柔性制造生產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)計說明

1、黃M慌專業(yè)綜合設(shè)計說明書題 目:柔性制造生產(chǎn)線系統(tǒng)設(shè)計專業(yè)班級： 11自動化姓 名：學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 佩軍成 績：起止日期： 2014.5-2014.6學(xué)院機電工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計說明書一、專業(yè)綜合設(shè)計的目的本設(shè)計是學(xué)生第一次進行的綜合性專業(yè)訓(xùn)練，是自動化專業(yè)的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)，其設(shè)計目的是進一 步鞏固和加深對所學(xué)理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析和解決工程實際問題的能力，使學(xué)生對自控設(shè)計有 較完整的概念，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)的控制理論、儀表、控制工程等知識進行工程設(shè)計的能力，進一步提 高設(shè)計計算、制圖、視圖、編寫技術(shù)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)是先進工業(yè)自動化及

2、制造的基本部分，容包括物料供給、分揀、加工、檢測、無線通訊、 圖象處理、生產(chǎn)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(shè)計、原理圖和接線圖繪畫， 器件選型、PLC編程、生產(chǎn)管理等自動化相關(guān)的課程。本次設(shè)計以“柔性制造系統(tǒng)實驗室（4308）為平臺”， 通過該課程設(shè)計，使學(xué)生獲得工程設(shè)計的鍛煉：培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力及獨立分析和解決工程實際問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作精神、創(chuàng)新意識、嚴肅認真的治學(xué)態(tài)度和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)；掌握CAD制圖繪圖和電路的連線；掌握PLC程序和組態(tài)軟件的開發(fā)設(shè)計；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(wù)分配：整個柔性制造流水線分為七個工段，分別為成

3、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(shè)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(chǎn)線系統(tǒng)中成品分揀單元的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；2）柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)中成品檢測單元的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；3）柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)中頂銷裝配單元的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；4）柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)中工件下料單元的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；5）柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)中加蓋裝配單元的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；6）柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)中立體倉儲單元的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計；7）柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)中噴涂烘干單元的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計。任務(wù)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。每個小組選出設(shè)計負責(zé)人；小組

4、成員 要獨立完成所有的設(shè)計任務(wù)，在設(shè)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(zé)人的職責(zé)：每周匯報設(shè)計進度，遇到設(shè)計困難聯(lián)系指導(dǎo)教師。人員分配情況見人員分配表。設(shè)計的任務(wù)每個子題目都分解成兩個主要任務(wù)：硬件電路設(shè)備分析，軟件程序設(shè)計；1）硬件電路設(shè)備設(shè)計在理解每個單元工藝流程的基礎(chǔ)上，熟悉該工段中所用到設(shè)備，包括PLC、電動機、傳感器、變頻 器等，掌握每個設(shè)備工作原理和接線方式，理解這些設(shè)備之間的關(guān)系，形成一個控制回路的概念。2）軟件程序設(shè)計在形成控制回路概念后，通過編寫和調(diào)試PLC梯形圖程序，完成工藝流程中所具備的基本功能， PLC程序要簡潔，具有可讀

5、性和可操作性，實現(xiàn)設(shè)備之間從關(guān)系到控制關(guān)系的轉(zhuǎn)變，為控制系統(tǒng)的建立 打下基礎(chǔ)；在形成控制關(guān)系后，通過編寫和調(diào)試組態(tài)程序，完成工藝流程的上位機控制界面相關(guān)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(shè)計的主要容1）設(shè)計的主要容：a、掌握每個單元的結(jié)構(gòu)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(diào)試功能；d、編寫上位機組態(tài)控制系統(tǒng)并調(diào)試功能。2）設(shè)計報告容設(shè)計報告容分為四個部分第一部分：分析出每個單元的結(jié)構(gòu)和功能，需要給出工藝流程圖；第二部分：繪制

6、出每個單元對應(yīng)的電氣原理圖和設(shè)備接線圖（PLC、電動機、繼電器、傳感器、空氣泵、 開關(guān)按鈕、指示燈），解釋每個設(shè)備的作用并選型；第三部分：講解PLC梯形圖程序的設(shè)計思路和控制方案，講解上位機組態(tài)界面的設(shè)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(shè)計人員的心得體會，設(shè)計過程中所遇到的難點，以及如何克服難點。3）答辯每個設(shè)計人員將設(shè)計的主要容和所遇到的主要問題進行總結(jié)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(shè)計容進行提問，答辯者需要準確快速的回答問題。設(shè)計教室及進度安排設(shè)計教室為綜合實

7、驗樓機房4305，現(xiàn)場測試線路和程序調(diào)試要到4308實驗室進行。設(shè)計時間共3周(2014.52014.6)，周安排如下表:周安排設(shè)計主要 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(dǎo)教師講解，小組成員要認真聽講。現(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(shè)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(shè)備相關(guān)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(diào)試，上位機組態(tài)控制系統(tǒng)編寫和調(diào)試。編寫程序時，要注意邏輯性和簡潔性，并做好注釋；調(diào)試階段，小組成員自帶筆記本電腦和連

8、接線。撰寫設(shè)計報告，完成設(shè)計答辯。根據(jù)設(shè)計任務(wù)中關(guān)于設(shè)計報告的要求進行撰寫。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。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 專業(yè)綜合設(shè)計說明書I HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 摘要1 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第一章子系統(tǒng)的工藝流程概述2 HYPERLINK l book

9、mark49 o Current Document 第二章硬件設(shè)計3 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 2.1控制系統(tǒng)的原理（附加電氣原理圖）3 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 硬件選型5 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document I/O 分配6 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 2.4設(shè)備接線圖（附加接線圖）7 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 2.5

10、小結(jié)7 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 第三章軟件設(shè)計8PLC程序的設(shè)計（附加程序流程圖）8PLC程序的調(diào)試8 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 3.3上位機組態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計（附加程序流程圖）14 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 上位機系統(tǒng)的調(diào)試14 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 小結(jié)16 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 第四章心得體會

11、16 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 4.1結(jié)論16 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 4.2結(jié)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(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融 為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計，具有功能強、通用靈活、可靠性高、環(huán)境適應(yīng)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(yīng)用越來越廣泛。本文 主要講述PLC在材料檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用可編程控

12、制器PLC ,設(shè)計成本低、效率高的材料 自動分揀裝置。以PLC為主控制器,結(jié)合氣動裝置、傳感技術(shù)、位置控制等技術(shù)現(xiàn)場控制產(chǎn)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(guān)鍵詞：可編程控制器，檢測裝置，控制系統(tǒng)，傳感器ABSTRACTPLC control is the most commonly used industrial automation control method, because of its convenient control to withstand an adverse environment, it

13、 is better 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 simp

14、le, easy 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, w

15、hich regards 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

16、easy control, 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(chǎn)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(shè)計為柔性生產(chǎn)線系統(tǒng)其中的檢測單元，本站點位于柔性生產(chǎn)線實驗系統(tǒng)成品分 揀單元之前，用于檢測工件是否

17、合格，包括顏色檢測、加蓋情況檢測、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(fù)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(chǎn)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(diào)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(diào)它站動作提供必要的信

18、息。本站點為光機電一體化設(shè)備，系統(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(yīng)用、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計、工業(yè)以太網(wǎng)通信、電機拖動、機械設(shè) 計與分析等方面的實訓(xùn)容。第二章硬件設(shè)計2.1控制系統(tǒng)的原理（附加電氣原理圖）2.1. 1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(diào)節(jié)色標傳感器上的靈敏度旋鈕，本設(shè)計分別

19、對兩種顏色（分別為白色和藍色）的工 件進行設(shè)定與檢測，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【急停】按鈕，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(fù)位】按鈕，系統(tǒng)可重新啟

20、動（急停按鈕先復(fù)位）。2.1. 2電容、電感傳感器檢測電感式傳感器是由LC振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路三大部分組成。振蕩器產(chǎn)生一個 交變磁場，當外界金屬性導(dǎo)電物體接近這一磁場，并達到感應(yīng)區(qū)時，在金屬物體產(chǎn)生渦流，從 而導(dǎo)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(zhuǎn)換成開關(guān)信號， 觸發(fā)驅(qū)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

21、體接近或者遠離時），振蕩回路的振蕩頻率就會發(fā)生變化，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(guān)也屬于一種具有開關(guān)量輸出的電容傳感器，其檢測物體 既可以是金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體。本設(shè)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(zhuǎn)送帶也隨之運行，將裝有銷釘?shù)?工件放入托盤放在傳送帶上。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

22、上失電，工件放行；若電容傳感器檢 測到銷釘塑料端，而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(zhuǎn)，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(shè)計中采用對射式光電傳

23、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，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(zhuǎn)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(fù)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(chǎn)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施科傳感器有限 責(zé)任公司13203對射式光電傳感器GH5

24、-W2-3E1-A施科傳感器有限 責(zé)任公司13004托盤到位傳感器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(fù)位I0.24急停I0.35手自動I0.46托盤到位I0.57轉(zhuǎn)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I1.111檢測顏色外I1.212檢測蓋子I1.313轉(zhuǎn)角氣缸伸出到位I1.414轉(zhuǎn)角氣缸縮回到位I1.515主站控制信號VB016傳送帶電機Q0.017轉(zhuǎn)角圓帶傳送帶Q0.118轉(zhuǎn)角電機正轉(zhuǎn)Q0.219轉(zhuǎn)角電機反轉(zhuǎn)Q0.320轉(zhuǎn)角氣缸Q0.421擋料電磁鐵Q0

25、.52.4設(shè)備接線圖（附加接線圖）2.5小結(jié)對于硬件設(shè)計的部分，首先得充分了解各方的設(shè)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。然后還需要確定存大小，部結(jié)構(gòu)，對外接口和調(diào)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(diào)試，最終確定硬 件的總體設(shè)計。第三章軟件設(shè)計3.1 PLC程序的設(shè)計（附加程序流程圖）3.2 PLC程序的調(diào)試io. e11.5Q0.3T Is)1T擁p TON+5Q- PT 1QD mm網(wǎng)爵了IO. 5COCDCIDCDSM0.1T3

26、93.3上位機組態(tài)控制系統(tǒng)的設(shè)計（附加程序流程圖）3.4上位機系統(tǒng)的調(diào)試if（總電源二二1）（if（啟動二二1）（if（時間軸 =0&時間軸 =26）（if（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*/（時間軸二時間軸+1;傳送帶二1;閃爍二0;測試1二測試1+51；測試2二測試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*/（時間軸二時間軸+1;傳送帶二1;閃爍二0；測試1二測試1+51；測試2二測試2+187；if （時間軸 二10&時間軸16） 擋住*/（時間軸二時間軸+1;傳送帶二0;閃爍二1；測試1二測試1+0；測試2二測試2+0；if （時間軸 二16&時間軸18） 移動*/（時間軸二時間軸+1;傳送帶二0;閃爍二0;測試1二測試1+0；測試2二測試2-187；i f （時間軸 二18&時間軸26） 板未升起*/（時間軸二時間軸+1;傳送帶二1;閃爍二0；測試1二測試1+51；測試2二測試2+0；if （時間軸=26）（時間軸二時間軸；傳送帶二0;閃爍