２０１ ８年第１ ７卷第１ ９期 基于ＰＬＣ和触摸屏自动化生产线搬运单元设计 口张瀚文雷 霞 【内容摘要】本文以西门子ＰＬＣ为控制器，气缸为执行器，磁感应接近开关为检测元件，阐述了自动化生产线一搬运单元系统 的组成、系统硬件设计、ＰＬＣ程序设计及触摸屏人机交互设计。该装置可实现把工件从上一单元搬运到下一单元 的功能，能在自动／手动工作模式、单机／联网运行模式下任意切换。此项目成果已作为自动化生产线装调与维护 课程实验装置，起到辅助教学的目的，有较强的应用价值。 【关键词】自动化生产线；搬运单元；ＰＬＣ；自动／手动；单机／联网 【基金项目】本文为２０１７年度吉林省大学生创新创业训练项目（编号：２０１７１０２０４０５５）研究成果。 【作者单位】张瀚文，吉林工程技术师范学院电气工程学院 【通讯作者】雷霞，吉林工程技术师范学院电气工程学院教授 自动化生产线是现代工业的重要生产模式，是现代工业 的生命线。搬运单元是自动化生产线叶Ｉ的一个工作单元，其 控制任务是将上一单元加工完成的工件搬运到下一工作单 元，以进一步完成后续的工作任务，它在整个自动化生产线 叶１占有重要地位。 一、系统组成及工作模式 （一）系统组成。搬运单元组成如图１所示。 搬运单元主要由抓取模块、升降模块、滑动模块、电磁阀 图１搬运单元组成 效应，在需求阶段利用形式化方法进行建模分析并通过逻辑 ｒｌ ～登一…，』｛ ：＝二－１ 一： …转化 ｛ ｝…。肄 圈１ ｉ｝ １ｌ ‘二｝ｌ ｌ：”｝ｉ ＿推理证明，及时挖掘需求中的缺陷，保障安全关键软件的高 可靠性高可用性势在必行。本文提出的基于形式化技术的 安全关键软件需求缺陷挖掘方法，从需求缺陷挖掘的角度进 －Ｔ＿＇Ｚ－ １模型或性质 艨ｌ ｌ ｝一ｌ 二一 ｌ ｌ 蔫 缺 ＼ｒ～一～ １ 行了探索，并且已半形式化方法ＵＭＬ进行了对接，实现了已 有建模成果的复用。目前已有诸多成功将形式化方法应用 图２ 基于形式化技术的缺陷挖掘总体框架 于软件开发的案例，我相信形式化方法的应用会日益广泛和 深入。 化为基于Ｅｖｅｎｔ—Ｂ的抽象模型， 确保模型转换的等价性。 第二步：采用逐步精化的方式建立软件模型，对文本或 事件的属性进行第一次精化，引入不同的属性、功能，以增量 的方式向模型中添加更多的设计细节，使模型更加完善。 第ｊ步：使用开源的Ｒｏｄｉｎ平台为已精化的Ｅｖｅｎｔ—Ｂ模 型进行验证，包括证明义务、模型自动验证。Ｒｏｄｉｎ自动验证 完成定理证明，若各性质均成功证明，说明模型是正确的，执 【参考文献】 】］Ｅ．Ｋｉｔ．Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｗｏｄｄ：Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３：９～ｌ１ 『２］Ｄａｖｉｄ Ｓ．Ａｌｂｅａｓ．Ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ｏｆ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｑｕａｌｉｔｙ ａｓｓｕｒａｎｃｅ ［ｃ］．Ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊｕｎｅ ７—１０，１９７６，ｎａｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＡＦＩＰＳ＂７６），ＡＣＭ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ， ＵＳＡ：４３３—４４２ 行第四步，进一步精化；否则，若未能通过验证，需要检查模 型以及性质描述是否存在问题，需要返回第二步，修改模型 或性质描述，直至验证通过。 『３］ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ７２９一ｌ９８３［Ｓ］．Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｇｌｏｓｓａｒｙ ｏｆ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎ— ｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙ．ＩＥＥＥ，１９９０ 第四步：重复执行第二步和第三步，针对每次精化后的 模型均进行Ｒｏｄｉｎ验证，直至系统功能已完善且验证通过，建 立满足所有需求的模型的同时，尽早挖掘出需求分析阶段的 早期逻辑缺陷。 四、结语 『４］Ｈａｍｉｓｈ Ｃｏａｔｅｓａ．Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｐｒｅｃｅｄｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｅｘ— ｃｅｌｌｅｎｃｅ［Ｍ］．Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｃｏｕｎｃｉｌ ｆｏｒ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２００７：３１５～３１７ ［５］夏志龙，高尚．基于Ｅｖｅｎｔ—Ｂ形式化分析ＵＭＬ模型一致 性［Ｊ］．江苏科技大学学报（自然科学版），２０１７，６：３２７～３３２ 现有自然语言描述的需求规格说明是典型的非形式化 方法，存在二义性和不完整性。由于缺陷和错误的方法积累 ． Ｒ． Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｒｉｂｕｎｅ ２０１ ８年第１ ７卷第１ ９期 岛、■次减 、Ｉ＇１．ｃ、触摸Ｊ 流２４Ｖ稳 电源等组成抓 行模式叶１的¨动／ｒ动运仃方式选择．营选择ｒ１动运行卡ｌｌ ， 则搬运单元连续往复搬运Ｉ：件， ：选择 动模式，搬运 运行一次搬运过程，然后停止运行．等待下·次命令联网运行模式，只有搬运 ） ｆ¨ｌ 一个 取模块Ｊｌｊ米 现埘Ｉ 什的抓墩和放 ，升降模块川来实现抓 取模块的ｌ 丌ｆ１Ｉ下降，滑动模块用来实现水平移动搬运任 务，ｎ动地实现Ｔ 什从Ｊ ·ｌ＋ｆｉ－单元拾取搬运钊下·１ 作 ． 冗以Ｉ，Ｊ｜ｃ作为控制 ，触摸 为人 Ｌ交 于·段， 成搬运 测控ｆＥ秀供电，过滤减 ２４＼ 稳 电源给触摸胼、各电磁 及传感器 埘来 源的气 进行二次减 只 符选择 搜卜一个 几 联络通信信 ’满 婴求后， 开始１ 作． ９１ＩＪ不运行 （二）控制工艺流程图 搬运 兀 体Ｉ 艺流 所爪 ｌ冬１ ３ （二）工作模式 搬运单 具４ｊ＋ｒ１动／手动运行模式、单 ＃Ｌ／联 运行模式，可ｒｆ１触摸肼通过按钮操作切换至任意模 式＿厂作 １．单＋Ｊｕ／联网运行模式 单机运行模式：系统处ｊ：独立 运行模式，只 成本ｔ 几］ 作仟筹 ｌｆＪ『，不‘ｊ其他单元天联 联网运行模 ： 系统处于联 运行模式时，系统运行受上 卜州个 几的影Ｉ们 只有搬运 元和 一个单 （ＪＪｆ Ｊｆ 兀）及卜一个 几（捉墩安装单元）通汛联络信 满 曼求 ， Ｊｆ始ｌ 作， 则不运仃 本系统采Ｈｊ简 的１／０通信 模式实脱联网控 ．如』皇１ ２所爪 图２联网运行的硬件连接图 ２．手动／自动运行模式ｊ 机运行摸ＩＩ＝＝下，系统有两 种Ｉ 作方式 ｊ｜动运行方式：铒按一次 动运ｉ 按钮，搬运单元 运 行一次搬运过千Ｉｌ ，然后停止 自动运行 式：、 按一Ｆ『１动运 行模式按 ｌＪｌｆ，搬运单兀连续往复执行从Ｌ一 元搬运Ｔ什 刮Ｆ一 冗的ｒ作ｆ 务，直到给停止命令为止 二、系统硬件设计 根据搬运 元控制仟务嘤求及需要完成的人机交互功 能，Ｐ１ ｃ外部Ｉ／０分配如表ｌ所示 表Ｉ搬运单元ＰＩ Ｃ外部Ｉ／０分配 地址 设备符合 设备 称 设备功能 １０．０ １０．１ Ｂ 磁性接近开关 无杆气缸左、有移限化 ｌ０，２ Ｒ 磁性接近丌关 于抓气缸张开限位 ｌ０．３、Ｉ（】．４ Ｂ 磁性接近开戈 直线气缸上、下限位 ｌ２．０、Ｉ２．Ｉ、１２．５ ＳＢ 按钮 开始、复位、停止 Ｉ２．３、Ｉ２．４ ＳＡ 切换开关 动／ｒｌ动、单站／联刚切换 （Ｊｏ．０、Ｑ０．１ Ｙ 电磁阀 控制尢杆气缶［左、 移动 Ｑ０．２、ＯＯ．３ Ｙ 电磁 控制手抓缶Ｉ张升、夹紧 Ｏ０．４ Ｙ 电磁 控制 线气缸下降 Ｑ１．６、Ｑ１．７ ＨＬ 指示灯 扦始、复位指爪灯 搬运单 ０设计‘ 种人机交 模式：一种为按钮控制方 式，通过按钮Ｊｆ火输入行种控制命令 一种为触摸屏控制 厅式． ｆ通过触摸僻控制 板软按钮发ｍ相庇命令 三、ＰＬ（：控制程序设计 （一）工艺要求 搬运单厄完令模拟实际ｈ 乍产的控制 要求，按Ｊ！ｆ｛顺序 成相应命令 首先，系统上电后执行复佗操 作，然后进行单机／联网运行模式的选择 如选择 机运行模 式，｛ＪｊＩｊ小单 独 运行， ‘ｊ 他 厄父联然后进行单机运 Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ＆Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｒｉｂｕｎｅ 目动且尢 止 自动且停止或手动 图３搬运单元ＰＬＣ控制程序流程图 四、触摸屏人机交互设计 人机交 系统作为人与机器沟通的桥梁， Ｉ ｛动化， 广： 一ｌＩ起若匝要的作川 根据控制功能及要求，设汁＿ｒ如 ４所 示的人饥交 系统控制【面板 陔系统可通过控制而板发… ，ｒ始／停止控制命令，进行¨动／ 动、 ＃Ｌ／联网运仃模 的 切换，运行结束后进行系统复 操作，通过指示灯的庇灭 时监视ｌ符种装置的运行状况～ 睦里７ｃ Ｉ俺手＾ ｌ｛ 剐商傲 ｌ 再ｊ葺 ．Ｑ ￡ ＆０ ８ 左蒋． Ｉｌ 垂｜位 礴盎 ◎ 。蠢 ： ｌ量 一…ｏ手辑粒并睫位曩冒 盛气赶下碡 亘 … ｉ 平葫 ｆ ， ０盆 ～ ｝ 蜘曦 单机 下龌位国尽孙妻擘． 图４搬运单元触摸屏人机交互界面 五、结语 本项ｆ１研究成果，完令实现ｒ ｌ 动化生产线Ｉｌｌ搬运 的＿ｒ作任务 系统运行稳定．人机交 界而设汁简沽、操作 使、 ｌｌｌ『性强，能 ：蚬地观察擎个系统的运ｉ 状 、…狮， 令项『】研究成果已作为“ 动化 产线装州与维护” 实 验装置，起剑辅助教学的Ｈ的，弥补－ｊ 实验装置不足的ｒｕｊ题， 效 较 【参考文献】 １ 何用辉．自动化生产线安装与调试 Ｍ （第二版）．北京： 机械工业出版社，２０１５，８ ２ 张慧玲．基于ＰＩ ｃ的自动化生产线控制系统ｌ Ｊ ｊ．电子测 试．２０１５。ｌ１ ：；：陶钰．试论ｌ’Ｉ （：技术在自动化生产线中的应用ｌ Ｊ｝．沈阳 理工大学学报，２（】ｌ７，４ ·５９·