1、1广州城建职业学院毕业设计题目_基于 S7-1200 PLC 自动化生产线控制系统的设计_所 在 系 机电与信息工程学院_专业班级 14 机电一体化 2 班_ 学生姓名 _程广通_ _学生学号_1409010202_ 指导老师 曾一新 _ _ _广州城建职业学院教务处制2基于 S7-1200 PLC 自动化生产线控制系统的设计14 机电一体化 2 班 程广通指导老师：曾一新摘 要 基于 S7-1200 PLC 自动化生产线控制系统是加工、组装的一套结合工业案例，按工业标准设计，集成主流、常用工业控制设备的教学仪器。该系统设备采用西门子应用于制造行业中的 SIMATIC S7-1200 为核心，
2、配合工业总线通讯接口，集成变频器、人机界面、通信网络、多种传感器（颜色、姿势、材质辨别等），实现自动化技术相关专业中 PLC 应用技术教学、训练和考核。设备包含：自动送料功能模块、传送带功能模块、自动检测功能模块、气动、电动机械手功能模块、PLC 与变频器控制系统、直流调速模块、步进驱动模块、报警功能模块、人机界面 PLC 网络通讯系统、气动控制系统等，构成自动分拣与姿势调整的主从工作站。关键词 S7-1200；西门子；PLC；自动化生产线3目录引言 .6第一章基于 S7-1200PLC 自动化生产线控制系统的概述 .7一、自动化生产线控制系统的现状与发展 .7二、自动化生产线控制系统的组成
3、.8三、自动化生产线控制系统运行模式分析 .8第二章 PLC 结构和工作原理及相关知识介绍 .9一、PLC 组成与基本结构 .9二、 PLC 的系统结构 .9三、 PLC 的基本工作原理 .10四、西门子 S7-1200 系列 PLC 功能特点 .10五、开放式用户通信简介 .12六、步进电机的结构及原理 .13七、西门子 MM420 变频器介绍控制 .14第三章基于 S7-1200PLC 自动化生产线控制系统方案设计 .17一、系统的工作原理 .17二、设计分析 .17三、可行性分析 .18四、可行性试验 .18五、PLC 的选择 .19第四章 PLC 的硬件和硬件组态设置 .21一、步进电
4、机驱动器设置 .21二、变频器参数设置 .21三、硬件组态 .23第五章 系统硬件开发设 .27一、硬件系统的结构 .27二、控制系统 I/O 地址分配 .274第六章 系统软件控制设计 .29一、控制要求 .29二、梯形图编程流程图 .32小结 .36参考文献 .375引言本论文是考虑到目前的自动化生产线发展的实际情况，现代化的自动生产设备是现今生产中最为普遍的生产方式，以及最有发展前景的生产方式，由本论文作者结合相关资料编写的一遍毕业论文。现代化的自动生产设备的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，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、网络通信技术等多种
5、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。可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握 PLC 技术及 PLC 网络技术的技术人材是当务之急。该论文设计的是一套基于 PLC 技术的自动化生产线设备系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，得到的一个非常接近于实际的自动化生产线系统。从而缩短了理论与实际应用之间的距离。自动分拣站需完成
6、对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣。使不同颜色、姿势和材质的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。6第一章基于 S7-1200PLC 自动化生产线控制系统的概述一、自动化生产线控制系统的现状与发展我国人口众多，人均资源相对不足，可利用的土地越来越少，人口数量庞大。因此，对是否可持续发展的问题非常重视。由于以上的问题，自动化生产线这个拥有生产产品量大；产品设计和工艺先进、稳定、可靠；在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率；稳定和提高产品质量、改善劳动条件、缩减生产占地面积、降低生产成本；缩短生
7、产周期、保证生产均衡性等优点的一个 控制系统。 自动化的出现可谓是缓解了我国的是否可持续发展的问题。自动化生产线的联结方式是刚性和柔性，即是机器与人的互相配合。自动化生产线的发展还是有点历史的，从二十世纪 20 年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。在二十世纪 20 年代之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目急剧增加。随着中国经济的不断发展和社会的进步，人们对商品的需求量也越来越大，不仅如此，对商品的质量要求也日渐增高，这
8、给我们的工业化生产带来了很大的阻碍，在这样严峻的情况下，自动生产线应运而生。自动化生产线的出现使得我们面临的问题迎刃而解，自动化生产线一出现就受到了我们工业制造领域的热捧成为了现代化工业中不可或缺的帮手，相较于人手来说产量高出太多，最重要的是它的技术很先进,也能保证产品的质量。它的出现无疑是现代工业的巨大福音,可以最大程度满足市场对产品的需求量,提高劳动生产率,还能改善劳动的环境从而提高产品的质量,减少工人的数量和厂房的占地面积，降低商品的成本。但是由于引进自动化设备费用高、国内自动化集成设备水平较低、国内政策等问题，使得我国自动化生产水平陷入了尴尬的局面。7二、自动化生产线控制系统的组成自动
9、线的控制系统主要 CPU 的软件程序控制系统、人机交换界面系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。为适应自动线的调试和正常运行的要求，控制系统有三种工作状态：调整（手动）和自动。在调整状态时可手动操作和调整，实现单台设备的各个动作；在自动状态时自动线能连续工作。控制系统有“预停”控制机能，自动线在正常工作情况下需要停车时，能在完成一个工作循环、各机床的有关运动部件都回到原始位置后才停车。自动线的其他辅助设备是根据工作需要和自动化程度设置的。为提高自动线的生产率，必须保证自动线的工作可靠性。影响自动线工作可靠性的主要因素是运行的稳定性和设备工作可靠性
10、。自动线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性、灵活性。为适应多品种生产的需要，将发展能快速调整的可调自动线。三、自动化生产线控制系统运行模式分析在该自动化生产线控制系统中由手动和自动两种运行模式控制运行系统。（一）手动运行模式是指系统控制通过操作人员控制系统的运行一个单个系统工作段，通常用于调试系统以及系统的维护。而在本系统中，手动运行模式是通过旋钮把默认的自动运行模式切换为手动运行模式的，然后在人机交换界面系统的触摸屏上控制系统的单个工作段。（二）自动运行模式是指系统控制通过一次启动后不需要其他人为或其他控制自动自行连续完成整个系统预设的工作流程。在这个系统中，和手动运行模式一样通过旋钮切
11、换运行模式。系统上电后系统就会自行工作，直至完成预设的工作流程。8第二章 PLC 结构和工作原理及相关知识介绍一、PLC 组成与基本结构PLC 是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，从广义上讲，PLC 也是一种计算机系统，只不过它比一般计算机具有更强的扩展性与工业过程相连接的输入/输出接口，具有更适用于控制要求的编程语言，具有更适应于工业环境的抗干扰性能。因此，PLC 是一种工业控制用的专用计算机，它的实际组成与一般微型计算机系统基本相同，也是由硬件系统和软件系统两大部分组成。而 S7-1200PLC 的结构紧凑、功能全面、扩展方便，其 CPU 模块集成有工业以太网通信接口和多种工艺功能
12、，可以作为一组件集成在完整的综合自动化系统中。S7-1200PLC 主要由 CPU 模块、信号板、信号模块、通信模块和编程软件组成，各种模块安装在标准的导轨上。通过 CPU 模块或通信模块上的通信接口，PLC 被连接到通信网络上，可以与计算机、其他 CPU 或设备通信。二、 PLC 的系统结构目前 PLC 种类多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件和微机相似。主要包括 CPU、存储器 RAM 和 ROM、输入输出接口电路、电源、I/O 扩展接口、外部设备接口等。其内部也是9采用图 2-1 PLC 结构示意图总线结构来
13、进行数据和指令的传输。如图 2-1 所示。PLC 控制系统有输入量PLC输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为 PLC 的输入量，它们经 PLC 外部输入端子输入到内部寄存器中，经 PLC 内部逻辑运算或其他各种运算，处理后送到输出端子，作为 PLC 的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，PLC 的基本结构由控制部分、输入和输出部分组成。三、 PLC 的基本工作原理图 2-2 PLC 的扫描工作过程由于 PLC 以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大的不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或 I/O 扫描方式，
14、若有键按下或 I/O 变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。PLC 则是采用循环扫描的工作方式。对每个程序，CPU 从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符号后返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。PLC 的工作过程就是 PLC 的扫描循环工作过程，一个循环扫描周期主要可分为 3 个阶段，输入刷新阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。如图 2-2 所示 PLC 的扫描工作过程。10四、西门子 S7-1200 系列 PLC 功能特点制造行业中的创新系统解决方案模块化控制器 SI
15、MATIC S7-1200 控制器具有模块化、结构紧凑、功能全面等特点，适用于多种应用，能够保障现有投资的长期安全。由于该控制器具有可扩展的灵活设计，符合工业通讯最高标准的通讯接口，以及全面的集成工艺功能，因此它可以作为一个组件集成在完整的综合自动化解决方案中。通讯模块集成工艺集成的 PROFINET 接口用于编程、HMI 通讯和 PLC 间的通讯。此外它还通过开放的以太网协议支持与第三方设备的通讯。该接口带一个具有自动交叉网线（auto-cross-over）功能的 RJ45 连接器，提供 10/100 Mbit/s 的数据传输速率，它支持最多 16 个以太网连接以及下列协议：TCP/IPn
16、ative、ISO-on-TCP 和 S7 通讯。SIMATIC S7-1200 CPU 最多可以添加三个通讯模块。RS485 和 RS232 通讯模块为点到点的串行通讯提供连接。对该通讯的组态和编程采用了扩展指令或库功能、USS 驱动协议、Modbus RTU 主站和从站协议，它们都包含在 SIMAT ICSTEP 7 Basic 工程组态系统中。高速输入SIMATIC S7-1200 控制器带有多达 6 个高速计数器。其中 3 个输入为 100kHz，3 个输入为30kHz，用于计数和测量。高速输出SIMATIC S7-1200 控制器集成了两个 100kHz 的高速脉冲输出，用于步进电机或控制伺服驱动器的速度和位置。这两个输出都可以输出脉宽调制信号来控制电机速度、阀位置或加热元件的占空比。存储器用户程序和用户数据之间的可变边界可提供最多 50KB 容量的集成工作内存。同时还提供了最多 2MB 的集成装载内存和 2 KB 的掉电保持内存。 SIMATIC 存储卡可选，通过它可以方便地将程序传输至多个 CPU。该卡还可以用来存储各种文件或更新控制器系统的固件。可扩展的灵活设计信号模块-多达 8 个信号模块可连接到扩展能力最高的 CPU，以支持更多的数字和模拟量输入/输出信号。
