基于PLC的自动生产线控制系统的设计.docx

1、基于PLC的自动生产线控制系统的设计安徽机电职业技能学院结业论文基于PLC的自动生产线控制系统的设计系 部 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电3082班 姓 名 蔡丽莉 学 号 1302083118 指导西席 赵光艺 2010 2011学年 第 一 学期摘 要随着科学技能的生长，人类社会对产物的功效与质量的要求越来越高，产物更新换代的周期越来越短，产物的庞大水平也随之增高，传统的大批量生产方法受到了挑战。这种挑战不但对中小企业形成了威胁，并且也困扰着国有大中型企业。因为，在大批量生产方法中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才气组成

2、范围经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调解工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造产业的柔性和生产效率，使之在包管产物质量的前提下，缩短产物生产周期，低落产物本钱，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。PLC是在传统的顺序控制器的底子上引入了微电子技能、盘算机技能、自动控制技能和通讯技能而形成的一代新型产业控制装置；充实利用盘算机技能对生产历程进行会合监督、控制治理和疏散控制；充实吸收了疏散式控制系统和会合控制系统的优点，接纳尺度化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。本论文主要是模拟产业自动

3、生产线通信系统实现以下各站功效。然后利用Profibus总线进行八站通信连接使之成为一条自动生产线控制模拟系统。要害字：PLC、自动生产线、Profibus通信第一章 绪论1.1自动化生产线的介绍及生长1、自动化生产线介绍自动化生产线是指劳动东西凭据一定的工艺路线,顺序的通过各个事情地，并凭据统一的生产速度（节拍）完成工艺作业的连续的重复的生产历程。产物生产历程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、查验等一系列生产运动所组成的路线。自动化生产线是按东西原则组织起来的，完成产物工艺历程的一种生产组织形式，即按产物专业化原则，配备生产某种产物（零、部件）所需要的种种设备和各

4、工种的工人，卖力完成某种产物（零、部件）的全部制造事情，对相同的劳动东西进行差别工艺的加工。随着科学技能的生长，人类社会对产物的功效与质量的要求越来越高，产物更新换代的周期越来越短，产物的庞大水平也随之增高，传统的大批量生产方法受到了挑战。这种挑战不但对中小企业形成了威胁，并且也困扰着国有大中型企业。因为，在大批量生产方法中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才气组成范围经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调解工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造产业的柔性和生产效率，使

5、之在包管产物质量的前提下，缩短产物生产周期，低落产物本钱，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。2、自动化生产线的根本组成（1）自动加工系统自动加工系统，指以成组技能为底子，把外形尺寸(形状不必完全一致)、重量大抵相似，质料相同，工艺相似的零件会合在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系统。（2）物流系统物流系统，指由多种运输装置组成，如传送带、轨道、转盘以及机器手等，完成工件、刀具等的供应与传送的系统，它是柔性生产线的主要组成部门。 （3）信息系统信息系统，指对加工和运输历程中所需种种信息收集、处置惩罚、反馈，并通过电子盘算机或其他控制装置(液压、气压装置等)

6、，对机床或运输设备实行分级控制的系统。 （4）软件系统软件系统，指包管柔性生产线用电子盘算机进行有效治理的必不可少的组成部门。它包罗设计、计划、生产控制和系统监督等软件。柔性生产线适合于年产量1000100,000件之间的中小批量生产。 3、柔性自动化生产线的优点柔性生产线是一种技能庞大、高度自动化的系统，它将微电子学、盘算机和系统工程等技能有机地结合起来，理想和圆满地解决了机器制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。具体优点如下。 第一，设备利用率高。一组机床编入柔性生产线后，产量比这组机床在疏散单机作业时的产量提高数倍。 第二，在制品淘汰80%左右。 第三，生产能力相对稳定。自动加工系统由一台或

7、多台机床组成，产生妨碍时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过妨碍机床的能力。 第四，产物质量高。零件在加工历程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳定。 第五，运行灵活。有些柔性生产线的查验、装卡和维护事情可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性生产线中，其监控系统还能处置惩罚诸如刀具的磨损变更、物流的堵塞疏通等运行历程中不可预料的问题。 第六，产物应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面部署公道，便于增减设备，满足市场需要。 4、自动化生产线生长趋势性能生长偏向：(1)高速高精高效化，速度、精度和效率是机器制造技能的要害性能指标。由于接纳了

8、高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高辨别率绝对式检测元件的交换数字伺服系统，同时接纳了改进机床动态、静态特性等有效步伐，机床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化包罗两方面：数控系统自己的柔性，数控系统接纳模块化设计，功效笼罩面大，可裁剪性强，便于满足差别用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据差别生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调解，从而最大限度地发挥群控系统的效能。(3)工艺复合性和多轴化，以淘汰工序、帮助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功效偏向生长。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等种

9、种步伐，完成多工序、多外貌的复合加工。数控技能轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。(4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简朴的理想情况，其作用是如何调理任务，以确保任务在划定期限内完成。而人工智能则试图用盘算模型实现人类的种种智能行为。技能生长到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域生长，而实时系统也朝着具有智能行为的、越发庞大的生长，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技能领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支生长：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、妨碍诊断专家系统、

10、参数自动设定和刀具自动治理及赔偿等自适应调治系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功效、动态前馈功效，在压力、温度、位置、速度控制等方面接纳模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而到达最佳控制的目的。 功效生长偏向（1）用户界面图形化，用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于差别用户对界面的要求差别，因而开发用户界面的事情量极大，用户界面成为盘算机软件研制中最困难的部门之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学盘算可视化及多媒体等技能也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操纵，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体

11、动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、差别偏向的视图和局部显示比例缩放功效的实现。(2)可视化，科学盘算可视化可用于高效处置惩罚数据息争释数据，使信息交换不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技能与虚拟情况技能相结合，进一步拓宽了领域，如无图纸设计、虚拟样机技能等，这对缩短产物设计周期、提高产物质量、低落产物本钱具有重要意义。在数控技能领域，可视化技能可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具赔偿和刀具治理数据的动态处置惩罚和显示以及加工历程的可视化仿真演示等。(3)插补和赔偿方法多样化，多种插补方法如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间

12、椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种赔偿功效如间隙赔偿、垂直度赔偿、象限误差赔偿、螺距和丈量系统误差赔偿、与速度相关的前馈赔偿、温度赔偿、带平滑靠近和退出以及相反点盘算的刀具半径赔偿等。(4)内装高性能PLC，数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线资助功效。编程东西中包罗用于车床铣床的尺度PLC用户步伐实例，用户可在尺度PLC用户步伐底子上进行编辑修改，从而方便地创建自己的应用步伐。(5)多媒体技能应用，多媒体技能集盘算机、声像

13、和通信技能于一体，使盘算机具有综合处置惩罚声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技能领域，应用多媒体技能可以做到信息处置惩罚综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的妨碍诊断、生产历程参数监测等方面有着重大的应用代价。1.2产业自动化生产线体系结构1、集成化接纳高度集成化CPU、RISC芯片和大范围可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技能，可提高显示器性能。平板显示器具有含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技能，是21世纪显示技能的主流。

14、应用先进封装和互连技能，将半导体和外貌安装技能融为一体。通过提高集成电路密度、淘汰互连长度和数量来低落产物代价，革新性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。2、模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和尺度化。凭据差别的功效需求，将根本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成尺度的系列化产物，通过积木方法进行功效裁剪和模块数量的增减，组成差别档次的数控系统。3、无人化机床联网可进行远程控制和无人化操纵。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操纵、运行，差别机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。4、通用型开放式闭环控制模式接纳通用盘算机组成总

15、线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成差别档次、差别类型、差别集成水平的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造历程是一个具有多变量控制和加工工艺综互助用的庞大历程，包罗诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等种种变革因素，因此，要实现加工历程的多目标优化，必须接纳多变量的闭环控制，在实时加工历程中动态调解加工历程变量。加工历程中接纳开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将盘算机实时智能技能、网络技能、多媒体技能、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据治理及动态刀具赔偿、动态仿真等高新技能融于一体，

16、组成严密的制造历程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。第二章 可编程控制器2.1可编程控制器的界说PLC即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以盘算机技能为底子的新型产业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC尺度草案中对PLC做了如下界说：PLC是一种专门为在产业情况下应用而设计的数字运算操纵的电子装置。它接纳可以体例步伐的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操纵的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制种种类型的机器或

17、生产历程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与产业控制系统形成一个整体，易于扩展其功效的原则而设计。界说强调了可编程控制控制器是“数字运算操纵的电子系统”，是一种盘算机。它是“专为在产业情况下应用而设计”的产业盘算机，是一种用步伐来改变控制功效的产业控制盘算机，除了能完成种种百般的控制功效外，另有与其他盘算机通信联网的功效。这种产业盘算机接纳“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操纵，它还具有“数字量和模拟量输出输入控制”的能力，并且非常容易与“产业控制系统联成一体”，易于“扩充”。可编程控制器能直策应用于产业情况，它需具有很强的抗滋扰能力、遍及的适应能

18、力和应用范畴。2.2可编程控制器的生长表面随着盘算机控制技能的不停生长，可编程控制器的应用已遍及普及，成为自动化技能的重要组成部门。可编程控制器最先出现在美国，1968年，美国的通用汽车公司（GM）提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户的角度提出新一代控制器应具备以下十大条件：(1)编程简朴，可在现场修改步伐。(2)维护方便，最好是插件式。(3)可靠性高于继电器控制柜。(4)体积小于继电器控制柜。(5)可将数据直接送入治理盘算机。(6)在本钱上可与继电器控制柜竞争。(7)输入可以是交换115V（即用美国的电网电压）。(8)输出为交换115V、2A以上，能直接驱动电磁阀。(9)在扩展时，原有系

19、统只需要很小的变动。(10)用户步伐存储器容量至少能扩展到4KB。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编步伐控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上，其时叫可编程逻辑控制器PLC，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功效。特别是进入20世纪80年代以来，PLC已遍及地使用16位甚至32位微处置惩罚器作为中央处置惩罚器，输入输出模块和外围电路也都接纳了中、大范围甚至超大范围的集成电路。这时的PLC还同时具有数据处置惩罚、PID调治和数据通信功效。PLC是微机技能和传统的继电器-打仗器控制技能相结合的产物，其根本设计思想是把盘算机功效完善、灵活、通用等优

20、点和继电器控制系统的简朴易懂、操纵方便、代价自制等优点结合起来。2.3可编程控制器的根本组成及特点可编程控制器主要由CPU、存储器、根本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。可编程控制器的特点：1.可靠性高，抗滋扰能力强PLC由于接纳现代大范围集成电路技能，接纳严格的生产工艺制造，内部电路接纳了先进的抗滋扰技能，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无妨碍事情时间则更长。妨碍也就大大低落。别的，PLC带有硬件妨碍自我检测功效，出现妨碍时可实时发出警报信息。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2编程简朴，使用方便。 梯形图是用得最多的可编步伐控制器的编程语言，其标记

21、与继电器电路原理图相似。梯形图语言形象直观，易学易懂。3控制灵活，步伐可变，具有很好的柔性。产物接纳模块化形式，配备有品种齐全的种种硬件装置供用户选用，用户能灵活地进行系统配置，组成差别功效、差别范围的系统。硬件配置确定后，可通过修改用户步伐，不消改变硬件，方便快速适应工艺条件的变革，具有很好的柔性。4功效强，扩充方便，性价比高。有很强的逻辑判断、数据处置惩罚、PID调治和数据通信功效，可以实现非常庞大的控制功效。扩充非常方便。5系统的设计、制作事情量小，维护方便，容易改革PLC用存储逻辑取代接线逻辑，大大淘汰了控制设备外部的接线，使控制系统设计及制作的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。6

22、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近生产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机器内部，是实现机电一体化的理想控制设备。第三章 自动生产线实训系统设计与实现3.1产业自动生产线系统结构产业自动化生产线实训系统，是为高职学院学生提高动手能力和实践技能而设计的一套实用性实训设备。该装置由八套各自独立而又紧密相连的事情站和一套监控站组成。这八站分别为：上料检测站、搬运站、加工站、搬运分拣站、传送站、安装站、安装搬运站和分类站。该实训装置的一大显著特点是：具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制。将八个模块离开培训可以容纳较多的学员同时学

23、习。在根本单位模块培训完成以后，通过组建PLC网络，又可以将相邻的两站、三站直至八站连在一起，学习庞大系统的控制、编程、装配和调试技能。该系统囊括了机电一体化等专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技能，给学生提供了一个典范的综合操纵平台，使学生将学过的各门专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。1.系统个硬件结构（1）上料检测站由料斗、回转台、工件滑道、提升装置、检测工件和颜色的光电开关、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、直流减速电机、电磁阀及SMC气缸组成，主要完成回传上料台将工件依次送到检测工位，提升装置将工件提升并检测工件颜色。（

24、2）搬运站由机器手、气爪、回转台、电感式传感器、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成将工件从上站搬至下一站。（3）加工站由回转事情台、打孔电机组件、检测缸组件、检测工件转台到位传感器、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、直流减速电机、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成用回转事情台将工件在四个工位间转换，钻孔单位打孔，检测打孔深度。（4）搬运分拣站由机器手、气爪、电感式传感器、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成在加工后的物料送到指定位置，分拣站的机器手开始左右移动分拣搬运物料，将

25、及格物料搬运至传送站，其根本原理类同于搬运站。其分拣是通过传感器IB2来控制的。（5）传送站由交换电动机、变频器、传送带、电感式传感器、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、，主要完成当分拣站将及格物料送至传送站传送带上，此时光电传感器B1检测到信号，PLC驱动变频器，使电机转动，运送物料；当物料到达指定位置时，此时光电传感器B2检测到信号，PLC驱动变频器，使电机停止转动。（6）安装站由吸盘机器手、上下摇臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空产生器、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件

26、安装到位。（7）安装搬运站由平移事情台、回转事情台、塔吊臂、机器手、气爪、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成将上站工件拿起放入安装工位，将装好工件拿起放下一站。（8）分类站由滚珠丝杠、滑杠推出部件、分类料仓、开关电源、可编步伐控制器、按钮、I/O接口板、步进电机及驱动器、直流减速电机、电磁阀及SMC气缸组成，主要完成按工件类型分类，将工件推入差别的仓位。2.控制技能1.该柔性自动化生产线实训系统每一站都有一套独立的控制系统，因此，该系统可拆离开来学习，以包管初学者容易入门和足够的学习工位，而将各站联在一起集成为系统后，能为学员提供一个学习庞大

27、和大型控制系统的学习平台，该系统可用差别厂商所提供的控制器进行控制。2.各站与PLC之间由一个尺度电缆进行连接，通过这个电缆可连接8个传感器信号和8个输出控制信号。通过该电缆各站的传感器和输出控制器可得到24V电压。3.各站都可通过一块控制面板来控制PLC使各站按要求进行事情，一个控制面板上有5个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。各开关的控制功效界说如表3-1所示。表3-1开关的控制功效序号项目说明序号项目说明1.带灯按钮，绿色开始5.两位旋钮，玄色单站/联网2.带灯按钮，黄色复位6.按钮，赤色停止3.按钮，黄色调试按钮7.带灯按钮，绿色上电4.两位旋钮，玄色手动/自动8.急停按钮，赤色急

28、停3.事情历程图3-1给出了系统中工件从一站到另一站的物流通报历程：上料检测站将大工件按顺序排好后提升送出。搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站。加工站将大工件加工后送出工位。搬运分拣站是将加工好的工件搬运同时分拣次品和正品。传送站是将工件传送到下一站。安装搬运站将大工件搬至安装工位放下。安装站再将对应的小工件装入大工件中。尔后，安装搬运站再将安装好的工件送分类站，分类站再将工件送入相应的料仓。图3-1系统事情流程图3.2 产业自动生产线单站功效及系统步伐设计一、上料查抄站1、上料检测站设计实现的功效下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁下复位按钮，复位灯灭，气缸下降，开始等闪烁 下开始按钮，电机转

29、，送物料 料至升降台，触动货台光电传感器，气缸通电上升，直至触动传感器的气缸上眼，升降台停 物料被运走，气缸失电下降到下限位停止 降台下限位传感器在10S后没有检测到物体，报警灯亮，报警鸣声 下急停按钮，系统停止，再次从1步调开始2、上料查抄站设计的系统步伐如图3-2所示。图3-2上料查抄站设计的系统步伐3、上料查抄站系统硬件接线图如图3-3所示。图3-3上料查抄站系统硬件接线图二、工件搬运站1、工件搬运站设计实现的功效按下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁（f=1s）。 按下复位按钮，机器手放松，上升臂缩回，机器手左旋，开始灯闪烁，复位灯灭。 按下开始按钮，调试按钮，手臂出，机器手下降，夹紧物体

30、，手臂上升再缩回，手臂右旋。 手臂伸出，下降，机器手放松，再上升，手臂缩回，再左旋。2、工件搬运站设计的系统步伐如图3-4所示。图3-4工件搬运站设计的系统步伐3、工件搬运站系统硬件接线如图3-5所示。图3-5工件搬运站系统硬件接线三、工件加工站1、工件加工站设计实现的功效下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁（f=1s） 下复位按钮，事情台旋转电机旋转，旋转到位（帮助加工，模拟加工台和加工推台回到初始位置）开始灯闪烁（f=1s） 下开始按钮，传感器检测到工件，旋转台旋转，旋转到位后，模拟加工台，帮助加工台，加工推动台的电磁阀行动，Q0.2、 Q0.3、Q0.4灯亮，模拟加工台，帮助加工台下降到下限

31、位，加工推动台前移到前限位后停止，钻头旋转电机行动开始加工工件，即Q0.1亮，加工好后( 几秒后)，模拟加工台，加工推动器，后移到后限位下急停按钮，系统停止，再次上电以1步调，开始运行。2、工件加工站设计的系统步伐如图3-6所示。图3-6工件加工站设计的系统步伐3、工件加工站系统硬件接线如图3-7所示。图3-7工件加工站系统硬件接线四、搬运分拣站1、搬运分拣站设计实现的功效下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁（f=1s）下复位按钮，复位灯灭，开始灯闪烁 下开始按钮，机器手下降，夹紧物体，机器手上升a 如果物品是正品，则气夹右移到右限位下降，气夹张开，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，则机器手右移到中间限位然后下降，气夹张开，物品掉下，然后气夹上升，上升到位后右移到位，气缸把次品推出到次品筐2、搬运分拣站设计的系统步伐如图3-8所示。 图3-8搬运分拣站设计的系统步伐图3-8搬运分拣站设计的系统步伐3、搬运分拣站系统硬件接线如图3-9所示。图3-9搬运分拣站系统硬件接线五、运输传送