科技信息 计算机与网络 基于ＰＬＣ明ＭＰＳ加工单元控制系统哟设计 李立君 高建 韩建乐 尹虎平 （１．邢台职业技术学院 ２．德龙钢铁有限公司） ［摘 要］文中首先分析了加工单元的结构与功能、气动控制回路，然后设计出该单元的控制任务，分配了ＰＬＣ输入输出地址，进而 编写流程图和梯形图程序，最后上机调试，验证了基于ＰＬＣ的ＭＰＳ加工单元控制系统设计的可行性。 ［关键词］模块化生产培训系统 可编程序控制器 设计 １．引言 近年来，各国为实现提高系统的定位精度以适应工业需要，尝试了 各种控制方式和控制策略，并对气动伺服系统做了大量工作。当临时需 要对各个单元进行新的分配任务或产品变化时，可以很方便地改动或重 新设计其新部件，当位置改变时，只要重新编程，就能很快地投产，从而 降低了安装和转换工作的费用 １。模块化生产培训系统（ＭＰＳ，Ｍｏｄｕｌａｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｒａｉｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）是一种模拟自动化生产加工单元，它由德国 ＦＥＳＴＯ公司结合现代工业企业的特点开发研制而成。它可以大量代替 单调往复或高精度的工作，用以满足前沿产品和自动化设备更新的需 要口Ｉ。本文所研究的内容，国际上以德国、日本、韩国等最具代表性，技术 上已经趋于成熟，但其产品价格昂贵，且在技术上对用户封锁，致使用 户无法结合自己的需要进行二次开发。 目前，国内已有几家教学设备生产企业开始仿造国外的ＭＰＳ部分 产品，主要有上海英集斯自动化技术有限公司生产的“ＭＰＳ／ＦＭＳ模块 化生产培训系统”；浙江亚龙教仪有限公司生产的“亚龙ＹＬ—ＭＰｓ模块 化生产培训系统”。本文将采用上海英集斯自动化技术有限公司生产的 ＭＰＳ教学设备，结合本实验室（国家示范性财政支持重点建设实验 室）的实际需求，给出了基于ＰＬＣ的ＭＰＳ加工单元ＰＬＣ控制系统设计 的完整解决方案。 ２．加工单元的结构、功能与气动控制回路 加工单元用于在旋转平台上检测及加工工件。即在具有四个工位 的加工旋转平台上模拟钻孔加工、模拟检测加工质量，并通过旋转工作 台模拟物流传送的过程 Ｉ。 ２．１加工单元的结构、功能 ￣１１３．２单元主要组成机构有：钻孔模块、钻孔检测模块、旋转工作台 模块等 。 （１）旋转工作台模块 旋转工作台模块主要由旋转工作台、工作台固定底盘、电感式接近 开关传感器、漫反射式光电传感器、定速比直流电动机、定位块、支架等 组成［５１。 在转动工作台上有四个用于存放工件的工位。在每个工位的下面 都有一个用于光电传感器对工件进行识别的圆孔。电感式接近开关传 感器用于判断工作台的转动位置，以便于进行定位控制。 （２）钻孑Ｌ模块 钻孔模块主要由夹紧气缸、钻孔气缸、钻孔电机等组成。 钻孔模块用于实现钻孔加工过程。为了判断两个气缸运动的两个 极限位置，在夹紧气缸的两端、钻孔气缸的两端都安装有磁感应式接近 开关。 （３）检测模块 检测模块用于实现对钻孑Ｌ加工结果的模拟检测过程。检测模块主 要由检测气缸固定架、检测气缸、检测模块支架及磁感应式接近开关组 成。 （４）继电器 控制钻孑Ｌ电机和工作台驱动电机的分别为继电器Ｋ．、Ｋ。。 ２．２加工单元的气动控制回路 加工单元的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控制方式 为手动控制或电磁控制。通过ＰＬＣ程序控制可以实现各执行机构的逻 辑控制功能。 在加工单元的气动控制原理图中，１Ａ为钻孑Ｌ气缸；２Ａ为检测气 缸；３Ａ为夹紧气缸；１Ｂ１和１Ｂ２为磁感应式接近开关；２Ｂ１、２Ｂ２为磁感 应式接近开关；３Ｂ１、３Ｂ２为磁感应式接近开关；１Ｙ１为钻孔气缸的电磁 阀的控制信号；２Ｙ１为控制检测气缸的电磁阀的电磁控制信号；３Ｙ１为 夹紧气缸的电磁阀的电磁控制信号。气动控制回路如图１所示。 －－－——２４６．．．—— 图１加工单元气动控制回路 ３。基于ＰＬＣ的ＭＰＳ加工单元控制系统的设计方案 接通设备电源与气源、运行ＰＬＣ后，首先执行复位动作，即提升气 缸驱动的工件平台下降到位。料盘旋转输出工件，当料盘检测到工件平 台中有工件后停止旋转，提升气缸动作，将工件平台提升至输出工位， 检测工件的颜色并保存下来。按下“特殊”按钮，表示工件被取走。随后 工件平台下降到位，料盘继续旋转输出工件，重复以上流程。 下面介绍该方案的关键环节。 ３．１分配加工单元ＰＬＣ输入输出地址 ＰＬＣ的输入输出与执行机构的对应关系如图２所示。 图２加工单元ＰＬＣ输入输出与执行机构的对应关系 ３－２编写程序并调试 加工单元的手动控制程序框图如图３所示。 加工单元框图 采量ａＯ．４＝１ 一打孔ＱＯ２ １０３ｌＩ＆ｌＯ ７－１ 打孔尧戚ｑＯ ２＂０ ＱＯ＿４－Ｏ ＩＯ －Ｉ丑１０ ６－ｌ 工位转动恤１）Ｑｅ．Ｏ，－１ （ｂ２】ＩＯ． ｌ 检测工件Ｑ＂＝１ ＩＯ．５＝１ 检酒完成Ｑｎ３ １ｏ．４：ｌ 工嵌转韵佃ＤＱ０舡ｌ Ｃｏｚ）￣ｏｌ－ｉ 近厕Ｍ．ｊ 图３加＿Ｔ单元的手动控制程序框图（下转第２４８页） 科技信息 音体美 员，他们往往不是特意地，很专业地进行田径运动，他们会在闲暇时间 里，一边娱乐一边运动，所以，在社区，小区或公园之类的公共场所建造 些适宜人们进行田径运动的设施，这样更有利于推广田径运动在全 民健身运动中的范围。 ４．４加强宣传、引导、组织开展田径健身运动 各级企事业单位学校等，尤其是体育部门应加强田径运动健 身知识的宣传和引导，并将所管理的田径场馆及辅助设施，对社会全面 开放。定期组织不同规模、不同形式的田径运动会。可以是趣味的，家庭 的或是单项的田径运动会。通过多种渠道从事田径运动的健身活动，促 进田径运动的开展与普及。例如：有些地方每年都有宣传月，用来宣传 田径运动健身的优点，指导人们进行田径运动健身；体育部门开设田径 运动健身理论课，让人们运用田径运动健身时有一定的理论基础和进 行科学健身有一定的保障；还有学校举行每年一度的田径运动会等等， 这些活动的开展既可以促进人们锻炼身体，又可以让他们形成终身体 育的意识。 一系统的活动更加灵活、协调，因而能提高人们运动和工作的效率以及对 外界环境的适应能力。 ４．田径运动在全民健身中的改革 转变观念、思想、锐意改革，使田径运动在实施全民健身计划 中发挥更大作用，在现代社会飞速发展的今天，古老而悠久的田径运动 也受到了冲击。随着国民收入的提高、全民健身活动的开展以及各种健 身娱乐场所的出现，人们在追求新奇健身运动的本能驱使下，对早己热 身毫无新意的田径运动不再青睐，纷纷去寻找有新异刺激的、时髦的 “流行运动”，虽然田径运动具有其独特的优势和健身实效性、但形式简 单、周期化的动作和内容的枯燥无味缺乏趣味性等，不能不说是它的一 大缺点。因此，为使田径运动在实施全民健身计划中发挥更大作用，必 须转变观念、思想、对以健身为目的的田径运动进行全面而科学的 改革。 ４．１对单调枯燥的田径运动项目注入趣味性 运动项目的内容加入生动、活泼的成份，可与历史典故、幽默笑话 等联系起来。使用的服装、器材的色彩、形状鲜艳、新奇等也能增加内容 的趣味性。借鉴其它运动项目和国外趣味体育的形式或以全能运动的 方式组合几个单项来变换原有项目的单调性成分。例如：把固定的向前 跑改成蛇型跑、 字跑、向后跑等，把跳远改成接力跳远，把跨栏改成过 障碍，用脚“猜拳”、“顶拐”等，这些都能提高学生的兴趣，使他们能自觉 地进行练习。再例如：在设置的集体项目中有锻炼意志、克服困难的障 碍接力；有培养团结协作的穿梭接力、交叉接力；又有节奏性强，团体意 识浓的跳绳比赛。这些游戏性、趣味性项目穿插在练习当中，很好地激 发了学生的兴趣和激情，也能引起学生浓厚的兴趣，鼓励了学生认真学 习技能技巧，积极参与，提高了水平，达到了强身健体的目的。 ４＿２对技术复杂、难度大的项目进行合理选用 有些项目如跨栏、推铅球等具有非常好的锻炼价值，但技术复杂难 度大，安全系数不高，对场地、器材要求高。可以把栏架降低，栏间距步 数也不做要求或改成跨越其它障碍物；把推铅球改成掷保龄球或实心 球，这样既保留了项目本身的锻炼价值，又降低了技术难度和对场地设 施的要求。再例如：还可以改变运动内容形式，在跳远练习中，丰富健身 内容，把动作难度大的挺身式和走步式跳远不做要求，让学生自由发 挥，这样也可以达到健身的效果。 ４３田径运动器材的选用 目前田径运动项目中所使用的器材，均是符合田径竞赛规则的标 准器材，用于全民健身并不适合，由于受身体条件和技术水平的制约， 在使用这些器材时往往会遇到一定的困难，甚至出现伤害事故。突破传 统的竞技器材模式，改进或设计出安全性高、趣味性强老少皆宜的健身 器材。例如：推铅球改为推或抛掷实心球，掷标改为投飞镖或飞镖掷 准，跳高用的杆子改成橡皮筋等等。全民健身运动中人们不像体育运动 （上接第２４６页） 加工单元的ＰＬＣ梯形图程序如图４所示。 ５．小结 综上所述，田径运动是一项健身价值高，同时简单、易行、省时、省 力、省钱便于广泛开展的运动。为增强体质、发展身体素质、提高健康水 平和培养意志品质，田径运动必将在以后的全民健身活动中占据重要 的地位。而作为田径运动的倡导者和实施者除了大力宣传田径运动的 健身有效性以外，还要掌握一定的健身理论基础，能更好地指导人们进 行田径健身运动，为提高人们健康水平做一份贡献。 参考文献 ［１］刘建国，朱长敏，李厚林．田径运动的“健身属性”对全民健身计 划实施的影响［１］湖北体育科技，２０（）６ ３：１ｏ４—１０８． ｆ２］崔旭艳．田径运动在实施全民健身计划中的可行性及发展走向 ［１］山西师大体育学院学报，２００４．１：２４－２５ ｆ３］张军霞，刘生杰田径运动在实施全民计划健身中的作用及意义 ［Ｊ］．山西：吕梁高等专科学校，２００４．１：６９－７０ ［４］周超．田径运动的健身属性及健身价值研究…湖南：湖南师范 大学学报，２００４．８：１８—２（） ［５］顾晓炮．田径运动在全民健身中的作用［Ｊ］贵州：黔南民族师专 学报，１９９８ １：５５～５７． ［６］孙庆杰田径［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００１．７：５４—５９ ［７］孟刚，赵其林．关于田径运动作为全民健身手段的思考［１］贵州： 贵州师范大学学报，１９９８ ３：１１７—１１８ ［８］黄文光田径运动在全民健身中的作用［Ｊ］贵州：贵州师范大学 学报，１９９５．５：２３—２４． 经调试，该程序能顺利完成本单元的控制任务。 ４．结束语 本文对加工单元的结构与功能、气动控制回路分别进行了详细分 析，然后对加工单元的ＰＬＣ控制系统进行二次设计与实现，首先编写了 ＰＬＣ输入、输出分配表，进而编写出其程序流程图及梯形图，最后上机 调试，验证了基于ＰＬＣ的ＭＰＳ加工单元控制系统的二次设计与实现的 可行性。并总结出两点结论：（１）在设计各单元的控制任务时，要根据各 单元的基本功能，编写符合实际的控制任务，最大限度地合理开发其使 用功能，但一定要符合其机械设计，否则会让设备之间发生冲突，造成 元器件的损坏；（２）在设计梯形图程序时，移位指令和数据传送指令的 合理配合使用，以及Ｒｓ触发器指令的巧妙使用，会大大缩短梯形图程 序设计时间，又会达到良好的控制效果。从而快速对加工单元的ＰＬＣ控 制系统进行二次设计与实现。 参考文献 ［１］＿ｒ－，＿ｌｋ机械手编写组编．５－－，３ｋ机械手一机械结构．上海：上海科学 技术出版社，１９７８：２５－２８ ［２］宋旦锋．模块化气动装卸机械手的研究与开发南京：南京理工 大学．２００４：４６—４８． ［３］（德）德泊特・斯托尔著．气动技术一低成本综合自动化李宝仁 译．北京：机械工业出版社，１９９９：５８—６Ｏ． ［４］李建藩．气压传动系统动力学．广东：华南理工大学出版社，１９９１： １０９－１１１． ［５］余达太，马香峰等著ｍ，＿ｌｋ机器人应用工程．北京： 台金工业出版 社，１９９９：１１６－１１８． 图４加工单元的ＰＬＣ梯形图程序 －－——２４８．．———
