基于PROFIBUS现场总线的PLC自动装配系统研制

摘 要：PROFIBUS 是一种用于工业级监控和设备层数据通信与控制的过程现场总线。它可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信.本文主要开发和设计了一套基于PROFIBUS 现场总线的PLC 自动装配系统。自动装配系统由工位转盘等组成。实现自动送料、装配、仓储（合格品入合格出口）。采用S7-300 系列PLC 作为控制系统和数据采集，PROFIBUS―DP 现场总线实现自动装配系统主站和从站的联网通讯。

关键词：PROFIBUS；PLC；现场总线；自动装配系统；主站；从站

1 自动装配系统控制方案总体设计

在器件工件基底上放置三个不同的配件，用工位转盘轮流操作的方式进行配件叠加放置，然后检验测试产品是否合格，合格品从合格品通道传送到下一工序，不合格品从不合格品通道送出收集。

需要考虑的问题：

（1）启动初期，工位转盘上没有配件，需先放上配件1、2、3，再开始装配元件；（2）按下停止按钮时，工位转盘上剩下的工件需依次装配完成再停下；（3）遇到紧急情况需要急停，可以做断电处理。

首先，工件基底从1号工位推出，基底随转盘先后转到2、3、4位时，各工位分别推出配件1、2、3，装配好的器件到达5号工位进行检测，检测合格的，器件从5号位推出，否则作为不合格器件运转到6号位推出。

本自动装配系统机构采用PLC，系统主站从站采用西门子系列S7-300。机构通过PROFIBUS现场总线串行连接，自动实现产品装配动作。机构间通信采用PROFIBUS网络实现，并通过其硬件及软件将自动装配系统机构连接起来。配备多种传感器等信号采集器来监视系统中每一执行机构的运行情况，经判断后发出下一步的执行指令。人机界面用来显示系统的运行情况、运行记录，以及用来由操作者向系统发指令。总体设计方案分为硬件设计和软件设计两大部分，是以S7-300系列PLC来进行控制和数据的处理与传输，同时配以响应硬件电路来控制转盘动作，来实现装配机构的全自动运行。

2 设计步骤

（1）I/0设备选择：根据用户要求，确定系统所需输入，输出设备。常用的输入设备有按钮、开关、传感器等。常用的输出设备有继电器、触器等；（2）根据I/O点数选型PLC；（3）分配I/0点，分配PLC的输人输出点，编制端子接线图；（4）设计本自动装配系统的梯形图，设计梯形图程序（整个系统的核心）；（5）将程序输入PLC进行软件测试，查找错误，使系统更加完善；（6）装配系统整体调试，在PLC软硬件设计；（7）进行整个系统的联机调试，直至调试成功。

3 各工作机构控制部件组成

（1）放置机构控制部件：断路器、直流电源、可编程控制器：采用西门子S7-300 系列的组合式PLC、脉冲过滤器、启动停止按钮。（2）装配机构控制部件：断路器、直流电源、可编程控制器：采用西门子S7-300 系列PLC、脉冲过滤器、启动停止按钮。（3）存储机构控制部件：断路器、直流电源、可编程控制器采用西门子S7-300 系列、启动停止按钮。

4 PLC 程序设计

（1）按下启动按钮后，开始往转盘上装配件1、2、2，Q0.1-Q0.3顺序亮；（2）待配件装上后，整个装配流水线开始工作，推出工件基底，顺序装上配件1、2、3，并判断是否合格。整个过程是并行运行的，即当工件基底在装配件1的同时，Q0.0推出下一基底。

设计主站过程控制的块包括OB、FC、SFB等， DB数据块存储的是全局数据，所有的FC、FB 或OB 都可以从共享数据块中读取数据，或将数据写入共享数据块。

本自动装配系统采用WinCC组态软件开发实现。首先用一个圆盘来代替转盘，转盘上有6个出口，从最底下那个开始逆时针方向，分别代表工件基底，配件1、配件2、配件3、合格出口、不合格出口。当系统开始运行时，我们可以从画面上看到工件在转盘上的传输过程。另外，在转盘旁边还有一个指示灯，用于显示产品合格与否的判断结果。

指令语句节选：

LD 启动

AN M0.0

AN 停止

S M0.0， 1

R M0.1， 1

R M1.1， 1

LD 停止

S M1.1， 1

LD M1.1

A M2.0

EU

S M0.1， 1

LD T59

AN M2.0

R M0.0， 1

LD M0.1

TON T60， 10

TON T61， 20

TON T62， 30

TON T63， 40

TON T59， 50

LD M0.0

5 结束语

本文探讨了自动装配系统的研制。本实物设备正常运行时基本达到可靠性控制要求。系统由工位转盘等组成；可以实现稳定可靠的传送物料放置，产品装配效果较好，成品定位精度达到预期的设定要求；主从站通讯性能较好，没有信息延迟产生。

参考文献：

1]吴卫荣.传感器与PLC技术[M].中国轻工业出版社，2010.

[2]SIEMENS SIMATIC S7-300 可编程控制器安装手册[Z].2002.

[3]西门子（中国）有限公司.SIMATIC HMI WINCC 系统描述版本5.0[Z].2002.

[4]Siemens.WinCC组态手册[K].

[5]周美兰.PLC电气控制与组态设计[M].北京：科学出版社，2003.