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1、安安徽徽機機電電職職業(yè)業(yè)技技術術學學院院 畢畢業(yè)業(yè)論論文文 基于 PLC 的自動生產線控制系統(tǒng)的設計 系 部 電氣工程系 專 業(yè) 機電一體化 班 級 機電 3082 班 姓 名 學 號 指導教師 2010 2011 學年 第 一 學期 摘摘 要要 隨著科學技術的發(fā)展，人類社會對產品的功能與質量的要求越來越高，產品更 新換代的周期越來越短，產品的復雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產方式受到 了挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅對中小企業(yè)形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業(yè)。 因為，在大批量生產方式中，柔性和生產率是相互矛盾的。眾所周知，只有品 種單一、批量大、設備專用、工藝穩(wěn)定、效率高，才能構成規(guī)模經濟效益；
2、反之， 多品種、小批量生產，設備的專用性低，在加工形式相似的情況下，頻繁的調整工 夾具，工藝穩(wěn)定難度增大，生產效率勢必受到影響。為了同時提高制造工業(yè)的柔性 和生產效率，使之在保證產品質量的前提下，縮短產品生產周期，降低產品成本， 最終使中小批量生產能與大批量生產抗衡，柔性自動化系統(tǒng)便應運而生。 PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控 制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置；充分利用計算機技術對生產過 程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系 統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計，配置靈活、組態(tài)方便。本論文主要 是模擬工
3、業(yè)自動生產線通信系統(tǒng)實現以下各站功能。然后利用 Profibus 總線進行八 站通信連接使之成為一條自動生產線控制模擬系統(tǒng)。 關鍵字：關鍵字：PLC、自動生產線、Profibus 通信 目錄目錄 第一章第一章 緒論緒論 1 1 1.1 自動化生產線的介紹及發(fā)展 1 1.2 工業(yè)自動化生產線體系結構 4 第二章第二章 可編程控制器可編程控制器 5 5 2.1 可編程控制器的定義 5 2.2 可編程控制器的發(fā)展概況 5 2.3 可編程控制器的基本組成及特點 6 第三章第三章 自動生產線實訓系統(tǒng)設計與實現自動生產線實訓系統(tǒng)設計與實現 7 7 3.1 工業(yè)自動生產線系統(tǒng)結構 7 3.2 工業(yè)自動生產線
4、單站功能及系統(tǒng)程序設計 9 3.3 工業(yè)自動生產線通信系統(tǒng)設計 .20 第四章第四章 論文總結論文總結 2222 參考文獻參考文獻 2323 致謝致謝 2424 - 1 - 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 自動化生產線的介紹及發(fā)展自動化生產線的介紹及發(fā)展 1、自動化生產線介紹 自動化生產線是指勞動對象按照一定的工藝路線,順序的通過各個工作地，并按 照統(tǒng)一的生產速度（節(jié)拍）完成工藝作業(yè)的連續(xù)的重復的生產過程。 產品生產過程所經過的路線，即從原料進入生產現場開始，經過加工、運送、 裝配、檢驗等一系列生產活動所構成的路線。自動化生產線是按對象原則組織起來 的，完成產品工藝過程的一種生產組織形式
5、，即按產品專業(yè)化原則，配備生產某種 產品（零、部件）所需要的各種設備和各工種的工人，負責完成某種產品（零、部 件）的全部制造工作，對相同的勞動對象進行不同工藝的加工。 隨著科學技術的發(fā)展，人類社會對產品的功能與質量的要求越來越高，產品更 新換代的周期越來越短，產品的復雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產方式受到 了挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅對中小企業(yè)形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業(yè)。因 為，在大批量生產方式中，柔性和生產率是相互矛盾的。眾所周知，只有品種單一、 批量大、設備專用、工藝穩(wěn)定、效率高，才能構成規(guī)模經濟效益；反之，多品種、 小批量生產，設備的專用性低，在加工形式相似的情況下，頻繁的調整工
6、夾具，工 藝穩(wěn)定難度增大，生產效率勢必受到影響。為了同時提高制造工業(yè)的柔性和生產效 率，使之在保證產品質量的前提下，縮短產品生產周期，降低產品成本，最終使中 小批量生產能與大批量生產抗衡，柔性自動化系統(tǒng)便應運而生。 2、自動化生產線的基本構成 （1）自動加工系統(tǒng) 自動加工系統(tǒng)，指以成組技術為基礎，把外形尺寸(形狀不必完全一致)、重量 大致相似，材料相同，工藝相似的零件集中在一臺或數臺數控機床或專用機床等設 備上加工的系統(tǒng)。 （2）物流系統(tǒng) 物流系統(tǒng)，指由多種運輸裝置構成，如傳送帶、軌道、轉盤以及機械手等，完 成工件、刀具等的供給與傳送的系統(tǒng)，它是柔性生產線的主要組成部分。 （3）信息系統(tǒng) 信息
7、系統(tǒng)，指對加工和運輸過程中所需各種信息收集、處理、反饋，并通過電 子計算機或其他控制裝置(液壓、氣壓裝置等)，對機床或運輸設備實行分級控制的 系統(tǒng)。 （4）軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)，指保證柔性生產線用電子計算機進行有效管理的必不可少的組成部 - 2 - 分。它包括設計、規(guī)劃、生產控制和系統(tǒng)監(jiān)督等軟件。柔性生產線適合于年產量 1000100,000 件之間的中小批量生產。 3、柔性自動化生產線的優(yōu)點 柔性生產線是一種技術復雜、高度自動化的系統(tǒng)，它將微電子學、計算機和系 統(tǒng)工程等技術有機地結合起來，理想和圓滿地解決了機械制造高自動化與高柔性化 之間的矛盾。具體優(yōu)點如下。 第一，設備利用率高。一組機床編入
8、柔性生產線后，產量比這組機床在分散單 機作業(yè)時的產量提高數倍。 第二，在制品減少 80%左右。 第三，生產能力相對穩(wěn)定。自動加工系統(tǒng)由一臺或多臺機床組成，發(fā)生故障時， 有降級運轉的能力，物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過故障機床的能力。 第四，產品質量高。零件在加工過程中，裝卸一次完成，加工精度嵩，加工形 式穩(wěn)定。 第五，運行靈活。有些柔性生產線的檢驗、裝卡和維護工作可在第一班完成， 第二、第三班可在無人照看下正常生產。在理想的柔性生產線中，其監(jiān)控系統(tǒng)還能 處理諸如刀具的磨損調換、物流的堵塞疏通等運行過程中不可預料的問題。 第六，產品應變能力大。刀具、夾具及物料運輸裝置具有可調性，且系統(tǒng)平面 布置合理，
9、便于增減設備，滿足市場需要。 4、自動化生產線發(fā)展趨勢 性能發(fā)展方向： (1)高速高精高效化，速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用 了高速 CPU 芯片、RISC 芯片、多 CPU 控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的 交流數字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速 高精高效化已大大提高。 (2)柔性化包含兩方面：數控系統(tǒng)本身的柔性，數控系統(tǒng)采用模塊化設計，功能覆蓋 面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能 依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地 發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。 (3)工藝復合
10、性和多軸化，以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多 軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次 裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復 合加工。數控技術軸，西門子 880 系統(tǒng)控制軸數可達 24 軸。 (4)實時智能化 早期的實時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度 任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各 種智能行為。技術發(fā)展到今天，實時系統(tǒng)和人工智能相互結合，人工智能正向著具 - 3 - 有實時響應的、更現實的領域發(fā)展，而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復雜 的發(fā)展，由
11、此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制 的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、 專家控制、控制、前饋控制等。例如在數控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專 家系統(tǒng)、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的 綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、 速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而達到最佳控 制的目的。 功能發(fā)展方向 （1）用戶界面圖形化，用戶界面是數控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用 戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計
12、算機軟件 研制中最困難的部分之一。當前 INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體 等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使 用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體 動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例 縮放功能的實現。 (2)可視化，科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限 于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g 與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這 對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品
13、成本具有重要意義。在數控技術領 域，可視化技術可用于 CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和 刀具管理數據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 (3)插補和補償方式多樣化，多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間 橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2 螺旋插補、NANO 插補、NURBS 插 補(非均勻有理 B 樣條插補)、樣條插補(A、B、C 樣條)、多項式插補等。多種補償 功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補償、與速度 相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。 (4)內裝高性能 PLC
14、，數控系統(tǒng)內裝高性能 PLC 控制模塊，可直接用梯形圖或高級語 言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標 準 PLC 用戶程序實例，用戶可在標準 PLC 用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方 便地建立自己的應用程序。 (5)多媒體技術應用，多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有 綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術 可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統(tǒng)和生產現場設備的故障診斷、 - 4 - 生產過程參數監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。 1.21.2 工業(yè)自動化生產線體系結構工業(yè)自動化生產線體系結構 1、集
15、成化 采用高度集成化 CPU、RISC 芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐?FPGA、EPLD、CPLD 以及專用集成電路 ASIC 芯片，可提高數控系統(tǒng)的集成度和 軟硬件運行速度。應用 FPD 平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有含 量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現超大尺寸顯示，成為和 CRT 抗衡的新興顯示技術，是 21 世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術， 將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量 來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。 2、模塊化 硬件模塊化易于實現數控系統(tǒng)的集成化和標準化。根據不同的功能
16、需求，將基本 模塊，如 CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準 的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數 控系統(tǒng)。 3、無人化 機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對 其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床 的屏幕上。 4、通用型開放式閉環(huán)控制模式 采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴 展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式 是針對傳統(tǒng)的數控系統(tǒng)僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過 程
17、是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形 狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標 優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。 加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能 技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及 動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系， 從而實現集成化、智能化、網絡化。 - 5 - 第二章第二章 可編程控制器可編程控制器 2.12.1 可編程控制器的定義可編程控制器的定義 PLC 即可編
18、程控制器（Programmable logic Controller），是指以計算機技術為基 礎的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采 用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計 數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類 型的機械或生產過程。PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成 一個整體，易于擴展其功能的原
19、則而設計。 定義強調了可編程控制控制器是“數字運算操作的電子系統(tǒng)”，是一種計算機。 它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計”的工業(yè)計算機，是一種用程序來改變控制功能 的工業(yè)控制計算機，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計算機通信聯 網的功能。 這種工業(yè)計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、 順序控制、定時計數和算術操作，它還具有“數字量和模擬量輸出輸入控制”的能力， 并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯成一體”，易于“擴充”。 可編程控制器能直接應用于工業(yè)環(huán)境，它需具有很強的抗干擾能力、廣泛的適 應能力和應用范圍。 2.22.2 可編程控制器的發(fā)展概況可編程控制器的發(fā)展概況
20、 隨著計算機控制技術的不斷發(fā)展，可編程控制器的應用已廣泛普及，成為自動 化技術的重要組成部分。可編程控制器最先出現在美國，1968 年，美國的通用汽車 公司（GM）提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶的角度提出新一代控制器 應具備以下十大條件： (1)編程簡單，可在現場修改程序。 (2)維護方便，最好是插件式。 (3)可靠性高于繼電器控制柜。 (4)體積小于繼電器控制柜。 (5)可將數據直接送入管理計算機。 (6)在成本上可與繼電器控制柜競爭。 - 6 - (7)輸入可以是交流 115V（即用美國的電網電壓） 。 (8)輸出為交流 115V、2A 以上，能直接驅動電磁閥。 (9)在擴展時，
21、原有系統(tǒng)只需要很小的變更。 (10) 用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4KB。 1969 年，美國數字設備公司（DEC）研制出了世界上第一臺可編程序控制器， 并應用于通用汽車公司的生產線上，當時叫可編程邏輯控制器 PLC，目的是用來取 代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。 特別是進入 20 世紀 80 年代以來，PLC 已廣泛地使用 16 位甚至 32 位微處理器 作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的 集成電路。這時的 PLC 還同時具有數據處理、PID 調節(jié)和數據通信功能。PLC 是微機 技術和傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術相結合的產物，其基
22、本設計思想是把計算機功 能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等 優(yōu)點結合起來。 2.32.3 可編程控制器的基本組成及特點可編程控制器的基本組成及特點 可編程控制器主要由 CPU、存儲器、基本 I/O 接口電路、外設接口、編程裝置、 電源等組成?？删幊炭刂破鞯奶攸c： 1.可靠性高，抗干擾能力強 PLC 由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路 采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無 故障工作時間則更長。故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測功能， 出現故障時可及時發(fā)出警報信息。
23、這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。 2編程簡單，使用方便。 梯形圖是用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號與繼電器電路原理圖 相似。梯形圖語言形象直觀，易學易懂。 3控制靈活，程序可變，具有很好的柔性。 產品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈 活地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。硬件配置確定后，可通過修 改用戶程序，不用改變硬件，方便快速適應工藝條件的變化，具有很好的柔性。 4功能強，擴充方便，性價比高。 有很強的邏輯判斷、數據處理、PID 調節(jié)和數據通信功能，可以實現非常復雜 的控制功能。擴充非常方便。 5系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護
24、方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng) - 7 - 設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。 6體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功 耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。 第三章第三章 自動生產線實訓系統(tǒng)設計與實現自動生產線實訓系統(tǒng)設計與實現 3.13.1 工業(yè)自動生產線系統(tǒng)結構工業(yè)自動生產線系統(tǒng)結構 工業(yè)自動化生產線實訓系統(tǒng)，是為高職學院學生提高動手能力和實踐技能而設 計的一套實用性實訓設備。該裝置由八套各自獨立而又緊密相連
25、的工作站和一套監(jiān) 控站組成。這八站分別為：上料檢測站、搬運站、加工站、搬運分揀站、傳送站、 安裝站、安裝搬運站和分類站。 該實訓裝置的一大顯著特點是：具有較好的柔性，即每站各有一套 PLC 控制系 統(tǒng)獨立控制。將八個模塊分開培訓可以容納較多的學員同時學習。在基本單元模塊 培訓完成以后，通過組建 PLC 網絡，又可以將相鄰的兩站、三站直至八站連在 一起，學習復雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調試技術。 該系統(tǒng)囊括了機電一體化等專業(yè)學習中所涉及的諸如電機驅動、氣動、PLC（可 編程控制器） 、傳感器等多種技術，給學生提供了一個典型的綜合操作平臺，使學生 將學過的各門專業(yè)知識在這里得到全面認識、綜合訓練和
26、相互提升。 1.系統(tǒng)個硬件結構 （1）上料檢測站 由料斗、回轉臺、工件滑道、提升裝置、檢測工件和顏色的光電開關、開關電 源、可編程序控制器、按鈕、I/O 接口板、直流減速電機、電磁閥及 SMC 氣缸組成， 主要完成回傳上料臺將工件依次送到檢測工位，提升裝置將工件提升并檢測工件顏 色。 （2）搬運站 由機械手、氣爪、回轉臺、電感式傳感器、開關電源、可編程序控制器、按鈕、 I/O 接口板、多種類型電磁閥及 SMC 氣缸組成，主要完成將工件從上站搬至下一站。 （3）加工站 由回轉工作臺、打孔電機組件、檢測缸組件、檢測工件轉臺到位傳感器、開關 電源、可編程序控制器、按鈕、I/O 接口板、直流減速電機、
27、多種類型電磁閥及 SMC 氣缸組成，主要完成用回轉工作臺將工件在四個工位間轉換，鉆孔單元打孔，檢測 打孔深度。 （4）搬運分揀站 - 8 - 由機械手、氣爪、電感式傳感器、開關電源、可編程序控制器、按鈕、I/O 接 口板、多種類型電磁閥及 SMC 氣缸組成，主要完成在加工后的物料送到指定位置， 分揀站的機械手開始左右移動分揀搬運物料，將合格物料搬運至傳送站，其基本原 理類同于搬運站。其分揀是通過傳感器 IB2 來控制的。 （5）傳送站 由交流電動機、變頻器、傳送帶、電感式傳感器、開關電源、可編程序控制器、 按鈕、I/O 接口板、 ，主要完成當分揀站將合格物料送至傳送站傳送帶上，此時光電 傳感器
28、 B1 檢測到信號，PLC 驅動變頻器，使電機轉動，運送物料；當物料到達指定 位置時，此時光電傳感器 B2 檢測到信號，PLC 驅動變頻器，使電機停止轉動。 （6）安裝站 由吸盤機械手、上下搖臂部件、料倉換位部件、工件推出部件、真空發(fā)生器、 開關電源、可編程序控制器、按鈕、I/O 接口板、多種類型電磁閥及 SMC 氣缸組成， 主要完成選擇要安裝工件的料倉，將工件從料倉中推出，將工件安裝到位。 （7）安裝搬運站 由平移工作臺、回轉工作臺、塔吊臂、機械手、氣爪、開關電源、可編程序控 制器、按鈕、I/O 接口板、多種類型電磁閥及 SMC 氣缸組成，主要完成將上站工件 拿起放入安裝工位，將裝好工件拿起
29、放下一站。 （8）分類站 由滾珠絲杠、滑杠推出部件、分類料倉、開關電源、可編程序控制器、按鈕、 I/O 接口板、步進電機及驅動器、直流減速電機、電磁閥及 SMC 氣缸組成，主要完 成按工件類型分類，將工件推入不同的倉位。 2.控制技術 1.該柔性自動化生產線實訓系統(tǒng)每一站都有一套獨立的控制系統(tǒng)，因此，該系 統(tǒng)可拆分開來學習，以保證初學者容易入門和足夠的學習工位，而將各站聯在一起 集成為系統(tǒng)后，能為學員提供一個學習復雜和大型控制系統(tǒng)的學習平臺，該系統(tǒng)可 用不同廠商所提供的控制器進行控制。 2.各站與 PLC 之間由一個標準電纜進行連接，通過這個電纜可連接 8 個傳感器 信號和 8 個輸出控制信號
30、。通過該電纜各站的傳感器和輸出控制器可得到 24V 電壓。 3.各站都可通過一塊控制面板來控制 PLC 使各站按要求進行工作，一個控制面 板上有 5 個按鈕開關，二個選擇開關和一個急停開關。各開關的控制功能定義如表 3-1 所示。 表 3-1 開關的控制功能 - 9 - 序號序號項目項目說明說明序號序號項目項目說明說明 1.帶燈按鈕，綠色開始5.兩位旋鈕，黑色單站/聯網 2.帶燈按鈕，黃色復位6.按鈕，紅色停止 3.按鈕，黃色調試按鈕7.帶燈按鈕，綠色上電 4.兩位旋鈕，黑色手動/自動8.急停按鈕，紅色急停 3.工作過程 圖 3-1 給出了系統(tǒng)中工件從一站到另一站的物流傳遞過程：上料檢測站將大
31、工 件按順序排好后提升送出。搬運站將大工件從上料檢測站搬至加工站。加工站將大 工件加工后送出工位。搬運分揀站是將加工好的工件搬運同時分揀次品和正品。傳 送站是將工件傳送到下一站。安裝搬運站將大工件搬至安裝工位放下。安裝站再將 對應的小工件裝入大工件中。而后，安裝搬運站再將安裝好的工件送分類站，分類 站再將工件送入相應的料倉。 圖 3-1系統(tǒng)工作流程圖 3.23.2 工業(yè)自動生產線單站功能及系統(tǒng)程序設計工業(yè)自動生產線單站功能及系統(tǒng)程序設計 一、上料檢查站 1、上料檢測站 設計實現的功能 下上電按鈕，上電燈亮，復位燈閃爍 下復位按鈕，復位燈滅，氣缸下降，開始等閃爍 下開始按鈕，電機轉，送物料 料至
32、升降臺，觸動貨臺光電傳感器，氣缸通電上升，直至觸動傳感器的氣缸 上眼，升降臺停 - 10 - 物料被運走，氣缸失電下降到下限位停止 降臺下限位傳感器在 10S 后沒有檢測到物體，報警燈亮，報警鳴聲 下急停按鈕，系統(tǒng)停止，再次從 1 步驟開始 2、上料檢查站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-2 所示。 圖 3-2 上料檢查站設計的系統(tǒng)程序 3、上料檢查站系統(tǒng)硬件接線圖如圖 3-3 所示。 - 11 - 圖 3-3 上料檢查站系統(tǒng)硬件接線圖 二、工件搬運站 1、工件搬運站設計實現的功能 按下上電按鈕，上電燈亮，復位燈閃爍（f=1s） 。 按下復位按鈕，機械手放松，上升臂縮回，機械手左旋，開始燈閃爍，復位 燈
33、滅。 按下開始按鈕，調試按鈕，手臂出，機械手下降，夾緊物體，手臂上升再縮 回，手臂右旋。 手臂伸出，下降，機械手放松，再上升，手臂縮回，再左旋。 2、工件搬運站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-4 所示。 - 12 - 圖 3-4 工件搬運站設計的系統(tǒng)程序 3、工件搬運站系統(tǒng)硬件接線如圖 3-5 所示。 圖 3-5 工件搬運站系統(tǒng)硬件接線 三、工件加工站 1、工件加工站設計實現的功能 下上電按鈕，上電燈亮，復位燈閃爍（f=1s） 下復位按鈕，工作臺旋轉電機旋轉，旋轉到位（輔助加工，模擬加工臺和加 工推臺回到初始位置）開始燈閃爍（f=1s） - 13 - 下開始按鈕，傳感器檢測到工件，旋轉臺旋轉，旋轉到位
34、后，模擬加工臺， 輔助加工臺，加工推動臺的電磁閥動作，Q0.2、 Q0.3、Q0.4 燈亮，模擬加工臺， 輔助加工臺下降到下限位，加工推動臺前移到前限位后停止，鉆頭旋轉電機動作開 始加工工件，即 Q0.1 亮，加工好后(幾秒后)，模擬加工臺，加工推動器，后移 到后限位 下急停按鈕，系統(tǒng)停止，再次上電以 1 步驟，開始運行。 2、工件加工站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-6 所示。 圖 3-6 工件加工站設計的系統(tǒng)程序 3、工件加工站系統(tǒng)硬件接線如圖 3-7 所示。 - 14 - 圖 3-7 工件加工站系統(tǒng)硬件接線 四、搬運分揀站 1、搬運分揀站設計實現的功能 下上電按鈕，上電燈亮，復位燈閃爍（f=1s
35、） 下復位按鈕，復位燈滅，開始燈閃爍 下開始按鈕，機械手下降，夾緊物體，機械手上升 a 如果物品是正品，則氣夾右移到右限位下降，氣夾張開，放下物品，然后上 升到上限位，右移，右限位。 b 如果物品是次品，則機械手右移到中間限位然后下降，氣夾張開，物品掉下， 然后氣夾上升，上升到位后右移到位，氣缸把次品推出到次品筐 - 15 - 2、搬運分揀站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-8 所示。 圖 3-8 搬運分揀站設計的系統(tǒng)程序 圖 3-8 搬運分揀站設計的系統(tǒng)程序 3、搬運分揀站系統(tǒng)硬件接線如圖 3-9 所示。 - 16 - 圖 3-9 搬運分揀站系統(tǒng)硬件接線 五、運輸傳送站 1、運輸傳送站設計實現的功能
36、按下上電按扭，復位燈閃爍，按下復位按扭，復位動作，開始燈閃爍，按下開 始按鈕，電機正轉，電機停止（循環(huán)往復動作，出現故障，應按下急停按鈕，使 PLC 停止工作） 2、運輸傳送站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-10 所示。 圖 3-10 運輸傳送站設計的系統(tǒng)程序 3、運輸傳送站系統(tǒng)硬件接線如圖 3-11 所示。 - 17 - 圖 3-11 運輸傳送站系統(tǒng)硬件接線 六、安裝站 1、安裝站設計實現的功能 下上電按鈕，上電成功，復位燈閃爍，按下復位按鈕，執(zhí)行復位動作，使手 臂上升到位，并回到初始位置。 下開始按鈕，按照程序的動作流程依次完成氣夾的下降，上升，手臂的右轉 到中間位置再下降，手臂回到左限位，并完成
37、各汽缸的動作過程 2、安裝站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-12 所示。 - 18 - 圖 3-12 安裝站設計的系統(tǒng)程序 3、安裝站系統(tǒng)硬件接線如圖 3-13 所示。 圖 3-13 安裝站系統(tǒng)硬件接線 - 19 - 七、安裝搬運站 1、安裝搬運站設計實現的功能 按下上電按鈕，復位燈閃爍，按下復位按鈕，復位燈動作，開始燈閃爍，按下 開始按鈕，手臂打出，氣缸推出，手臂打回，手臂縮回，吸盤吸和，物料桶移出， 手臂打出，吸盤停止吸氣，手臂打回 第八站 網聯 2、安裝搬運站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-14 所示。 圖 3-14 安裝搬運站設計的系統(tǒng)程序 - 20 - 3、搬運安裝站系統(tǒng)硬件接線如圖 3-15 所示
38、。 圖 3-15 搬運安裝站系統(tǒng)硬件接線 八、分類站 1、分類站設計實現的功能 按工件類型分類，將工件推入不同的倉位 2、分類站設計的系統(tǒng)程序如圖 3-16 所示。 圖 3-16 分類站設計的系統(tǒng)程序 - 21 - 3.分類站系統(tǒng)硬件接線如圖 3-17 所示 圖 3-17 分類站系統(tǒng)硬件接線 3.33.3 工業(yè)自動生產線通信系統(tǒng)設計工業(yè)自動生產線通信系統(tǒng)設計 Profibus-DP（Decentralized Periphery,分布式外圍設備） ，在 Profibus 現 場總線中，Profibus-DP 的應用最廣。Profibus-DP 協(xié)議主要用于 PLC 與分布式 I/O 和現場設備
39、的高速數據傳輸。典型的 DP 配置是單主站結構，也可以是多主站結構。 Profibus-DP 使用第一層、第二層和用戶接口層，這種精簡的結構保證了數據的高 速傳輸。它的基本功能如下： 1、總線存取方法 各主站間為令牌傳送，主站與從站間為主-從循環(huán)傳送，支持單主站或多主站系 統(tǒng)，總線上最多 126 個站。可以采用點對點用戶數據通信、廣播（控制指令）方式 和循環(huán)主-從用戶數據通信。 2、循環(huán)數據交換 DP-V0 可以實現中央控制器（PLC,PC 或過程控制系統(tǒng)）與分布式現場設備（從 站，例如 I/O、閥門、變送器和分析儀等）之間的快速循環(huán)數據交換，主站發(fā)出請 求報文，從站收到后返回響應報文。這種循
40、環(huán)數據交換是在被稱為 MS0 的連接上進 行的。 3、診斷功能 經過擴展的 PROFIBUS-DP 診斷，能對站級、模塊級、通道級這 3 個故障進行診 斷和快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。 本站診斷操作：對本站設備的一般操作狀態(tài)的診斷，例如溫度過高，壓力過低。 - 22 - 模塊診斷操作：對站點內部某個具體的 I/O 模塊的故障定位。 通道診斷操作：對某個輸入/輸出通道的故障定位。 4、保護功能 所有信息的傳輸按海明距離 HD=4 進行。對 DP 從站的輸出進行存取保護，DP 主 站用監(jiān)控定時器監(jiān)視與從站的通信，對每個從站都有獨立的監(jiān)控定時器。在規(guī)定的 監(jiān)視時間間隔內，如果沒有執(zhí)行
41、用戶數據傳送，將會使監(jiān)控定時器超時，通知用戶 程序進行處理。如果參數“Auto_Clear”為 1，DPM1 將退出運行模式，并將所有有 關的從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，然后進入清除（Clear）狀態(tài)。 DP 從站用看門狗（Watchdog Timer，監(jiān)控定時器）檢測與主站的數據傳輸，如 果在設置的時間內沒有完成數據通信，從站自動地將輸出切換到故障安全狀態(tài)。 在多主站系統(tǒng)中，從站輸出操作的訪問保護是必要的。這樣可以保證只有授權 的主站才能直接訪問。其他從站可以讀它們的輸入的映像，但是不能直接訪問。 5、通過網絡的組態(tài)功能與控制功能 通過網絡可以實現下列功能：動態(tài)激活或關閉 DP 從站，對 D
42、P 主站（DPM1）進 行配置，可以設置站點的數目、DP 從站的地址、輸入/輸出數據的格式、診斷報文 的格式等，以及檢查 DP 從站的組態(tài)?？刂泼羁梢酝瑫r發(fā)送給所有的從站或部分從 站。 6、同步與鎖定功能 主站可以發(fā)送命令給一個從站或同時發(fā)送給一組從站。接收到主站的同步命令 后，從站進入同步模式。這些從站的輸出被鎖定在當前狀態(tài)。在這之后的用戶數據 傳輸中，輸出數據存儲在從站，但是它的輸出狀態(tài)保持不變。同步模式用 “UNSYNC”命令來解除。 7、DPM1 和 DP 從站之間的循環(huán)數據傳輸 DPM1 與有關 DP 從站之間的用戶數據傳輸是由 DPM1 按照確定的遞歸順序自動進 行的。在對總線系
43、統(tǒng)進行組態(tài)時，用戶定義 DP 從站與 DPM1 的關系，確定哪些 DP 從 站被納入信息交換的循環(huán)。 DMP1 和 DP 從站之間的數據傳送分為 3 個階段：參數化、組態(tài)和數據交換。在 前兩個階段進行檢查，每個從站將自己的實際組態(tài)數據與從 DPM1 接收到的組態(tài)數據 進行比較。設備類型、格式、信息長度與輸入/輸出的個數都應一致，以防止由于組 態(tài)過程中的錯誤造成系統(tǒng)的檢查錯誤。 只有系統(tǒng)檢查通過后，DP 從站才進入用戶數據傳輸階段。在自動進行用戶數據 傳輸的同時，也可以根據用戶的需要向 DP 從站發(fā)送用戶定義的參數。 8、DPM1 和系統(tǒng)組態(tài)設備間的循環(huán)數據傳輸 PROFIBUS-DP 允許主站
44、之間的數據交換，即 DPM1 和 DPM2 之間的數據交換。該 - 23 - 功能使組態(tài)和診斷設備通過總線對系統(tǒng)進行組態(tài)，改變 DPM1 的操作方式，動態(tài)地允 許或禁止 DPM1 與某些從站之間交換數據。 第四章第四章 論文總結論文總結 經過這次畢業(yè)論文寫作，我對方法做了歸納，之前我習慣用功能流程寫程序， 遇到難點的時候習慣翻書，對照例子提取點精華?，F在能靈活運用經驗設計法、電 氣原理圖設計法、順序控制設計法。特別對順序控制設計有了一定的了解。 這里面我認最經典的是單序列的編程方法、選擇序列的編程方法和并行序列的 編程方法這個三個是很值得研究的，也是一種格式。只要你能熟悉掌握，靈活應用 的話，
45、那么編程對你來說將變的非常容易。一個流程圖無論多么復雜，都可以拆分 上面的形式，然后就可以利用上面的方法編程了。 當然對于簡單的流程也可以用順序設計。這種方法也是一種固定的格式，只要 按照它的格式就可以寫出正確的程序，它的優(yōu)點易懂，條理清晰。但結構多，對于 活動步多的設計我想用這個設計比較煩瑣。 更加體會到 PLC 的可靠性高、抗干擾能力強、通用性強、控制程序可變、使用 方便等優(yōu)點。更加熟悉了西門子編程軟件使用方法與各種基本指令。這次的論文設 計使我把可編程控制器的理論知識用在實踐中，實現了理論和實踐相結合，從中懂 得理論是實踐的基礎，實踐又能檢驗理論的正確性，讓我受益非淺， 對我以后工作 中
46、遇到問題或者繼續(xù)學習將會產生巨大的幫助和影響。 - 24 - 參考文獻參考文獻 1廖常初.西門子工業(yè)自動化系列教材(S7300/400 應用教程) .機械工業(yè)出版社.2008 2張進秋.可編程控制器原理及應用實例.機械工業(yè)出版社.2004 3萬學春.生產線組裝與調試實訓教程.中國電力出版社.2010 4戚長政.自動機與生產線.科學出版社.2007 5蘇家健,許晉仙.電氣控制與 PLC 實訓.西安電子科技大學出版社.2009 6 廖常初.工業(yè)通信組態(tài)編程與故障診斷.機械工業(yè)出版社.2009 7 羅紅福.PROFIBUS-DP 現場總線工程應用實例解析.中國電力出版社.2008 - 25 - 致謝
47、致謝 非常感謝趙光藝老師在我大學的最后學習階段畢業(yè)論文階段給我的指導， 在本論文的寫作過程中，我的導師趙光藝老師傾注了大量的心血，從最初的定題， 到資料的收集、寫作、修改，一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循 循善誘直至論文定稿，他給了我耐心的指導和無私的幫助。為了指導我的畢業(yè)論文， 他放棄了自己的休息時間，他的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他表 示我誠摯的謝意！ 同時，感謝所有任課老師和所有同學在這三年來給我的指導和幫助，是他們教 會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。在這三年的時間里，我 在學習上和思想上都受益匪淺。這除了自身努力外，與各位老師、同學和朋友的關 心、支持是分不開的，我才能在各方面取得顯著的進步。 畢業(yè)論文暫告收尾，這也意味著我在安徽機電職業(yè)技術學院的三年的學習生活 既將結束?；厥准韧?，自己一生最寶貴的時光能于這樣的校園之中，能在眾多學富 五車、才華橫溢的老師們的熏陶下度過，實是榮幸之極。在此向他們表示我由衷的 謝意！并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！ - 26 - 指導教師評語指導教師評語 等級等級簽名簽名日期日期
機電一體化畢業(yè)設計（論文）-基于PLC的自動生產線控制系統(tǒng)的設計.doc
