3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3.1 西門子s7-300

　　plc是控制系統(tǒng)的核心，控制的性能，適用性，可靠性和性價(jià)比是選型的依據(jù)。本系統(tǒng)的控制要求高穩(wěn)定，高指令處理速度控制。并且要求安裝簡單、維護(hù)方便、擴(kuò)展靈活、組網(wǎng)方便?；谖鏖T子s7-300plc具有如下特點(diǎn)：

　　（1） 模塊化微型plc系統(tǒng)及功能模塊，滿足中、小規(guī)模的性能要求；

　?。?） din標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，安裝簡單，布置靈活；

　?。?） 簡單實(shí)用的分布式結(jié)構(gòu)和多界面網(wǎng)絡(luò)能力，應(yīng)用靈活多變；

　?。?） 0.6~0.1μs高速的指令處理，功能豐富的模塊可以非常好地滿足和適應(yīng)自動(dòng)化控制任務(wù)；

　?。?）編程軟件step7，結(jié)構(gòu)化程序開發(fā)思想，多種編程語言選擇，編程靈活，高效。組態(tài)軟件wincc，功能強(qiáng)大，畫面豐富，使用方便。完全可以實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的控制功能。

　　人機(jī)界面的選擇，選用的是西門子的mp270b（規(guī)格：10.4“ 640*480 256色），特點(diǎn)是可靠性高，組網(wǎng)方便，大屏幕，組態(tài)畫面豐富，功能強(qiáng)大，從操作性，易用性，友好性上可以完全滿足用戶的要求。人機(jī)界面主畫面如圖3所示。

       經(jīng)過縝密思考，最終我們選用了西門子s7-300plc，考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展以及與其它廠家西門子系統(tǒng)的互聯(lián)，系統(tǒng)的通訊都采用了profibus，互連采用工業(yè)以太網(wǎng)，cpu選用的是315-2dp，通訊模塊用的是cp343-1 lean和cp342-5。系統(tǒng)的硬件配置及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　3.2 分布式裝配線自動(dòng)化系統(tǒng)

　　分布式i/o的選擇，主要是根據(jù)汽車生產(chǎn)行業(yè)數(shù)字i/o點(diǎn)多而且比較分散，對(duì)電氣故障安全性能要求高的特點(diǎn)，以安裝簡單，擴(kuò)展靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，防護(hù)等級(jí)高，故障安全性能高為選型依據(jù)。系統(tǒng)選用的是西門子的et200s和et200eco分布式i/0。et200s是一種位-模塊式的分布式i/o系統(tǒng)，它集成了siguard安全技術(shù)，精確模塊化的面向功能的站結(jié)構(gòu)，集成了profibus-dp連接的接口模塊，可以在運(yùn)行中更換使用著的模塊，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝簡便，靈活性大，以及運(yùn)行費(fèi)用較低等特點(diǎn)。et200eco是西門子經(jīng)濟(jì)型的ip65/67的分布式i/o系統(tǒng)，它由profibus接口模塊，m12或ecofast連接件，現(xiàn)場i/o的端子模塊組成。

　　et200eco具有緊湊型、一體化的設(shè)計(jì)，高達(dá)p67的防護(hù)等級(jí)，采用了端子模塊和接口模塊分離的設(shè)計(jì)，端子模塊上所有的i/o通道都支持短路保護(hù)和過載保護(hù)。同時(shí)支持通過profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷等特點(diǎn)。硬件組態(tài)畫面如圖5所示。

　　3.3 控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)允許操作者以兩種方式進(jìn)行操作——手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。設(shè)備啟動(dòng)前應(yīng)確保plc模塊接線正確，電纜聯(lián)接正確，并且cpu模塊處于run狀態(tài)。設(shè)備啟動(dòng)（自動(dòng)方式），將各主控制柜的“自動(dòng)／手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“自動(dòng)”位置。按主控制柜上的運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備按鈕，當(dāng)主控柜上的“運(yùn)轉(zhuǎn)準(zhǔn)備”指示燈點(diǎn)亮后按主控制柜上的自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，當(dāng)主控柜上的“自動(dòng)啟動(dòng)”指示燈點(diǎn)亮后，設(shè)備啟動(dòng)（自動(dòng)方式）完成。

　　（1）手動(dòng)控制：在手動(dòng)方式下，由操作者在運(yùn)行條件允許的情況下，手動(dòng)控制設(shè)備的每一個(gè)動(dòng)作。將主控制柜上的“自動(dòng)／手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動(dòng)”位置。在“手動(dòng)”控制狀態(tài)，1001stn、1002stn和輸送機(jī)構(gòu)可通過觸摸屏操作。2001－2006stn操作者可以通過操作臺(tái)上的按鈕來操作本工位的動(dòng)作。在手動(dòng)控制方式下，當(dāng)滿足以下條件時(shí)，可通過按鈕來控制夾具動(dòng)作。

　?。?）自動(dòng)控制：在自動(dòng)方式下，由操作者啟動(dòng)設(shè)備的自動(dòng)控制程序，由系統(tǒng)自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行。將主控制柜與各工位上的“自動(dòng)／手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)均置于“自動(dòng)”位置后按住“自動(dòng)啟動(dòng)”按鈕約三秒鐘，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)若將某工位操作臺(tái)上的“自動(dòng)／手動(dòng)”轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“手動(dòng)”位置，系統(tǒng)即停止自動(dòng)運(yùn)行。在自動(dòng)控制方式下1001、1002工位上件后可通過工位旁的按鈕操作相應(yīng)夾具動(dòng)作，其余工位地板夾具當(dāng)車體放好后夾具自動(dòng)夾緊。每個(gè)焊接完成后分別按鈕該工位兩側(cè)的兩個(gè)完成按鈕后夾具會(huì)自動(dòng)打開，頂升氣缸自動(dòng)將車體升起，待所有工位工作完成車體全部頂起后輸送機(jī)構(gòu)自動(dòng)前進(jìn)將車體整體向前移動(dòng)一個(gè)工位。

　?。?）cpu故障：當(dāng)cpu的sf指示燈點(diǎn)亮?xí)r，則cpu存在硬件或軟件故障。當(dāng)cpu出現(xiàn)不可處理故障時(shí)，cpu轉(zhuǎn)入stop（停止）狀態(tài)，設(shè)備不能運(yùn)行。cpu故障的處理：關(guān)閉cpu電源，再重新上電；如故障仍然存在，則關(guān)閉cpu電源；接通cpu電源；執(zhí)行復(fù)位cpu寄存器操作；如故障仍存在，則cpu存在硬件故障，更換cpu模塊；重新下裝plc控制程序；將cpu的運(yùn)行模式置于運(yùn)行模式。

　?。?）直流電源保護(hù)：當(dāng)為plc的數(shù)字量模塊端子提供電源的24v直流電源輸出端出現(xiàn)短路情況時(shí)，直流電源可能進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)直流電源輸出端電壓急劇降低，無法驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入/輸出設(shè)備。當(dāng)出現(xiàn)直流電源保護(hù)時(shí)，需將直流電源輸入端斷開后再重新接通，系統(tǒng)即恢復(fù)正常。

       （5）急停報(bào)警：觸發(fā)：當(dāng)按下主按控制柜或任意工位操作面板或按鈕臺(tái)上的急停按鈕時(shí)，將觸發(fā)急停報(bào)警；影響：當(dāng)急停報(bào)警觸發(fā)后，所有工位及主控制柜急停報(bào)警燈亮，主控柜報(bào)警聲音輸出，觸摸屏顯示相應(yīng)報(bào)警工位。報(bào)警將停止整條生產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)行；復(fù)位：將各急停按鈕恢復(fù)正常狀態(tài)，并按下主控制柜或任意工位操作面板上的“故障復(fù)位”按鈕，則急停報(bào)警信號(hào)被清除。

　?。?）壓力報(bào)警：觸發(fā)：在1001、2001、2003、2005工位左側(cè)有個(gè)壓力檢測開關(guān)，用來檢測氣壓的大小。當(dāng)無氣壓或氣壓過小時(shí)，則壓力檢測開關(guān)發(fā)送信號(hào)，觸發(fā)壓力報(bào)警。觸摸屏上壓力故障指示燈亮；影響：觸摸屏顯示報(bào)警，主控柜報(bào)警聲音輸出。報(bào)警將停止整條生產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)行；復(fù)位：壓力狀態(tài)恢復(fù)正常后，按主控柜或任意工位操作面板上的“故障復(fù)位”按鈕，壓力報(bào)警信號(hào)自動(dòng)被清除，按啟動(dòng)順序重新啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行；

　?。?）限位開關(guān)和電磁閥故障報(bào)警：觸發(fā)：當(dāng)控制夾具動(dòng)作的電磁閥接通時(shí)間超過夾具動(dòng)作所需的時(shí)間，而夾具動(dòng)作到位的限位開關(guān)信號(hào)未返回時(shí)，或者當(dāng)檢測夾具開、關(guān)的限位開關(guān)信號(hào)同時(shí)存在時(shí)，觸發(fā)限位故障報(bào)警，相應(yīng)工位ls故障指示燈點(diǎn)亮；影響：限位開關(guān)故障報(bào)警將暫停相關(guān)工位的設(shè)備的動(dòng)作；原因：氣壓過低導(dǎo)致夾具動(dòng)作未到位。夾具與工件間的位置偏差導(dǎo)致夾具動(dòng)作未到位。plc到電磁閥的控制線路故障導(dǎo)致電磁閥未動(dòng)作。電磁閥故障導(dǎo)致電磁閥未動(dòng)作。復(fù)位：當(dāng)故障解決后按主控柜或任意操作臺(tái)“故障復(fù)位”按鈕，報(bào)警狀態(tài)清除。

　?。?）傳送電機(jī)報(bào)警：觸發(fā)：當(dāng)傳送電機(jī)過載，觸發(fā)變頻器報(bào)警；處理：傳送電機(jī)報(bào)警將禁止shtl的動(dòng)作；復(fù)位：當(dāng)過載保護(hù)信號(hào)及變頻器故障信號(hào)均消失后，按下主控制柜上的復(fù)位按鈕，傳送電機(jī)報(bào)警被清除。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　（9）車體落位異常故障：觸發(fā)：在設(shè)備的每個(gè)工位有兩個(gè)接近開關(guān)，用來檢測車體落位情況。車體落位共三種狀態(tài)：車體落位正常、車體落位異常、無工件。當(dāng)一個(gè)接近開關(guān)感應(yīng)到信號(hào)而另一個(gè)接近開關(guān)沒感應(yīng)到信號(hào)這種狀態(tài)達(dá)到三秒示為車體落位異常，該工位車體落位異常故障指示燈亮；影響：該工位車體落位異常故障指示燈亮。該工位動(dòng)作將停止運(yùn)行；復(fù)位：車體落位狀態(tài)恢復(fù)正常后，按主控柜或任意工位操作面板上的“故障復(fù)位”按鈕，車體落位異常報(bào)警信號(hào)自動(dòng)被清除，按啟動(dòng)順序重新啟動(dòng)設(shè)備運(yùn)行。

4 結(jié)束語

　　目前，本項(xiàng)目正處在試運(yùn)行階段，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。程序功能強(qiáng)大，畫面操作友好、靈活、方便。獲得該公司領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員的一致好評(píng)，深得現(xiàn)場操作人員的喜愛。據(jù)悉，等項(xiàng)目完全運(yùn)行之后，該公司準(zhǔn)備上二期工程。通過項(xiàng)目的實(shí)施和調(diào)試，對(duì)西門子的控制系統(tǒng)有了更深層次的把握，對(duì)西門子分布式i/o的應(yīng)用有了更深的認(rèn)識(shí)。

　?。?） 西門子的控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大，模塊豐富，組態(tài)靈活，擴(kuò)展方便。

　?。?）西門子的編程軟件step7，結(jié)構(gòu)化程序開發(fā)思想，多種編程語言選擇，編程靈活，高效。組態(tài)軟件wincc，功能強(qiáng)大，畫面豐富，使用方便。

　?。?）本系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于采用了profibus通訊和分布式i/o控制的結(jié)構(gòu)模式，不但大大節(jié)省了控制線纜，而且充分發(fā)揮了西門子控制系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。