柔性制造生產線系統(tǒng)設計

1、專業(yè)綜合設計說明書 題 目： 柔性制造生產線系統(tǒng)設計 專業(yè)班級： 11自動化 姓 名： 學 號： 指導教師： 陳 佩 軍 成 績：_ 起止日期： 2014.5-2014.6 黃山學院機電工程學院專業(yè)綜合設計說明書一、專業(yè)綜合設計的目的本設計是學生第一次進行的綜合性專業(yè)訓練，是自動化專業(yè)的一個重要教學環(huán)節(jié)，其設計目的是進一步鞏固和加深對所學理論知識的理解，培養(yǎng)學生獨立分析和解決工程實際問題的能力，使學生對自控設計有較完整的概念，培養(yǎng)學生綜合運用所學的控制理論、儀表、控制工程等知識進行工程設計的能力，進一步提高設計計算、制圖、視圖、編寫技術文件，查閱參考文獻與資料、儀表類型選擇的能力。柔性制造系統(tǒng)

2、是先進工業(yè)自動化及制造的基本部分，內容包括物料供給、分揀、加工、檢測、無線通訊、圖象處理、生產監(jiān)控與管理、物流系統(tǒng)與立體倉庫等主要模塊，其中涉及流程設計、原理圖和接線圖繪畫，器件選型、PLC編程、生產管理等自動化相關的課程。本次設計以“柔性制造系統(tǒng)實驗室（4308）為平臺”，通過該課程設計，使學生獲得工程設計的鍛煉：1培養(yǎng)學生實踐動手能力及獨立分析和解決工程實際問題的能力；2培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作精神、創(chuàng)新意識、嚴肅認真的治學態(tài)度和嚴謹求實的工作作風；3掌握CAD制圖繪圖和電路的連線；4掌握PLC程序和組態(tài)軟件的開發(fā)設計；5. 形成工業(yè)流水線自動控制系統(tǒng)的概念；二、子系統(tǒng)題目及其任務分配：整個柔性

3、制造流水線分為七個工段，分別為成品分揀單元，成品檢測單元，頂銷裝配單元，工件下料單元，加蓋裝配單元，立體倉儲單元，噴涂烘干單元。專業(yè)綜合設計的子系統(tǒng)題目以這些單元為平臺進行，分別為1）柔性生產線系統(tǒng)中成品分揀單元的結構和功能設計；2）柔性生產線系統(tǒng)中成品檢測單元的結構和功能設計；3）柔性生產線系統(tǒng)中頂銷裝配單元的結構和功能設計；4）柔性生產線系統(tǒng)中工件下料單元的結構和功能設計；5）柔性生產線系統(tǒng)中加蓋裝配單元的結構和功能設計；6）柔性生產線系統(tǒng)中立體倉儲單元的結構和功能設計；7）柔性生產線系統(tǒng)中噴涂烘干單元的結構和功能設計。任務分配；以專業(yè)為單位分成2個大組，每大組包含7個小組，每個8-9人。

4、每個小組選出設計負責人；小組成員要獨立完成所有的設計任務，在設計過程中可以進行討論，但不能抄襲。如果發(fā)現(xiàn)抄襲，該小組所有成員成績都將不合格。負責人的職責：每周匯報設計進度，遇到設計困難聯(lián)系指導教師。人員分配情況見人員分配表。三設計的任務每個子題目都分解成兩個主要任務：硬件電路設備分析，軟件程序設計；1） 硬件電路設備設計 在理解每個單元工藝流程的基礎上，熟悉該工段中所用到設備，包括PLC、電動機、傳感器、變頻器等，掌握每個設備工作原理和接線方式，理解這些設備之間的鏈接關系，形成一個控制回路的概念。2） 軟件程序設計 在形成控制回路概念后，通過編寫和調試PLC梯形圖程序，完成工藝流程中所具備的基

5、本功能，PLC程序要簡潔，具有可讀性和可操作性，實現(xiàn)設備之間從鏈接關系到控制關系的轉變，為控制系統(tǒng)的建立打下基礎；在形成控制關系后，通過編寫和調試組態(tài)程序，完成工藝流程的上位機控制界面相關功能，組態(tài)界面要簡潔，功能要完善，也具有可讀性和可操作性，最終形成一個完整的上位機控制下位機的工業(yè)控制系統(tǒng)。四、設計的主要內容1）設計的主要內容：a、掌握每個單元的結構組成和作用，繪制工藝流程圖；b、熟悉單元中的PLC，傳感器，繼電器和電動機，繪制電路接線圖和電氣原理圖；c、編寫PLC程序并調試功能；d、編寫上位機組態(tài)控制系統(tǒng)并調試功能。2）設計報告內容設計報告內容分為四個部分第一部分：分析出每個單元的結構和

6、功能，需要給出工藝流程圖；第二部分：繪制出每個單元對應的電氣原理圖和設備接線圖（PLC、電動機、繼電器、傳感器、空氣泵、開關按鈕、指示燈），解釋每個設備的作用并選型；第三部分：講解PLC梯形圖程序的設計思路和控制方案，講解上位機組態(tài)界面的設計方法，包括IO點分配，組態(tài)目標PLC配置，顯示動畫效果等等，同時把PLC程序和組態(tài)程序打包放在電子版的附件中。第四部分：設計人員的心得體會，設計過程中所遇到的難點，以及如何克服難點。3）答辯每個設計人員將設計的主要內容和所遇到的主要問題進行總結和歸納，制作成PPT進行答辯。答辯時間為5分鐘。答辯期間評分教師可以對設計內容進行提問，答辯者需要準確快速的回答問

7、題。五設計教室及進度安排設計教室為綜合實驗樓機房4305，現(xiàn)場測試線路和程序調試要到4308實驗室進行。設計時間共3周（2014.52014.6）,周安排如下表：周安排設 計 主 要 內 容第一周熟悉和掌握工藝流程原理，現(xiàn)場測試線路。工藝流程由指導教師講解，小組成員要認真聽講?，F(xiàn)場測試時，每個小組將分配一塊萬用表，測試期間要做好每個設備節(jié)點的記錄。第二周器件的選型，原理圖和接線圖的繪制。在完成測試后，獲得設備相關信息，并進行選型；同時繪制接線圖和原理圖，并驗證所繪圖形的正確性。包括控制電路和電源電路。第三周PLC程序編寫和調試，上位機組態(tài)控制系統(tǒng)編寫和調試。編寫程序時，要注意邏輯性和簡潔性，并

8、做好注釋；調試階段，小組成員自帶筆記本電腦和連接線。撰寫設計報告，完成設計答辯。根據(jù)設計任務中關于設計報告的要求進行撰寫。六評分標準考核方法：考勤成績30% + 報告成績40% + 功能實現(xiàn)20% + 答辯成績10%其中，考勤缺少3次者，該課程將不合格。報告抄襲者，該課程不合格。目 錄專業(yè)綜合設計說明書.I摘要.1第一章 子系統(tǒng)的工藝流程概述.2第二章 硬件設計.32.1 控制系統(tǒng)的原理（附加電氣原理圖 ）.32.2 硬件選型 .52.3 I/O分配 .62.4 設備接線圖（附加接線圖）.72.5 小結.7第三章 軟件設計.8 3.1 PLC程序的設計（附加程序流程圖） .83.2 PLC程序

9、的調試.83.3 上位機組態(tài)控制系統(tǒng)的設計（附加程序流程圖） .143.4 上位機系統(tǒng)的調試.143.5 小結.16第四章 心得體會.16 4.1 結論 .16 4.2 結束語.16 摘 要PLC控制是目前工業(yè)上最常用的自動化控制方法，由于其控制方便，能夠承受惡劣的環(huán)境，因此，在工業(yè)上優(yōu)于單片機的控制。PLC將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通信技術融為一體,專門為工業(yè)控制而設計,具有功能強、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應性強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量輕、功耗低等一系列優(yōu)點,因此在工業(yè)上的應用越來越廣泛。 本文主要講述PLC在材料檢測系統(tǒng)中的應用，利用可編程控制器 PLC ,設計成本

10、低、效率高的材料自動分揀裝置。以PLC 為主控制器,結合氣動裝置、傳感技術、位置控制等技術,現(xiàn)場控制產品的自動檢測。 系統(tǒng)具有自動化程度高、運行穩(wěn)定、精度高、易控制的特點,可根據(jù)不同對象,稍加修改本系統(tǒng)即可實現(xiàn)要求。 關鍵詞：可編程控制器，檢測裝置，控制系統(tǒng)，傳感器ABSTRACT PLC control is the most commonly used industrial automation control method, because of its convenient control to withstand an adverse environment, it is bette

11、r than MCU control in the industrial. PLC traditional relay control technology, computer and communication technologies are integrated specifically for industrial control and design, have strong function, common flexible, high reliability and environmental adaptability, and programming simple, easy

12、to use and small size, light weight, a series of low-power advantages in industrial applications become more extensive. This paper focuses on the PLC in the canned beverage production, The design of an automatic detection device with low cost and high efficiency is presented in the paper, which rega

13、rds programmable logic controller PLC as the master controller and combines pneumatic device, sensing technology, position control and other technology to implement automatic detection of the products live. The device is characteristic of high automation, steady running, high precision and easy cont

14、rol, which can fulfill the requirement according to different situations with little modifications. Key words： programmable logic controller，detection device，control system，sensors 第一章 子系統(tǒng)的工藝流程概述柔性生產線系統(tǒng)包括工件下料、頂銷裝配、加蓋裝配、噴涂烘干、成品檢測、成品分揀、立體倉庫。本設計為柔性生產線系統(tǒng)其中的檢測單元，本站點位于柔性生產線實驗系統(tǒng)成品分揀單元之前，用于檢測工件是否合格，包括顏色檢測、加

15、蓋情況檢測、頂銷情況檢測三方面。本站作為DP從站之一，以一個S7-200 PLC 作為控制核心，通過ProfiBus-DP 總線向總控平臺主站SIEMENS S7-300 PLC傳送工件檢測信息。本站點共有手動、自動兩種工作方式。在手動模式下，可通過控制面板上各按鈕完成本站的啟動、停止、急停、復位等操作；自帶的S7-200PLC獨立對本站進行控制，完成工件的傳輸及工件合格性的檢測。在自動模式下，柔性生產線實驗系統(tǒng)中所有從站同時工作，所有站的啟/停等動作由主站協(xié)調控制，本站根據(jù)工件檢測情況通過ProfiBus-DP總線向主站傳送數(shù)據(jù)，為主站協(xié)調它站動作提供必要的信息。本站點為光機電一體化設備，系

16、統(tǒng)集成了可靠的傳感、控制、通信、動力輸送、組合機械、安全防護器件，提供對傳感器應用、PLC控制系統(tǒng)設計、工業(yè)以太網通信、電機拖動、機械設計與分析等方面的實訓內容。第二章 硬件設計2.1 控制系統(tǒng)的原理（附加電氣原理圖）顏色傳感器檢測原理顏色傳感器常用于檢測特定色標或物體上的斑點，它是通過與非色標區(qū)相比較來實現(xiàn)色標檢測，而不是直接測量顏色。顏色傳感器實際是一種反向裝置，光源垂直于目標物體安裝， 而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來自目標物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。 通過調節(jié)色標傳感器上的靈敏度旋鈕，本設計分別對兩種顏色（分別為白色和藍色）的工件進行設定

17、與檢測，以及是否放行。 原位狀態(tài)：工件顏色檢測位無工件，顏色傳感器處于正常工作狀態(tài)；電磁鐵不得電。 在原位狀態(tài)下，按下【啟動】按鈕，直流電機啟動運行，傳送帶也隨之運行，將帶有工件的托盤送至顏色傳感器檢測位。當檢測的料體為白色時，電磁鐵得電伸出，3秒后電磁鐵失 電，工件放行；當檢測到的是藍色時，傳送帶電動機停止，2秒后傳送帶電動機重新啟動運行， 工件放行。按下【停止】按鈕，完成一個檢測周期后（顏色傳感器沒有檢測到信號，電磁鐵放行完成）傳送帶電動機才停止。 按下【急?！堪粹o，無論工作處于何種狀態(tài)，傳送帶電動機都馬上停止運行。 按下【復位】按鈕，系統(tǒng)可重新啟動（急停按鈕先復位）。2. 1.2電容、電

18、感傳感器檢測電感式傳感器是由LC振蕩器、開關電路及放大輸出電路三大部分組成。振蕩器產生一 個交變磁場，當外界金屬性導電物體接近這一磁場，并達到感應區(qū)時，在金屬物體內產生渦流，從而導致振蕩衰減，以致停振。振蕩器振蕩及停振的變化被后級放大電路處理并轉換成開關信號，觸發(fā)驅動控制器件，從而達到非接觸式之檢測目的。電容傳感器是根據(jù)電容量與極板距離成反比的原理，將一定面積的探頭作為電容器的一極板，被檢測物體（視作為接地）作為電容器的另一極板，當物體接近時，電容量就會逐步 增大，離去時電容量減小。在電路實現(xiàn)中，把探測電容器作為振蕩回路的諧振電容，當電容 變化（物體接近或者遠離時），振蕩回路的振蕩頻率就會發(fā)生

19、變化，只要檢測這個振蕩頻率，就可以判斷物體的距離。電容式接近開關也屬于一種具有開關量輸出的電容傳感器，其檢測物體既可以是金屬導體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。本設計中電容傳感器用于檢測銷釘非金屬端，電感傳感器用于檢測銷釘金屬端。原位狀態(tài)：工件銷釘檢測位無銷釘，傳感器處于正常工作狀態(tài)；電磁鐵不得電。在原位狀態(tài)下按下【啟動】按鈕，直流電機啟動運行，轉送帶也隨之運行，將裝有銷釘?shù)墓ぜ湃胪斜P放在傳送帶上。當托盤檢測傳感器檢測到托盤底部的金屬條后，電磁鐵馬 上得電伸出阻止工件通行，工件處于銷釘檢測位。4秒鐘后，若兩只傳感器同時檢測到信號后，電磁鐵馬上失電，工件放行；若電容傳感器 檢測到銷釘塑料端，而

20、電感傳感器無信號時，傳送帶電動機停止，3秒后傳送帶電動機重新啟動運行，電磁鐵失電，工件放行；若電容傳感器與電感傳感器無信號時，傳送帶電動機停止，電磁鐵吸合，工件禁止通行。按下【停止】按鈕，直流電機停轉，電磁鐵失電。2.1.3 對射式光電傳感器檢測對射式光電傳感器的光發(fā)射器和光接收器處于相對位置，面對面安裝。如果沒有被檢測物體通過傳感器光路，光路暢通，光發(fā)射器發(fā)出的光線直接進入接收器。若有物體通過光路，發(fā)射器和接收器之間的光線被阻斷，引起傳感器輸出信號的變化。因此對射式光電傳感器是檢測不透明物體最可靠的檢測模式。本設計中采用對射式光電傳感器，用于檢測工件是否加蓋。原位狀態(tài)：工件銷釘檢測位無銷釘，

21、對射式光電傳感器處于正常工作狀態(tài)，電磁鐵不得電。在原位狀態(tài)下，按下【啟動】按鈕，直流電機啟動運行，轉送帶也隨之運行，將已加蓋的工件放入托盤，送至加蓋檢測位。當托盤傳感器檢測到信號后，電磁鐵馬上得電阻止托盤通行；當對射式傳感器檢測到信號后直流電機停止運行，3秒后電磁鐵斷電復位工件放行，一個周期完成。按下【停止】按鈕，直流電機停止，電磁鐵失電。2.2 硬件選型序號儀器名稱型號生產廠家價格（RMB）1顏色傳感器DSS-3博榮威光電14102電容、電感傳感器LG25-SQ48-3F南京施科傳感器有限責任公司13203對射式光電傳感器GH5-W2-3E1-A南京施科傳感器有限責任公司1300 4托盤到位

22、傳感器FHCK 07N6901堡盟 Baumer17355接插模塊6繼電器7電機2.3 I/O分配序號輸入名稱輸入點1啟動I0.02停止I0.13復位I0.24急停I0.35手自動I0.46托盤到位I0.57轉角檢測托盤I0.68金屬頭檢測I0.79塑料頭檢測I1.010檢測顏色內I1.111檢測顏色外I1.212檢測蓋子I1.313轉角氣缸伸出到位I1.414轉角氣缸縮回到位I1.515主站控制信號VB016傳送帶電機Q0.017轉角圓帶傳送帶Q0.118轉角電機正轉Q0.219轉角電機反轉Q0.320轉角氣缸Q0.421擋料電磁鐵Q0.52.4 設備接線圖（附加接線圖）2.5 小結對于硬件

23、設計的部分，首先得充分了解各方的設計需求，確定合適的解決方案，然后根據(jù)工程需要確定儀器型號等。對于一項工程來說，儀器的費用是投資的主要的部分，所以選擇合適的儀器是節(jié)約成本的主要手段。然后還需要確定內存大小，內部結構，對外接口和調試接口的數(shù)量及類型等等細節(jié)。完成以上的工作，就可以確定I/O端口的分配，并進行調試，最終確定硬件的總體設計。第三章 軟件設計3.1 PLC程序的設計（附加程序流程圖） 3.2 PLC程序的調試3.3 上位機組態(tài)控制系統(tǒng)的設計（附加程序流程圖）3.4 上位機系統(tǒng)的調試if(總電源=1)if(啟動=1)if(時間軸>=0&&時間軸<=26)if(

24、時間軸>=0&&時間軸<8)/*起始階段，傳送帶開始工作，物料移動擋板未升起*/時間軸=時間軸+1;傳送帶=1;閃爍=0;測試1=測試1+51;測試2=測試2+0;if(時間軸>=8&&時間軸<10)/*檢測器檢測到物料的到來，物料繼續(xù)移動，擋板開始升起*/時間軸=時間軸+1;傳送帶=1;閃爍=0;測試1=測試1+51;測試2=測試2+187;if(時間軸>=10&&時間軸<16)/*停止檢測階段，傳送帶停止，物料被擋板擋住*/時間軸=時間軸+1;傳送帶=0;閃爍=1;測試1=測試1+0;測試2=測試2+0;if(時間軸>=16&&時間軸<18)/*檢測結束階段，擋板放下，期間物料不能移動*/時間軸=時間軸+1;傳送帶=0;閃爍=0;測試1=測試1+0;測試2=測試2-187;if(時間軸>=18&&時間軸<26)/*起始階段，傳送帶開始工作，物料移動擋板未升起*/時間軸=時間軸+1;傳送帶=1;閃爍=0;測試1=測試1+51;測試2=測試2+0; if(時間軸=26)/*起始階