机械设计制造及其自动化专业设计气动自动生产线检测系统的电路及控制设计毕设论文.docx

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机械设计制造及其自动化专业设计气动自动生产线检测系统的电路及控制设计毕设论文

三江学院

本科毕业设计（论文）

题目气动自动生产线检测系统的电路及控制设计

三江高职院（系）机械设计制造及其自动化专业

学号G095152015

学生姓名李鹏

指导教师康杰

起讫日期2012年12月17日―2013年4月5日

设计地点三江学院

摘要

随着现代化工业生产的发展，气动技术、液压技术、传感器技术、PLC技术网络及通讯技术等紧密结合而形成的机电液、机电气、机电光一体化的自动化控制技术的应用在工业生产中起着越来越重要的作用，自动化生产系统已成为当今工业生产的重要组成部分。

德国FESTO公司研制的MPS（ModularProductionSystem）模块化生产系统就是一个工业自动化生产系统，是基于机电气（液）一体化技术、PLC控制与机器人结合的全自动、可完成气缸加工装配的系统。

本文所研究的课题是以MPS启动自动生产线的检测单元为例，对检测单元的模块化控制系统进行研究。

主要进行两个方面的工作一是对检测单元的硬件设备的电路进行设计，二是对其控制系统进行设计。

以SIEMENSS7-200PLC为核心控制系统，完成了检测单元总体的功能设计与分解以及各个模块的功能设计与分解，完成了各模块工艺流程的详细设计、程序设计、为模块之间的协调工作设计了合理的传递信息，完成了各个模块的联机工作工艺流程详细设计。

关键字：

PLC；检测单元；生产线；气动

ABSTRACT

Withthedevelopmentofmodemindustrialproduction,pneumatictechnology,hydraulictechnology,sensortechnology,PLCnetworkandcommunicationstechnology,technologyintegrationandtheformationoftheclosehydraulic,aircraftelectrical,mechanicalandelectricalintegration,automaticcontroltechnologyopticalapplicationsinindustryproductionisplayinganincreasinglyimportantroleinautomatedproductionsystemshavebecomeanimportantcomponentofindustrialproduction.Point.GermanyFESTOcompanydevelopedMPS（ModularProductionSystem）modularproductionsystemforindustrialanautomationonaproductionsystemisbasedontheelectricalmachine（liquid）integrationtechnology,PLCcontrolcombinedwithautomaticrobotcancompletetheprocessingandassemblingofthecylindersystems.

ThesubjectinthispapersitoMPSpneumaticautomaticproductionlinedetectionunitasanexample,thedetectionunitofthemodularcontrolsystem.Twomainareasofworkcarriedout,oneofthedetectionunithardwarecircuitdesign,andsecond,todesignitscontrolsystem.ToSIEMENSS7-200PLCasthecorecontrolsystem,completedetectionunitanddecompositionprocessofeachmoduletocompletethedetaileddesign,programdesign,coordinationbetweenthemodulesreasonablydesignedtotransmitinformation,completetheonlineworkofeachmoduledetaileddesignprocess.

Keywords:

PLC;detectionunit;productionlines;pneumatic

第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1工业自动化技术

制造业正在通过技术创新,提供高质产品和具有吸引力的产品价格等方式加强自身的竟争力。

在实现这些目标的过程中,生产线检测系统在生产流程中扮演重要的角色。

通过在线检测，企业可以提高生产质量,削减更多的成本并提高产品质。

工业自动化技术是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的综合性高技术，包括工业自动化软件、硬件和系统三大部分。

工业自动化技术作为20世纪现代制造领域中最重要的技术之一，主要解决生产效率与一致性问题。

无论高速大批量制造企业还是追求灵活、柔性和定制化企业，都必须依靠自动化技术应用。

国家在“十五”期间，制定了“用信息化带动工业自动化”的指导方针。

“十五”期间，作为以信息化带动工业化战略的重要组成部分，科技部组织实施制造业信息化工程。

其目标是在“九五”CAD（计算机辅助设计）应用公共流程和CIMS（计算机集成制造系统）应用示范公共流程公共能做成果的基础上，实现基业管理的信息化、生产过程的自动化以及装备的现代化。

并要培养锻炼一大批人才，形成一支推进工业化发展的基本队伍。

1.1.2工业和自动化技术的现状与发展

明确企业创新发展的最终目的应该是：

满足提高生产力和竟争力、降低制造成本、经济地将质提离到的水平、满足新产品生产和过程创新的需要、改菩工作环境、提高工人健康水平、避免浪费、降低能耗和保护环境。

随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛的应用，国内外对自动化生产线技术的研究非常重视，已经进行了大量研究，自动化工业发展极快。

虽然我国对自动化生产线技术的研究十分重视，近年来在研究和应用上作了大量工作。

但是由于工业企业效益好，就投资类需求看出，我国还没很好的完成工业化任务；微电子技术落后，不能很好支撑工业的发展。

工业生产检测控制系统要配套的集成电路、电力电子器件，关键外部设备和系统软件等基本依靠进口，致使整机产品开发周期较长；我国的相关产品开发的人才整体水平不高，产品的开发和推广应用对人才要求较高，都要既懂机又懂电，既懂产品相关的软硬件又懂应用工业工艺的复合人才。

1.1.3MPS模块化生产系统介绍

德国FESTO公司的MPS（ModularProductionSystem）模块化生产系统是一套包含工业自动化系统中不同程度的复杂控制过程自动化技术系统，是集机械、电子、通讯为一体高度集成的培训系统。

它涵盖了机械设计、传感器技术、自控技术、信息技术和计算机技术等多项学科的内容，MPS的每个单元均根据设定的任务，选择相应功能和技术参数的气动元件、传感器、电器元件及标准型材集成而成，它代表了当今现代化企业产品开发“采购和集成”的先进设计理念。

在工业生产中，专业技术人员需要掌握越来越多有关控制器的基础知识及使用、系统模拟、可视化监控、总线系统及网络技术的知识。

如图1-1所示：

图1-1MPS模块化生产系统

MPS模块化自动生产系统，为项目的确认、课题的验证及新技术的开发提供良好的实践及运行平台。

此课题研究的MPS模块化自动生产系统包含九个工作站，又称为九站生产系统。

它为气液、传感器、机器人、可编程逻辑控制器，总线及网络技术等的应用提供了技术平台。

MPS模块化生产系统如图1-2所示：

图1-2MPS系统加工组装的元件图

九个工作站按供料站、检测站、加工站、操作手站、暂存站、机械手站、装配站、冲压站和成品分装站顺序排布可以实现由活塞、弹簧及端盖组成的气缸的运送，检测，加工、组装及分选。

1.2课题的主要内容

1.2.1课题研究目的

MPS（ModularProductionSystem）模块化生产系统就一个是工业自动化生产系统，是基于机电气（液）一体化技术、PLC控制与机器人结合的全自动、可完成气缸加工装配系统。

以该系统为平台，其模块化的结构，将气动、液压、电气及电子、PLC、网络及计算机技术综合与一体，构成典型的加工单元，再由多个单元组合在一起，形成一个生产加工系统。

本课题的研究目的是解决自动生产线检测系统研制开发过程中所涉及到的系统总体功能设计与分解、系统模块功能设计与分解、工艺流程详细设计、PLC程序设计等关键控制技术，开发出一条集工业总线技术、机械传动与执行机构技术、PLC控制技术、电气控制技术、传感器技术于一体的自动生产线检测系统，为生产加工系统的开发设计提供了技术上的探索和有益的借鉴。

1.2.2课题研究任务

本论文涉及的主要研究任务包括:

（1）检测系统总体功能设计与分解

在分析客户需求的基础上，确定生产检测系统的总体功能，并对总体功能进行分解，确定系统的组成模块。

（2）各个模块的功能设计与分解

在确定了检测系统的总体功能以及组成模块的基础上，对各个组成模块的功能进行设计和分解，为进行各个模块控制器的开发、工艺流程的详细设计、程序流程的详细设计奠定基础。

（3）检测系统工艺流程详细设计

完成检测系统的多功能工艺流程的设计，包括详细的工艺流程设计、程序流程设计、PLC程序设计。

第二章检测单元总体功能设计与分解

2.1检测单元的总体功能设计

该工作单元主要由PLC、控制面板、调节阀、电控阀、无杆举升气缸及上下限位开关、工件厚度测量装置、推料缸及推出到位传感器、下滑槽、上滑槽、物料检测传感器等组成。

该工作单元的主要作用是对供料单元所送来的工件进行厚度检测；如果工件的厚度在有效范围之内，则认为是合格工件并通过上滑槽送到下一站；如果工件的厚度在有效范围之外，则认为工件是非合格工件并从下滑槽推出。

检测工作单元的结构如图2-1：

图2-1检测工作单元结构图

具体要求如下：

上电时要求先点亮允许复位指示灯，按复位按钮，各工作部件应回到初始状态（无杆举升气缸下降、推料缸将参与工件从下滑槽推出并缩回）。

按复位按钮，工作部件回到初始位置后应点亮允许启动指示灯；按启动按钮，工作单元开始工作。

工作单元开始工作后，如果下游站出于空闲状态、本站物料位置有工件且上游站的摆缸已离开物料位置，则举升气缸上升对工件进行厚度检测；如果工件的厚度在有效范围内，则对上滑槽吹气并将工件从上滑槽推出，然后停止对滑槽吹气；如果工件的厚度在有效范围之外，则举升缸下降，并将工件从下滑槽推出。

工作过程中按停止按钮，各工作部件应立即停止动作。

通过分析，可绘制出检测单元的动作流程图，如图2-2所示：

图2-2检测单元动作流程图

2.2检测单元的模块分解

该测试站确定放入的工件的特点。

该传感模块标识一个工件颜色，电容式传感器检测每个工件的颜色。

弥散性的传感器识别金属和红色工件。

黑色工件检测不到。