基于PLC运动控制技术工厂培训平台设计

摘要：针对我国大中型自动化工厂“PLC运动控制技术”的实际应用，考虑到目前对应的工厂培训方法和培训设备，提出了对PLC运动控制技术工厂培训平台的设计。培训平台基于开放式、模块化、可拓展的设计思路，能够加强职工理论转化实际操作的能力，克服传统模拟培训设备在创新和新技术拓展方面的不足。
关键词：运动控制技术；培训平台；培训设备；PLC

    运动控制技术是自动化技术与电气拖动技术的融合，在国民经济的各个行业中起着重要作用，利用PLC作为运动控制器的运动控制技术就是PLC运动控制技术，它涵盖了运动控制器技术、软件技术、传感器技术、网络技术、接口技术以及传动技术等6要素。本着尊重科学、注重实践，结合目前国内外工厂培训的现状和未来发展的需要，研发了PLC运动控制技术工厂培训平台(以下简称培训平台)。该平台基本涵盖了运动控制技术的工厂实际应用，可满足大中型自动化工厂的职工培训，具有较高的使用价值。

1 培训平台组成
    培训平台具有模拟工业自动化生产线货物分拣过程的功能，可完成货物识别、搬运、分拣、加工、装配、出入库及管理等过程，主要由上位计算机、PLC控制单元(含网络)、变频器单元、触摸屏单元、指示与主令单元、电源单元、传感器检测单元、气动机械手搬运单元、井式供料单元、传输带单元、有轨小车单元、龙门式加工单元、多工位装配单元、气动控制单元、自动化仓库单元、电气接口单元、载货台单元、抽屉式操作台等组成，其中，变频器、旋转编码器、交流电动机与PLC组成带位置反馈的速度控制系统，传感器包括电容传感器、电感传感器、颜色传感器、光电开关。

    各模块、单元又构成行走气动机械手机构、平面仓储机构、传送机构、料块供给机构、传感器检测分拣机构、气动控制机构、加工机构、装配机构等。
    各机构能够通过选择不同单元及单元位置变化进行重组，构成多工位加工系统，多工位装配系统，加工装配系统，物流仓储系统，柔性生产系统，生产物流系统，从而可构成自动化生产流水线，让培训内容从基本模块、单元到各种小机构，再到综合系统及自动化生产线，逐步由简单、基础的训练到复杂、综合的培训。

2 平台技术特点
    培训平台采用开放式结构。有PLC主机接口开放、控制单元接口开放，能让职工进行更深层次的训练，使其不仅会编程，而且要熟悉各种传感器、电机、变频器、气缸等传感器和执行器的接线方式，学习设计系统的思路与方法。
    培训平台可使用于多种控制器，如西门子、三菱、欧姆龙、松下、AB、GE等PLC。
    培训平台模型模块均采用工业典型控制过程，并且简繁有序，使职工在了解各种生产工艺后编制相应的控制程序，各工艺流程由简单到复杂，由浅入深，层次分明，利于职工进行有梯度的训练，同时，也方便因材施教，使接受能力较强的职工学习较复杂的控制工艺。
    培训平台配备上位计算机，能够完成数据通信、网络管理、人机界面(HMI)和数据处理等功能。
    培训平台采用MCGS工控组态软件，可快速构造和生成上位机监控系统。

    培训平台涵盖技术广泛，使职工不仅能进行基本指令训练，而且提供特殊生产控制工艺流程，使职工能进行高速脉冲输出(PTO)、高速计数(HSC)、网络以及PID算法研究等高级功能应用与训练。
    培训平台中五大单元均采用独立的机电集成设计，单元中所涉及的各类传感器、电机、电磁阀、传感器、执行器都采用就近原则汇总到带保护装置的接线端子排中，便于各模块单元之间的灵活组合，系统可以采用工业网络进行整个培训系统的控制，同时进行上位机管理和监控。
    培训平台设有漏电保护、短路保护、急停保护、隔离保护、智能保护等各种保护功能，一旦运行中出现故障，培训系统能够自动诊断停止，在培训的过程中可确保人身与设备的安全。

3 平台的调试说明
    系统的调试步骤：
    (1)确认系统电源进行正确、直流24 V输出电压正常。
    (2)按照系统的接线规范，进行接线，并用万用表检测有无接线短路现象。
    (3)正确接线后，给系统上电，合上电源单元的空气开关，如有异常，应立即切断电源，如无异常，接通气路，则可进行单元模块的调试。
    (4)由于下载程序后龙门式加工单元会自动回原点，所以应先对龙门式加工单元的传感器进行调试，使其均能正常工作。
    (5)由于下载程序后多工位装配单元会自检，所以应对多工位装配单元的传感器进行调试，使其均能正常工作。
    (6)下载PLC程序到相应PLC中，下载触摸屏程序到触摸屏中。
    (7)连接网络通信电缆，用电缆将PLC、触摸屏连接。
    (8)设置变频器参数，首先将变频器恢复出厂设置，参数为P03=3，P10=30，P970=1；然后设置参数P0003=3，P0004=0，P0700=2，P0701= 17，P0702=17，P0703=17，P1000=3，P1001=30，P1002=40，P1003=-40，P1004=45，P1120=0．2，P1121=0．2。
    (9)进行井式供料单元调试，当有工件放入井式出料塔内时有信号输出。
    (10)进行传送检测、分拣单元调试，调节三个气缸，使其能顺畅推出与缩回；调节到位传感器，当料块运动到位时有信号输出，调节电容传感器、电感传感器，当料块内装有铝质或铁质料柱时，均有信号输出；调节光纤传感器，当黄色工件在其下经过时，有信号输出，蓝色工件在其下经过时，无信号输出。调节滑槽库满传感器使当库满时有信号输出；确认传送带能顺畅移动。
    (11)进行机械手搬运、仓储单元调试，调节气缸，确保气缸能正常工作。调节接近开关，使行走机械手运动到位时，有信号输出，使仓库中有工件时，传感器有输出，用触摸屏试教各点坐标。触摸屏启动后，进入如图3所示画面，点击参数设置，出现如图4所示试教画面，试教方法如下：

    点击“当前值”旁边的“+”、“-”可控制行走机械手的移动，首先让行走机械手运动到原点处，这时“当前值”为0，移动机械手到“线坐标”即传送带取物处，点击“线坐标”旁边的“校对”，线坐标的值即被确定，同理确定1#，2#，3#，4#库坐标，加工、缓存、装配点坐标，点击夹手下面的“+”、“-”按钮，可使旋转气缸旋转，点击夹紧可使夹紧气缸“夹紧”／“伸开”，点击下降按钮，可使升降气缸“上升”／“下降”，以此配合坐标点的确定。
    (12)进行龙门式加工单元调试，调节接近开关，使其能正常工作，调节步进电机电流、细分，确保丝杠滑动顺畅。
    (13)进行多工位装配单调试，调节传感器使其均能正常工作，气缸均能顺畅推出与缩回。确认伺服电机没有报警。
    系统调试过程完毕。

4 结语
    PLC运动控制技术工厂培训平台涵盖技术全面、设计结构合理，能够实现与工厂应用技术的无缝对接，递进、灵活的培训模式和先进的控制技术提高了职工的学习兴趣，让职工能够更好的在培训平台上进行创新，达到了理论转化为动手实操的目的，有利于促进工厂培训体系的进一步改革，培养创新型实用人才。