模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中的搬運(yùn)分揀站設(shè)計(jì)說明書

1、前 言模塊化并不是一個(gè)新的概念，早在20世紀(jì)初期其就被引入了機(jī)械制造業(yè)。人們將模塊與物理產(chǎn)品聯(lián)系到了一起，明確了模塊的功能和特征。20世紀(jì)60年代以來，隨著生活水平的提高和科技的發(fā)展，當(dāng)今的市場(chǎng)已成為買方市場(chǎng)，隨著市場(chǎng)的國(guó)際化，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也越加激烈。由于技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的壽命周期逐漸縮短，從而導(dǎo)致客戶的需求呈現(xiàn)多樣化和個(gè)性化，所要定制的產(chǎn)品數(shù)量變少，同時(shí)還要求較短的交貨期、較低的成本、較好的質(zhì)量等。這些因素也促使企業(yè)不斷的改變?cè)械纳a(chǎn)模式，尋求更新更好的生產(chǎn)模式。模塊化生產(chǎn)技術(shù)的基本方法是將產(chǎn)品的制造問題通過產(chǎn)品重組和過程重組轉(zhuǎn)化為或部分轉(zhuǎn)化為批量制造問題，即提供給用戶的是全新的、定制

2、的個(gè)性化產(chǎn)品，而實(shí)際產(chǎn)品則主要由標(biāo)準(zhǔn)的模塊組成。模塊化制造的思想也來源于人們長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐。在機(jī)床制造業(yè)，德國(guó)于1930年首先提出了“模塊化構(gòu)造”(modular construction)的設(shè)計(jì)方法。由于用這種方法設(shè)計(jì)制造的機(jī)床具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，因而采用模塊化構(gòu)造在世界上得到迅速發(fā)展。日本通產(chǎn)省在1977年開始研制柔性加工單元(fmc)，明確地引進(jìn)了模塊化構(gòu)造的概念。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。模塊化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求，是對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化形式的發(fā)展。模塊化與成組技術(shù)、柔性生產(chǎn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等現(xiàn)代制造技術(shù)之間的關(guān)系是相輔相成、互

3、相支持的，只有在生產(chǎn)中密切配合才能發(fā)揮最大效益。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)作為一種現(xiàn)代制造環(huán)境下的制造哲理和方法論早就引起了人們的注意。rogers等就針對(duì)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(mps)的有關(guān)問題進(jìn)行了深入的研究。通過建立模塊標(biāo)準(zhǔn)，建立有限的部件級(jí)的基本生產(chǎn)加工單元(標(biāo)準(zhǔn)模塊)。把基本模塊分為四類：加上單元、運(yùn)動(dòng)單元、 模塊化刀具裝卡單元以及可配置的控制系統(tǒng)。通過從模塊目錄中選取適當(dāng)?shù)哪K就能建立適應(yīng)范圍寬的自動(dòng)化、集成化的生產(chǎn)系統(tǒng)。rogers等針對(duì)中、低檔消費(fèi)品的生產(chǎn)，如兒童玩具、廚房用具等，研究了實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(mps)的合理性。把 mps作為產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的一種技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)設(shè)

4、計(jì)之間建立了聯(lián)系，通過制造特定的產(chǎn)品對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)。同時(shí)還提出了模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的兩個(gè)基本工作原理，分析了建立設(shè)備模塊標(biāo)準(zhǔn)和面向并行工程的mps設(shè)計(jì)支持工具的重要性。并把 mps總體設(shè)計(jì)過程分為三個(gè)階段：產(chǎn)品分析、面向 mps的產(chǎn)品建模和mps綜合。從模塊化生產(chǎn)概念的形成可以看出，模塊化制造是符合當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展潮流、具有廣泛實(shí)踐基礎(chǔ)、可具體執(zhí)行和操作的一種實(shí)用型先進(jìn)制造模式和技術(shù)體系。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)是根據(jù)特定模塊化產(chǎn)品的制造要求設(shè)計(jì)而成的，產(chǎn)品的性能和質(zhì)量得到了提高，生產(chǎn)的周期縮短，響應(yīng)了市場(chǎng)的需求；與其相適應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)易于重組，以適應(yīng)產(chǎn)品的快速變換。而產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊化和生產(chǎn)系統(tǒng)裝備的模塊

5、化恰恰正能滿足這樣的要求。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)是企業(yè)和產(chǎn)品重組的基礎(chǔ)，是產(chǎn)品及其生產(chǎn)系統(tǒng)持續(xù)更新和并行開發(fā)的最佳基礎(chǔ)。隨著中國(guó)加入wto，中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步融入世界經(jīng)濟(jì)，中國(guó)在世界經(jīng)濟(jì)中扮演著越來越重要的角色。在這樣的大背景下作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)引擎的制造行業(yè)中蘊(yùn)藏著巨大的市場(chǎng)機(jī)遇，但同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)也越來越慘烈，中國(guó)的制造業(yè)同時(shí)也會(huì)面臨巨大的挑戰(zhàn)。要想贏得未來競(jìng)爭(zhēng)的勝利，中國(guó)的制造企業(yè)必須通過優(yōu)化整個(gè)產(chǎn)品生命周期的業(yè)務(wù)鏈來縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本，同時(shí)還要不斷通過研發(fā)創(chuàng)新來滿足客戶的變化需求。技術(shù)的飛速進(jìn)步，引起產(chǎn)品工程越來越復(fù)雜，企業(yè)必須在不斷變化的環(huán)境中應(yīng)付越來越復(fù)雜的工程技術(shù)，隨著客戶對(duì)產(chǎn)品

6、個(gè)性化需求程度的增加，也導(dǎo)致產(chǎn)品定制化趨勢(shì)越來越明顯，企業(yè)必須創(chuàng)建數(shù)量龐大的產(chǎn)品系列來滿足客戶不斷變化的需求。而模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于新產(chǎn)品而言，由于標(biāo)準(zhǔn)的模塊化而帶來的生產(chǎn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，并和自動(dòng)化相結(jié)合，將顯著縮短生產(chǎn)周期。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)由于其建立方便、模塊的適應(yīng)范圍廣、可重構(gòu)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以建立一個(gè)模塊化制造系統(tǒng)的租賃市場(chǎng)。在這一市場(chǎng)中，建立一個(gè)模塊化制造系統(tǒng)租賃公司，該公司準(zhǔn)備了大量的各種不同的制造系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模塊。可以向需要建立新產(chǎn)品制造系統(tǒng)(設(shè)備、生產(chǎn)線、裝配線)的企業(yè)提供各種加工基本模塊、模塊化驅(qū)動(dòng)單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構(gòu)的控制系統(tǒng)。企業(yè)可以迅速在幾天內(nèi)建立起支持新產(chǎn)品生

7、產(chǎn)的系統(tǒng)。當(dāng)該產(chǎn)品不再生產(chǎn)時(shí)，該模塊化制造系統(tǒng)可以容易地拆除，并將各模塊退回給租賃公司。由于模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是高度自動(dòng)化的，硬件是模塊的，能很快地設(shè)計(jì)和重構(gòu)低成本的生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，將企業(yè)產(chǎn)品平臺(tái)化、模塊化的管理創(chuàng)新成果與信息系統(tǒng)的建設(shè)結(jié)合起來將大大的提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。這次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是對(duì)模塊化搬運(yùn)分揀站的控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要包括：模塊化搬運(yùn)分揀站的可編程控制器（plc）程序設(shè)計(jì)；組態(tài)程序設(shè)計(jì)；說明工作原理并編寫設(shè)計(jì)說明書；利用實(shí)體模型完成組態(tài)程序和可編程控制器（plc）程序的運(yùn)行調(diào)試工作。說明書介紹了基于模塊化的搬運(yùn)分揀站的工作原理、plc程序設(shè)計(jì)與控制、以及組態(tài)程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容，重點(diǎn)

8、是關(guān)于模塊化搬運(yùn)分揀站的plc控制程序的設(shè)計(jì)和組態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控程序（動(dòng)畫）的設(shè)計(jì)，并在實(shí)體模型上完成調(diào)試運(yùn)行。目 錄摘 要abstract第1章 緒 論11.1 概述11.2 特點(diǎn)21.2.1 模塊化的具體特點(diǎn)21.2.2 模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)31.3 組成51.4 構(gòu)建模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)51.4.1 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建前的準(zhǔn)備61.4.2 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建的條件6第2章 模塊化搬運(yùn)分揀站82.1 概述82.2 搬運(yùn)分揀站結(jié)構(gòu)與功能82.3 搬運(yùn)分揀站氣動(dòng)控制設(shè)計(jì)9第3章 可編程序控制器（plc）123.1 可編程控制器概述123.1.1 plc的由來和定義123.1.2 plc的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì)13

9、3.1.3 plc的主要功能和特點(diǎn)163.1.4 plc的分類183.2 plc的基本組成和工作原理203.2.1 plc的基本組成和各部分的作用203.2.2 plc的工作原理223.3 plc程序設(shè)計(jì)243.3.1 工件與設(shè)備選擇243.3.2 plc編程25第4章 組態(tài)編程304.1 組態(tài)概述304.1.1 組態(tài)的定義304.1.2 組態(tài)軟件304.2亞控組態(tài)王簡(jiǎn)介364.3 組態(tài)程序編寫404.3.1 組態(tài)程序404.3.2 組態(tài)變量設(shè)置404.3.3 組態(tài)王聯(lián)機(jī)運(yùn)行動(dòng)畫截圖41第5章 結(jié)論與展望455.1 結(jié)論455.2 展望45致 謝46參考文獻(xiàn)47附 錄482009屆機(jī)械電子工程

10、專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要模塊化并不是一個(gè)新的概念，早在20世紀(jì)初期其就被引入了機(jī)械制造業(yè)。人們將模塊與物理產(chǎn)品聯(lián)系到了一起，明確了模塊的功能和特征。模塊化生產(chǎn)技術(shù)的基本方法是將產(chǎn)品的制造問題通過產(chǎn)品重組和過程重組轉(zhuǎn)化為或部分轉(zhuǎn)化為批量制造問題，即提供給用戶的是全新的、定制的個(gè)性化產(chǎn)品，而實(shí)際產(chǎn)品則主要由標(biāo)準(zhǔn)的模塊組成。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)由于其建立方便、模塊的適應(yīng)范圍廣、可重構(gòu)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的運(yùn)用。模塊化搬運(yùn)分揀站是模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（mps）的一部分。它既可以作為一個(gè)獨(dú)立的部分單獨(dú)使用，同時(shí)也可以與供料站、檢測(cè)站、加工站、安裝站、存儲(chǔ)站等組合成一個(gè)整體的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。本文介紹基于模

11、塊化的搬運(yùn)分揀站的工作原理、plc程序設(shè)計(jì)與控制、以及組態(tài)程序的設(shè)計(jì)等內(nèi)容，重點(diǎn)是關(guān)于模塊化搬運(yùn)分揀站的plc控制程序的設(shè)計(jì)以及與組態(tài)程序的配合調(diào)試。關(guān)鍵詞：模塊化，可編程控制器，組態(tài)abstractmodular is not a new concept, as early as the beginning of the 20th century was the introduction of the mechanical manufacturing industry. people with physical products will be linked modules together

12、, defined the functions and characteristics of modules. modular production technology is the basic method of manufacture of the product through the process of restructuring and reorganization of product into or part of the problem into volume manufacturing, which is available to users new, personali

13、zed custom product, but the actual products mainly by the standard module. modular production system to establish because of its convenience, modules to adapt to a wide range of strong, such as reconfigurable characteristics, both at home and abroad has been widely used.sorting handling modular stat

14、ion is modular production system (mps) as part of. it can be used as part of an independent used alone, but also can feed station, detection stations, processing stations, the installation of stations, storage stations combined into an overall automated production systems. this article describes the

15、 removal based on the modular principle of sorting stations, plc programming and control, as well as the configuration of the design process and so on, with a focus on handling the sorting station modular plc control procedures, as well as the design and configuration process with debugging.keywords

16、:modular, programmable controller, the configuration2009屆機(jī)械電子工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1章 緒 論1.1 概述隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，氣動(dòng)技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)、plc技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及通訊技術(shù)等技術(shù)的緊密結(jié)合而形成的機(jī)電液、機(jī)電氣、機(jī)電光一體化的自動(dòng)化控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中正起著越來越重要的作用，自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)已成為當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)就是一個(gè)工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，是基于機(jī)電氣(液)一體化技術(shù)、plc控制與機(jī)器人結(jié)合的全自動(dòng)加工裝配系統(tǒng)。模塊是構(gòu)成產(chǎn)品的一部分，具有獨(dú)立功能，具有一致的幾何連接接口和一致的輸入、輸

17、出接口的單元，相同種類的模塊在產(chǎn)品族中可以重用和互換，相關(guān)模塊的排列組合就可以形成最終的產(chǎn)品。模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)可以達(dá)到以下幾個(gè)目的：模塊的組合配置，可以創(chuàng)建不同需求的產(chǎn)品，滿足客戶的定制需求 ；相似性的重用，既可以重用已有零部件和已有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也可以重用整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的采購(gòu)、物流、制造和服務(wù)資源；減少產(chǎn)品工程復(fù)雜程度，因?yàn)槟K是產(chǎn)品部分功能的封裝，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員使用具體模塊時(shí)根本不用關(guān)心內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，可以使研發(fā)人員更加關(guān)注頂層邏輯，提高產(chǎn)品工程管理質(zhì)量和產(chǎn)品的可靠性。產(chǎn)品平臺(tái)就是描述產(chǎn)品系列的模塊化結(jié)構(gòu)及模塊的功能、模塊間的幾何連接接口和輸入輸出接口。產(chǎn)品平臺(tái)是不同目標(biāo)市場(chǎng)需求的抽象表達(dá)，是企業(yè)

18、劃分模塊的基礎(chǔ)，產(chǎn)品平臺(tái)和模塊是相輔相成、相互依存的。因此，從以上論述和觀點(diǎn)來看，產(chǎn)品的平臺(tái)化、模塊化是連接產(chǎn)品研發(fā)和大規(guī)模定制生產(chǎn)的橋梁。模塊化產(chǎn)品是達(dá)到大規(guī)模定制和不斷的持續(xù)改進(jìn)企業(yè)商業(yè)能力的首要前提。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)化的、基本的制造系統(tǒng)模塊進(jìn)行重構(gòu)，快速得到面向定制產(chǎn)品的制造系統(tǒng)，是一種高生產(chǎn)率和高柔性的制造系統(tǒng)。該制造系統(tǒng)具有以下幾類模塊：加工基本模塊、模塊化驅(qū)動(dòng)單元、模塊化的存儲(chǔ)單元以及可重構(gòu)的控制系統(tǒng)。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中的各部分不僅可以組合成一條高度自動(dòng)化的生產(chǎn)線，同時(shí)模塊化的功能單元也可以獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)。整個(gè)控制系統(tǒng)是由各模塊組成的多級(jí)系統(tǒng)。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)涉及諸如電機(jī)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)、

19、plc（可編程控制器）、傳感器等多種技術(shù)。一般包括：電氣系統(tǒng)，氣動(dòng)系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)等。一、電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)是指的在傳輸過程中的控制系統(tǒng)。電氣其外延涵蓋了微電子，光子學(xué)，以及微機(jī)應(yīng)用技術(shù)等。電氣的概念相當(dāng)?shù)膹V泛，只要是用電的就是電氣，只要是用電控制的就是電氣控制。其主要特點(diǎn)是強(qiáng)弱電結(jié)合、電工技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合、軟件與硬件結(jié)合、元件與系統(tǒng)結(jié)合。具體解決電氣系統(tǒng)的控制問題。 二、氣動(dòng)系統(tǒng)氣動(dòng)系統(tǒng)是通過氣體的壓強(qiáng)或膨脹產(chǎn)生的力來做功，即將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的機(jī)件。三、機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)是執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來變換或傳遞能量、物料、信息等。1.2 特點(diǎn)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)是一種針對(duì)技術(shù)難度一般的產(chǎn)品的一

20、種新的生產(chǎn)系統(tǒng)，是一種在標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的“柔性”生產(chǎn)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：當(dāng)有一個(gè)新產(chǎn)品投產(chǎn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化的模塊可以快速組成一個(gè)新的生產(chǎn)系統(tǒng)，當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)完成后，組成制造系統(tǒng)的模塊可以拆下來用于其它新產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)中。而這些標(biāo)準(zhǔn)化的模塊可從一個(gè)貯備有大量模塊的租貨公司租賃。對(duì)于技術(shù)難度一般、批量較小或中等的產(chǎn)品，模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)能滿足大批量定制生產(chǎn)的需要，具有高生產(chǎn)率和高柔性的特點(diǎn)。1.2.1 模塊化的具體特點(diǎn)1、模塊具有獨(dú)立的功能模塊的功能是整個(gè)產(chǎn)品功能的組成部分，且這個(gè)功能是自我包含，自我實(shí)現(xiàn)的。在集成化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，零部件的功能與產(chǎn)品功能是多對(duì)多的關(guān)系，這樣導(dǎo)致某個(gè)零部件的設(shè)計(jì)更改會(huì)

21、影響到產(chǎn)品的多個(gè)功能，也就會(huì)導(dǎo)致不確定范圍的零部件的修改，同樣為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的某項(xiàng)功能改善，也會(huì)導(dǎo)致很多零部件的修改。隨著產(chǎn)品復(fù)雜程度和產(chǎn)品零部件重用度的提高，管理這樣的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和相關(guān)信息就會(huì)變得十分困難，尤其是在產(chǎn)品為系列化、批量生產(chǎn)模式的企業(yè)中，隨著不可互換的相似零部件種類的增加，銷售、采購(gòu)、物流、生產(chǎn)和服務(wù)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域中的管理困難會(huì)成倍增加！在模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中，零部件的功能與產(chǎn)品功能是一對(duì)一的關(guān)系，這樣對(duì)于零部件的更改和產(chǎn)品功能的改善不會(huì)造成其他零部件和功能的調(diào)整，也就是將產(chǎn)品的功能抽象與產(chǎn)品零部件的具體實(shí)現(xiàn)分離，模塊自身的單獨(dú)發(fā)展不會(huì)影響其他模塊。 2、標(biāo)準(zhǔn)的幾何連接和一致的輸入、輸出接

22、口 為了實(shí)現(xiàn)同類模塊之間的互換，嚴(yán)格的尺寸接口和輸入輸出接口的定義是必須的。幾何連接接口，可以是機(jī)械領(lǐng)域的銷、面、鍵和螺栓等，也可以是電器領(lǐng)域的信號(hào)、能量等。著名的玩具供應(yīng)商lego樂高公司通過積木模塊的不同組合可以拼成幾乎無盡數(shù)量的形狀，于是在市場(chǎng)上取得了巨大的成功。lego樂高公司的積木模塊的定義主要就是幾何連接接口。當(dāng)然，在實(shí)際的制造業(yè)中隨著產(chǎn)品復(fù)雜度的增加，模塊的幾何連接接口要比這復(fù)雜得多。輸入、輸出接口，是模塊功能的抽象，此類接口可以是能量、信息、物質(zhì)（液體、氣體）等，是定義該模塊功能的輸出標(biāo)準(zhǔn)和能夠保證輸出特定功能所必須的輸入條件標(biāo)準(zhǔn)。例如，如果發(fā)電機(jī)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)廠來講是一個(gè)模塊的話

23、，發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的連接尺寸等幾何連接接口需要標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。同時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速、功率，以及輸出的電流等輸入、輸出接口同樣需要規(guī)范。 3、模塊是依賴產(chǎn)品平臺(tái)的存在而存在的 雖然模塊的功能是自我包含、自我實(shí)現(xiàn)的，但是模塊的存在和劃分必須以產(chǎn)品平臺(tái)的整體功能為前提。比如某一個(gè)收音機(jī)由接收器(ra)、放大器(aa)和電源(pa)三個(gè)組件構(gòu)成，當(dāng)該收音機(jī)只有這樣一種產(chǎn)品配置的時(shí)候，這里不存在任何模塊，接收器(ra)、放大器(aa)和電源(pa)是一個(gè)整體，不用區(qū)分。但是，當(dāng)有另外一種收音機(jī)使用了另外一種電源(pb)，這個(gè)電源(pb)又與前一個(gè)電源(pa)可以互換時(shí)，那么電源在沒有任何變化的情況下，就

24、會(huì)成為一個(gè)模塊。因此，模塊的功能和互換性都是依賴于產(chǎn)品平臺(tái)的功能和配置變化而存在的，失去產(chǎn)品平臺(tái)的定義和產(chǎn)品平臺(tái)的配置需求，模塊的存在是沒有意義的。 4、模塊是有層次的，并且受觀察角度和范圍的影響 模塊可以包含子模塊，因?yàn)槟K的功能是整個(gè)系統(tǒng)功能的組成部分，所以子模塊的功能應(yīng)該是父模塊的基本功能，所以能否稱為模塊是受觀察角度和定義范圍的影響而變化的。同樣，模塊層次越多管理難度越大，當(dāng)模塊層次劃分過多，就與非模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)沒有什么差異了。例如，就模塊的層次而言，柴油機(jī)是整車的一個(gè)模塊，發(fā)電機(jī)又是柴油機(jī)的一個(gè)模塊。站在不同的角度，模塊的劃分也會(huì)不同。發(fā)電機(jī)對(duì)于發(fā)電機(jī)生產(chǎn)商來講是一個(gè)產(chǎn)品，對(duì)于柴油

25、機(jī)生產(chǎn)商來講是一個(gè)模塊，而對(duì)于整車生產(chǎn)商來講只是一個(gè)總成件了。整車廠的模塊化產(chǎn)品平臺(tái)中不需要定義發(fā)電機(jī)模塊。 1.2.2 模塊化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)于新產(chǎn)品而言，由于標(biāo)準(zhǔn)的模塊化而帶來的生產(chǎn)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，并和自動(dòng)化相結(jié)合，將幫助顯著縮短生產(chǎn)周期。由于模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是高度自動(dòng)化的，硬件是模塊的，因此能很快地設(shè)計(jì)和重構(gòu)低成本的生產(chǎn)系統(tǒng)。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)由于其建立方便、模塊的適應(yīng)范圍廣、可重構(gòu)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以建立一個(gè)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的租賃市場(chǎng)。在這一市場(chǎng)中，建立一個(gè)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)租賃公司，該公司準(zhǔn)備了大量的各種不同的制造系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)模塊?？梢韵蛐枰⑿庐a(chǎn)品制造系統(tǒng)(設(shè)備、生產(chǎn)線、裝配

26、線)的企業(yè)提供各種加工基本模塊、模塊化驅(qū)動(dòng)單元、模塊化的刀具和夾具以及可重構(gòu)的控制系統(tǒng)。企業(yè)可以迅速在幾天內(nèi)建立起支持新產(chǎn)品生產(chǎn)的系統(tǒng)。當(dāng)該產(chǎn)品不再生產(chǎn)時(shí)，該模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)可以容易地拆除，并將各模塊退回給租賃公司。當(dāng)然還需要一個(gè)設(shè)計(jì)和制造這些模塊的公司。模塊化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)企業(yè)的貢獻(xiàn)可以從產(chǎn)品研發(fā)、提高效率、降低成本和改進(jìn)企業(yè)管理等幾個(gè)方面考慮。 1、對(duì)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)的貢獻(xiàn) 模塊是產(chǎn)品知識(shí)的載體，模塊的重用就是設(shè)計(jì)知識(shí)的重用，大量利用已有的經(jīng)過試驗(yàn)、生產(chǎn)和市場(chǎng)驗(yàn)證的模塊，可以降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品的可靠性和設(shè)計(jì)質(zhì)量。模塊實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的分配和隔離，使問題的發(fā)現(xiàn)和設(shè)計(jì)的改進(jìn)變得容易。模塊實(shí)現(xiàn)功能的抽象

27、和實(shí)現(xiàn)分離，使設(shè)計(jì)人員容易掌握產(chǎn)品全局，同時(shí)設(shè)計(jì)人員可以屏蔽掉與自身領(lǐng)域無關(guān)的細(xì)節(jié)，從而關(guān)注更高層次的設(shè)計(jì)邏輯。模塊功能的獨(dú)立性和接口的一致性，使模塊研究更加專業(yè)化和深入，可以不斷通過升級(jí)自身性能來提高產(chǎn)品的整體性能和可靠性，而不會(huì)影響到產(chǎn)品其他模塊。模塊功能的獨(dú)立性和接口的一致性，使各個(gè)模塊可以相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)和發(fā)展，可以進(jìn)行并行設(shè)計(jì)、開發(fā)和并行試驗(yàn)、驗(yàn)證。模塊的不同組合能滿足用戶的多樣性需求，易于產(chǎn)品的配置和變型設(shè)計(jì)，同時(shí)又能保證這種配置變型可以滿足企業(yè)批量化生產(chǎn)的需求。 2、對(duì)企業(yè)工作效率和節(jié)省時(shí)間的貢獻(xiàn) 設(shè)計(jì)和零部件的重用可以大大縮短設(shè)計(jì)周期；并行的產(chǎn)品開發(fā)和測(cè)試可以大大縮短設(shè)計(jì)周期；利

28、用已有成熟模塊可大大縮短采購(gòu)周期、物流周期和生產(chǎn)制造周期，從而加快產(chǎn)品上市時(shí)間；如果劃分模塊時(shí)考慮到企業(yè)售后服務(wù)的特定需求，同樣可以縮短服務(wù)周期和耗費(fèi)資源時(shí)間。 3、對(duì)企業(yè)成本控制的貢獻(xiàn) 模塊和知識(shí)的重用可以大大降低設(shè)計(jì)成本；采用成熟的經(jīng)過驗(yàn)證的模塊，可以提高采購(gòu)批量，降低采購(gòu)和物流成本；采用成熟的經(jīng)過生產(chǎn)驗(yàn)證的模塊，可以大大減少由于新產(chǎn)品的投產(chǎn)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)調(diào)整的頻率，使新產(chǎn)品更容易生產(chǎn)制造，可以降低生產(chǎn)制造成本；產(chǎn)品平臺(tái)中及平臺(tái)之間存在大量的互換模塊，可以降低售后服務(wù)成本。 4、對(duì)企業(yè)組織的貢獻(xiàn) 有利于企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)分工，規(guī)范不同團(tuán)隊(duì)間的信息接口，進(jìn)行更為深入的專業(yè)化研究和不同模塊系統(tǒng)的并行開發(fā)

29、；抽象平臺(tái)和模塊的建立，可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與產(chǎn)品模塊結(jié)構(gòu)之間的交互，使并行工程擁有實(shí)施的根基，工藝、財(cái)務(wù)、采購(gòu)和售后服務(wù)可以在產(chǎn)品研發(fā)早期就介入產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目；標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的模塊接口有利于形成產(chǎn)品的供應(yīng)商規(guī)范；有利于產(chǎn)業(yè)分工的細(xì)化（比如下圖的計(jì)算機(jī)行業(yè)，以及氣車行業(yè)）。目前，由于模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的卓越性能而被廣泛的運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)中。模塊化是企業(yè)發(fā)展壯大的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化工業(yè)的重要象征。1.3 組成模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)由各個(gè)獨(dú)立的單元構(gòu)成，每一個(gè)獨(dú)立的單元都有一套獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可以單獨(dú)使用，同時(shí)也可也組合成整體。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)通常包括一下部分：1、加工基本模塊(pmp: process machine pr

30、imilives) 主要用于加工和改變?cè)牧系臓顟B(tài)，如擠壓、鉆孔、銑削等。基本模塊的功能是與現(xiàn)有的加工設(shè)備相類似，但對(duì)于模塊，最強(qiáng)調(diào)的是遵循精確、預(yù)定義、示范性和可控制的標(biāo)準(zhǔn)。2、模塊化驅(qū)動(dòng)單元(mae：modular actuator elements)主要用于完成執(zhí)行任務(wù)部件的運(yùn)動(dòng)。3、模塊化的刀具和夾具(mtj：modular tooling and jigging)：這是與加工基本模塊和模塊化驅(qū)動(dòng)單元相匹配的刀具和夾具模塊。4、可重構(gòu)的控制系統(tǒng)(ccs: configurable control system)：包括各種模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)子系統(tǒng)的程序、指令和同步化的信息網(wǎng)絡(luò)?？偠灾K

31、化生產(chǎn)系統(tǒng)主要是軟、硬件的結(jié)合。由于其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就可精確地確定產(chǎn)品制造的可行性、成本和投資的回收等問題。大大提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本，因此廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)中。1.4 構(gòu)建模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)傳統(tǒng)的過程性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法傾向于使高層次的模塊依賴于低層次的模塊，抽象層次依賴于具體層次。抽象層次包含的是產(chǎn)品系統(tǒng)的頂層的功能邏輯和宏觀的、對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說重要的戰(zhàn)略性決定，是必然性的體現(xiàn)，而具體層次則含有一些次要的與功能實(shí)現(xiàn)有關(guān)的功能和邏輯，以及戰(zhàn)術(shù)性的決定，帶有相當(dāng)大的偶然性選擇。具體層次的需求會(huì)經(jīng)常改變，抽象層次依賴于具體層次，使許多具體層次的細(xì)節(jié)變化會(huì)立即影響到抽象層次的宏觀功能，導(dǎo)致微觀決定宏觀，

32、戰(zhàn)術(shù)決定戰(zhàn)略，偶然決定必然，這顯然是不對(duì)的。將產(chǎn)品模塊化，就是要把產(chǎn)品系統(tǒng)頂層的功能邏輯抽象成為模塊，使具體的產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)依賴于抽象的模塊層次邏輯。利用抽象的模塊化層次，將企業(yè)產(chǎn)品的底層邏輯數(shù)量眾多的零部件抽象成為可以重用的模塊，再利用模塊的排列組合形成企業(yè)豐富的富于創(chuàng)造性的滿足用戶特殊需求的產(chǎn)品配置。這樣，對(duì)于零部件組件層(底層邏輯)來講企業(yè)要盡量標(biāo)準(zhǔn)化，利用成組技術(shù)和windchill系統(tǒng)中的wsf模塊功能對(duì)這些零部件進(jìn)行分類重用；合理劃分模塊層(抽象層)邏輯，使企業(yè)可以用數(shù)量最少的模塊來配置生成數(shù)量眾多的富于創(chuàng)造性的滿足客戶特殊需求的產(chǎn)品；最后，企業(yè)要利用平臺(tái)化的戰(zhàn)略，分析企業(yè)產(chǎn)品的目

33、標(biāo)市場(chǎng)，整合企業(yè)模塊資源，以最少的產(chǎn)品變型滿足最大范圍的目標(biāo)市場(chǎng)需求。1.4.1 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建前的準(zhǔn)備模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的制造模式不可能在短時(shí)間內(nèi)完成，在構(gòu)建模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)前，應(yīng)進(jìn)行如下一些準(zhǔn)備工作： 1、根據(jù)最終用戶的需求，對(duì)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)中的各模塊進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。 2、建立模塊性能、尺寸和控制的開放性標(biāo)準(zhǔn)。 3、在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮到模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)方法帶來的約束要求。產(chǎn)品所有的生產(chǎn)操作盡量滿足“制造和裝配過程模塊集”規(guī)定的范圍來執(zhí)行。同樣，應(yīng)盡量避免具有長(zhǎng)周期的制造過程，因?yàn)槟K化生產(chǎn)系統(tǒng)的目的是盡可能擴(kuò)大模塊的利用率，以確保資金投入的高回報(bào)率； 4、開發(fā)先進(jìn)的設(shè)計(jì)與分析工具，以便支持設(shè)

34、計(jì)者進(jìn)行與模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)品快速并行設(shè)計(jì)，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)滿足由模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)帶來的約束。1.4.2 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建的條件 1、過程選擇：所有的零部件必須能夠通過加工基本基元而加工出來。 2、周期需求：只要在可能的地方，所有的零部件必須“準(zhǔn)時(shí)(jit)”“準(zhǔn)地(jip)”進(jìn)行制造。3、質(zhì)量和可靠性：所有的作業(yè)和過程的選擇必須力爭(zhēng)具有幾乎100%的可靠性.4、操作和裝配：所有的零部件要使用根據(jù)模塊化驅(qū)動(dòng)單元建立的簡(jiǎn)單實(shí)用的單元進(jìn)行處理和裝配。 5、原材料成本：堅(jiān)決杜絕不必要的昂貴原材料。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)構(gòu)建開始于從與模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中“提取”信息。用于模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品描述

35、主要是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析表。在模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先要根據(jù)產(chǎn)品批量和產(chǎn)品的復(fù)雜程度確定加工機(jī)器基元的模塊數(shù)。這要求識(shí)別哪一種加工機(jī)器基元導(dǎo)致子裝配線的生產(chǎn)周期低于生產(chǎn)輸出速率所要求的周期。如果一個(gè)加工機(jī)器基元的生產(chǎn)周期太低，則增加加工機(jī)器基元單元的數(shù)量直至達(dá)到所要求的生產(chǎn)周期。模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖定義了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)(即裝配命令)、裝配過程和模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)周期需求得到的加工機(jī)器基元模塊的數(shù)量和排序的順序。第2章 模塊化搬運(yùn)分揀站2.1 概述模塊化搬運(yùn)分揀站是模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)（mps）的一部分。它既可以作為一個(gè)獨(dú)立的部分單獨(dú)使用，同時(shí)也可以與供料站、檢測(cè)站、加工站、安裝站、存儲(chǔ)站等組合成一個(gè)整體的自

36、動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)。由于其卓越的自動(dòng)化性能，在國(guó)內(nèi)外工廠的生產(chǎn)流水線中得到了廣泛的應(yīng)用。2.2 搬運(yùn)分揀站結(jié)構(gòu)與功能搬運(yùn)分揀單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的工程，同時(shí)能提供一個(gè)安裝工位，實(shí)現(xiàn)大、小工件的組裝。搬運(yùn)分揀站單元主要由提取模塊、工件平臺(tái)、直線轉(zhuǎn)圓周運(yùn)動(dòng)裝置、氣源處理組件、i/o接線端口、閥組等組成。1、 i/o接線端口 它是該工作單元與plc之間進(jìn)行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號(hào)（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號(hào)電纜連接到plc上。2、 提取模塊該模塊實(shí)際上是一個(gè)“氣動(dòng)機(jī)械手”，主要由一個(gè)直線氣缸（上下擺動(dòng)）、擺臂和氣動(dòng)夾爪等組成。擺臂相當(dāng)于氣動(dòng)

37、機(jī)械手的“手臂”，只是在這時(shí)不能伸縮，只能上下擺動(dòng)，它由一個(gè)安裝在下方的直線氣缸驅(qū)動(dòng)，在擺臂的前端安裝有一個(gè)氣動(dòng)夾爪，用于抓取工件。3、 直線轉(zhuǎn)圓周運(yùn)動(dòng)裝置提取模塊的左右移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)由兩個(gè)直線氣缸所控制，它通過一定的機(jī)械轉(zhuǎn)換裝置，在實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還能提供圓周運(yùn)動(dòng)，這樣在本單元上可以提供四個(gè)工位，分別為左工位（提取工位）、左上工位（安裝工位）、右上工位（未用）和右工位（輸出工位）。4 、工件平臺(tái)工件平臺(tái)安裝在安裝在安裝工位上，用于實(shí)現(xiàn)大、小工件的組裝。2.3 搬運(yùn)分揀站氣動(dòng)控制設(shè)計(jì)1、氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì)該工作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁控制或手動(dòng)控制。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏

38、輯控制功能是通過plc控制實(shí)現(xiàn)的。在搬運(yùn)分揀站單元的氣動(dòng)控制原理圖中，1a為1號(hào)雙作用直線氣缸；1b1和2b2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；2a為2號(hào)雙作用直線氣缸；2b1和2b2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；3a為氣動(dòng)夾爪；3b1為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；4a為控制手臂上、下的直線氣缸；4b1和4b2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；1y1和1y2為1號(hào)雙作用氣缸的電磁閥的兩個(gè)控制信號(hào)；2y1和2y2為控制2號(hào)雙作用氣缸的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；3y1和3y2為控制氣動(dòng)夾爪開與閉的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；4y1為上、下擺動(dòng)氣缸的電磁閥的電磁控制信號(hào)?？刂齐姎鈭D如2.1：圖2.1 氣動(dòng)控制電氣圖2、電氣接口地址mps中的每個(gè)部件

39、上的輸入、輸出信號(hào)與plc之間的通訊電路連接是通過i/o接線端口實(shí)現(xiàn)的。各接口地址已經(jīng)固定，各單元中需要與plc進(jìn)行通訊連接的線路（包括各個(gè)傳感器的線路、各個(gè)電磁閥的控制線路及電源線路）都已事先連接到了各自的i/o接線端口上，在與plc連接時(shí)，只需要使用一根專用的電纜級(jí)可以實(shí)現(xiàn)快速連接。通常選用rs233連接線。具體的接口分配如表2.1：表2.1 電氣接口分配序號(hào)設(shè)備符號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備用途信號(hào)特征11b1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷直線氣缸的位置信號(hào)為1：1號(hào)氣缸縮回到位21b2磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷直線氣缸的位置信號(hào)為1：1號(hào)氣缸伸出到位32b1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷直線氣缸的位置信號(hào)為1：2號(hào)氣缸縮回到

40、位42b2磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷直線氣缸的位置信號(hào)為1：2號(hào)氣缸伸出到位53b1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷夾爪開閉情況信號(hào)為1：夾爪已打開信號(hào)為0：夾爪夾緊64b1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷夾爪上下的位置信號(hào)為1：夾爪下降到位74b2磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷夾爪上下的位置信號(hào)為1：夾爪上升到位81y1電磁閥控制1號(hào)直線氣缸動(dòng)作信號(hào)為1：1號(hào)氣缸伸出91y2電磁閥控制1號(hào)直線氣缸動(dòng)作信號(hào)為1：1號(hào)氣缸縮回102y1電磁閥控制2號(hào)直線氣缸動(dòng)作信號(hào)為1：2號(hào)氣缸伸出112y2電磁閥控制2號(hào)直線氣缸動(dòng)作信號(hào)為1：2號(hào)氣缸縮回123y1電磁閥控制夾爪開閉的動(dòng)作信號(hào)為1：夾爪打開133y2電磁閥控制夾爪開閉的動(dòng)作信號(hào)為1：

41、夾爪閉合144y1電磁閥控制提取缸上下的動(dòng)作信號(hào)為1：夾爪下降信號(hào)為0：夾爪上升3、程序控制（1）控制任務(wù)當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、plc運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，夾爪打開、擺臂上抬到位，兩個(gè)直線氣缸驅(qū)動(dòng)擺臂左轉(zhuǎn)到最左端。進(jìn)入工作運(yùn)行模式，按啟動(dòng)按鈕，擺臂下降夾取工件，抬起后轉(zhuǎn)安裝工位，擺臂下降后釋放工件（用計(jì)時(shí)器模擬安裝好的信號(hào)），有信號(hào)后擺臂再次下降夾取工件，上抬后轉(zhuǎn)輸出工位；等待輸出信號(hào)（用計(jì)時(shí)器模擬），擺臂下，放開工件，上抬后擺臂轉(zhuǎn)左工位，再次等待下一個(gè)信號(hào)。各工位與兩直線氣缸的位置/狀態(tài)表如表2.2：表2.2 控制任務(wù)工位1號(hào)直線氣缸狀態(tài)2號(hào)直線氣缸狀態(tài)左工位（提取工位）伸出伸出左上工位

42、（安裝工位）伸出縮回右上工位（預(yù)留使用）縮回伸出右工位（輸出工位）縮回縮回第3章 可編程序控制器（plc）3.1 可編程控制器概述可編程序控制器（programmable controller,英文縮寫為pc、后又稱為plc）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)和通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它面向控制過程、面向用戶、適應(yīng)工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（plc、機(jī)器人和cad/cam）之一。plc控制技術(shù)代表著當(dāng)前程序控制的先進(jìn)水平，plc裝置已成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)裝置。3.1.1 plc的由來和定義一、plc

43、的由來 在plc問世之前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點(diǎn)：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差，尤其當(dāng)上產(chǎn)工業(yè)發(fā)生變化時(shí)，就必須重新設(shè)計(jì)、重新安裝，造成時(shí)間和金錢的嚴(yán)重浪費(fèi)。為了改變這一現(xiàn)狀，1968年美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司（gm），為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新的需求，以在激烈競(jìng)爭(zhēng)的汽車工業(yè)市場(chǎng)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，特?cái)M定了十項(xiàng)公開招標(biāo)的技術(shù)要求，即：1、編程簡(jiǎn)單方便，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序；2、硬件維護(hù)方便，最好是插件式結(jié)構(gòu)；3、可靠性要高于繼電器控制裝置；4、體積小于繼電器控制裝置

44、；5、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)；6、成本商可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；7、輸入可以是交流115v；8、輸出為交流115v，2a以上，能夠直接驅(qū)動(dòng)電磁閥；9、擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只需做很小的改動(dòng)；10、用戶程序存儲(chǔ)容量至少可以擴(kuò)展到4kb；根據(jù)招標(biāo)要求，1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制出世界上第一臺(tái)plc（pdp-14型），并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功，從而開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)期。從此，可編程序控制器這一新的控制技術(shù)迅速發(fā)展起來，而且，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展很快。二 、plc的定義在plc的發(fā)展過程中，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)（nema）經(jīng)過4年的調(diào)查，于1980年把這種新型的控制器正式命

45、名為可編程序控制器（programmable controller），英文縮寫為pc。并作如下定義：“可編程序控制器是一種數(shù)字式的電子裝置。它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)和算術(shù)運(yùn)算功能，用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制?！?國(guó)際電工委員會(huì)（iec）曾于1982年11月頒布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，1985年1月有發(fā)表了草案第二稿，1987年2月頒布了草案第三稿。該草案中對(duì)可編程序控制器的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算

46、術(shù)運(yùn)算等操作的指令。并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！倍x強(qiáng)調(diào)了plc應(yīng)直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這是區(qū)別于一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。3.1.2 plc的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì)一、plc的發(fā)展概況plc的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了plc的發(fā)展，而plc的發(fā)展又對(duì)這些高新技術(shù)提出了更高、更新的要求，促進(jìn)了它們的發(fā)展。plc的發(fā)展速度大致可以分為以

47、下四個(gè)階段。1、第一階段從1969年第一臺(tái)plc問世到1972年，是plc的初創(chuàng)階段。1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制的第一臺(tái)plc（pdp-14型）與現(xiàn)代的plc有很大的差別。它采用計(jì)算機(jī)的初級(jí)語言編寫應(yīng)用程序；它的cpu采用中、小規(guī)模集成電路組成，以邏輯運(yùn)算為主，只是專用的邏輯處理器；它的實(shí)質(zhì)只是一臺(tái)專用的邏輯控制計(jì)算機(jī)，還缺乏plc自己的鮮明的性格；它價(jià)格貴、功能僅限于開關(guān)量邏輯控制。因而，當(dāng)時(shí)稱其為可編程序控制器（programmable controller），英文縮寫為plc，只是在一些大型生產(chǎn)設(shè)備或自動(dòng)生產(chǎn)線上使用。第一臺(tái)plc的功績(jī)是把計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)技術(shù)引入繼電器控制

48、系統(tǒng)。這個(gè)階段的plc控制功能比較簡(jiǎn)單，主要用于邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和順序控制等功能。2、第二階段從1973年到1978年，是plc的成熟階段。大規(guī)模集成電路促進(jìn)了微機(jī)的發(fā)展，提供了plc發(fā)展的可能性。很快出現(xiàn)了以微處理器為核心的新一代plc。在控制功能上，除了具有位邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)功能外，還具有數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳送、監(jiān)控、記錄顯示、計(jì)算機(jī)接口、模擬量控制等功能。在編程技術(shù)方面開發(fā)了面向用戶的梯形圖編程法，通俗易懂。這個(gè)時(shí)期的plc把計(jì)算機(jī)的編程靈活、功能齊全、應(yīng)用面廣等優(yōu)點(diǎn)與繼電器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，面向工業(yè)控制的鮮明特點(diǎn)顯露出來，j

49、ishu 日趨完備，plc進(jìn)入使用化階段。1980年將可編程序邏輯控制器（plc）正式改稱為可編程序控制器（programmable controller），英文縮寫為pc。后來，為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer）的縮寫pc相區(qū)別，人們把可編程序控制器簡(jiǎn)稱為plc。3、第三階段從1978年到1984年，是plc的大發(fā)展階段。這個(gè)時(shí)期plc進(jìn)入持續(xù)高速發(fā)展的新階段。plc面向工業(yè)控制的鮮明特點(diǎn)受到各方面的歡迎，plc由最初用于汽車工業(yè)取代繼電器控制系統(tǒng)，發(fā)展到已廣泛應(yīng)用于各國(guó)機(jī)械、冶金、石油、化工、煤炭、動(dòng)力、交通運(yùn)輸、輕工、紡織等工業(yè)部門。其應(yīng)用面幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)。隨

50、著plc應(yīng)用面的擴(kuò)大，其需求量大大增加，從而進(jìn)一步促進(jìn)了plc的生產(chǎn)和研究，產(chǎn)品的品種越來越多，新的生產(chǎn)廠家不斷增加，銷售額劇增。這個(gè)時(shí)期的plc采用8位、16位微處理器作為cpu，有些還采用了多個(gè)微處理器結(jié)構(gòu)。plc的功能進(jìn)一步增強(qiáng)，處理速度更快。增加了多種功能，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、平方、三角函數(shù)、查表、列表、脈寬調(diào)制變換、高速計(jì)數(shù)、pid控制、定位控制、中斷控制等；自診斷功能和容錯(cuò)技術(shù)發(fā)展迅速；還具有通信功能和遠(yuǎn)程i/o能力。初步形成了分布式通信網(wǎng)絡(luò)體系。4、第四階段從1984年至今，是plc的繼續(xù)發(fā)展階段。由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度的下跌，使得各種類型的plc

51、所用的微處理器的檔次普遍提高，進(jìn)一步提高plc的處理速度，使得plc軟、硬件功能發(fā)生了巨大的變化，甚至使plc已具有接近于工業(yè)控制及設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力的軟、硬件功能。現(xiàn)在，即使是小型的plc，其功能在有些方面甚至趕上和超過了上階段的大型plc的功能；plc用戶存儲(chǔ)器的容量增大，i/o除了采用通用的掃描處理方式外，還可以采用直接處理方式。通信系統(tǒng)的開放，使各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品可以相互通信。通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，可使plc能成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)成員，共享網(wǎng)絡(luò)資源。通過plc的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可構(gòu)成多級(jí)通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠的管理與控制的自動(dòng)化。plc的監(jiān)控功能，可以在crt上顯示生產(chǎn)工藝流程的圖形，用crt的畫面替代儀

52、表盤，可十分靈活方便地進(jìn)行各種控制和管理操作。plc的編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖、語句表外，還能夠使用高級(jí)語言，如basic、pascal、fortran、c語言、數(shù)控語言等。plc的人機(jī)對(duì)話能力增強(qiáng)，使編程軟件得以普及和簡(jiǎn)化，屏幕對(duì)話十分靈活，可以進(jìn)行全屏幕的編輯。用戶程序在編程過程中，不但排錯(cuò)、糾錯(cuò)能力加強(qiáng)，還可以進(jìn)行在線仿真，加快了軟件的開發(fā)周期。二、 plc的發(fā)展趨勢(shì)雖然plc只有30多年的發(fā)展歷史，但其發(fā)展勢(shì)頭迅猛，目前plc的年生產(chǎn)增長(zhǎng)率仍保持在30%40%的水平。成為當(dāng)今增長(zhǎng)速度最快的工業(yè)控制器，而且還將要繼續(xù)發(fā)展下去。plc將向著以下幾個(gè)方面發(fā)展：1、向高速度、大容量方向

53、發(fā)展為了提高plc的處理能力，要求plc具有更好的響應(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的plc的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。plc的掃描速度已成為很重要的一個(gè)性能指標(biāo)。在存儲(chǔ)容量方面，有的plc最高可達(dá)幾十兆字節(jié)。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤。2、向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展當(dāng)前中小型plc比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后plc要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有i/o點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)的超大型plc，其使用32位微處理器，多cpu并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。小型plc由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要已開發(fā)

54、了各種簡(jiǎn)易、經(jīng)濟(jì)的超小型微型plc，最小配置的i/o點(diǎn)數(shù)為816點(diǎn)，以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要，如三菱公司系列plc。3、plc大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力為滿足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程i/o模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶cpu和存儲(chǔ)器的智能i/o模塊，既擴(kuò)展了plc功能，又使用靈活方便，擴(kuò)大了plc應(yīng)用范圍。加強(qiáng)plc聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是plc技術(shù)進(jìn)步的潮流。plc的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是plc之間聯(lián)網(wǎng)通信，各plc生產(chǎn)廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是plc與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般plc都有專用通信模塊與計(jì)

55、算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，plc生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，plc已成為集散控制系統(tǒng)（dcs）不可缺少的重要組成部分。4、增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在plc控制系統(tǒng)的故障中，cpu占5%，i/o接口占15%，輸入設(shè)備占45%，輸出設(shè)備占30%，線路占5%。前二項(xiàng)共20%故障屬于plc的內(nèi)部故障，它可通過plc本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理；而其余80%的故障屬于plc的外部故障。因此，plc生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。5、編程語言多樣化在plc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，plc的編程語言

56、也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)plc使用的梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（basic、c語言等）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是plc進(jìn)步的一種趨勢(shì)。3.1.3 plc的主要功能和特點(diǎn)一、plc的主要功能plc在不斷地發(fā)展，其性能在不斷地完善、功能在不斷地增強(qiáng)。其主要功能有：1、開關(guān)量邏輯控制這是plc的最基本的功能。plc具有強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)各種簡(jiǎn)單和復(fù)雜的邏輯控制，常用于取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。2、模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度

57、等都是模擬量。而plc中的微處理器cpu只能處理數(shù)字量。所以plc中配置了a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，把現(xiàn)場(chǎng)輸入的模擬量經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后送cpu處理。而cpu處理的數(shù)字量結(jié)果，經(jīng)過d/a轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換成模擬量去控制被控設(shè)備，以完成對(duì)連續(xù)量的控制。3、閉環(huán)過程控制運(yùn)用plc不僅可以對(duì)模擬量進(jìn)行開環(huán)控制，而且還可以進(jìn)行閉環(huán)控制。配置pid控制單元或模塊，對(duì)控制過程中某一變量進(jìn)行pid控制。4、定時(shí)控制plc具有定時(shí)控制的功能，它為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由用戶在編寫程序時(shí)設(shè)定，也可以用撥盤開關(guān)在外部設(shè)定，實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)的控制。5、計(jì)數(shù)控制plc具有計(jì)數(shù)控制的功能，它為用戶提供了若干個(gè)計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值可以由