plc自动生产线控制系统机电一体化大学论文Word下载.docx

plc自动生产线控制系统机电一体化大学论文Word下载.docx

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文字叙述简明扼要，书写规范。

按时独立完成，同学相互关心，遵守制度，认真负责。

合计得分：

指导教师签名：

日期：

年月日

评阅教师评分（30分）

内容充实，有阶段性成果，有应用价值。

图纸、论文如实反映设计成果，有理论分析，又有实践过程。

语句通顺，思路清晰，符合逻辑。

图标清晰，文字工整，字符和曲线标准化。

评阅教师签名：

答辩评分（30分）

自述条理明确，重点突出。

基本概念清楚，回答问题正确。

15

专业知识运用灵活，解决问题技术措施合理。

答辩组长签名：

总得分：

等级

系主任签名：

日期：

安徽机电职业技术学院毕业论文（设计）指导过程记录表

题　　目

学生姓名

学号

1303143135

指导教师

系部

电气系

班级

顺序号

第1次

学生完成

（设计）

内容情况

指导老师布置了我们写所学有关课程方面的论文要求和毕业论文的格式要求。

查阅相关资料后我就考虑写那些内容。

经过思考我觉得我还是写一些和我们专业有相关性的内容，决定写了关于PLC自动生产线控制系统的设计方面的内容。

要写好该论文,就要深入了解PLC的相关知识，所以我就查找资料，为写论文打下坚实的基础。

学生签名：

时间：

2016年12月25日

教师指导

内容记录

1.确定论文题目和研究方向。

2.制定部分参考资料和参考书。

3.布置论文的写作格式和要求。

教师签名：

　年　月　日

摘要

随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。

这种挑战不仅对中小企业形成了威胁，而且也困扰着国有大中型企业。

因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。

众所周知，只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；

反之，多品种、小批量生产，设备的专用性低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。

为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置；

充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；

充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。

本论文主要是模拟工业自动生产线通信系统实现以下各站功能。

然后利用Profibus总线进行八站通信连接使之成为一条自动生产线控制模拟系统。

关键字：

PLC、自动生产线、Profibus通信

目录

第一章绪论1

1.1自动化生产线的介绍及发展1

1.2工业自动化生产线体系结构3

第二章可编程控制器4

2.1可编程控制器的定义4

2.2可编程控制器的发展概况5

2.3可编程控制器的基本组成及特点5

第三章自动生产线实训系统设计与实现6

3.1工业自动生产线系统结构6

3.2工业自动生产线单站功能及系统程序设计9

3.3工业自动生产线通信系统设计20

第四章论文总结22

参考文献23

致谢24

第一章绪论

1.1自动化生产线的介绍及发展

1、自动化生产线介绍

自动化生产线是指劳动对象按照一定的工艺路线,顺序的通过各个工作地，并按照统一的生产速度（节拍）完成工艺作业的连续的重复的生产过程。

产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线。

自动化生产线是按对象原则组织起来的，完成产品工艺过程的一种生产组织形式，即按产品专业化原则，配备生产某种产品（零、部件）所需要的各种设备和各工种的工人，负责完成某种产品（零、部件）的全部制造工作，对相同的劳动对象进行不同工艺的加工。

2、自动化生产线的基本构成

（1）自动加工系统

　　术为基础，把外形尺寸（形状不必完全一致）、重量大自动加工系统，指以成组技致相似，材料相同，工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系统。

（2）物流系统

　　物流系统，指由多种运输装置构成，如传送带、轨道、转盘以及机械手等，完成工件、刀具等的供给与传送的系统，它是柔性生产线的主要组成部分。

（3）信息系统

　　信息系统，指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并通过电子计算机或其他控制装置（液压、气压装置等），对机床或运输设备实行分级控制的系统。

（4）软件系统

　　软件系统，指保证柔性生产线用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部分。

它包括设计、规划、生产控制和系统监督等软件。

柔性生产线适合于年产量1000～100,000件之间的中小批量生产。

。

4、自动化生产线发展趋势

性能发展方向：

（1）高速高精高效化，速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。

由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

（2）柔性化包含两方面：

数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；

群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

（3）工艺复合性和多轴化，以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。

数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。

数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。

（4）实时智能化　早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。

而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。

技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。

在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：

自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、控制、前馈控制等。

例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

功能发展方向

（1）用户界面图形化，用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。

由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。

当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。

图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

（2）可视化，科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。

可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。

在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

（3）插补和补偿方式多样化，多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补（A、B、C样条）、多项式插补等。

多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

（4）内装高性能PLC，数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。

编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

（5）多媒体技术应用，多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。

在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

1.2工业自动化生产线体系结构

1、集成化　

采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。

应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。

平板显示器具有含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。

应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。

通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。

2、模块化　

硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。

根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

3、无人化　

机床联网可进行远程控制和无人化操作。

通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

4、通用型开放式闭环控制模式　

采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。

闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。

由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。

加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。

第二章可编程控制器

2.1可编程控制器的定义

PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

定义强调了可编程控制控制器是“数字运算操作的电子系统”，是一种计算机。

它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业计算机，是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能完成各种各样的控制功能外，还有与其他计算机通信联网的功能。

这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。

它能完成逻辑运算、顺序控制、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输出输入控制”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。

可编程控制器能直接应用于工业环境，它需具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围。

2.2可编程控制器的发展概况

随着计算机控制技术的不断发展，可编程控制器的应用已广泛普及，成为自动化技术的重要组成部分。

可编程控制器最先出现在美国，1968年，美国的通用汽车公司（GM）提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户的角度提出新一代控制器应具备以下十大条件：

（1）编程简单，可在现场修改程序。

（2）维护方便，最好是插件式。

（3）可靠性高于继电器控制柜。

（4）体积小于继电器控制柜。

（5）可将数据直接送入管理计算机。

（6）在成本上可与继电器控制柜竞争。

（7）输入可以是交流115V（即用美国的电网电压）。

（8）输出为交流115V、2A以上，能直接驱动电磁阀。

（9）在扩展时，原有系统只需要很小的变更。

（10）用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台可编程序控制器，并应用于通用汽车公司的生产线上，当时叫可编程逻辑控制器PLC，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。

特别是进入20世纪80年代以来，PLC已广泛地使用16位甚至32位微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路。

这时的PLC还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

PLC是微机技术和传统的继电器-接触器控制技术相结合的产物，其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来。

2.3可编程控制器的基本组成及特点

可编程控制器主要由CPU、存储器、基本I/O接口电路、外设接口、编程装置、电源等组成。

可编程控制器的特点：

1.可靠性高，抗干扰能力强

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

2．编程简单，使用方便。

梯形图是用得最多的可编程序控制器的编程语言，其符号与继电器电路原理图相似。

梯形图语言形象直观，易学易懂。

3．控制灵活，程序可变，具有很好的柔性。

产品采用模块化形式，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

硬件配置确定后，可通过修改用户程序，不用改变硬件，方便快速适应工艺条件的变化，具有很好的柔性。

4．功能强，扩充方便，性价比高。

有很强的逻辑判断、数据处理、PID调节和数据通信功能，可以实现非常复杂的控制功能。

扩充非常方便。

5．系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

6．体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

第三章自动生产线实训系统设计与实现

3.1工业自动生产线系统结构

工业自动化生产线实训系统，是为高职学院学生提高动手能力和实践技能而设计的一套实用性实训设备。

该装置由八套各自独立而又紧密相连的工作站和一套监控站组成。

这八站分别为：

上料检测站、搬运站、加工站、搬运分拣站、传送站、安装站、安装搬运站和分类站。

该实训装置的一大显著特点是：

具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制。

将八个模块分开培训可以容纳较多的学员同时学习。

在基本单元模块培训完成以后，通过组建PLC网络，又可以将相邻的两站、三站……直至八站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。

该系统囊括了机电一体化等专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术，给学生提供了一个典型的综合操作平台，使学生将学过的各门专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。

1.系统个硬件结构

（1）上料检测站

由料斗、回转台、工件滑道、提升装置、检测工件和颜色的光电开关、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、直流减速电机、电磁阀及SMC气缸组成，主要完成回传上料台将工件依次送到检测工位，提升装置将工件提升并检测工件颜色。

（2）搬运站

由机械手、气爪、回转台、电感式传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成将工件从上站搬至下一站。

（3）加工站

由回转工作台、打孔电机组件、检测缸组件、检测工件转台到位传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、直流减速电机、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成用回转工作台将工件在四个工位间转换，钻孔单元打孔，检测打孔深度。

（4）搬运分拣站

由机械手、气爪、电感式传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成在加工后的物料送到指定位置，分拣站的机械手开始左右移动分拣搬运物料，将合格物料搬运至传送站，其基本原理类同于搬运站。

其分拣是通过传感器IB2来控制的。

（5）传送站

由交流电动机、变频器、传送带、电感式传感器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、，主要完成当分拣站将合格物料送至传送站传送带上，此时光电传感器B1检测到信号，PLC驱动变频器，使电机转动，运送物料；

当物料到达指定位置时，此时光电传感器B2检测到信号，PLC驱动变频器，使电机停止转动。

（6）安装站

由吸盘机械手、上下摇臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。

（7）安装搬运站

由平移工作台、回转工作台、塔吊臂、机械手、气爪、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、多种类型电磁阀及SMC气缸组成，主要完成将上站工件拿起放入安装工位，将装好工件拿起放下一站。

（8）分类站

由滚珠丝杠、滑杠推出部件、分类料仓、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、步进电机及驱动器、直流减速电机、电磁阀及SMC气缸组成，主要完成按工件类型分类，将工件推入不同的仓位。

2.控制技术

1.各站与PLC之间由一个标准电缆进行连接，通过这个电缆可连接8个传感器信号和8个输出控制信号。

通过该电缆各站的传感器和输出控制器可得到24V电压。

2.各站都可通过一块控制面板来控制PLC使各站按要求进行工作，一个控制面板上有5个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。

各开关的控制功能定义如表3-1所示。

表3-1开关的控制功能

序号

项目

说明

1.

带灯按钮，绿色

开始

5.

两位旋钮，黑色

单站/联网

2.

带灯按钮，黄色

复位

6.

按钮，红色

停止

3.

按钮，黄色

调试按钮

7.

上电

4.

手动/自动

8.

急停按钮，红色

急停

3.工作过程

图3-1给出了系统中工件从一站到另一站的物流传递过程：

上料检测站将大工件按顺序排好后提升送出。

搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站。

加工站将大工件加工后送出工位。

搬运分拣站是将加工好的工件搬运同时分拣次品和正品。

传送站是将工件传送到下一站。

安装搬运站将大工件搬至安装工位放下。

安装站再将对应的小工件装入大工件中。

而后，安装搬运站再将安装好的工件送分类站，分类站再将工件送入相应的料仓。

图3-1

系统工作流程图

3.2工业自动生产线单站功能及系统程序设计

一、上料检查站

1、上料检测站

设计实现的功能

①下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁

②下复位按钮，复位灯灭，气缸下降，开始等闪烁

③下开始按钮，电机转，送物料

④料至升降台，触动货台光电传感器，气缸通电上升，直至触动传感器的气缸上眼，升降台停

⑤物料被运走，气缸失电下降到下限位停止

⑥降台下限位传感器在10S后没有检测到物体，报警灯亮，报警鸣声

⑦下急停按钮，系统停止，再次从1步骤开始

2、上料检查站设计的系统程序如图3-2所示。

图3-2上料检查站设计的系统程序

3、上料检查站系统硬件接线图如图3-3所示。

图3-3上料检查站系统硬件接线图

二、工件搬运站

1、工件搬运站设计实现的功能

①按下上电按钮，上电灯亮，复位灯闪烁（f=1s）。

②按下复位按钮，机械手放松，上升臂缩回，机械手左旋，开始灯闪烁，复位灯灭。

③按下开始按钮，调试按钮，手臂出，机械手下降，夹紧物体，手臂上升再缩回，手臂右旋。

④手臂伸出，下降，机械手放松，再上升，手臂缩回，再左旋。

2、工件搬运站设计的系统程序如图3-4所示。

图3-4工件搬运站设计的系统程序

3、工件搬运站系统硬件接线如图3-5所示。

图3-5工件搬运站系统硬件接线

三、工件加工站

1、工件加