PLC自动化生产线设计说明.doc

. . . 职业技术学院PLC自动化生产线设计 班级：机电21032 学号：2060103208 ：高达星 PLC自动化生产线设计摘 要自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉与机械技术、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 电机目 录摘要I一概述1二自动生产线的组成与基本功能22.1 基本组成22.2 基本功能3三电气控制43.1 接线端子与主令部件43.1.2 控制系统53.2 能源部63.2.1 供电电源63.2.2 气源处理装置73.2 RS485总线的电气连接83.2.1 安装和连接N:N 通信网络8四加工单元控制系统84.1 供料单元的PLC工作任务94.2 加工单元的结构和工作过程94.3 加工单元PLC工作任务104.4 PLC的I/O分配与系统安装接线104.5 加工单元气动控制回路12总结15致15参考文献16附录1加工单元电气原理图与程序1738 / 41一 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二 自动生产线的组成与基本功能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 自动生产线外观图其中，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、物体的颜色与材质等2.2 基本功能各工作单元在台面上的分布如图2-2的俯视图所示310430350560图2-2 自动生产线设备俯视图2加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出如图2-4所示为加工单元实物的全貌三 电气控制3.1 接线端子与主令部件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侧的接线端口图3-1 装置侧接线端口图3-2 PLC侧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3.1.2 控制系统任务每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以与运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块按钮指示灯模块如图3-3所示模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上图3-3 按钮指示灯模块模块盒上器件包括：⑴指示灯（24VDC）：黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只⑵主令器件：绿色常开按钮SB1一只红色常开按钮SB2一只选择开关SA（一对转换触点）急停按钮QS（一个常闭触点）2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于采用三菱FX系列PLC的设备，各工作站PLC配置如下：（1）加工单元：FX2N-32MR主单元，共16点输入，16点继电器输出。

3.2 能源部3.2.1 供电电源外部供电电源为三相五线制AC 380V/220V，图3-4为供电电源模块一次回路原理图图中，总电源开关选用DZ47LE-32/C32型三相四线漏电开关系统各主要负载通过自动开关单独供电其中，变频器电源通过DZ47C16/3P三相自动开关供电；各工作站PLC均采用DZ47C5/2P单相自动开关供电此外，系统配置4台DC24V6A开关稳压电源分别用作供料、加工和分拣单元，与输送单元的直流电源图3-4 供电电源模块一次回路原理图图3-5 配电箱设备安装图3.2.2 气源处理装置本次任务的气源处理组件与其回路原理图分别如图3-6所示气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用是除去压缩空气中所含的杂质与凝结水，调节并保持恒定的工作压力在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之把气路开关向右推入时气路关闭图3-6 气源处理组件气源处理组件输入气源来自空气压缩机，所提供的压力为0.6～1.0MPa, 输出压力为0～0.8MPa可调。

输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元3.2 RS485总线的电气连接3.2.1 安装和连接N:N 通信网络网络安装前，应断开电源各站PLC应插上485-BD通信板它的LED显示/端子排列如图3-7所示图3-7 485-BD板显示/端子排列在N：N网络，各站点间用屏蔽双绞线相连，如图3-8所示，接线时须注意终端站要接上110欧姆的终端电阻（485BD板附件）图3-8 PLC网络连接四 加工单元控制系统4.1 供料单元的PLC工作任务本章节只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况，单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块并且，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置具体的控制要求为：① 设备上电和气源接通后，若工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且料仓有足够的待加工工件，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁② 若设备准备好，按下启动按钮，工作单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮启动后，若出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上出料台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。

③ 若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，HL2指示灯熄灭④ 若在运行中料仓工件不足，则工作单元继续工作，但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁，“设备运行”指示灯HL2保持常亮若料仓没有工件，则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪烁工作站在完成本周期任务后停止除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动4.2 加工单元的结构和工作过程加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程加工单元装置侧主要结构组成为：加工台与滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，底板等其中，该单元机械结构总成如图4-2所示图4-2 加工单元机械结构总成4.3 加工单元PLC工作任务加工单元作为独立设备运行时的情况，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关应置于“单站方式”位置具体的控制要求为：1、初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸。