plc自動化生產(chǎn)線畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自動生產(chǎn)線的最大特點是它的綜合性和系統(tǒng)性，綜合性主要涉及機械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備中；而系統(tǒng)性指的是生產(chǎn)線的傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動等機構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機地融合在一起。本系統(tǒng)完成一個工件

2、的拆卸、分揀工作，模擬一個生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程。首先由供料站提供原料，運輸站將其送至加工站加工，然后送至裝配站進行安裝，最后由分揀站進行分揀。設(shè)計以送料、加工、裝配、輸送、分揀等工作單元作為自動生產(chǎn)線的整體設(shè)計，構(gòu)成一個典型的自動生產(chǎn)線的機械平臺，系統(tǒng)各機構(gòu)的采用了氣動驅(qū)動、變頻器驅(qū)動和步進（伺服）電機位置控制等技術(shù)。系統(tǒng)的控制方式采用每一工作單元由一臺PLC承擔其控制任務(wù)，各PLC之間通過RS485串行通訊實現(xiàn)互連的分布式控制方式。所

3、以，本設(shè)計綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識，如氣動控制技術(shù)、機械技術(shù)（機械傳動、機械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、PLC控制和組網(wǎng)、步進電機位置控制和變頻器技術(shù)等。</p><p>　　關(guān)鍵字：網(wǎng)絡(luò) 組態(tài) 自動化 PLC 電機</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b><

4、/p><p><b>　　一 概 述1</b></p><p>　　二 自動生產(chǎn)線的組成及基本功能2</p><p>　　2.1 基本組成2</p><p>　　2.2 基本功能3</p><p><b>　　三 電氣控制4</b></p>&l

5、t;p>　　3.1 接線端子及主令部件4</p><p>　　3.1.2 控制系統(tǒng)5</p><p>　　3.2 能源部6</p><p>　　3.2.1 供電電源6</p><p>　　3.2.2 氣源處理裝置7</p><p>　　3.2 RS485總線的電氣連接8</p>

6、<p>　　3.2.1 安裝和連接N:N 通信網(wǎng)絡(luò)8</p><p>　　四 加工單元控制系統(tǒng)8</p><p>　　4.1 供料單元的PLC工作任務(wù)9</p><p>　　4.2 加工單元的結(jié)構(gòu)和工作過程9</p><p>　　4.3 加工單元PLC工作任務(wù)10</p><p>　　4.4

7、 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線10</p><p>　　4.5 加工單元氣動控制回路12</p><p><b>　　總 結(jié)15</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p>

8、<p>　　附錄1加工單元電氣原理圖及程序17</p><p><b>　　1 概 述</b></p><p>　　1.1 二十世紀以來，為了實現(xiàn)自動化，人們研究和制造了成千上萬種自動控制系統(tǒng)，極大地推動了生產(chǎn)勞動、社會服務(wù)、軍事工程和科學(xué)研究等活動。隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，這是機械化、電氣化和自動控制相結(jié)合的結(jié)果，處理的對象是離散工件。早期的機械制造自

9、動化是采用機械或電氣部件的單機自動化或是簡單的自動生產(chǎn)線。20世紀60年代以后，由于電子計算機的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)控機床、加工中心、機器人、計算機輔助設(shè)計、計算機輔助制造、自動化倉庫等。研制出適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)型式的柔性制造系統(tǒng)（FMS）。以柔性制造系統(tǒng)為基礎(chǔ)的自動化車間，加上信息管理、生產(chǎn)設(shè)備自動化，出現(xiàn)了采用計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的工廠自動化（FA）。 </p><p>　　1.2 現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)

10、技術(shù)的發(fā)展，對自動化技術(shù)提出越來越高的要求，同時也為自動化技術(shù)的革新提供了必要條件。70年代以來，自動化開始向復(fù)雜的系統(tǒng)控制和高級的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國防、科學(xué)研究和經(jīng)濟等各個領(lǐng)域，實現(xiàn)更大規(guī)模的自動化，例如大型企業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)、全國鐵路自動調(diào)度系統(tǒng)、國家電力網(wǎng)自動調(diào)度系統(tǒng)、空中交通管制系統(tǒng)、城市交通控制系統(tǒng)、自動化指揮系統(tǒng)、國民經(jīng)濟管理系統(tǒng)等。自動化的應(yīng)用正從工程領(lǐng)域向非工程領(lǐng)域擴展，如醫(yī)療自動化、人口控制、經(jīng)濟管理自動

11、化等。自動化將在更大程度上模仿人的智能，機器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測等領(lǐng)域得到應(yīng)用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。工廠自動化、辦公自動化、家庭自動化和農(nóng)業(yè)自動化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。</p><p>　　1.3 本系統(tǒng)模擬一個生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程，完成一個工件的拆卸、分揀工作。首先由供料站提供原料，運輸站將其送至加工站加工，然后送至裝配站進行安裝，最后由分揀站進

12、行分揀。整個過程要充分考慮生產(chǎn)過程中所出現(xiàn)的情況，對各種生產(chǎn)要求進行處理，系統(tǒng)分成五個操作站：供料站、安裝站、加工站、運輸站、分揀站。整個系統(tǒng)基于三菱PLC的N：N網(wǎng)絡(luò)，包括變頻控制、伺服控制等，是各種電氣控制的綜合應(yīng)用。本課題由我和朱廷同學(xué)共同完成，在項目實施過程中，朱廷同學(xué)主要負責(zé)程序的編制，我主要負責(zé)機械部分的安裝、電氣原理圖和氣路的設(shè)計和連接、變頻器和伺服放大器的參數(shù)設(shè)置。</p><p>　　2 自動

13、生產(chǎn)線的組成及基本功能</p><p><b>　　2.1 基本組成</b></p><p>　　2.1.1 自動生產(chǎn)線由安裝在鋁合金導(dǎo)軌式臺面上的供料單元、加工單元、裝配單元、輸送單元和分揀單元5個單元組成。其外觀如圖2-1所示。</p><p>　　2.1.2 其中，每一工作單元都可自成一個獨立的系統(tǒng)，同時也都是一個機電一體化的系統(tǒng)。

14、各個單元的執(zhí)行機構(gòu)基本上以氣動執(zhí)行機構(gòu)為主，但輸送單元的機械手裝置整體運動則采取步進電機驅(qū)動、精密定位的位置控制，該驅(qū)動系統(tǒng)具有長行程、多定位點的特點，是一個典型的一維位置控制系統(tǒng)。分揀單元的傳送帶驅(qū)動則采用了通用變頻器驅(qū)動三相異步電動機的交流傳動裝置。位置控制和變頻器技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)應(yīng)用最為廣泛的電氣控制技術(shù)。</p><p>　　2.1.3設(shè)計中應(yīng)用了多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運動位置、物體通過的

15、狀態(tài)、物體的顏色及材質(zhì)等。</p><p><b>　　2.2 基本功能</b></p><p>　　2.2.1 各工作單元在臺面上的分布如圖2-2的俯視圖所示。</p><p>　　圖2-2 自動生產(chǎn)線設(shè)備俯視圖</p><p>　　2.2.2 加工單元的基本功能：把該單元物料臺上的工件（工件由輸送單元的抓取機

16、械手裝置送來）送到?jīng)_壓機構(gòu)下面，完成一次沖壓加工動作，然后再送回到物料臺上，待輸送單元的抓取機械手裝置取出。如圖2-4所示為加工單元實物的全貌。</p><p><b>　　3 電氣控制</b></p><p>　　3.1 接線端子及主令部件</p><p>　　3.1.1 接線端子</p><p>　　3.1.1

17、.1 本次任務(wù)的設(shè)備中的各工作單元的結(jié)構(gòu)特點是機械裝置和電氣控制部分的相對分離。每一工作單元機械裝置整體安裝在底板上，而控制工作單元生產(chǎn)過程的PLC裝置則安裝在工作臺兩側(cè)的抽屜板上。因此，工作單元機械裝置與PLC裝置之間的信息交換是一個關(guān)鍵的問題。解決方案是：機械裝置上的各電磁閥和傳感器的引線均連接到裝置側(cè)的接線端口上。PLC的I/O引出線則連接到PLC側(cè)的接線端口上。兩個接線端口間通過多芯信號電纜互連。圖3-1和圖3-2分別是裝置側(cè)

18、的接線端口和PLC側(cè)的接線端口。</p><p>　　3.1.1.2 裝置側(cè)的接線端口的接線端子采用三層端子結(jié)構(gòu)，上層端子用以連接DC24V電源的+24V端，底層端子用以連接DC24V電源的0V端，中間層端子用以連接各信號線。</p><p>　　3.1.1.3 PLC側(cè)的接線端口的接線端子采用兩層端子結(jié)構(gòu)，上層端子用以連接各信號線,其端子號與裝置側(cè)的接線端口的接線端子相對應(yīng)。底

19、層端子用以連接DC24V電源的+24V端和0V端。</p><p>　　3.1.1.4 裝置側(cè)的接線端口和PLC側(cè)的接線端口之間通過專用電纜連結(jié)。其中25針接頭電纜連接PLC的輸入信號，15針接頭電纜連接PLC的輸出信號。</p><p>　　3.1.2 控制系統(tǒng)</p><p>　　任務(wù)每一工作單元都可自成一個獨立的系統(tǒng)，同時也可以通過網(wǎng)絡(luò)互連構(gòu)成一個分布式

20、的控制系統(tǒng)。</p><p>　　3.1.2.1 當工作單元自成一個獨立的系統(tǒng)時，其設(shè)備運行的主令信號以及運行過程中的狀態(tài)顯示信號，來源于該工作單元按鈕指示燈模塊。按鈕指示燈模塊如圖3-3所示。模塊上的指示燈和按鈕的端腳全部引到端子排上。</p><p>　　圖3-3 按鈕指示燈模塊</p><p><b>　　模塊盒上器件包括：</b>

21、</p><p>　　⑴指示燈（24VDC）：黃色（HL1）、綠色（HL2）、紅色（HL3）各一只。</p><p>　?、浦髁钇骷壕G色常開按鈕SB1一只</p><p>　　紅色常開按鈕SB2一只</p><p>　　選擇開關(guān)SA（一對轉(zhuǎn)換觸點）</p><p>　　急停按鈕QS（一個常閉觸點）</p>

22、<p>　　2、當各工作單元通過網(wǎng)絡(luò)互連構(gòu)成一個分布式的控制系統(tǒng)時，對于采用三菱FX系列PLC的設(shè)備，</p><p>　　各工作站PLC配置如下：</p><p>　?。?）加工單元：FX2N-32MR主單元，共16點輸入，16點繼電器輸出。</p><p><b>　　3.2 能源部</b></p><p

23、>　　3.2.1 供電電源</p><p>　　外部供電電源為三相五線制AC 380V/220V，圖3-4為供電電源模塊一次回路原理圖。圖中，總電源開關(guān)選用DZ47LE-32/C32型三相四線漏電開關(guān)。系統(tǒng)各主要負載通過自動開關(guān)單獨供電。其中，變頻器電源通過DZ47C16/3P三相自動開關(guān)供電；各工作站PLC均采用DZ47C5/2P單相自動開關(guān)供電。此外，系統(tǒng)配置4臺DC24V6A開關(guān)穩(wěn)壓電源分別用作供料

24、、加工和分揀單元，及輸送單元的直流電源。</p><p>　　圖3-4 供電電源模塊一次回路原理圖</p><p>　　圖3-5 配電箱設(shè)備安裝圖</p><p>　　3.2.2 氣源處理裝置</p><p>　　本次任務(wù)的氣源處理組件及其回路原理圖分別如圖3-6所示。氣源處理組件是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣

25、中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結(jié)水的水位，在超過最高標線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝一個快速氣路開關(guān)，用于啟/閉氣源，當把氣路開關(guān)向左拔出時，氣路接通氣源，反之把氣路開關(guān)向右推入時氣路關(guān)閉。</p><p>　　圖3-6 氣源處理組件</p><p>　　氣源處理組件輸入氣源來自空氣壓縮機，所提供的壓力為

26、0.6～1.0MPa, 輸出壓力為0～0.8MPa可調(diào)。輸出的壓縮空氣通過快速三通接頭和氣管輸送到各工作單元。</p><p>　　3.2 RS485總線的電氣連接</p><p>　　3.2.1 安裝和連接N:N 通信網(wǎng)絡(luò)</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)安裝前，應(yīng)斷開電源。各站PLC應(yīng)插上485-BD通信板。它的LED 顯示/端子排列如圖3-7所示。</p>

27、;<p>　　圖3-7 485-BD板顯示/端子排列</p><p>　　在N：N鏈接網(wǎng)絡(luò)，各站點間用屏蔽雙絞線相連，如圖3-8所示，接線時須注意終端站要接上110歐姆的終端電阻（485BD板附件）。</p><p>　　圖3-8 PLC鏈接網(wǎng)絡(luò)連接</p><p>　　四 加工單元控制系統(tǒng)</p><p>　　4.1 供料

28、單元的PLC工作任務(wù)</p><p>　　本章節(jié)只考慮供料單元作為獨立設(shè)備運行時的情況，單元工作的主令信號和工作狀態(tài)顯示信號來自PLC旁邊的按鈕/指示燈模塊。并且，按鈕/指示燈模塊上的工作方式選擇開關(guān)SA應(yīng)置于“單站方式”位置。具體的控制要求為：</p><p>　?、?設(shè)備上電和氣源接通后，若工作單元的兩個氣缸均處于縮回位置，且料倉內(nèi)有足夠的待加工工件，則“正常工作”指示燈HL1常亮，表

29、示設(shè)備準備好。否則，該指示燈以1Hz 頻率閃爍。</p><p>　?、?若設(shè)備準備好，按下啟動按鈕，工作單元啟動，“設(shè)備運行”指示燈HL2常亮。啟動后，若出料臺上沒有工件，則應(yīng)把工件推到出料臺上。出料臺上的工件被人工取出后，若沒有停止信號，則進行下一次推出工件操作。</p><p>　?、?若在運行中按下停止按鈕，則在完成本工作周期任務(wù)后，各工作單元停止工作，HL2指示燈熄滅。</

30、p><p>　?、?若在運行中料倉內(nèi)工件不足，則工作單元繼續(xù)工作，但“正常工作”指示燈HL1以1Hz的頻率閃爍，“設(shè)備運行”指示燈HL2保持常亮。若料倉內(nèi)沒有工件，則HL1指示燈和HL2指示燈均以2Hz頻率閃爍。工作站在完成本周期任務(wù)后停止。除非向料倉補充足夠的工件，工作站不能再啟動。</p><p>　　4.2 加工單元的結(jié)構(gòu)和工作過程</p><p>　　加工單元

31、的功能是完成把待加工工件從物料臺移送到加工區(qū)域沖壓氣缸的正下方；完成對工件的沖壓加工，然后把加工好的工件重新送回物料臺的過程。</p><p>　　加工單元裝置側(cè)主要結(jié)構(gòu)組成為：加工臺及滑動機構(gòu)，加工（沖壓）機構(gòu)，電磁閥組，接線端口，底板等。其中，該單元機械結(jié)構(gòu)總成如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 加工單元機械結(jié)構(gòu)總成</p><p>　　4.3 加

32、工單元PLC工作任務(wù)</p><p>　　加工單元作為獨立設(shè)備運行時的情況，按鈕/指示燈模塊上的工作方式選擇開關(guān)應(yīng)置于“單站方式”位置。具體的控制要求為：</p><p>　　1、初始狀態(tài)：設(shè)備上電和氣源接通后，滑動加工臺伸縮氣缸處于伸出位置，加工臺氣動手爪松開的狀態(tài)，沖壓氣缸處于縮回位置，急停按鈕沒有按下。</p><p>　　若設(shè)備在上述初始狀態(tài)，則 “正常工作

33、”指示燈HL1常亮，表示設(shè)備準備好。否則，該指示燈以1Hz 頻率閃爍。</p><p>　　2、若設(shè)備準備好，按下啟動按鈕，設(shè)備啟動，“設(shè)備運行”指示燈HL2常亮。當待加工工件送到加工臺上并被檢出后，設(shè)備執(zhí)行將工件夾緊，送往加工區(qū)域沖壓，完成沖壓動作后返回待料位置的工件加工工序。如果沒有停止信號輸入，當再有待加工工件送到加工臺上時，加工單元又開始下一周期工作。</p><p>　　3、在工

34、作過程中，若按下停止按鈕，加工單元在完成本周期的動作后停止工作。HL2指示燈熄滅。</p><p>　　4.4 PLC的I/O分配及系統(tǒng)安裝接線</p><p>　　1、供料加工單元裝置側(cè)的接線端口上各電磁閥和傳感器的引線安排如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 供料加工單元裝置側(cè)的接線端口信號端子的分配</p><p>　　2

35、，根據(jù)工作單元裝置的I/O信號分配（表4-1）和工作任務(wù)的要求，供料單元PLC選用FX2N-32MR主單元，共16點輸入和16點繼電器輸出。同時選用三菱FX2N-8ER擴展模塊，共4點輸入和4點繼電器輸出。PLC的I/O信號分配如表4-2所示，接線原理圖則見附錄1。</p><p>　　4.5 加工單元氣動控制回路</p><p>　　供料單元氣動控制回路的工作原理如圖4-3所示。圖中1

36、A和2A分別為推料氣缸和頂料氣缸。1B1和1B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)，2B1和2B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。1Y1和2Y1分別為控制推料缸和頂料缸的電磁閥的電磁控制端。通常，這兩個氣缸的初始位置均設(shè)定在縮回狀態(tài)。</p><p>　　圖4-3 供料單元氣動控制回路工作原理圖</p><p>　　加工單元的氣動控制元件均采用二位五通單電

37、控電磁換向閥，各電磁閥均帶有手動換向和加鎖鈕。它們集中安裝成閥組固定在沖壓支撐架后面。</p><p>　　氣動控制回路的工作原理如圖4-4所示。1B1和1B2為安裝在沖壓氣缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)，2B1和2B2為安裝在加工臺伸縮氣缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)，3B1為安裝在手爪氣缸工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。1Y1、2Y1和3Y1分別為控制沖壓氣缸、加工臺伸縮氣缸和手爪氣缸的電磁閥的電磁控制

38、端。</p><p>　　圖4-4 加工單元氣動控制回路工作原理圖</p><p>　　在氣動控制回路中，驅(qū)動擺動氣缸和氣動手指氣缸的電磁閥采用的是二位五通雙電控電磁閥，電磁閥外形如圖7-8所示。</p><p>　　雙電控電磁閥與單電控電磁閥的區(qū)別在于，對于單電控電磁閥，在無電控信號時，閥芯在彈簧力的作用下會被復(fù)位，而對于雙電控電磁閥，在兩端都無電控信號時，閥芯

39、的位置是取決于前一個電控信號。</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過本次的學(xué)習(xí)讓我的學(xué)習(xí)能力有了很大的提高，在任務(wù)設(shè)計中讓我對自動化生產(chǎn)線有所了解。一方面自動化生產(chǎn)線包括諸多方面的知識如：機械技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)等多種技術(shù)有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備中；另一方面對于模擬的一個自動化生產(chǎn)線的工作流

40、程有個基本概念。一個自動化生產(chǎn)線的基本組成部分有傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動等機構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機地把這些獨立部分融合在一起。在這次設(shè)計中應(yīng)用PLC技術(shù)，它是一門實踐性很強的專業(yè)課程，PLC編程控制器技術(shù)在當今社會發(fā)展異常迅速，各生產(chǎn)廠家也推出了許多強大的新型PLC、各種特殊模塊和通信聯(lián)網(wǎng)器件，使可編程控制器成為集微機技術(shù)、自動化技術(shù)、通信技術(shù)于一體的通用工業(yè)控制裝置，成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的一種強有力的工

41、具。經(jīng)過這次設(shè)計我學(xué)到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且通過這次課程設(shè)計使我運用了課堂上的理論與實際相結(jié)合重要性，既要從理論中分析問題，又要從實際中解決問題發(fā)現(xiàn)才是根本。所以把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，才能真正的學(xué)學(xué)以至用。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本課題的圓滿完成特別感謝指導(dǎo)老師詳細的指導(dǎo)。指導(dǎo)老師嚴謹

42、的治學(xué)態(tài)度，和思考問題的全面性給我在設(shè)計過程中有了多方面的設(shè)計思路中，也提前判斷設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題作了詳細的分析，從而使我少走很多彎路節(jié)省了很多時間。老師的高深的學(xué)術(shù)水平，科學(xué)的思維方法和深入淺出的講解更準確更形象的把設(shè)計中的知識傳輸給我。再次感謝指導(dǎo)老師的幫助永遠是我學(xué)習(xí)的榜樣，在此向他致以衷心的感謝。</p><p>　　同時感謝我的同組同學(xué)，在圓滿完成課題設(shè)計的過程中給予我毅力上的鼓勵，在資料的收集中給我

43、提供了很多路徑，在設(shè)計安裝中也提出多種參考意見，以至與我能夠順利的完成。</p><p>　　真誠地感謝所有在我讀書期間幫助過我的老師、同學(xué)和朋友給我提出寶貴意見和熱情的幫助！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]呂景泉.可編程序控制器及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001</p>&l

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