许艳英，包宋建，黄贻培，陈帅华

(1.重庆科创职业学院机电工程学院，重庆 永川 402160;2.重庆文理学院电子电气工程学院，重庆 永川 402160)

随着工业生产自动化程度的不断提高，机电一体化技术的综合应用领域也在不断扩大，企业对机电一体化技术人才需求日益增长，尤其是从设计、组装、编程、调试到故障检测与排除等具有实际经验的综合性人才更是紧缺.模块化生产培训系统(Modular Production Training System，简称MPS)是模拟实际工业生产中复杂控制过程的教学实训装置.MPS是一套开放式的设备，用户可以根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型.一个单元亦可自成一个独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点.利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学生处在一个非常接近于实际生产过程的教学设备环境中.学生在学习过程中可以很自然地将理论应用到实际，实现理论与实践的完美结合，从而缩短理论教学与实际应用之间的距离［1］.

本文所提到的MPS系统包括:上料检测站、物料搬运站、机械加工站、安装站、安装搬运站、产品分类入库站.模块间通过现场总线通讯，可大大缩短设计、加工、安装及调试周期.该系统既可以各站之间联网控制［2］，也可以单站运行.本文所设计方案为单站运行方案.

1 产品入库单元硬件描述及系统参数

产品入库单元是MPS系统中的最后单元，在整个系统中，接收并存储前方各单元加工处理后的工件，其具体功能是:在接收工位接收前一单元送来的工件，按照工件信息而自动运送至相应仓位，并将工件推入立体仓库存储.

1.1 硬件功能描述

产品入库单元主要由I/O接线端口、步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出装置、立体仓库、气源处理组件等部件组成.本站装配图如图1所示.

图1 产品入库单元实物图

步进驱动模块由步进驱动器和步进电机所组成.产品入库单元中有水平、垂直两套步进驱动模块.步进驱动器接收PLC发出的高速脉冲信号及方向电平信号，并将这些信号转换成驱动步进电机的信号.步进电机旋转的方向由方向电平控制;旋转的速度由脉冲信号的频率控制;而要旋转多少度或多少圈，则由脉冲信号的数目所控制.丝杆驱动模块是将步进电机输出的旋转运动转换成直线往复运动，两套丝杆驱动模块以90°垂直安装，形成一个X－Y轴的平面运动系统［2］.在两个丝杆驱动模块上均设有一个零点，用以校正位置及提供一个位置参考点.工件推出装置部分由一个单作用气缸、推块和一个接收工件的推块导槽组成，IO接线端口是该工作单元与PLC之间进行通信的线路连接端口［3］.该工作单元中的所有电信号(直流电源、输入、输出)线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上.

1.2 系统参数

如图1所示，立体料仓共4行4列16个仓位，每个仓位的规格是40mm×40 mm.步进电机步距角为1.5°，步进电机传动组件丝杆螺距为2 mm.因此，电机转动一圈需脉冲数m为

移动一格需脉冲数n为

2 程序设计

2.1 产品入库单元控制任务

上电后，首先执行复位动作，工件推块缩回到位，由丝杆驱动的工件平台归零(X、Y轴)，按下“开始”按钮后，工件平台去接收工位(单站控制时可自由定义).然后进入工作运行模式，放入工件后，按启动按钮，根据工件的信息，工件平台携带着工件到达预定的仓位，然后将工件推入立体仓库;最后工件平台归零后再次去接收工位，等待下一个工作信号.

控制面板共有8个操作按钮，从左向右依次是:开始、复位、特殊、手动/自动、单/联、停止、上电、急停.其中开始、复位、特殊、停止、上电5个按钮上安装了操作指示灯.控制面板按钮分布图及IO对照关系如图2所示.

图2 控制面板按钮排列及I O对照图

表1 上料检测站工作区I O分配表

2.3 立体存储单元程序设计

2.3.1 动作流程图

根据控制要求可知，本系统动作为顺序控制流程结构.所谓顺序控制流程，就是将复杂的控制过程分解为若干个工序(工步)，分清各个工序的工作细节(成立的条件、转移条件、转移目标)，将每个工序定义成一个状态，把各个工序按控制顺序要求联系起来，即构成了顺序控制流程图［4］.产品入库单元控制流程图如图3所示.

图3 产品入库单元控制流程图

2.3.2 控制系统程序设计

图4 立体存储单元梯形图

对于顺序控制，编程方法很多，如步进指令梯形图编程(SFC结构)、移位指令编程、“起－保－停法”编程等.由于步进指令编程的SFC结构与流程图形式接近，便于分析及程序修改，因此本站采用步进指令梯形图编程［5］.程序中，按下开始按钮后，移动送料台至上数第三行第一列.收到工件后，将工件放入上数第二行第二列，即将工件向上、向右各送一个仓位.产品入库单元的控制梯形图如图4所示.在状态S21中，D0被赋值200，是属于校正参数;在状态S23中，工件入库完毕采用定时器控制.

3 结论

为了保证工件能准确地推入到立体仓库中预想的仓位，在编写本程序之前，已先编写了一些测试程序，同时调整程序中各个参数使工件能到达指定的仓位.本站程序经调试，能顺利完成控制任务，验证了程序的可行性.此程序是按单一位置存放工件的要求编写的，如需在水平一行或垂直一列循环的方式存放工件，可在适当的位置增加状态，完成循环程序.这样使得程序修改方便，大大缩短二次程序设计时间，又会达到良好的控制效果.

［1］许艳英，包宋建.基于FX的MPS上料检测站控制系统程序设计［J］.工业控制计算机，2011(8):99－100.

［2］章国华.典型生产线原理、安装与调试［M］.北京:北京理工大学出版社，2009:150－153.

［3］李俊.用PLC实现电气主接线模拟操作过程［J］.重庆文理学院学报:自然科学版，2008，27(4):44－47.

［4］牛丽，丁海波.基于PLC及现场总路线的MPS系统控制研究［J］.工业控制计算机，2008(9):85－86.

［5］吕惠芳.基于PLC恒压供水系统中PID控制器的实现［J］.重庆文理学院学报:自然科学版，2009，28(2):1－3.