机电一体化毕业设计（论文）-基于PLC的自动生产线控制系统的设计.doc

安安徽徽机机电电职职业业技技术术学学院院 毕毕业业论论文文 基于 PLC 的自动生产线控制系统的设计 系 部 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电 3082 班 姓 名 学 号 指导教师 2010 2011 学年 第 一 学期 摘摘 要要 随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更 新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到 了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。 因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品 种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之， 多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工 夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性 和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本， 最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。 PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控 制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置；充分利用计算机技术对生产过 程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系 统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。本论文主要 是模拟工业自动生产线通信系统实现以下各站功能。然后利用 Profibus 总线进行八 站通信连接使之成为一条自动生产线控制模拟系统。 关键字：关键字：PLC、自动生产线、Profibus 通信 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1.1 自动化生产线的介绍及发展 1 1.2 工业自动化生产线体系结构 4 第二章第二章 可编程控制器可编程控制器 5 5 2.1 可编程控制器的定义 5 2.2 可编程控制器的发展概况 5 2.3 可编程控制器的基本组成及特点 6 第三章第三章 自动生产线实训系统设计与实现自动生产线实训系统设计与实现 7 7 3.1 工业自动生产线系统结构 7 3.2 工业自动生产线单站功能及系统程序设计 9 3.3 工业自动生产线通信系统设计 .20 第四章第四章 论文总结论文总结 2222 参考文献参考文献 2323 致谢致谢 2424 - 1 - 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 自动化生产线的介绍及发展自动化生产线的介绍及发展 1、自动化生产线介绍 自动化生产线是指劳动对象按照一定的工艺路线,顺序的通过各个工作地，并按 照统一的生产速度（节拍）完成工艺作业的连续的重复的生产过程。 产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、 装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。自动化生产线是按对象原则组织起来 的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种 产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部 件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。 随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更 新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到 了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。因 为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、 批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、 小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工 艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效 率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，最终使中 小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。 2、自动化生产线的基本构成 （1）自动加工系统 自动加工系统，指以成组技术为基础，把外形尺寸(形状不必完全一致)、重量 大致相似，材料相同，工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设 备上加工的系统。 （2）物流系统 物流系统，指由多种运输装置构成，如传送带、轨道、转盘以及机械手等，完 成工件、刀具等的供给与传送的系统，它是柔性生产线的主要组成部分。 （3）信息系统 信息系统，指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并通过电 子计算机或其他控制装置(液压、气压装置等)，对机床或运输设备实行分级控制的 系统。 （4）软件系统 软件系统，指保证柔性生产线用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部 - 2 - 分。它包括设计、规划、生产控制和系统监督等软件。柔性生产线适合于年产量 1000100,000 件之间的中小批量生产。 3、柔性自动化生产线的优点 柔性生产线是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系 统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化 之间的矛盾。具体优点如下。 第一，设备利用率高。一组机床编入柔性生产线后，产量比这组机床在分散单 机作业时的产量提高数倍。 第二，在制品减少 80%左右。 第三，生产能力相对稳定。自动加工系统由一台或多台机床组成，发生故障时， 有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。 第四，产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形 式稳定。 第五，运行灵活。有些柔性生产线的检验、装卡和维护工作可在第一班完成， 第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性生产线中，其监控系统还能 处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。 第六，产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面 布置合理，便于增减设备，满足市场需要。 4、自动化生产线发展趋势 性能发展方向： (1)高速高精高效化，速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用 了高速 CPU 芯片、RISC 芯片、多 CPU 控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的 交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速 高精高效化已大大提高。 (2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖 面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能 依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地 发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化，以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多 轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次 装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复 合加工。数控技术轴，西门子 880 系统控制轴数可达 24 轴。 (4)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度 任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各 种智能行为。技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具 - 3 - 有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂 的发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制 的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、 专家控制、控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专 家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的 综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、 速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控 制的目的。 功能发展方向 （1）用户界面图形化，用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用 户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件 研制中最困难的部分之一。当前 INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体 等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使 用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体 动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例 缩放功能的实现。 (2)可视化，科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限 于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术 与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这 对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领 域，可视化技术可用于 CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和 刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3)插补和补偿方式多样化，多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间 椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2 螺旋插补、NANO 插补、NURBS 插 补(非均匀有理 B 样条插补)、样条插补(A、B、C 样条)、多项式插补等。多种补偿 功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度 相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4)内装高性能 PLC，数控系统内装高性能 PLC 控制模块，可直接用梯形图或高级语 言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标 准 PLC 用户程序实例，用户可在标准 PLC 用户程序基础上进行编辑修改，从而方 便地建立自己的应用程序。 (5)多媒体技术应用，多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有 综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术 可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、 - 4 - 生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 1.21.2 工业自动化生产线体系结构工业自动化生产线体系结构 1、集成化 采用高度集成化 CPU、RISC 芯片和大规模可编程集成电路 FPGA、EPLD、CPLD 以及专用集成电路 ASIC 芯片，可提高数控系统的集成度和 软硬件运行速度。应用 FPD 平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有含 量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和 CRT 抗衡的新兴显示技术，是 21 世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术， 将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量 来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 2、模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本 模块，如 CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准 的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数 控系统。 3、无人化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对 其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床 的屏幕上。 4、通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩 展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式 是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过 程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形 状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标 优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。 加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能 技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及 动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系， 从而实现集成化、智能化、网络化。 - 5 - 第二章第二章 可编程控制器可编程控制器 2.12.1 可编程控制器的定义可编程控制器的定义 PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller），是指以计算机技术为基 础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采 用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计 数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类 型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成 一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了可编程控制控制器是“数字运算操作的电子系统”，是一种计算机。 它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，是一种用程序来改变控制功能 的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联 网的功能。 这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、 顺序控制、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输出输入控制”的能力， 并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。 可编程控制器能直接应用于工业环境，它需具有很强的抗干扰能力、广泛的适 应能力和应用范围。 2.22.2 可编程控制器的发展概况可编程控制器的发展概况 随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器的应用已广泛普及，成为自动 化技术的重要组成部分。可编程控制器最先出现在美国，1968 年，美国的通用汽车 公司（GM）提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户的角度提出新一代控制器 应具备以下十大条件： (1)编程简单，可在现场修改程序。 (2)维护方便，最好是插件式。 (3)可靠性高于继电器控制柜。 (4)体积小于继电器控制柜。 (5)可将数据直接送入管理计算机。 (6)在成本上可与继电器控制柜竞争。 - 6 - (7)输入可以是交流 115V（即用美国的电网电压） 。 (8)输出为交流 115V、2A 以上，能直接驱动电磁阀。 (9)在扩展时，原有系统只需要很小的变更。 (10) 用户程序存储器容量至少能扩展到 4KB。 1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器， 并应用于通用汽车公司的生产线上，当时叫可编程逻辑控制器 PLC，目的是用来取 代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。 特别是进入 20 世纪 80 年代以来，PLC 已广泛地使用 16 位甚至 32 位微处理器 作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的 集成电路。这时的 PLC 还同时具有数据处理、PID 调节和数据通信功能。PLC 是微机 技术和传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功 能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等 优点结合起来。 2.32.3 可编程控制器的基本组成及特点可编程控制器的基本组成及特点 可编程控制器主要由 CPU、存储器、基本 I/O 接口电路、外设接口、编程装置、 电源等组成。可编程控制器的特点： 1.可靠性高，抗干扰能力强 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路 采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无 故障工作时间则更长。故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能， 出现故障时可及时发出警报信息。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2编程简单，使用方便。 梯形图是用得最多的可编程序控制器的编程语言，其符号与继电器电路原理图 相似。梯形图语言形象直观，易学易懂。 3控制灵活，程序可变，具有很好的柔性。 产品采用模块化形式，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵 活地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。硬件配置确定后，可通过修 改用户程序，不用改变硬件，方便快速适应工艺条件的变化，具有很好的柔性。 4功能强，扩充方便，性价比高。 有很强的逻辑判断、数据处理、PID 调节和数据通信功能，可以实现非常复杂 的控制功能。扩充非常方便。 5系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统 - 7 - 设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 6体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功 耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 第三章第三章 自动生产线实训系统设计与实现自动生产线实训系统设计与实现 3.13.1 工业自动生产线系统结构工业自动生产线系统结构 工业自动化生产线实训系统，是为高职学院学生提高动手能力和实践技能而设 计的一套实用性实训设备。该装置由八套各自独立而又紧密相连的工作站和一套监 控站组成。这八站分别为：上料检测站、搬运站、加工站、搬运分拣站、传送站、 安装站、安装搬运站和分类站。 该实训装置的一大显著特点是：具有较好的柔性，即每站各有一套 PLC 控制系 统独立控制。将八个模块分开培训可以容纳较多的学员同时学习。在基本单元模块 培训完成以后，通过组建 PLC 网络，又可以将相邻的两站、三站直至八站连在 一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。 该系统囊括了机电一体化等专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可 编程控制器） 、传感器等多种技术，给学生提供了一个典型的综合操作平台，使学生 将学过的各门专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。 1.系统个硬件结构 （1）上料检测站 由料斗、回转台、工件滑道、提升装置、检测工件和颜色的光电开关、开关电 源、可编程序控制器、按钮、I/O 接口板、直流减速电机、电磁阀及 SMC 气缸组成， 主要完成回传上料台将工件依次送到检测工位，提升装置将工件提升并检测工件颜 色。 （2）搬运站 由机械手、气爪、回转台、电感式传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、 I/O 接口板、多种类型电磁阀及 SMC 气缸组成，主要完成将工件从上站搬至下一站。 （3）加工站 由回转工作台、打孔电机组件、检测缸组件、检测工件转台到位传感器、开关 电源、可编程序控制器、按钮、I/O 接口板、直流减速电机、多种类型电磁阀及 SMC 气缸组成，主要完成用回转工作台将工件在四个工位间转换，钻孔单元打孔，检测 打孔深度。 （4）搬运分拣站 - 8 - 由机械手、气爪、电感式传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O 接 口板、多种类型电磁阀及 SMC 气缸组成，主要完成在加工后的物料送到指定位置， 分拣站的机械手开始左右移动分拣搬运物料，将合格物料搬运至传送站，其基本原 理类同于搬运站。其分拣是通过传感器 IB2 来控制的。 （5）传送站 由交流电动机、变频器、传送带、电感式传感器、开关电源、可编程序控制器、 按钮、I/O 接口板、 ，主要完成当分拣站将合格物料送至传送站传送带上，此时光电 传感器 B1 检测到信号，PLC 驱动变频器，使电机转动，运送物料；当物料到达指定 位置时，此时光电传感器 B2 检测到信号，PLC 驱动变频器，使电机停止转动。 （6）安装站 由吸盘机械手、上下摇臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、 开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O 接口板、多种类型电磁阀及 SMC 气缸组成， 主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 （7）安装搬运站 由平移工作台、回转工作台、塔吊臂、机械手、气爪、开关电源、可编程序控 制器、按钮、I/O 接口板、多种类型电磁阀及 SMC 气缸组成，主要完成将上站工件 拿起放入安装工位，将装好工件拿起放下一站。 （8）分类站 由滚珠丝杠、滑杠推出部件、分类料仓、开关电源、可编程序控制器、按钮、 I/O 接口板、步进电机及驱动器、直流减速电机、电磁阀及 SMC 气缸组成，主要完 成按工件类型分类，将工件推入不同的仓位。 2.控制技术 1.该柔性自动化生产线实训系统每一站都有一套独立的控制系统，因此，该系 统可拆分开来学习，以保证初学者容易入门和足够的学习工位，而将各站联在一起 集成为系统后，能为学员提供一个学习复杂和大型控制系统的学习平台，该系统可 用不同厂商所提供的控制器进行控制。 2.各站与 PLC 之间由一个标准电缆进行连接，通过这个电缆可连接 8 个传感器 信号和 8 个输出控制信号。通过该电缆各站的传感器和输出控制器可得到 24V 电压。 3.各站都可通过一块控制面板来控制 PLC 使各站按要求进行工作，一个控制面 板上有 5 个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。各开关的控制功能定义如表 3-1 所示。 表 3-1 开关的控制功能 - 9 - 序号序号项目项目说明说明序号序号项目项目说明说明 1.带灯按钮，绿色开始5.两位旋钮，黑色单站/联网 2.带灯按钮，黄色复位6.按钮，红色停止 3.按钮，黄色调试按钮7.带灯按钮，绿色上电 4.两位旋钮，黑色手动/自动8.急停按钮，红色急停 3.工作过程 图 3-1 给出了系统中工件从一站到另一站的物流传递过程：上料检测站将大工 件按顺序排好后提升送出。搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站。加工站将大 工件加工后送出工位。搬运分拣站是将加工好的工件搬运同时分拣次品和正品。传 送站是将工件传送到下一站。安装搬运站将大工件搬至安装工位放下。安装站再将 对应的小工件装入大工件中。而后，安装搬运站再将安装好的工件送分类站，分类 站再将工件送入相应的料仓。 图 3-1系统工作流程图 3.23.2 工业自动生产线单站功能及系统程序设计工业自动生产线单站功能及系统程序设计 一、上料检查站 1、上料检测站 设计实现的功能 下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁 下复位按钮，复位灯灭，气缸下降，开始等闪烁 下开始按钮，电机转，送物料 料至升降台，触动货台光电传感器，气缸通电上升，直至触动传感器的气缸 上眼，升降台停 - 10 - 物料被运走，气缸失电下降到下限位停止 降台下限位传感器在 10S 后没有检测到物体，报警灯亮，报警鸣声 下急停按钮，系统停止，再次从 1 步骤开始 2、上料检查站设计的系统程序如图 3-2 所示。 图 3-2 上料检查站设计的系统程序 3、上料检查站系统硬件接线图如图 3-3 所示。 - 11 - 图 3-3 上料检查站系统硬件接线图 二、工件搬运站 1、工件搬运站设计实现的功能 按下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁（f=1s） 。 按下复位按钮，机械手放松，上升臂缩回，机械手左旋，开始灯闪烁，复位 灯灭。 按下开始按钮，调试按钮，手臂出，机械手下降，夹紧物体，手臂上升再缩 回，手臂右旋。 手臂伸出，下降，机械手放松，再上升，手臂缩回，再左旋。 2、工件搬运站设计的系统程序如图 3-4 所示。 - 12 - 图 3-4 工件搬运站设计的系统程序 3、工件搬运站系统硬件接线如图 3-5 所示。 图 3-5 工件搬运站系统硬件接线 三、工件加工站 1、工件加工站设计实现的功能 下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁（f=1s） 下复位按钮，工作台旋转电机旋转，旋转到位（辅助加工，模拟加工台和加 工推台回到初始位置）开始灯闪烁（f=1s） - 13 - 下开始按钮，传感器检测到工件，旋转台旋转，旋转到位后，模拟加工台， 辅助加工台，加工推动台的电磁阀动作，Q0.2、 Q0.3、Q0.4 灯亮，模拟加工台， 辅助加工台下降到下限位，加工推动台前移到前限位后停止，钻头旋转电机动作开 始加工工件，即 Q0.1 亮，加工好后(几秒后)，模拟加工台，加工推动器，后移 到后限位 下急停按钮，系统停止，再次上电以 1 步骤，开始运行。 2、工件加工站设计的系统程序如图 3-6 所示。 图 3-6 工件加工站设计的系统程序 3、工件加工站系统硬件接线如图 3-7 所示。 - 14 - 图 3-7 工件加工站系统硬件接线 四、搬运分拣站 1、搬运分拣站设计实现的功能 下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁（f=1s） 下复位按钮，复位灯灭，开始灯闪烁 下开始按钮，机械手下降，夹紧物体，机械手上升 a 如果物品是正品，则气夹右移到右限位下降，气夹张开，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，则机械手右移到中间限位然后下降，气夹张开，物品掉下， 然后气夹上升，上升到位后右移到位，气缸把次品推出到次品筐 - 15 - 2、搬运分拣站设计的系统程序如图 3-8 所示。 图 3-8 搬运分拣站设计的系统程序 图 3-8 搬运分拣站设计的系统程序 3、搬运分拣站系统硬件接线如图 3-9 所示。 - 16 - 图 3-9 搬运分拣站系统硬件接线 五、运输传送站 1、运输传送站设计实现的功能 按下上电按扭，复位灯闪烁，按下复位按扭，复位动作，开始灯闪烁，按下开 始按钮，电机正转，电机停止（循环往复动作，出现故障，应按下急停按钮，使 PLC 停止工作） 2、运输传送站设计的系统程序如图 3-10 所示。 图 3-10 运输传送站设计的系统程序 3、运输传送站系统硬件接线如图 3-11 所示。 - 17 - 图 3-11 运输传送站系统硬件接线 六、安装站 1、安装站设计实现的功能 下上电按钮，上电成功，复位灯闪烁，按下复位按钮，执行复位动作，使手 臂上升到位，并回到初始位置。 下开始按钮，按照程序的动作流程依次完成气夹的下降，上升，手臂的右转 到中间位置再下降，手臂回到左限位，并完成各汽缸的动作过程 2、安装站设计的系统程序如图 3-12 所示。 - 18 - 图 3-12 安装站设计的系统程序 3、安装站系统硬件接线如图 3-13 所示。 图 3-13 安装站系统硬件接线 - 19 - 七、安装搬运站 1、安装搬运站设计实现的功能 按下上电按钮，复位灯闪烁，按下复位按钮，复位灯动作，开始灯闪烁，按下 开始按钮，手臂打出，气缸推出，手臂打回，手臂缩回，吸盘吸和，物料桶移出， 手臂打出，吸盘停止吸气，手臂打回 第八站 网联 2、安装搬运站设计的系统程序如图 3-14 所示。 图 3-14 安装搬运站设计的系统程序 - 20 - 3、搬运安装站系统硬件接线如图 3-15 所示。 图 3-15 搬运安装站系统硬件接线 八、分类站 1、分类站设计实现的功能 按工件类型分类，将工件推入不同的仓位 2、分类站设计的系统程序如图 3-16 所示。 图 3-16 分类站设计的系统程序 - 21 - 3.分类站系统硬件接线如图 3-17 所示 图 3-17 分类站系统硬件接线 3.33.3 工业自动生产线通信系统设计工业自动生产线通信系统设计 Profibus-DP（Decentralized Periphery,分布式外围设备） ，在 Profibus 现 场总线中，Profibus-DP 的应用最广。Profibus-DP 协议主要用于 PLC 与分布式 I/O 和现场设备的高速数据传输。典型的 DP 配置是单主站结构，也可以是多主站结构。 Profibus-DP 使用第一层、第二层和用户接口层，这种精简的结构保证了数据的高 速传输。它的基本功能如下： 1、总线存取方法 各主站间为令牌传送，主站与从站间为主-从循环传送，支持单主站或多主站系 统，总线上最多 126 个站。可以采用点对点用户数据通信、广播（控制指令）方式 和循环主-从用户数据通信。 2、循环数据交换 DP-V0 可以实现中央控制器（PLC,PC 或过程控制系统）与分布式现场设备（从 站，例如 I/O、阀门、变送器和分析仪等）之间的快速循环数据交换，主站发出请 求报文，从站收到后返回响应报文。这种循环数据交换是在被称为 MS0 的连接上进 行的。 3、诊断功能 经过扩展的 PROFIBUS-DP 诊断，能对站级、模块级、通道级这 3 个故障进行诊 断和快速定位，诊断信息在总线上传输并由主站采集。 本站诊断操作：对本站设备的一般操作状态的诊断，例如温度过高，压力过低。 - 22 - 模块诊断操作：对站点内部某个具体的 I/O 模块的故障定位。 通道诊断操作：对某个输入/输出通道的故障定位。 4、保护功能 所有信息的传输按海明距离 HD=4 进行。对 DP 从站的输出进行存取保护，DP 主 站用监控定时器监视与从站的通信，对每个从站都有独立的监控定时器。在规定的 监视时间间隔内，如果没有执行用户数据传送，将会使监控定时器超时，通知用户 程序进行处理。如果参数“Auto_Clear”为 1，DPM1 将退出运行模式，并将所有有 关的从站的输出置于故障安全状态，然后进入清除（Clear）状态。 DP 从站用看门狗（Watchdog Timer，监控定时器）检测与主站的数据传输，如 果在设置的时间内没有完成数据通信，从站自动地将输出切换到故障安全状态。 在多主站系统中，从站输出操作的访问保护是必要的。这样可以保证只有授权 的主站才能直接访问。其他从站可以读它们的输入的映像，但是不能直接访问。 5、通过网络的组态功能与控制功能 通过网络可以实现下列功能：动态激活或关闭 DP 从站，对 DP 主站（DPM1）进 行配置，可以设置站点的数目、DP 从站的地址、输入/输出数据的格式、诊断报文 的格式等，以及检查 DP 从站的组态。控制命令可以同时发送给所有的从站或部分从 站。 6、同步与锁定功能 主站可以发送命令给一个从站或同时发送给一组从站。接收到主站的同步命令 后，从站进入同步模式。这些从站的输出被锁定在当前状态。在这之后的用户数据 传输中，输出数据存储在从站，但是它的输出状态保持不变。同步模式用 “UNSYNC”命令来解除。 7、DPM1 和 DP 从站之间的循环数据传输 DPM1 与有关 DP 从站之间的用户数据传输是由 DPM1 按照确定的递归顺序自动进 行的。在对总线系统进行组态时，用户定义 DP 从站与 DPM1 的关系，确定哪些 DP 从 站被纳入信息交换的循环。 DMP1 和 DP 从站之间的数据传送分为 3 个阶段：参数化、组态和数据交换。在 前两个阶段进行检查，每个从站将自己的实际组态数据与从 DPM1 接收到的组态数据 进行比较。设备类型、格式、信息长度与输入/输出的个数都应一致，以防止由于组 态过程中的错误造成系统的检查错误。 只有系统检查通过后，DP 从站才进入用户数据传输阶段。在自动进行用户数据 传输的同时，也可以根据用户的需要向 DP 从站发送用户定义的参数。 8、DPM1 和系统组态设备间的循环数据传输 PROFIBUS-DP 允许主站之间的数据交换，即 DPM1 和 DPM2 之间的数据交换。该 - 23 - 功能使组态和诊断设备通过总线对系统进行组态，改变 DPM1 的操作方式，动态地允 许或禁止 DPM1 与某些从站之间交换数据。 第四章第四章 论文总结论文总结 经过这次毕业论文写作，我对方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写程序， 遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、电 气原理图设计法、顺序控制设计法。特别对顺序控制设计有了一定的了解。 这里面我认最经典的是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的 编程方法这个三个是很值得研究的，也是一种格式。只要你能熟悉掌握，灵活应用 的话，那么编程对你来说将变的非常容易。一个流程图无论多么复杂，都可以拆分 上面的形式，然后就可以利用上面的方法编程了。 当然对于简单的流程也可以用顺序设计。这种方法也是一种固定的格式，只要 按照它的格式就可以写出正确的程序，它的优点易懂，条理清晰。但结构多，对于 活动步多的设计我想用这个设计比较烦琐。 更加体会到 PLC 的可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、控制程序可变、使用 方便等优点。更加熟悉了西门子编程软件使用方法与各种基本指令。这次的论文设 计使我把可编程控制器的理论知识用在实践中，实现了理论和实践相结合，从中懂 得理论是实践的基础，实践又能检验理论的正确性，让我受益非浅， 对我以后工作 中遇到问题或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。 - 24 - 参考文献参考文献 1廖常初.西门子工业自动化系列教材(S7300/400 应用教程) .机械工业出版社.2008 2张进秋.可编程控制器原理及应用实例.机械工业出版社.2004 3万学春.生产线组装与调试实训教程.中国电力出版社.2010 4戚长政.自动机与生产线.科学出版社.2007 5苏家健,许晋仙.电气控制与 PLC 实训.西安电子科技大学出版社.2009 6 廖常初.工业通信组态编程与故障诊断.机械工业出版社.2009 7 罗红福.PROFIBUS-DP 现场总线工程应用实例解析.中国电力出版社.2008 - 25 - 致谢致谢 非常感谢赵光艺老师在我大学的最后学习阶段毕业论文阶段给我的指导， 在本论文的写作过程中，我的导师赵光艺老师倾注了大量的心血，从最初的定题， 到资料的收集、写作、修改，一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循 循善诱直至论文定稿，他给了我耐心的指导和无私的帮助。为了指导我的毕业论文， 他放弃了自己的休息时间，他的这种无私奉献的敬业精神令人钦佩，在此我向他表 示我诚挚的谢意！ 同时，感谢所有任课老师和所有同学在这三年来给我的指导和帮助，是他们教 会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。在这三年的时间里，我 在学习上和思想上都受益匪浅。这除了自身努力外，与各位老师、同学和朋友的关 心、支持是分不开的，我才能在各方面取得显著的进步。 毕业论文暂告收尾，这也意味着我在安徽机电职业技术学院的三年的学习生活 既将结束。回首既往，自己一生最宝贵的时光能于这样的校园之中，能在众多学富 五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，实是荣幸之极。在此向他们表示我由衷的 谢意！并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！ - 26 - 指导教师评语指导教师评语 等级等级签名签名日期日期