基于PLC的MPS上料检测单元控制系统的设计

1引言

　　近年来，各国为达到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，可以很方便的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。模块化生产培训系统（MPS，ModularProductiontrainingSystem）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。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（国家示范性中央财政支持重点建设实验室）的实际需求，给出了基于PLC的MPS上料检测单元PLC控制系统设计的完整解决方案。

2 上料检测单元的结构、功能与气动控制回路

　　上料检测单元可作为MPS系统中的起始单元，向系统中的其它单元提供原料。

　　2.1上料检测单元的结构、功能

　　上料检测单元主要由I/O接线端口、料盘模块、气源处理组件、工件检测组件、提升模块等部件组成。它的具体功能是：将放置在料盘中的待加工工件按照需要自动地取出，并检测出工件的黑白颜色，最后将其提升到输出工位，等待下一个工作单元来取。

　　2.2上料检测单元的气动控制回路

　　上料检测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。在上料检测单元的气动控制原理图中，1A为双作用提升气缸；1Y1为双作用气缸电磁阀的控制信号；1B1和1B2为磁感应式接近开关。气动控制回路如图1所示。

　　图1上料检测单元气动控制回路

3 基于PLC的MPS上料检测单元控制系统的设计方案

　　基于PLC的MPS上料检测单元控制系统的控制任务设计：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分配上料检测单元PLC输入输出地址

　　PLC的输入输出与执行机构的对应关系如表1所示。

　　表1上料检测单元PLC输入输出与执行机构的对应关系

　　3.2编写程序并调试

　　上料检测单元的手动控制程序框图如图2所示。

图2上料检测单元的手动控制程序框图

　　上料检测单元的PLC梯形图程序如图3所示。

图3上料检测单元的PLC梯形图程序

　　经调试，该程序能顺利完成本单元的控制任务。

4 结束语

　　本文对上料检测单元的结构与功能、气动控制回路分别进行了详细分析，然后对上料检测单元的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上料检测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，最大限度的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。从而快速对上料检测单元的PLC控制系统进行二次设计与实现。