基于PLC的自动化生产线供料站毕业设计.doc

1、 1 第一章 概述 .4 第二章 PLC 的发展史 .5 2.1 PLC 的简史及定义 .5 2.2 PLC 的特点 .6 2.3 PLC 的应用与发展前景 .7 第三章 自动生产线的组成及基本功能 .8 2.1 基本组成 . 8 2.2 基本功能 . 9 第三章 电气控制 . 10 3.1 接线端子及主令部件 . 10 3.2 能源部件 . 12 3.2.1 供电电源 . 12 3.3 RS485 总线的电气连接 . 14 第四章 供料与加工单元控制系统 . 15 4.1 供料单元的结构和工作过程 . 15 4.2 供料单元的 PLC 工作任务 . 16 4.3 供料单元的编程思路 . 17

2、 4.4 PLC 的 I/O 分配及系统安装接线 . 19 4.5 供料加工单元气动控制回路 . 21 总 结 . 23 致 谢 . 23 参考文献 . 24 附录 1 供料与加工单元电气原理图 . 25 2 毕业设计报告 题 目： 基于 PLC 的自动化生产线供料站设计 所 属 系： 电子信息工程系 班 级： 应用电子技术 092 学 员 姓 名： 孙连银 学 号： 09401217 指 导 教 师： 侯秀丽 2011 年 10 月 15 日 3 摘 要 自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电子技术、电工电子技术、 传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通

3、信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产过程。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。设计以 送料、加工、装配、 输送 、分拣等工作单元作为 自动生产线的整体设计 ，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变 频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。 系统的控制方式采用每一工作单元由一台 PLC 承担其控制任务，各 PLC 之

4、间通过RS485 串行通讯实现互连的分布式控制方式。所以，本设计 综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、 PLC 控制和组网、 步进电机位置控制和变频器技术等。 关键字 ：网络 组态 自动化 PLC 电 机 4 第 一 章 概述 二十世纪以来，为了实现自动化，人们研究和制造了成千上万种自动控制系统，极大地推动了生产劳动、社会服务、军事工程和科学研 究等活动。随着自动化技术的发展，这是机械化、电气化和自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。 20 世纪 60 年代以后

5、，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（ FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产设备自动化，出现了采用计算机集成制造系统（ CIMS）的工厂自动化（ FA）。 现代生产和科学技术的发展，对 自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。 70 年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度

6、系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得 到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。 本系统模拟一个生产流水线的生产过程，完成一个工件的拆卸、分拣工作。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。整个过程要充分考虑生产过程中所出现的情况，对各种

7、生产要求进行处理，系统分成五个操作站：供料站、安装站、加工站、运输站、分拣站。整个系统基于三菱 PLC 的 N： N 网络，包括变频控制、伺服控制等，是各种电气控制的 综合应用。本课题由我和朱廷同学共同完成，在项目实施过程中，朱廷同学主要负责程序的编制，我主要负责机械部分的安装、电气原理图和气路的设计和连接、变频器和伺服放大器的参数设置。 5 第二章 PLC 的发展史 2.1 PLC 的简史及定义 1. 继电器控制 用弱电信号控制强电信号。故障查找与排除非常困难、改造工期长、费用高。 GM 首先提出【可编程序控制器】设想 编程简单，可在现场修改程序； 维护方便，采用插件式结构； 可靠性高于继电

8、器控制柜； 体积小于继电器控制柜； 成本可与继电器控制柜竞争； 可将数据直接送入计 算机； 可直接使用 115V 交流输入电压； 输出采用 115V 交流电压，能直接驱动电磁阀、交流接触器等负载； 通用性强，扩展方便； 能存储程序，存储器容量可以扩展到 4KB. 1969 年 DEC 研制出世界上第一台可编程序控制器 从上述 10 项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器最基本的功能。将它们归纳一下，其核心为以下四点： (1) 用计算机代替继电器控制盘。 (2) 用程序代替硬件接线。 (3) 输入 /输出电平可与外部装置直接连接。 (4) 结构易于扩展。 可编程序控制器的定义 1985

9、年 1 月，国际电工委员会（ IEC）定义： 可编程序控制器是：一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 一部数字电子计算机若是用来执行 PC 的功能，亦被视同为 PC，但不 包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。 可编程序控制器简称 Programmable Controller PC Personal Computer PC P

10、rogrammable Logic Controller PLC 6 2.2 PLC 的特点 无触电免配线，可靠性高，抗干扰能力强 通用性强，控制程序可变，使用方便 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强 编程简单，容易掌握 系统的设计、安装、调试工作量少 维修工作量小，维护方便 体积小，能耗低 可靠性高、抗干扰能力强是 PLC 最重要的特点之一。 PLC 的平均无故障时间可达几十万个小时 。 硬件方面 ： I/O 接口采用采用光电隔离，有效地抑制了外部干扰源的影响；对供电电源及线路采用多种形式的滤波，从而消除或抑制了高频干扰；对 CPU 等重要部件采用良好的导电、导磁材料进行屏蔽，以减少空间电

11、磁干扰；对有些模块设置了联锁保护、自诊断电路等。 软件方面 ：采用扫描工作方式，减少了外界的干扰；设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作 ，一旦正常后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。 目前，各种 PLC 都采用梯形图语言为第一编程语言，是，它是一种面向生产、面向用户的编程语言。梯形图与电器控制线路图相似，形象、直观，不需要掌握计算机知识，很容易让广大工程技术人员掌握。当生产流程需要改变时，可以现场改变程序，使用方便、灵活。 同时， PLC 编程器的操作和使用也很简单。这也是 PLC

12、 获得普及和推广的主要原因之一。 许多 PLC 还针对具体问题，设计了各种专用编程指令及编程方法，进一步简化了编程。 现代 PLC 不仅具有逻辑运算 、定时、计数、顺序控制等功能，而且还具有 A/D 和 D/A 转换、数值运算、数据处理、 PID 控制、通信联网以等许多功能。 同时，由于 PLC 产品的系列化、模块化，有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成满足各种要求的控制系统。 由于 PLC 用软件代替了传统电气控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。 PLC 的用户程序大部分可在实验室进行模拟调试，缩短了应用设计和调试周期。 在维修方面，由于 PLC 的故障率极低，维修

13、工作量很小；而且 PLC 具很强的自诊断功能，如果出现故障，可根据 PLC 上指示或编程器上 提供的故障信息，迅速查明原因，维修极为方便。 PLC 结构紧凑、体积小、能耗低，因而是实现机电一体化的理想控制设备 。 7 2.3 PLC 的应用与发展前景 开关量逻辑控制 自动生产线、机床电气控制、冲压机械、铸造机械、运输带、包装机、飞剪等控制 运动控制 金属切削机床、金属成形机械、装配机器人、电梯等。 闭环过程控制 温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。 数据处理 数学运算、数据传输、转换、排序、查表、位操作。 通信联网 PLC 与远程 I/O、 PLC 之间、 PL 与其它智能控制器之间

14、。 高性能、高速度、 大容量发展 多 CPU 结构 高性能、流水 RISC 结构 CPU(32 位机 ) 增加智能控制功能 支持组态设计 大力发展微型 PLC,不断增强微型 PLC 的功能 掌上 PLC 高性能 支持多种编程方式 PLC 编程语言标准化 IEC1131-3 (IEC 1994 年 5 月公布 ) 顺序功能图（ SFC） 梯形图 功能块图 指令表 结构文本 PLC 与其它工业控制器产品相互融合 与个人计算机 PC 集散控制系统 DCS 计算机数控 CNC 大力开发 智能 I/O 模块 模拟量 I/O、高速计数输入、中断输入、机械运动控制、热电偶输入、条形码阅读器、多路BCD 输入

15、 /输出、模糊控制器、 PID 回路控制、通信模块 8 第 三 章 自动生产线的组成及基本功能 2.1 基本组成 自动生产线 由安装在 铝合金导轨式台 面上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元 5 个单元组成。其外观如图 2-1 所示。 图 2-1 自动生产线外观 其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装 置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流

16、传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。 设计中应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。 9 2.2 基本功能 供料单元的基本功能 ：供料单元是本次设计中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。如图 2-3 所示为供料单元实物的全貌。 图 2-3 供料单元实物的全貌 10 第三章 电气控制 3.1 接线端子及主令部件 3.1.1 接线端子 本次任务的设备中的各工作单元的

17、结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生 产过程的 PLC 装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。因此，工作单元机械装置与 PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。解决方案是：机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。 PLC 的 I/O 引出线则连接到 PLC 侧的接线端口上。两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。图 3-1 和图 3-2 分别是装置侧的接线端口和 PLC 侧的接线端口。 装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接 DC24V电源的 +24V 端，底层端子用以连接 DC24V 电源的 0V 端，中间层端子用以连接各信号线 。 PLC 侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线 ,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。底层端子用以连接 DC24V电源的 +24V 端和 0V 端。 装置侧的接线端口和 PLC 侧的接线端口之间通过专用电缆连结。其中 25 针接头电缆连接 PLC 的输入信号， 15 针接头电缆连接 PLC 的输出信号。 图 3-1 装置侧接线端口 图 3-2 PLC 侧接线端口