基于PLC的自动化生产线示教功能设计与教学应用*

洪凯锐 陈国贵 林若波



基于PLC的自动化生产线示教功能设计与教学应用*

洪凯锐 陈国贵 林若波

（揭阳职业技术学院机电工程系）

针对自动化生产线设备教学中的不足，提出一种基于触摸屏编程的PLC自动化生产线示教功能设计。首先介绍自动化生产线控制系统运行总体设计思路；然后介绍PLC生产线示教功能设计原理与实现步骤；最后以分拣系统为例，介绍PLC生产线示教功能在教学中的应用。应用表明：采用示教模式，通过触摸屏进行二次编程，学生能更好地理解数字量写入过程，具有较好的直观性，对自动化生产线设备的教学具有一定的示范效果。

自动化生产线；示教功能；触摸屏；分拣系统

0 引言

自动化生产线的工作流程包括产品生产过程所经过的工艺流程，即从原料进入生产现场开始，经历加工、运送、装配、检验等一系列生产活动。近年，高职院校加大自动化生产控制技术和柔性加工综合实验平台的建设力度，提高学生掌握光、机、电一体化的理论水平与实践能力，自动化生产线实训设备得到广泛应用[1-3]。但传统的自动化生产线设备由于采用计算机PLC编程，每次改变都要重新写入程序，且改变设备的运行方式时，采用传统计算机编程模式不直观，学生较难理解其工作过程，存在一定的教学盲区。对于机械手教学，能更方便、直观地显示其工作方式，如改变机械手的运动路径、机械手定点停止等。本文针对生产线教学过程直观性差的不足，结合我校自动化生产线设备，通过触摸屏实现PLC二次编程，应用触摸屏示教模式进行教学，取得较好的教学效果。

1　自动化生产线控制系统设计

自动化生产线控制系统框图如图1所示，包括SX-815E光机电一体化设备、FX2N-48M PLC、变频器、PC机和触摸屏5部分。光机电一体化设备的检测控制端口分别与PLC触点连接；PLC通过RS422总线与触摸屏连接；变频器通过端口分别与光机电一体化设备和PLC连接；触摸屏通过RS232总线与PC机连接。

图1　自动化生产线控制系统框图

触摸屏生产线工作流程如图2所示。

1）工作时，先启动转盘驱动电机，转盘旋转送料，物料进入物料台。当物料传感器检测到物料后，物料台上升。

2）当物料传感器检测到升料台有物料时，机械手进行右旋到位→下降夹紧物料→上升缩回→左旋下降→松开物料等一系列动作，将物料送到进料口。

3）进料口光电传感器检测到有物料后，传送带启动，由变频器控制传送速度。传送带上3个不同的传感器分别感应不同的物料，并由相应的推杆推物料入斜槽。

图2 触摸屏生产线工作流程

2　PLC自动化生产线示教功能设计与实现

自动化生产线控制系统的教学模式有自动模式、手动模式和示教模式3种。本文主要介绍示教模式的实现过程。

2.1　示教模式设计原理

示教模式通过触摸屏二次编程的方法，代替PC改变PLC程序的自动执行过程，学生能更好地理解数字量写入过程。在写入时，由数字量驱动机械手做相应的动作，实现控制系统的示教功能。

1）采用数字量进行信号处理，通过赋予数据寄存器不同的数值，在触点比较指令的调用下，控制对应输出继电器的动作。控制形式为机械手能够对示教要求做出相应的动作，操作者可直观地看到命令的执行过程，对不满意的动作能将其逐步删除，机械手也退回相应的动作。

2）通过示教模式控制机械手动作变化，当机械手动作达到终点时，与数据寄存器进行比较，数据更新，从而触发新的动作。系统需要对所赋数值进行限制，以防用户的误操作导致机械手不运动。

3）采用变址的方法，将存储区地址写成“数据寄存器起始地址+地址偏移量（变址寄存器）”的形式。当存储一个数据时，就对变址寄存器加一，调用下一个数据寄存器入口地址等待下一个数据的写入。

2.2　示教功能实现步骤

示教功能设计流程图如图3所示。

图3 示教功能设计流程图

示教功能实现步骤如下：

第一步，进入示教模式，点击“回原点”对机械手作回原点操作，保证机械手开始工作位置在原点；

第二步，示教模式编写与运行界面如图4所示，点击“编写”进入示教状态，左上角为所编程序的代号序列；示教状态由上至下、由左到右排列，满足多个动作要求；右上角为示教按钮，上面显示各动作对应的代号，每点击一个机械手示教一个相应的动作，如点击“上6”键，则表示机械手做上升动作，同时触摸屏左边显示“6”，机械手作上升动作，触摸屏也同时显示机械手的上升动作，说明示教成功；

第三步，当编写完成后，点击“存储”进入程序存储页面，如图5所示；选择“录入”把所编写的程序存入对应的“程序存储区”，若“程序存储区”变为红色，则说明程序已存储；选择“调用”可调用对应“程序存储区”里的程序，同时对应的绿灯被点亮；选择“返回”，返回到示教模式页面，可开始运行程序；若点击“清除”，则清除“程序存储区”中的内容；

第四步，返回示教模式页面后，选择一种符合所需的运行方式；若选择“周期运行”，程序运行一次后自动结束；若选择“循环运行”，程序循环运行，直至选择“结束”后运行才停止；2种运行模式也能互相切换，“循环运行”时点击“周期运行”可保证一套动作的完整结束后才自动停止；

第五步，示教模式里，对机械手有分拣要求时，可以点击“传送设置”调用分拣机构来分拣物料；也可以点击“供料”使供料站供料，供料时黄灯被点亮；

图4　示教模式编写与运行界面

图5　示教模式的程序存储

第六步，退出时点击“结束”退出示教模式，回到主界面。

3　PLC生产线示教功能的教学应用

PLC自动化生产线的示教功能，可结合设备现场进行教学设计应用。本文以分拣系统示教模式设计与应用为例进行说明[4-6]。

3.1　示教功能教学案例设计任务

分拣系统示教模式设计为持续运行、无料停止和计数取料3种传送方式，并模拟其示教运行情况。其中，持续运行是设备启动后传送带持续传送不停止；无料停止是传送带处于待机状态，当物料口传感器检测到来料时，延时1 s后启动传送带运行，当物料被分拣完毕后，自动停止传送；计数取料由触摸屏对各类物料每次所需搬运数量进行设定，当某种物料的目前数量与要求数量相等时，停止一切工作，且蜂鸣器发出报警。

3.2　示教功能设计过程与实现

根据分拣系统的设计任务，按照示教模式实现步骤，编写系统设计流程图，通过触摸屏进行二次编程。写入示教一系列数字：1（左转）→3（伸出）→5（下降）→7（夹紧）→10（延时1 s）→4（缩回）→6（上升）→2（右转）→5（下降）→8（松开），分别实现持续运行、无料停止和计数取料3种传送方式，分拣系统示教模式计数取料的流程图如图6所示。

图6计数取料流程图

3.3　示教功能应用演示效果

启动自动化生产线设备，调试程序，进行示教功能应用。示教结果表明：机械手动作顺序与输入动作要求相符合，运行效果良好，具有很好的直观性。图示教实操现场部分效果图如7所示。

4　结语

本文基于PLC自动化生产线实现示教功能设计与教学应用，通过触摸屏进行二次编程，使学生能更好地理解数字量写入过程。对于不熟悉PLC程序的学生，通过自主学习后，可快速方便地更改PLC程序，设计新的自动化生产线，具有一定的指导作用。

[1] 李宽元,王中任,陈十力,等.基于PLC控制的自动化生产线实训设备的设计[J].机械工程与自动化,2016(2):176-177,180.

[2] 张杰峰,刘传胜.离线编程示教的工业机器人教学研究[J].装备制造技术,2014(10):222-224.

[3] 王寿斌.基于PLC回转型自动化控制生产线仿真示教设备的设计与实现[J].现代制造技术与装备,2007(5):22-23,26.

[4] 王金娟,周建清.机电设备组装与调试技能训练[M].北京:机械工业出版社,2009.

[5] 赵松年,李恩光,裴仁清.机电一体化系统设计[M].北京:机械工业出版社,2004.

[6] 史宜巧,侍寿永.PLC技术及应用项目教程[M].2版.北京:机械工业出版社,2014.

Teaching Function Design and Teaching Application of Automatic Production Line Based on PLC

Hong Kairui Chen Guogui Lin Ruobo

(Department of Electrical and Mechanical Engineering, Jieyang Vocational and Technical College)

This paper puts forward a design of teaching function of PLC automatic production line based on touch screen programming in view of the deficiency of equipment teaching in automatic production line. Firstly, it introduces the general design idea of the automatic production line control system. Secondly, it introduces the design principles and the implementation steps of the teaching function of the PLC production line. Finally, it takes the sorting system as an example to introduce the application of the teaching function of the PLC production line in teaching. The results show that the students can understand the process of digital writing better by using the teaching model and the second programming with touch screen, which leads to a better intuitiveness, and a certain teaching demonstration effect on the teaching of the equipment of automatic production line.

Automatic Production Line; Teaching Function; Touch Screen; Sorting System

洪凯锐，男，1995年生，大专在读，机电一体化专业学生。

陈国贵，男，1978年生，硕士，副教授，主要研究方向：机电一体化技术、电气自动化的教学与科研。

林若波（通讯作者），男，1974 年生，硕士，教授，主要研究方向：机电一体化技术、电气自动化的教学与科研。E-mail: linruobo@126.com

基金项目：2018年广东省大学生科技创新培养专项（pdjhb0934）；2015年广东省高职教育质量工程教改项目（GDJG2015226）；2016年广东省高等职业教育专业领军人才培养对象项目（粤教职函[2018]14号）。