基于PLC的自动化生产线供料站毕业设计

第一章 概述4第二章PLC的发展史52.1 PLC的简史及定义52.2 PLC的特点62.3 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82.1 基本组成82.2 基本功能9第三章 电气控制103.1 接线端子及主令部件103.2 能源部件123.2.1 供电电源123.3 RS485总线的电气连接14第四章 供料与加工单元控制系统154.1 供料单元的结构和工作过程154.2 供料单元的PLC工作任务164.3 供料单元的编程思路174.4 PLC的I/O分配及系统安装接线194.5 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 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，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。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。Ø 可编程序控制器的定义 1985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v Programmable Controller PC Personal Computer PCv Programmable Logic Controller PLC2.2 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。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。 高性能、高速度、大容量发展l 多CPU结构l 高性能、流水RISC结构CPU(32位机)l 增加智能控制功能l 支持组态设计 大力发展微型PLC,不断增强微型PLC的功能l 掌上PLCl 高性能l 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)l 顺序功能图（SFC）l 梯形图l 功能块图l 指令表l 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/输出、模糊控制器、PID回路控制、通信模块第三章 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