柔性制造生产线系统设计.docx
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柔性制造生产线系统设计
柔性制造生产线系统设计
LT
专业综合设计说明书
题目：
柔性制造生产线系统设计
专业班级：
11自动化
姓名：
学号：
指导教师：
陈佩军
成绩：
_________________________
起止日期：
2021.5-2021.6
黄山学院机电工程学院
专业综合设计说明书
一、专业综合设计的目的
本设计是学生第一次进行的综合性专业训练，是自动化专业的一个重要教学环节，其设计目的是进一步稳固和加深对所学理论知识的理解，培养学生独立分析和解决工程实际问题的能力，使学生对自控设计有较完整的概念，培养学生综合运用所学的控制理论、仪表、控制工程等知识进行工程设计的能力，进一步提高设计计算、制图、视图、编写技术文件，查阅参考文献与资料、仪表类型选择的能力。
柔性制造系统是先进工业自动化及制造的根本局部，内容包括物料供应、分拣、加工、检测、无线通讯、图象处理、生产监控与管理、物流系统与立体仓库等主要模块，其中涉及流程设计、原理图和接线图绘画，器件选型、PLC编程、生产管理等自动化相关的课程。
本次设计以“柔性制造系统实验室〔4308〕为平台〞，通过该课程设计，使学生获得工程设计的锻炼：
1．培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；
2．培养学生的团队协作精神、创新意识、严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风；
3．掌握CAD制图绘图和电路的连线；
4．掌握PLC程序和组态软件的开发设计；
5.形成工业流水线自动控制系统的概念；
二、子系统题目及其任务分配：
整个柔性制造流水线分为七个工段，分别为成品分拣单元，成品检测单元，顶销装配单元，工件下料单元，加盖装配单元，立体仓储单元，喷涂烘干单元。
专业综合设计的子系统题目以这些单元为平台进行，分别为
1〕柔性生产线系统中成品分拣单元的结构和功能设计；
2〕柔性生产线系统中成品检测单元的结构和功能设计；
3〕柔性生产线系统中顶销装配单元的结构和功能设计；
4〕柔性生产线系统中工件下料单元的结构和功能设计；
5〕柔性生产线系统中加盖装配单元的结构和功能设计；
6〕柔性生产线系统中立体仓储单元的结构和功能设计；
7〕柔性生产线系统中喷涂烘干单元的结构和功能设计。
任务分配；
以专业为单位分成2个大组，每大组包含7个小组，每个8-9人。
每个小组选出设计负责人；小组成员要独立完成所有的设计任务，在设计过程中可以进行讨论，但不能抄袭。
如果发现抄袭，该小组所有成员成绩都将不合格。
负责人的职责：
每周汇报设计进度，遇到设计困难联系指导教师。
人员分配情况见?
人员分配表?
。
三．设计的任务
每个子题目都分解成两个主要任务：
硬件电路设备分析，软件程序设计；
1）硬件电路设备设计
在理解每个单元工艺流程的根底上，熟悉该工段中所用到设备，包括PLC、电动机、传感器、变频器等，掌握每个设备工作原理和接线方式，理解这些设备之间的链接关系，形成一个控制回路的概念。
2）软件程序设计
在形成控制回路概念后，通过编写和调试PLC梯形图程序，完成工艺流程中所具备的根本功能，PLC程序要简洁，具有可读性和可操作性，实现设备之间从链接关系到控制关系的转变，为控制系统的建立打下根底；在形成控制关系后，通过编写和调试组态程序，完成工艺流程的上位机控制界面相关功能，组态界面要简洁，功能要完善，也具有可读性和可操作性，最终形成一个完整的上位机控制下位机的工业控制系统。
四、设计的主要内容
1〕设计的主要内容：
a、掌握每个单元的结构组成和作用，绘制工艺流程图；
b、熟悉单元中的PLC，传感器，继电器和电动机，绘制电路接线图和电气原理图；
c、编写PLC程序并调试功能；
d、编写上位机组态控制系统并调试功能。
2〕设计报告内容
设计报告内容分为四个局部
第一局部：
分析出每个单元的结构和功能，需要给出工艺流程图；
第二局部：
绘制出每个单元对应的电气原理图和设备接线图〔PLC、电动机、继电器、传感器、空气泵、开关按钮、指示灯〕，解释每个设备的作用并选型；
第三局部：
讲解PLC梯形图程序的设计思路和控制方案，讲解上位机组态界面的设计方法，包括IO点分配，组态目标PLC配置，显示动画效果等等，同时把PLC程序和组态程序打包放在电子版的附件中。
第四局部：
设计人员的心得体会，设计过程中所遇到的难点，以及如何克服难点。
3〕辩论
每个设计人员将设计的主要内容和所遇到的主要问题进行总结和归纳，制作成PPT进行辩论。
辩论时间为5分钟。
辩论期间评分教师可以对设计内容进行提问，辩论者需要准确快速的答复下列问题。
五．设计教室及进度安排
设计教室为综合实验楼机房4305，现场测试线路和程序调试要到4308实验室进行。
设计时间共3周〔2021.5～2021.6〕,周安排如下表：
周安排
设计主要内容
第一周
熟悉和掌握工艺流程原理，现场测试线路。
工艺流程由指导教师讲解，小组成员要认真听讲。
现场测试时，每个小组将分配一块万用表，测试期间要做好每个设备节点的记录。
第二周
器件的选型，原理图和接线图的绘制。
在完成测试后，获得设备相关信息，并进行选型；同时绘制接线图和原理图，并验证所绘图形的正确性。
包括控制电路和电源电路。
第三周
PLC程序编写和调试，上位机组态控制系统编写和调试。
编写程序时，要注意逻辑性和简洁性，并做好注释；调试阶段，小组成员自带笔记本电脑和连接线。
撰写设计报告，完成设计辩论。
根据设计任务中关于设计报告的要求进行撰写。
六．评分标准
考核方法：
考勤成绩30%+报告成绩40%+功能实现20%+辩论成绩10%
其中，考勤缺少3次者，该课程将不合格。
报告抄袭者，该课程不合格。
专业综合设计说明书..........................................................I
摘要........................................................................1
第一章子系统的工艺流程概述.................................................2
第二章硬件设计.............................................................3
2.1控制系统的原理〔附加电气原理图〕..................................3
2.2硬件选型..........................................................5
2.3I/O分配...........................................................6
2.4设备接线图〔附加接线图〕...........................................7
2.5小结...............................................................7
第三章软件设计.............................................................8
3.1PLC程序的设计〔附加程序流程图〕..................................8
3.2PLC程序的调试.....................................................8
3.3上位机组态控制系统的设计〔附加程序流程图〕.......................14
3.4上位机系统的调试..................................................14
3.5小结..............................................................16
第四章心得体会.............................................................16
4.1结论..............................................................16
4.2结束语.............................................................16
摘要
PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。
PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点,因此在工业上的应用越来越广泛。
本文主要讲述PLC在材料检测系统中的应用，利用可编程控制器PLC,设计本钱低、效率高的材料自动分拣装置。
以PLC为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动检测。
系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。
关键词：
可编程控制器，检测装置，控制系统，传感器
ABSTRACT
PLCcontrolisthemostcommonlyusedindustrialautomationcontrolmethod,becauseofitsconvenientcontroltowithstandanadverseenvironment,itisbetterthanMCUcontrolintheindustrial.PLCtraditionalrelaycontroltechnology,computerandcommunicationtechnologiesareintegratedspecificallyforindustrialcontrolanddesign,havestrongfunction,commonflexible,highreliabilityandenvironmentaladaptability,andprogrammingsimple,easytouseandsmallsize,lightweight,aseriesoflow-poweradvantagesinindustrialapplicationsbecomemoreextensive.ThispaperfocusesonthePLCinthecannedbeverageproduction,Thedesignofanautomaticdetectiondevicewithlowcostandhighefficiencyispresentedinthepaper,whichregardsprogrammablelogiccontrollerPLCasthemastercontrollerandcombinespneumaticdevice,sensingtechnology,positioncontrolandothertechnologytoimplementautomaticdetectionoftheproductslive.Thedeviceischaracteristicofhighautomation,steadyrunning,highprecisionandeasycontrol,whichcanfulfilltherequirementaccordingtodifferentsituationswithlittlemodifications.
Keywords：
programmablelogiccontroller，detectiondevice，controlsystem，sensors
第一章子系统的工艺流程概述
柔性生产线系统包括工件下料、顶销装配、加盖装配、喷涂烘干、成品检测、成品分拣、立体仓库。
本设计为柔性生产线系统其中的检测单元，本站点位于柔性生产线实验系统成品分拣单元之前，用于检测工件是否合格，包括颜色检测、加盖情况检测、顶销情况检测三方面。
本站作为DP从站之一，以一个S7-200PLC作为控制核心，通过ProfiBus-DP总线向总控平台主站SIEMENSS7-300PLC传送工件检测信息。
本站点共有手动、自动两种工作方式。
在手动模式下，可通过控制面板上各按钮完本钱站的启动、停止、急停、复位等操作；自带的S7-200PLC独立对本站进行控制，完成工件的传输及工件合格性的检测。
在自动模式下，柔性生产线实验系统中所有从站同时工作，所有站的启/停等动作由主站协调控制，本站根据工件检测情况通过ProfiBus-DP总线向主站传送数据，为主站协调它站动作提供必要的信息。
本站点为光机电一体化设备，系统集成了可靠的传感、控制、通信、动力输送、组合机械、平安防护器件，提供对传感器应用、PLC控制系统设计、工业以太网通信、电机拖动、机械设计与分析等方面的实训内容。
第二章硬件设计
2.1控制系统的原理〔附加电气原理图〕
2.1.1颜色传感器检测原理
颜色传感器常用于检测特定色标或物体上的斑点，它是通过与非色标区相比拟来实现色标检测，而不是直接测量颜色。
颜色传感器实际是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而接收器与物体成锐角方向安装，让它只检测来自目标物体的散射光，从而防止传感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。
通过调节色标传感器上的灵敏度旋钮，本设计分别对两种颜色〔分别为白色和蓝色〕的工件进行设定与检测，以及是否放行。
原位状态：
工件颜色检测位无工件，颜色传感器处于正常工作状态；电磁铁不得电。
在原位状态下，按下【启动】按钮，直流电机启动运行，传送带也随之运行，将带有工件的托盘送至颜色传感器检测位。
当检测的料体为白色时，电磁铁得电伸出，3秒后电磁铁失电，工件放行；当检测到的是蓝色时，传送带电动机停止，2秒后传送带电动机重新启动运行，工件放行。
按下【停止】按钮，完成一个检测周期后〔颜色传感器没有检测到信号，电磁铁放行完成〕传送带电动机才停止。
按下【急停】按钮，无论工作处于何种状态，传送带电动机都马上停止运行。
按下【复位】按钮，系统可重新启动〔急停按钮先复位〕。
2.1.2电容、电感传感器检测
电感式传感器是由LC振荡器、开关电路及放大输出电路三大局部组成。
振荡器产生一个交变磁场，当外界金属性导电物体接近这一磁场，并到达感应区时，在金属物体内产生涡流，从而导致振荡衰减，以致停振。
振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信号，触发驱动控制器件，从而到达非接触式之检测目的。
电容传感器是根据电容量与极板距离成反比的原理，将一定面积的探头作为电容器的一极板，被检测物体〔视作为接地〕作为电容器的另一极板，当物体接近时，电容量就会逐步增大，离去时电容量减小。
在电路实现中，把探测电容器作为振荡回路的谐振电容，当电容变化〔物体接近或者远离时〕，振荡回路的振荡频率就会发生变化，只要检测这个振荡频率，就可以判断物体的距离。
电容式接近开关也属于一种具有开关量输出的电容传感器，其检测物体既可以是金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。
本设计中电容传感器用于检测销钉非金属端，电感传感器用于检测销钉金属端。
原位状态：
工件销钉检测位无销钉，传感器处于正常工作状态；电磁铁不得电。
在原位状态下按下【启动】按钮，直流电机启动运行，转送带也随之运行，将装有销钉的工件放入托盘放在传送带上。
当托盘检测传感器检测到托盘底部的金属条后，电磁铁马上得电伸出阻止工件通行，工件处于销钉检测位。
4秒钟后，假设两只传感器同时检测到信号后，电磁铁马上失电，工件放行；假设电容传感器检测到销钉塑料端，而电感传感器无信号时，传送带电动机停止，3秒后传送带电动机重新启动运行，电磁铁失电，工件放行；假设电容传感器与电感传感器无信号时，传送带电动机停止，电磁铁吸合，工件禁止通行。
按下【停止】按钮，直流电机停转，电磁铁失电。
2.1.3对射式光电传感器检测
对射式光电传感器的光发射器和光接收器处于相对位置，面对面安装。
如果没有被检测物体通过传感器光路，光路畅通，光发射器发出的光线直接进入接收器。
假设有物体通过光路，发射器和接收器之间的光线被阻断，引起传感器输出信号的变化。
因此对射式光电传感器是检测不透明物体最可靠的检测模式。
本设计中采用对射式光电传感器，用于检测工件是否加盖。
原位状态：
工件销钉检测位无销钉，对射式光电传感器处于正常工作状态，电磁铁不得电。
在原位状态下，按下【启动】按钮，直流电机启动运行，转送带也随之运行，将已加盖的工件放入托盘，送至加盖检测位。
当托盘传感器检测到信号后，电磁铁马上得电阻止托盘通行；当对射式传感器检测到信号后直流电机停止运行，3秒后电磁铁断电复位工件放行，一个周期完成。
按下【停止】按钮，直流电机停止，电磁铁失电。
2.2硬件选型
序号
仪器名称
型号
生产厂家
价格〔RMB〕
1
颜色传感器
DSS-3
博荣威光电
1410
2
电容、电感传感器
LG25-SQ48-3F
南京施科传感器有限责任公司
1320
3
对射式光电传感器
GH5-W2-3E1-A
南京施科传感器有限责任公司
1300
4
托盘到位传感器
FHCK07N6901
堡盟Baumer
1735
5
接插模块
6
继电器
7
电机
2.3I/O分配
序号
输入名称
输入点
1
启动
I0.0
2
停止
I0.1
3
复位
I0.2
4
急停
I0.3
5
手自动
I0.4
6
托盘到位
I0.5
7
转角检测托盘
I0.6
8
金属头检测
I0.7
9
塑料头检测
I1.0
10
检测颜色内
I1.1
11
检测颜色外
I1.2
12
检测盖子
I1.3
13
转角气缸伸出到位
I1.4
14
转角气缸缩回到位
I1.5
15
主站控制信号
VB0
16
传送带电机
Q0.0
17
转角圆带传送带
Q0.1
18
转角电机正转
Q0.2
19
转角电机反转
Q0.3
20
转角气缸
Q0.4
21
挡料电磁铁
Q0.5
2.4设备接线图〔附加接线图〕
2.5小结
对于硬件设计的局部，首先得充分了解各方的设计需求，确定适宜的解决方案，然后根据工程需要确定仪器型号等。
对于一项工程来说，仪器的费用是投资的主要的局部，所以选择适宜的仪器是节约本钱的主要手段。
然后还需要确定内存大小，内部结构，对外接口和调试接口的数量及类型等等细节。
完成以上的工作，就可以确定I/O端口的分配，并进行调试，最终确定硬件的总体设计。
第三章软件设计
3.1PLC程序的设计〔附加程序流程图〕
3.2PLC程序的调试
3.3上位机组态控制系统的设计〔附加程序流程图〕
3.4上位机系统的调试
if（总电源==1）
{
if（启动==1）
{
if（时间轴>=0&&时间轴<=26）
{
if（时间轴>=0&&时间轴<8）/*①起始阶段，传送带开始工作，物料移动挡板未升起*/
{
时间轴=时间轴+1;
传送带=1;
闪烁=0;
测试1=测试1+51;
测试2=测试2+0;
}
if（时间轴>=8&&时间轴<10）/*②检测器检测到物料的到来，物料继续移动，挡板开始升起*/
{
时间轴=时间轴+1;
传送带=1;
闪烁=0;
测试1=测试1+51;
测试2=测试2+187;
}
if（时间轴>=10&&时间轴<16）/*③停止检测阶段，传送带停止，物料被挡板挡住*/
{
时间轴=时间轴+1;
传送带=0;
闪烁=1;
测试1=测试1+0;
测试2=测试2+0;
}
if（时间轴>=16&&时间轴<18）/*④检测结束阶段，挡板放下，期间物料不能移动*/
{
时间轴=时间轴+1;
传送带=0;
闪烁=0;
测试1=测试1+0;
测试2=测试2-187;
}
if（时间轴>=18&&时间轴<26）/*⑤起始阶段，传送带开始工作，物料移动挡板未升起*/
{
时间轴=时间轴+1;
传送带=1;
闪烁=0;
测试1=测试1+51;
测试2=测试2+0;
}
if（时间轴==26）/*⑤起始阶段，传送带开始工作，物料移动挡板未升起*/
{
时间轴=时间轴;
传送带=0;
闪烁=0;
测试1=测试1+0;
测试2=测试2+0;
}
}
}
}
if（总电源==0）
{
传送带=0;
闪烁=0;
启动=0;
测试1=测试1;
测试2=测试2;
}
3.5小结
软件设计是此设计中不可缺少的一局部，是整个系统得以运行的重要保证，在初步设计的程序根底上，需要就行大量的调试与修改，以保证整个系统能够正确的运行。
在经过认真的调试修改后，系统实际运行符合要求，而且上位机组态控制系统也能实际反映出系统的运行状态。
第四章心得体会
4.1结论
通过这次柔性生产线系统中成品检测单元的结构和功能设计，进一步稳固和加深对所学理论知识的理解，培养了我们独立分析和解决工程实际问题的能力，对自控设计有较完整的概念，使综合运用所学的控制理论、仪表、控制工程等知识进行工程设计的能力得到提升，以及进一步提高设计计算、制图、视图、编写技术文件，查阅参考文献与资料、仪表类型选择的能力。
4.2结束语
通过这次设计，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的典范。
同时，通过这次课程设计也发现了自身存在的缺乏之处，感觉理论在运用到实践的过程中有许多困难，通过我们大家一起齐心协力，从平时做的实验﹑老师上课的举例﹑书本上的知识以及老师的辅导和其他同学的帮助下一一解决。
在利用CAD绘制工程图的时候，对工程制图的绘制以及功能有了进一步的了解。
在硬件选型中，在网上查找各种型号丰富了我们的知识面。
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