性 微處理器控制，實時性好 機械動作時間常熟大，實時性差占有空間與安裝 體積小，重量輕，安裝工作量小 體積大，笨重。安裝工作量大復(fù)雜控制能力 很強 極差使用壽命 長 短價格 較高 低維護 簡單 復(fù)雜從以上幾個方面的比較可知，PLC 在性能上比繼電器控制系統(tǒng)優(yōu)異，特別是可靠性高。2.PLC 與計算機控制系統(tǒng)的比較20 世紀(jì) 60 年代，計算機技術(shù)開始應(yīng)用與工控領(lǐng)域，但其在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如PLC 的功能強大，兩者之間比較見表 1-2表 2-2 PLC 與計算機控制系統(tǒng)的比較比較名稱 PLC 計算機控制系統(tǒng)編程語言 助記符語句表、梯形圖等 匯編語言、高級語言工作方式 掃描方式 中斷方式工作環(huán)境 可在較差的環(huán)境下工作 要求很高對使用者的要求 語言易學(xué) 需進行專門的培訓(xùn)才可掌握系統(tǒng)軟件 功能專用，占用存儲空間小 功能強大，占用存儲空間很大可靠性 工業(yè)級，有很多種特殊設(shè)計，包括監(jiān)視計時器功能商業(yè)級要求價格 較低 高應(yīng)用領(lǐng)域 工業(yè)控制 辦公、管理、科學(xué)計算等3.PLC 與集散控制系統(tǒng)的比較集散控制系統(tǒng)又稱為分散控制系統(tǒng)，它是專門為工業(yè)過程控制設(shè)計的過程控制裝置，其與 PLC 比較見表 1-3。表 2-3 PLC 與集散控制系統(tǒng)的比較比較名稱 PLC 集散控制系統(tǒng)工作方式 掃描方式 按用戶的程序指令工作包含中斷方式采樣速度 每個采樣點的采樣速度相同 根據(jù)被檢測對象的特征決定存儲器容量 大多采用邏輯運算，所需的存儲器容量小大多采用大量的數(shù)學(xué)運算，所需的存儲器容量較大應(yīng)用場合 開關(guān)量的邏輯控制 連續(xù)量的模擬控制運算速度 開關(guān)量的速度較高 模擬量的速度較低設(shè)計方法 根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境并按照安裝在控制室而設(shè)計根據(jù)現(xiàn)場工作環(huán)境要求設(shè)計PLC 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型、通用工業(yè)自動控制裝置。它是一種具有很強的抗干擾能力、高可靠性、高性價比且編程簡單的控制設(shè)備。因此，我們在設(shè)計加工單元的時候選用 PLC 作為控制元件。由于市面上的 PLC 種類繁多，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn) S7-200 的 PLC 是一款經(jīng)濟型的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易于擴展，不僅價格低廉，而且功能強大，可靠性高，運行速度快，具有很高的性價比，同時考慮到單元本身的問題，因此決定選用西門子 S7-200-224 型號的 PLC。2.3 傳感器的選取傳感器的選擇詳見表 2-4設(shè)備符號 設(shè)備名稱 設(shè)備用途 生產(chǎn)廠家 型號B1 光電式傳感器 判斷 1 號工位有無工件上海霄云電子有限公司E3F-DS10C1B2 電感式傳感器 判斷工作臺是否轉(zhuǎn)動到位上海霄云電子有限公司E3F-DS10C11B1 磁感應(yīng)式接地開關(guān) 判斷鉆孔氣缸是否在上端位置SMC D-Z731B2 磁感應(yīng)式接地開關(guān) 判斷鉆孔氣缸是否在下端位置SMC D-Z732B1 磁感應(yīng)式接地開關(guān) 判斷檢測氣缸是否在上端位置SMC D-C732B2 磁感應(yīng)式接地開關(guān) 判斷檢測氣缸是否在下端位置SMC D-C733B1 磁感應(yīng)式接地開關(guān) 判斷夾緊氣缸是否在上端位置SMC D-C733B2 磁感應(yīng)式接地開關(guān) 判斷夾緊氣缸是否在下端位置SMC D-C732.4 氣動控制回路氣動控制系統(tǒng)是該工作單元的執(zhí)行機構(gòu)，該執(zhí)行機構(gòu)的控制邏輯功能是PLC 實現(xiàn)的。氣動控制回路的工作原理如圖 2-5 所示。1B22B13B211Y2Y13Y1ozAAA圖 4-5 加工單元氣動控制回路工作原理圖圖中 A1 為鉆孔氣缸，1B1 和 1B2 為安裝在鉆孔氣缸的兩個極限位置的磁感應(yīng)式接近開關(guān)，用他們發(fā)出的開關(guān)量信號可以判斷氣缸的兩個極限工作位置；A2 為檢測氣缸，A3 為夾緊氣缸，OZ 為氣源處理組件。2.5 HMI（人機操作界面）設(shè)計2.5.1 HMI 設(shè)備功能HMI 設(shè)備的作用是提供自動化設(shè)備操作人員與自控系統(tǒng)（PLC 系統(tǒng)）之間的交互界面接口。使用 HMI 設(shè)備，可以實現(xiàn)一下功能：（1）在 HMI 上顯示當(dāng)前的控制狀態(tài)、過程變量，包括數(shù)字量（開關(guān)量）和數(shù)值等數(shù)據(jù)。（2）顯示警報信息。（3）通過硬件或可視化圖形按鈕輸入數(shù)字量、數(shù)值等控制參數(shù)。（4）使用 HMI 的內(nèi)置功能對 PLC 內(nèi)部進行簡單的監(jiān)控、設(shè)置等。4.5.2 加工單元的 HMI加工單元的 HMI 設(shè)計如圖 4-6 所示開 始 復(fù) 位 特 殊 手 /自 單 /聯(lián) 停 止 急 停上 電圖 2-6 加工單元的 HMI第三章 加工單元程序開發(fā)和調(diào)試3.1 編程軟件簡介3.1.1 STEP 7 基本功能STEP 7 是作為 S7-200 系列 PLC 的專用編程軟件，功能強大，且可以實現(xiàn)全中文程序編輯操作。STEP 7 是在 Window 平臺上編輯用戶應(yīng)用程序，它主要完成下列任務(wù)。（1）在離線方式下（計算機不直接與 PLC 聯(lián)系）可以實現(xiàn)對程序的創(chuàng)建、編輯、編譯和系統(tǒng)組態(tài)。由于沒有聯(lián)機，所有的程序都存儲在計算機的存儲器中。（2）用在線（聯(lián)機）方式下通過聯(lián)機通信的方式上傳和下載用戶程序及組態(tài)數(shù)據(jù)，編輯和修改用戶程序。可以直接對 PLC 進行各種操作。（3）在編輯程序過程中進行語法檢查。為避免用戶在編輯過程中出現(xiàn)的一些語法錯誤以及數(shù)據(jù)類型錯誤，軟件會進行語法檢查。使用梯形圖編輯時，在出現(xiàn)錯誤的地方會自動加紅色波浪線。使用語句表編程時，在出現(xiàn)錯誤的語句行錢自動畫上紅色叉，且在錯誤處加上紅色波浪線。（4） 提供對用戶程序進行文檔管理、加密處理等工具功能。（5）設(shè)置 PLC 的工作方式和運行參數(shù)，進行監(jiān)控和強制操作等。3.1.2 軟件界面及其功能介紹1.軟件界面啟動 STEP 7 編程軟件中文界面如圖 5-1 所示圖 3-1 STEP 7 中文界面2 界面功能STEP 7 編程軟件的中文界面一般分為菜單條、工具條、瀏覽條、輸出窗口、狀態(tài)欄、編輯窗口、局部變量表和指令樹等幾個區(qū)域，這里分別對這幾塊區(qū)域進行介紹。（1）菜單條文件：如新建、打開、關(guān)閉、保存文件、上傳或下載用戶程序，打印預(yù)覽，頁面設(shè)置等操作。編輯：程序編輯工具?？蛇M行復(fù)制、剪切、粘貼程序塊和數(shù)據(jù)塊以及查找、替換、插入、刪除等操作。PLC：用于選擇 PLC 的類型，改變 PLC 的工作方式，查看 PLC 的信息，進行 PLC 通信設(shè)置等功能。窗口：可以打開一個或者多個窗口，并進行窗口之間的切換，設(shè)置窗口的排放方式等。（2）工具條工具條的功能是提供簡單的鼠標(biāo)操作，將最常用的操作以按鈕的形式安放在工具條中。（3）瀏覽條通過選擇【查看】/【瀏覽條】命令打開瀏覽條。瀏覽條的功能是在編輯過程中進行窗口的快速切換。各種窗口的快速切換是由瀏覽器中的按鈕控制的，單擊任何一個按鈕，即可將主窗口切換到該按鈕對應(yīng)的編程窗口。（4）輸出窗口該窗口用來顯示程序編譯的結(jié)果信息，如個程序塊（主程序、中斷程序或子程序）的大小、編譯結(jié)果有無錯誤、錯誤編碼和位置等。（5）狀態(tài)欄狀態(tài)欄也稱任務(wù)欄，與一般的任務(wù)欄功能相同。（6）編輯窗口編輯窗口分為 3 部分：編輯器、網(wǎng)絡(luò)注釋和程序注釋。編輯器主要用于梯形圖、語句表或功能圖編寫用戶程序，或在聯(lián)機的狀態(tài)下從 PLC 下載用戶程序進行讀程序或修改程序。網(wǎng)絡(luò)注釋是對本網(wǎng)絡(luò)的用戶程序進行說明。程序注釋用于對整個程序說明解釋，多用于說明程序的控制要求。（7）局部變量表每個程序塊都對應(yīng)一個局部變量表。在帶參數(shù)的子程序調(diào)用中，局部變量表用來進行參數(shù)傳遞。（8）指令樹可通過選擇【查看】/【指令樹】命令打開，用于提示編程時所用到的全部 PLC 指令和快捷操作命令。3.2 加工單元的自動連續(xù)運行控制1.控制任務(wù)在自動操作的模式下，在各執(zhí)行機構(gòu)處于初始狀態(tài)、且旋轉(zhuǎn)工作臺的 1 號工位上沒有工件的情況下按啟動按鈕，加工單元進行進入待工作的狀態(tài)。當(dāng)有工件被放到旋轉(zhuǎn)工作臺的 1 號工位上時，則加工單元進入工作狀態(tài)，將工件傳送到 2 號工位上，并進行鉆孔加工，然后等待 1 號工位接收新的工件。當(dāng) 1 號工位又接收上新的工件時，旋轉(zhuǎn)工作臺就再轉(zhuǎn)動一個工位，將經(jīng)過鉆孔加工后的工件送到 3 號工位進行質(zhì)量檢測，并將檢測結(jié)果存儲起來；同時，新的工件被送到 2 號工位進行加工，然后再一次等待 1 號工位接收新的工件……當(dāng)最初的工件經(jīng)過上述流程進入到 4 號工位時，該工件的鉆孔檢測結(jié)果被轉(zhuǎn)存到另一個存儲單元中。每個工件在本單元中都要經(jīng)過以上的工作流程。工件到達 4 號工位后由工人取走。只要未按停止按鈕，加工單元就按上述過程連續(xù)運行。當(dāng)按了停止按鈕后，加工單元不再接收新的工件，但是要將已進入到加工單元中的工件加工完，此后加工單元要將處在工作臺上的工件一次進行完鉆孔（2 號工位）、質(zhì)量檢測（3 號工位）、輸出（4 號工位）的過程后才停止運行；若是按了停止按鈕后，加工單元是出于工作臺上無工件的待加工狀態(tài)，則直接停止運行。停止運行后，各執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)回到初始狀態(tài)。2.生產(chǎn)工藝流程設(shè)計自動模式下加工單元中各執(zhí)行機構(gòu)的初始位置如下：● 鉆孔氣缸處于上端位置；● 旋轉(zhuǎn)工作臺工位正確；● 夾緊氣缸處于伸出位置（由氣路決定的）；● 檢測氣缸處于上端位置。加工單元的工藝流程如圖 3-2 所示開 始是 否 滿 足 啟 動 條 件且 是 否 為 自 動 模 式 ？是 否 按 下 了啟 東 按 鈕1號 工 位 是否 有 工 件 ?夾 緊 氣 缸 縮 回是 否 縮 回 到 位 ？工 作 臺 轉(zhuǎn) 動 一 個 工 位 是 否 按 了停 止 按 鈕 ?2號 工 位 是否 有 工 件 ？合 格 /不 合 格 標(biāo) 志 轉(zhuǎn) 存 夾 緊 氣 缸 縮 回(a)工 作 臺 是 否轉(zhuǎn) 動 到 位 ？夾 緊 氣 缸 伸 出 夾 緊 工 作是 否 伸 出 到 位 （ 夾 緊 ） ？啟 動 鉆 孔 電 機是 否 下 降 到 位 ？鉆 孔 氣 缸 上 升 (b)鉆 孔 氣 缸 下 降 檢 測 氣 缸 下 降是 否 下 降 到 位 ？鉆 孔 氣 缸 上 升鉆 孔 氣 缸 和 檢 測 氣 缸是 否 都 已 上 升 到 位 ？是 否 退 回到 位 ？工 作 臺 轉(zhuǎn) 動 一 個 工 位檢 測 氣 缸 下 降是 否 下 降 到 位 ？檢 測 氣 缸 上 升 (c) 是 否 轉(zhuǎn) 動到 位 ？ 是 否 上 升到 位 ？工 作 臺 轉(zhuǎn) 動 一 個 工 位 是 否 轉(zhuǎn) 動到 位 ？夾 緊 氣 缸 伸 出結(jié) 束圖 3-2 加工單元自動控制功能的工藝流程3.3 加工單元的 I/O 地址分配表加工單元的 PLC 的 I/O 地址分配表如表 5-1表 3-1 加工單元 PLC 的 I/O 地址分配情況序號 地址設(shè)備符號 設(shè)備名稱 設(shè)備用途 信號特征信號為 1，表示 1 號工位有工件；1 I0.0 B1光電式傳感器判斷 1 號工位有無工件 信號為 0，表示 1 號工位無工件信號為 1，表示工作臺到位；2 I0.1 B2電感式傳感器判斷工作臺是否到位 信號為 0，表示工作臺沒有到位。3 I0.3 1B1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷鉆孔氣缸的位置 信號為 1，表示鉆孔氣缸在上端位置4 I0.4 1B2磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷鉆孔氣缸的位置 信號為 1，表示鉆孔氣缸在下端位置5 I0.5 2B1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷檢測氣缸的位置 信號為 1，表示檢測氣缸在上端位置6 I0.6 2B2磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷檢測氣缸的位置 信號為 1，表示檢測氣缸在下端位置7 I0.7 3B1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷夾緊氣缸的位置 信號為 1，表示夾緊氣缸在上端位置8 I0.8 3B2磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷夾緊氣缸的位置 信號為 1，表示夾緊氣缸在下端位置9 Q0.0 K1 繼電器 控制鉆孔電機 M1 信號為 1，表示鉆孔電機 M1 轉(zhuǎn)動10 Q0.1 K2 繼電器控制工作臺電機M2 信號為 1，表示工作臺電機 M2 轉(zhuǎn)動信號為 1，表示控制鉆孔氣缸下降11 Q0.2 1Y1 電磁閥控制鉆孔缸的動作 信號為 0，表示控制鉆孔氣缸上升信號為 1，表示控制檢測氣缸下降12 Q0.3 2Y1 電磁閥控制檢測缸的動作 信號為 0，表示控制檢測氣缸上升信號為 1，表示控制夾緊氣缸退回13 Q0.4 3Y1 電磁閥控制夾緊缸的動作 信號為 0，表示控制夾緊氣缸伸出14 I1.0 開始 按鈕開關(guān) 啟動設(shè)備 信號為 1，表示按鈕被按下15 I1.1 復(fù)位 按鈕開關(guān) 復(fù)位 信號為 1，表示按鈕被按下3.4 加工單元的程序設(shè)計加工單元的部分程序如圖 5-3 所示，具體的所有程序詳見附錄。圖 3-3 加工單元的部分程序第四章 總結(jié)與展望4.1 工作總結(jié)通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認(rèn)識了將來機電一體化的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。隨著畢業(yè)的時間一天一天的臨近，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。在不斷的努力下我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。畢業(yè)設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計使我明白了自己原來知識太理論化了，面對單獨的課題的是感覺很茫然。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。4.2 技術(shù)展望由于種種原因，國產(chǎn)品牌的 PLC 在國內(nèi) PLC 市場份額所占比例很小，一直沒有形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，中國目前市場上 95%以上的 PLC 產(chǎn)品來自國外公司。盡管國產(chǎn) PLC 在中國 PLC 市場所占份額很小，但只要國內(nèi)有實力的 PLC 廠商下定決心，仔細(xì)分析自身的優(yōu)勢和劣勢，充分利用各種有利資源，踏踏實實、有針對性地做好各項工作，就一定能夠在 PLC 領(lǐng)域有所作為。但我們還應(yīng)該清醒地看到：國內(nèi)企業(yè)和國外知名品牌的重大差距還是不可忽略。為了振興國產(chǎn) PLC,我認(rèn)為我國 PLC 的發(fā)展應(yīng)該采取如下對策： （1）對如此巨大的市場，我國應(yīng)該集中資金和技術(shù)力量，盡快研制生產(chǎn)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的 plc 系列產(chǎn)品 。（2）繼續(xù)發(fā)揮國內(nèi) plc 應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)勢，擴大應(yīng)用領(lǐng)域。將 plc 應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域同時，還要憑借技術(shù)和勞動力優(yōu)勢，逐漸融入國際 plc 的應(yīng)用市場，積極參與國際競爭。 （3）在擴大 plc 應(yīng)用范圍的同時，在軟件集成上下功夫。針對不同的工業(yè)生產(chǎn)過程，形成具有自身特色的系統(tǒng)集成軟件、人機界面軟件和應(yīng)用軟件。（4）在發(fā)展小型 plc 產(chǎn)品方面，必須在集成性、功能性、適用性、經(jīng)濟性等方面選擇一個合適的平衡點，設(shè)計出滿足用戶不同要求的產(chǎn)品。（5）加大宣傳力度，取得國民信任。（6）政府應(yīng)該加大扶持力度，對國產(chǎn) plc 的發(fā)展給予引導(dǎo)，從政策、資金、技術(shù)、稅收等方面予以支持。參考文獻[1] 張建民. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M]. 北京: 北京理工大學(xué)出版社,1995 [2] FESTO. 費斯托工業(yè)自動化教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)[M]. 德國: FESTO 公司, 2002.12 [3] SIEMENS. 西門子自動化系列產(chǎn)品介紹[M]. 西門子（中國）有限公司,2004 [4] 鄭晟 .鞏建平.張學(xué). 現(xiàn)代可編程序控制器原來與應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2002 [5] 楊寶清. 現(xiàn)代傳感器技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京: 中國鐵道出版社, 2001 [6] 機床液壓傳動與控制[M]. 南京航空航天大學(xué), 2003 [7] SIEMENS. STEP 7 V5.1 編程手冊[M]. 西門子（中國）有限公司, 2004[8]劉增輝 .朱運力 .模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社,2005[9]劉星平 .PLC 原理及工程應(yīng)用[M].中國電力出版社,2010[10]隋媛媛.廉鴻帥.遲軍.西門子系列 PLC 原理及應(yīng)用[M].人民郵電出版社,2009[11]陶權(quán) .韋瑞錄 .PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝與調(diào)試[M].北京理工大學(xué)出版社,2009致謝首先，我要誠摯的感謝我的導(dǎo)師鄭明老師，在畢業(yè)設(shè)計期間，得到了鄭明老師的悉心指導(dǎo)，在論文的寫作過程中，多次得到他的督促，并且他為我的論文提出了許多寶貴的修改意見。鄭明老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度與求實的工作作風(fēng)及豐富的學(xué)識留給我深刻的印象，使我受益匪淺。其次，要感謝同組的許麗鳴同學(xué)，他們與我共同承擔(dān)了系統(tǒng)的分析設(shè)計與開發(fā)任務(wù)，在大家的共同努力下，終于圓滿地完成了系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)工作，在此我向他表示深深的感謝。最后要感謝幾年來給我們上課的老師與學(xué)院的各位工作人員，正是有他們的辛勤勞動，才使我今天有足夠的能力完成這個畢業(yè)設(shè)計，在此向他們表示真誠的謝意。附錄附錄：外文翻譯In Wang Zuoliang’s translation practices, he translated many poems, especially the poems written by Robert Burns. His translation of Burn’s “A Red, Red Rose” brought him fame as a verse translator. At the same time, he published about ten papers on the translation of poems. Some argue that poems cannot be translated. Frost stresses that poetry might get lost in translation. According to Wang, verse translation is possible and necessary, for “The poet-translator brings over some exciting work from another culture and in doing so is also writing his own best work, thereby adding something to his culture. In this transmission and exchange, a richer, more colorful world emerges. ”(Wang, 1991:112). Then how can we translate poems? According to Wang’s understanding, the translation of poems is related to three aspects: A poem’s meaning, poetic art and language. （1）A poem’s meaning“Socio-cultural differences are formidable enough, but the matter is made much more complex when one realizes that meaning does not consist in the meaning of words only, but also in syntactical structures, speech rhythms, levels of style.” (Wang, 1991:93).（2）Poetic art According to Wang, “Bly’s point about the ‘marvelous translation’ being made possible in the United States only after Whitman, Pound and Williams Carlos Williams composed poetry in speech rhythms shows what may be gained when there is a genuine revolution in poetic art.” (Wang, 1991:93).（3）Language“Sometimes language stays static and sometimes language stays active. When language is active, it is beneficial to translation” “This would require this kind of intimate understanding, on the part of the translator, of its genius, its idiosyncrasies, its past and present, what it can do and what it choose not to do.” (Wang, 1991:94).Wang expresses the difficulties of verse translation. Frost’s comment is sufficient to prove the difficulty a translator has to grapple with. Maybe among literary translations, the translation of poems is the most difficult thing. Poems are the crystallization of wisdom. The difficulties of poetic comprehension lie not only in lines, but also in structure, such as cadence, rhyme, metre, rhythm, all these conveying information. One point merits our attention. Wang not only talks about the times’ poetic art, but also the impact language’s activity has produced on translation. In times when the language is active, translation is prospering. The reform of poetic art has improved the translation quality of poems. For example, around May Fourth Movement, Baihua replaced classical style of writing, so the translation achieved earth-shaking success. The relation between the state of language and translation is so