PLC及嵌入式MCGS組態軟件在輸送線升降機中的應用

工業自動生產線應用非常普遍，一般生產線的長度是有限的，為把物料從一條生產線搬運到另一條生產線上，常常采用輸送線升降機，以提高生產效率。本文以FX-ON系列可編程控制器為例，介紹PLC在輸送線升降機中的應用，這種FX-ON系列PLC機以其最優的性能價格比受到用戶的關注，在改造舊設備、生產線以及替代進口產品方面，取得了很好的經濟效益。特別是配上嵌入式全中文MCGS組態軟件，可迅速構成下位機監控系統，運行于WinCE嵌入式實時操作系統，內置流程圖功能，有龐大的標準工業器件設備圖形庫，支持各類型PLC等硬件設備，可以完成復雜邏輯控制，并可根據實際工況靈活組態。經生產實踐表明，該輸送線升降機設計思路正確，運行可靠，能達到實際生產應用的要求。

1、升降機結構圖與工作原理

該單元由升降梯與立體倉庫二部分組成，升降梯由升降臺和鏈條提升部分組成，由步進電機做驅動電源，由光柵尺對升降梯上升或下降的高度進行準確的定位。

圖1所示為傳送線升降機結構圖，工作原理如下：① 工件由傳送線送至一樓升降梯機內；② 工件送達二樓后，升降梯上的傳感器檢測到工件進入時，升降梯上的傳送電機停止工作，工件由動力輥道接出，再送入二樓輥道至二樓傳送線，最后進入倉庫；③ 倉庫的傳感器檢測到工件進入后，傳送電機停，同時升降梯開始下降，回到初始位置，等待下一個工件；④整個系統以PLC為主要控制元件，設有手動／自動兩種控制方式。

圖1 升降機結構圖

2、PLC選擇及軟、硬件設計

（1） 采用24V直流電源，型號選FXon－40MR，輸入為24點繼電器接點，輸出為16點，外部輸入電源在機內，內存程序循環掃描控制，處理速度平均為5UμS/bit，程序容量950kbyt。

（2） 在外圍設備方面，采用便攜式編程器FX-10P/20P或采用RS232通信或RS485通信方式，與上位機連接，外部輸入設備有行程開關，按鈕和電磁閥等。

（3） 編制程序時，要使用外部輸入相應的端子設備號：外部輸入接點閉合，操作指示燈亮，輸出斷開，操作指示燈滅。

（4） 時間定時器當前值設為0，定時器的點數為246，預置值0.1～3276.7s或0.01～327.67s，選用T0，T1等時間繼電器。

3、電氣控制系統設計

（1） 根據檢測單元的檢測情況，若檢測到的工件為合格產品，則運行至此站，升降梯上的傳感器檢測到工件，升降梯上的傳送電機停，通過步進電機驅動使步進電機轉動，經齒輪齒條使升降梯帶動工件上升。

（2） 根據前面的檢測結果，使用計數器，若為金屬銷釘且為第一個工件則升降梯上升至二層時停止，啟動升降梯和二層上的傳送電機，將工件送入，二層傳感器檢測到工件進行延時2s后，此層傳送電機停。步進電機反方向轉動，升降梯下降到初始位置，準備運送下一個工件。

（3） 根據計數器，若為金屬且為第二個工件。升降梯仍重復上面的動作，將工件送入二層。

（4） 根據計數器，若為金屬且為第三個工件，（在程序中認為每層可裝兩個工件）升降梯則帶工件自動進入三層。以后依次裝入工件。

（5） 若為尼龍銷釘且為第一個工件，則升降梯帶動工件先垂直上升至二層，然后啟動水平電機帶動升降梯水平動作，當碰到水平的內限位開關時停止水平動作，啟動升降梯和二層上的傳送電機，將工件送入，二層傳感器檢測到工件進行延時2s后，此層傳送電機停。水平電機反方向轉動，回到外層碰到外限位停，然后啟動步進電機使其反方向轉動，升降梯下降時碰到底層限位停，回到初始位置，準備運送下一個工件。

（6） 若為尼龍銷釘且為第二個工件則重復上一步。

（7） 若為尼龍銷釘且為第三個工件，則重復上面步驟，升降梯帶動工件先垂直上升至二層，然后水平移動，碰到內層限位時，水平電機停，此時升降梯帶動工件繼續上升至三層，將工件送入后，啟動水平電機，升降梯進行反方向的水平動作，碰到外限位時，水平電機停，步進電機繼續工作，帶動升降梯下降至初始位置。以后工件依次裝入。

（8） 按設計思路編制程序框圖如圖2所示。

圖2 程序框圖

（9） 用基本指令有LD，SET，RST，AND，OUT，RET，END和功能指令FROM。

（10） 用外圍設備——便攜式編程器FX-10P/20P或電腦的PLC軟件將其梯形圖程序用可寫的形式將指令寫入，輸入后PLC就按設計思路準確地完成各種操作。利用編程器或電腦的三菱PLC軟件還可以完成每一條程序的讀出，搜索所需要的輸入/輸出記號或指令，并可以檢查寫入的程序中有無語法錯誤，正確無誤且用強制輸出可以測試運行。

4、監控系統設計

MCGS組態軟件可根據司機情況增加、裁減相應的內容，可以組態出動畫窗口、曲線、報表等，并可以設置用戶權限、安全級別。其結構有主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略五個部分構成，如圖3所示。

圖3 MCGS組態軟件結構圖

全中文工控軟件MCGS是一套基于Windows平臺，快速構成上位機監控系統的組態軟件，可運行于Microsoft Windows 95\98\ME\NT\2000等操作系統，有龐大的標準的工業器件、設備、圖形庫，支持各類型PLC可編程器等硬件設備，其軟件使用簡單，操作方便。共設計了5個界面，分別是：主界面、流程監控、故障報警、報表輸出、操作規程。設計中對于I/O的配置選用串行口配置，選擇串行口COM1，則彈出設置配置向導，選擇PLC設備系列。

設計中動畫連接命令語言為IF-ELSE-THEN。通過設置腳本程序可以形成一個按時間循環運行方式的過程。另外運用組態軟件進行動畫調試運行，會排除現場中很多問題，可對PLC的梯形圖程序進行檢測，大大縮短了現場調試周期，使設備運行可靠性大大增加。

5、系統特點

智能化

監控系統對智能化的要求越來越高，而此系統采用了嵌入式PC104。實時控制性指標很好。智能化程度很高，PC104模塊主要特點是采用低功耗嵌入式CPU，集成度高，功能很強，由于它的實時影響能力，可在第一時間內把生產信息的各種數據，指標準確無誤的反映上來，通過MCGS軟件以報表，圖形的形式顯示出來，因此可視化程度非常高。獨特的硬件“看門狗”能對系統運行情況進行監視，發生異常情況，及時采取應急措施。

可靠性

工業監控系統在可靠性方面要求很高，計算機控制系統在發生故障和處于死機狀態時對企業的安全性，高效生產方面帶來嚴重的影響?？煽啃灾饕缚刂葡到y本身要連續穩定運行，一旦系統生產故障是要有保證其安全狀態的能力。系統采用PC/104標準模塊，具有極好的抗震性，能夠在各種復雜、惡劣的環境正常運行；存儲器采用Flash電子盤，不帶硬盤，避免了硬盤的旋轉機械故障；其操作系統Windows CE內核具有內存管理功能，可以檢查出應用程序造成的系統異常，能很好的抑制由于應用方面的錯誤而直接破壞系統的危險性，因而比一般監控系統具有較高的可靠性。在通訊上，由通訊口（RS232C或RS422/485）讀寫PLC的內部數據。將輸入、輸出信號讀出并送到TPC150L內存，根據TPD150L參數設置，通訊程序采用的協議為：

傳輸速率 1200 PPS
起始位數 1bit
數據長度 8bits
偶柱校 1bit
停止位數 2bits

通訊口讀寫PLC的內部數據的接口程序（略）。

6、結束

采用嵌入式MCGS組態軟件及其平臺，作為良好的上位機人機界面，進行系統的監控和管理，PLC作為下位機執行可靠有效的控制，系統結構簡潔，可靠性高，在自動化生產設備中應用越來越廣泛