基于.PLC的自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計說明書

/畢業(yè)論文基于PLC的自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計系部電氣工程系專業(yè)機(jī)電一體化班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師2010～2011學(xué)年第一學(xué)期摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.人類社會對產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高.產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短.產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高.傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)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(chǎn)方式中.柔性和生產(chǎn)率是相互矛盾的。眾所周知.只有品種單一、批量大、設(shè)備專用、工藝穩(wěn)定、效率高.才能構(gòu)成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益；反之.多品種、小批量生產(chǎn).設(shè)備的專用性低.在加工形式相似的情況下.頻繁的調(diào)整工夾具.工藝穩(wěn)定難度增大.生產(chǎn)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(chǎn)效率.使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下.縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期.降低產(chǎn)品成本.最終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡.柔性自動化系統(tǒng)便應(yīng)運而生。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置；充分利用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計.配置靈活、組態(tài)方便。本論文主要是模擬工業(yè)自動生產(chǎn)線通信系統(tǒng)實現(xiàn)以下各站功能。然后利用Profibus總線進(jìn)行八站通信連接使之成為一條自動生產(chǎn)線控制模擬系統(tǒng)。關(guān)鍵字：PLC、自動生產(chǎn)線、Profibus通信目錄第一章緒論11.1自動化生產(chǎn)線的介紹及發(fā)展11.2工業(yè)自動化生產(chǎn)線體系結(jié)構(gòu)4第二章可編程控制器52.1可編程控制器的定義52.2可編程控制器的發(fā)展概況52.3可編程控制器的基本組成及特點6第三章自動生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)73.1工業(yè)自動生產(chǎn)線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)73.2工業(yè)自動生產(chǎn)線單站功能及系統(tǒng)程序設(shè)計93.3工業(yè)自動生產(chǎn)線通信系統(tǒng)設(shè)計20第四章論文總結(jié)22參考文獻(xiàn)23致謝24第一章緒論1.1自動化生產(chǎn)線的介紹及發(fā)展1、自動化生產(chǎn)線介紹自動化生產(chǎn)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(chǎn)速度〔節(jié)拍完成工藝作業(yè)的連續(xù)的重復(fù)的生產(chǎn)過程。產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線.即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場開始.經(jīng)過加工、運送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)活動所構(gòu)成的路線。自動化生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的.完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式.即按產(chǎn)品專業(yè)化原則.配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品〔零、部件所需要的各種設(shè)備和各工種的工人.負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品〔零、部件的全部制造工作.對相同的勞動對象進(jìn)行不同工藝的加工。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展.人類社會對產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高.產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短.產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高.傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)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(chǎn)方式中.柔性和生產(chǎn)率是相互矛盾的。眾所周知.只有品種單一、批量大、設(shè)備專用、工藝穩(wěn)定、效率高.才能構(gòu)成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益；反之.多品種、小批量生產(chǎn).設(shè)備的專用性低.在加工形式相似的情況下.頻繁的調(diào)整工夾具.工藝穩(wěn)定難度增大.生產(chǎn)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(chǎn)效率.使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下.縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期.降低產(chǎn)品成本.最終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡.柔性自動化系統(tǒng)便應(yīng)運而生。2、自動化生產(chǎn)線的基本構(gòu)成〔1自動加工系統(tǒng)自動加工系統(tǒng).指以成組技術(shù)為基礎(chǔ).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(shù)臺數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床等設(shè)備上加工的系統(tǒng)?！?物流系統(tǒng)物流系統(tǒng).指由多種運輸裝置構(gòu)成.如傳送帶、軌道、轉(zhuǎn)盤以及機(jī)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(chǎn)線的主要組成部分?！?信息系統(tǒng)信息系統(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(jī)或其他控制裝置<液壓、氣壓裝置等>.對機(jī)床或運輸設(shè)備實行分級控制的系統(tǒng)?！?軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng).指保證柔性生產(chǎn)線用電子計算機(jī)進(jìn)行有效管理的必不可少的組成部分。它包括設(shè)計、規(guī)劃、生產(chǎn)控制和系統(tǒng)監(jiān)督等軟件。柔性生產(chǎn)線適合于年產(chǎn)量1000～100,000件之間的中小批量生產(chǎn)。3、柔性自動化生產(chǎn)線的優(yōu)點柔性生產(chǎn)線是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動化的系統(tǒng).它將微電子學(xué)、計算機(jī)和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來.理想和圓滿地解決了機(jī)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(shè)備利用率高。一組機(jī)床編入柔性生產(chǎn)線后.產(chǎn)量比這組機(jī)床在分散單機(jī)作業(yè)時的產(chǎn)量提高數(shù)倍。第二.在制品減少80%左右。第三.生產(chǎn)能力相對穩(wěn)定。自動加工系統(tǒng)由一臺或多臺機(jī)床組成.發(fā)生故障時.有降級運轉(zhuǎn)的能力.物料傳送系統(tǒng)也有自行繞過故障機(jī)床的能力。第四.產(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)線的檢驗、裝卡和維護(hù)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(chǎn)。在理想的柔性生產(chǎn)線中.其監(jiān)控系統(tǒng)還能處理諸如刀具的磨損調(diào)換、物流的堵塞疏通等運行過程中不可預(yù)料的問題。第六.產(chǎn)品應(yīng)變能力大。刀具、夾具及物料運輸裝置具有可調(diào)性.且系統(tǒng)平面布置合理.便于增減設(shè)備.滿足市場需要。4、自動化生產(chǎn)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(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。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(shù)字伺服系統(tǒng).同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施.機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。<2>柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性.數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計.功能覆蓋面大.可裁剪性強(qiáng).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(jù)不同生產(chǎn)流程的要求.使物料流和信息流自動進(jìn)行動態(tài)調(diào)整.從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。<3>工藝復(fù)合性和多軸化.以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工.正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后.通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施.完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸.西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)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(diào)度任務(wù).以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實現(xiàn)人類的各種智能行為。技術(shù)發(fā)展到今天.實時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合.人工智能正向著具有實時響應(yīng)的、更現(xiàn)實的領(lǐng)域發(fā)展.而實時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的發(fā)展.由此產(chǎn)生了實時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域.實時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、控制、前饋控制等。例如在數(shù)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(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng).在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)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(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高.從而達(dá)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(shù)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.用戶界面成為計算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)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(jìn)行操作.便于藍(lán)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(xiàn)。<2>可視化.科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù).使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá).而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合.進(jìn)一步拓寬了領(lǐng)域.如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等.這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域.可視化技術(shù)可用于CAD/CAM.如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)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(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化.多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)<非均勻有理B樣條插補(bǔ)>、樣條插補(bǔ)<A、B、C樣條>、多項式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?lt;4>內(nèi)裝高性能PLC.數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)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(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗?用戶可在標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序基礎(chǔ)上進(jìn)行編輯修改.從而方便地建立自己的應(yīng)用程序。<5>多媒體技術(shù)應(yīng)用.多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體.使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域.應(yīng)用多媒體技術(shù)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(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。1.2工業(yè)自動化生產(chǎn)線體系結(jié)構(gòu)1、集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片.可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù).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(xiàn)超大尺寸顯示.成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù).是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù).將半導(dǎo)體和表面安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格.改進(jìn)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(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求.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(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品.通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減.構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。3、無人化機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng).可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、運行.不同機(jī)床的畫面可同時顯示在每一臺機(jī)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(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結(jié)構(gòu).便于裁剪、擴(kuò)展和升級.可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)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(xiàn)加工過程的多目標(biāo)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(diào)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(jī)實時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體.構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系.從而實現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。第二章可編程控制器2.1可編程控制器的定義PLC即可編程控制器〔ProgrammablelogicController.是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會〔InternationalElectricalCommittee頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用而設(shè)計的數(shù)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(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令.并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出.控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體.易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制控制器是"數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)".是一種計算機(jī)。它是"專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計"的工業(yè)計算機(jī).是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機(jī).除了能完成各種各樣的控制功能外.還有與其他計算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。這種工業(yè)計算機(jī)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(shù)和算術(shù)操作.它還具有"數(shù)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(lián)成一體".易于"擴(kuò)充"?？删幊炭刂破髂苤苯討?yīng)用于工業(yè)環(huán)境.它需具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。2.2可編程控制器的發(fā)展概況隨著計算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展.可編程控制器的應(yīng)用已廣泛普及.成為自動化技術(shù)的重要組成部分?？删幊炭刂破髯钕瘸霈F(xiàn)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(yīng)具備以下十大條件：編程簡單.可在現(xiàn)場修改程序。維護(hù)方便.最好是插件式?？煽啃愿哂诶^電器控制柜。體積小于繼電器控制柜?？蓪?shù)據(jù)直接送入管理計算機(jī)。在成本上可與繼電器控制柜競爭。輸入可以是交流115V〔即用美國的電網(wǎng)電壓。輸出為交流115V、2A以上.能直接驅(qū)動電磁閥。在擴(kuò)展時.原有系統(tǒng)只需要很小的變更。用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4KB。1969年.美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC研制出了世界上第一臺可編程序控制器.并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上.當(dāng)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(shù)等順序控制功能。特別是進(jìn)入20世紀(jì)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(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。PLC是微機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物.其基本設(shè)計思想是把計算機(jī)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(jié)合起來。2.3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(shè)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(qiáng)PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù).采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造.內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù).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(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。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(xué)易懂?？刂旗`活.程序可變.具有很好的柔性。產(chǎn)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(jìn)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(yīng)工藝條件的變化.具有很好的柔性。4．功能強(qiáng).擴(kuò)充方便.性價比高。有很強(qiáng)的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能.可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。擴(kuò)充非常方便。5．系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小.維護(hù)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(shè)備外部的接線.使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短.同時維護(hù)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(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm.重量小于150g.功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部.是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。第三章自動生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)3.1工業(yè)自動生產(chǎn)線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工業(yè)自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)系統(tǒng).是為高職學(xué)院學(xué)生提高動手能力和實踐技能而設(shè)計的一套實用性實訓(xùn)設(shè)備。該裝置由八套各自獨立而又緊密相連的工作站和一套監(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(xùn)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(xùn)可以容納較多的學(xué)員同時學(xué)習(xí)。在基本單元模塊培訓(xùn)完成以后.通過組建PLC網(wǎng)絡(luò).又可以將相鄰的兩站、三站……直至八站連在一起.學(xué)習(xí)復(fù)雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調(diào)試技術(shù)。該系統(tǒng)囊括了機(jī)電一體化等專業(yè)學(xué)習(xí)中所涉及的諸如電機(jī)驅(qū)動、氣動、PLC〔可編程控制器、傳感器等多種技術(shù).給學(xué)生提供了一個典型的綜合操作平臺.使學(xué)生將學(xué)過的各門專業(yè)知識在這里得到全面認(rèn)識、綜合訓(xùn)練和相互提升。1.系統(tǒng)個硬件結(jié)構(gòu)〔1上料檢測站由料斗、回轉(zhuǎn)臺、工件滑道、提升裝置、檢測工件和顏色的光電開關(guān)、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、直流減速電機(jī)、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?！?搬運站由機(jī)械手、氣爪、回轉(zhuǎn)臺、電感式傳感器、開關(guān)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?！?加工站由回轉(zhuǎn)工作臺、打孔電機(jī)組件、檢測缸組件、檢測工件轉(zhuǎn)臺到位傳感器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、直流減速電機(jī)、多種類型電磁閥及SMC氣缸組成.主要完成用回轉(zhuǎn)工作臺將工件在四個工位間轉(zhuǎn)換.鉆孔單元打孔.檢測打孔深度?！?搬運分揀站由機(jī)械手、氣爪、電感式傳感器、開關(guān)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(jī)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?！?傳送站由交流電動機(jī)、變頻器、傳送帶、電感式傳感器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、.主要完成當(dāng)分揀站將合格物料送至傳送站傳送帶上.此時光電傳感器B1檢測到信號.PLC驅(qū)動變頻器.使電機(jī)轉(zhuǎn)動.運送物料；當(dāng)物料到達(dá)指定位置時.此時光電傳感器B2檢測到信號.PLC驅(qū)動變頻器.使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動?！?安裝站由吸盤機(jī)械手、上下?lián)u臂部件、料倉換位部件、工件推出部件、真空發(fā)生器、開關(guān)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(zhuǎn)工作臺、塔吊臂、機(jī)械手、氣爪、開關(guān)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(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、直流減速電機(jī)、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(shù)1.該柔性自動化生產(chǎn)線實訓(xùn)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(xué)習(xí).以保證初學(xué)者容易入門和足夠的學(xué)習(xí)工位.而將各站聯(lián)在一起集成為系統(tǒng)后.能為學(xué)員提供一個學(xué)習(xí)復(fù)雜和大型控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)平臺.該系統(tǒng)可用不同廠商所提供的控制器進(jìn)行控制。2.各站與PLC之間由一個標(biāo)準(zhǔn)電纜進(jìn)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。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(jìn)行工作.一個控制面板上有5個按鈕開關(guān).二個選擇開關(guān)和一個急停開關(guān)。各開關(guān)的控制功能定義如表3-1所示。表3-1開關(guān)的控制功能序號項目說明序號項目說明1.帶燈按鈕.綠色開始5.兩位旋鈕.黑色單站/聯(lián)網(wǎng)2.帶燈按鈕.黃色復(fù)位6.按鈕.紅色停止3.按鈕.黃色調(diào)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(yīng)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(yīng)的料倉。圖3-1系統(tǒng)工作流程圖3.2工業(yè)自動生產(chǎn)線單站功能及系統(tǒng)程序設(shè)計一、上料檢查站1、上料檢測站設(shè)計實現(xiàn)的功能①下上電按鈕.上電燈亮.復(fù)位燈閃爍②下復(fù)位按鈕.復(fù)位燈滅.氣缸下降.開始等閃爍③下開始按鈕.電機(jī)轉(zhuǎn).送物料④料至升降臺.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⑤物料被運走.氣缸失電下降到下限位停止⑥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⑦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(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-2所示。圖3-2上料檢查站設(shè)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。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(shè)計實現(xiàn)的功能①按下上電按鈕.上電燈亮.復(fù)位燈閃爍〔f=1s。②按下復(fù)位按鈕.機(jī)械手放松.上升臂縮回.機(jī)械手左旋.開始燈閃爍.復(fù)位燈滅。③按下開始按鈕.調(diào)試按鈕.手臂出.機(jī)械手下降.夾緊物體.手臂上升再縮回.手臂右旋。④手臂伸出.下降.機(jī)械手放松.再上升.手臂縮回.再左旋。2、工件搬運站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-4所示。圖3-4工件搬運站設(shè)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(shè)計實現(xiàn)的功能①下上電按鈕.上電燈亮.復(fù)位燈閃爍〔f=1s②下復(fù)位按鈕.工作臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn).旋轉(zhuǎn)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=1s③下開始按鈕.傳感器檢測到工件.旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn).旋轉(zhuǎn)到位后.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(zhuǎn)電機(jī)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④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(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-6所示。圖3-6工件加工站設(shè)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。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(shè)計實現(xiàn)的功能①下上電按鈕.上電燈亮.復(fù)位燈閃爍〔f=1s②下復(fù)位按鈕.復(fù)位燈滅.開始燈閃爍③下開始按鈕.機(jī)械手下降.夾緊物體.機(jī)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(jī)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2、搬運分揀站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-8所示。圖3-8搬運分揀站設(shè)計的系統(tǒng)程序圖3-8搬運分揀站設(shè)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。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(shè)計實現(xiàn)的功能按下上電按扭.復(fù)位燈閃爍.按下復(fù)位按扭.復(fù)位動作.開始燈閃爍.按下開始按鈕.電機(jī)正轉(zhuǎn).電機(jī)停止〔循環(huán)往復(fù)動作.出現(xiàn)故障.應(yīng)按下急停按鈕.使PLC停止工作2、運輸傳送站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-10所示。圖3-10運輸傳送站設(shè)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。圖3-11運輸傳送站系統(tǒng)硬件接線六、安裝站1、安裝站設(shè)計實現(xiàn)的功能①下上電按鈕.上電成功.復(fù)位燈閃爍.按下復(fù)位按鈕.執(zhí)行復(fù)位動作.使手臂上升到位.并回到初始位置。②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(zhuǎn)到中間位置再下降.手臂回到左限位.并完成各汽缸的動作過程2、安裝站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-12所示。圖3-12安裝站設(shè)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)硬件接線七、安裝搬運站1、安裝搬運站設(shè)計實現(xiàn)的功能按下上電按鈕.復(fù)位燈閃爍.按下復(fù)位按鈕.復(fù)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(wǎng)聯(lián)2、安裝搬運站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-14所示。圖3-14安裝搬運站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、搬運安裝站系統(tǒng)硬件接線如圖3-15所示。圖3-15搬運安裝站系統(tǒng)硬件接線八、分類站1、分類站設(shè)計實現(xiàn)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(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-16所示。圖3-16分類站設(shè)計的系統(tǒng)程序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3.3工業(yè)自動生產(chǎn)線通信系統(tǒng)設(shè)計Profibus-DP〔DecentralizedPeriphery,分布式外圍設(shè)備.在Profibus現(xiàn)場總線中.Profibus-DP的應(yīng)用最廣。Profibus-DP協(xié)議主要用于PLC與分布式I/O和現(xiàn)場設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸。典型的DP配置是單主站結(jié)構(gòu).也可以是多主站結(jié)構(gòu)。Profibus-DP使用第一層、第二層和用戶接口層.這種精簡的結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸。它的基本功能如下：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?？梢圆捎命c對點用戶數(shù)據(jù)通信、廣播〔控制指令方式和循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)通信。DP-V0可以實現(xiàn)中央控制器〔PLC,PC或過程控制系統(tǒng)與分布式現(xiàn)場設(shè)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(shù)據(jù)交換.主站發(fā)出請求報文.從站收到后返回響應(yīng)報文。這種循環(huán)數(shù)據(jù)交換是在被稱為MS0的連接上進(jìn)行的。經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷.能對站級、模塊級、通道級這3個故障進(jìn)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(shè)備的一般操作狀態(tài)的診斷.例如溫度過高.壓力過低。模塊診斷操作：對站點內(nèi)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。所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)行。對DP從站的輸出進(jìn)行存取保護(hù).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(nèi).如果沒有執(zhí)行用戶數(shù)據(jù)傳送.將會使監(jiān)控定時器超時.通知用戶程序進(jìn)行處理。如果參數(shù)"Auto_Clear"為1.DPM1將退出運行模式.并將所有有關(guān)的從站的輸出置于故障安全狀態(tài).然后進(jìn)入清除〔Clear狀態(tài)。DP從站用看門狗〔WatchdogTimer.監(jiān)控定時器檢測與主站的數(shù)據(jù)傳輸.如果在設(shè)置的時間內(nèi)沒有完成數(shù)據(jù)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(hù)是必要的。這樣可以保證只有授權(quán)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。通過網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)下列功能：動態(tài)激活或關(guān)閉DP從站.對DP主站〔DPM1進(jìn)行配置.可以設(shè)置站點的數(shù)目、DP從站的地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)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。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(jìn)入同步模式。這些從站的輸出被鎖定在當(dāng)前狀態(tài)。在這之后的用戶數(shù)據(jù)傳輸中.輸出數(shù)據(jù)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。DPM1與有關(guān)DP從站之間的用戶數(shù)據(jù)傳輸是由DPM1按照確定的遞歸順序自動進(jìn)行的。在對總線系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)時.用戶定義DP從站與DPM1的關(guān)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(shù)據(jù)傳送分為3個階段：參數(shù)化、組態(tài)和數(shù)據(jù)交換。在前兩個階段進(jìn)行檢查.每個從站將自己的實際組態(tài)數(shù)據(jù)與從DPM1接收到的組態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。設(shè)備類型、格式、信息長度與輸入/輸出的個數(shù)都應(yīng)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(jìn)入用戶數(shù)據(jù)傳輸階段。在自動進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r.也可