PLC自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)

...wd......wd......wd...PLC自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的開展，人類社會對產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅對中小企業(yè)形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業(yè)。因為，在大批量生產(chǎn)方式中，柔性和生產(chǎn)率是相互矛盾的。眾所周知，只有品種單一、批量大、設(shè)備專用、工藝穩(wěn)定、效率高，才能構(gòu)成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益；反之，多品種、小批量生產(chǎn)，設(shè)備的專用性低，在加工形式相似的情況下，頻繁的調(diào)整工夾具，工藝穩(wěn)定難度增大，生產(chǎn)效率勢必受到影響。為了同時提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，最終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性自動化系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的根基上引入了微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置；充分利用計算機(jī)技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)展集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便。本論文主要是模擬工業(yè)自動生產(chǎn)線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下各站功能。然后利用Profibus總線進(jìn)展八站通信連接使之成為一條自動生產(chǎn)線控制模擬系統(tǒng)。關(guān)鍵字：PLC、自動生產(chǎn)線、Profibus通信目錄第一章緒論11.1自動化生產(chǎn)線的介紹及開展11.2工業(yè)自動化生產(chǎn)線體系構(gòu)造3第二章可編程控制器42.1可編程控制器的定義42.2可編程控制器的開展概況52.3可編程控制器的基本組成及特點(diǎn)5第三章自動生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)63.1工業(yè)自動生產(chǎn)線系統(tǒng)構(gòu)造63.2工業(yè)自動生產(chǎn)線單站功能及系統(tǒng)程序設(shè)計93.3工業(yè)自動生產(chǎn)線通信系統(tǒng)設(shè)計20第四章總結(jié)22第一章緒論1.1自動化生產(chǎn)線的介紹及開展1、自動化生產(chǎn)線介紹自動化生產(chǎn)線是指勞動對象按照一定的工藝路線,順序的通過各個工作地，并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度〔節(jié)拍〕完成工藝作業(yè)的連續(xù)的重復(fù)的生產(chǎn)過程。產(chǎn)品生產(chǎn)過程所經(jīng)過的路線，即從原料進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場開場，經(jīng)過加工、運(yùn)送、裝配、檢驗等一系列生產(chǎn)活動所構(gòu)成的路線。自動化生產(chǎn)線是按對象原則組織起來的，完成產(chǎn)品工藝過程的一種生產(chǎn)組織形式，即按產(chǎn)品專業(yè)化原則，配備生產(chǎn)某種產(chǎn)品〔零、部件〕所需要的各種設(shè)備和各工種的工人，負(fù)責(zé)完成某種產(chǎn)品〔零、部件〕的全部制造工作，對一樣的勞動對象進(jìn)展不同工藝的加工。隨著科學(xué)技術(shù)的開展，人類社會對產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。這種挑戰(zhàn)不僅對中小企業(yè)形成了威脅，而且也困擾著國有大中型企業(yè)。因為，在大批量生產(chǎn)方式中，柔性和生產(chǎn)率是相互矛盾的。眾所周知，只有品種單一、批量大、設(shè)備專用、工藝穩(wěn)定、效率高，才能構(gòu)成規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益；反之，多品種、小批量生產(chǎn)，設(shè)備的專用性低，在加工形式相似的情況下，頻繁的調(diào)整工夾具，工藝穩(wěn)定難度增大，生產(chǎn)效率勢必受到影響。為了同時提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，最終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性自動化系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。2、自動化生產(chǎn)線的基本構(gòu)成〔1〕自動加工系統(tǒng)術(shù)為根基，把外形尺寸(形狀不必完全一致)、重量大自動加工系統(tǒng)，指以成組技致相似，材料一樣，工藝相似的零件集中在一臺或數(shù)臺數(shù)控機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床等設(shè)備上加工的系統(tǒng)?！?〕物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)，指由多種運(yùn)輸裝置構(gòu)成，如傳送帶、軌道、轉(zhuǎn)盤以及機(jī)械手等，完成工件、刀具等的供應(yīng)與傳送的系統(tǒng)，它是柔性生產(chǎn)線的主要組成局部。〔3〕信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)，指對加工和運(yùn)輸過程中所需各種信息收集、處理、反響，并通過電子計算機(jī)或其他控制裝置(液壓、氣壓裝置等)，對機(jī)床或運(yùn)輸設(shè)備實(shí)行分級控制的系統(tǒng)?！?〕軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)，指保證柔性生產(chǎn)線用電子計算機(jī)進(jìn)展有效管理的必不可少的組成局部。它包括設(shè)計、規(guī)劃、生產(chǎn)控制和系統(tǒng)監(jiān)視等軟件。柔性生產(chǎn)線適合于年產(chǎn)量1000～100,000件之間的中小批量生產(chǎn)。。4、自動化生產(chǎn)線開展趨勢性能開展方向：(1)高速高精高效化，速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時采取了改善機(jī)床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動進(jìn)展動態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。(3)工藝復(fù)合性和多軸化，以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向開展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機(jī)床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多外表的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。(4)實(shí)時智能化早期的實(shí)時系統(tǒng)通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是若何調(diào)度任務(wù)，以確保任務(wù)在規(guī)定期限內(nèi)完成。而人工智能則試圖用計算模型實(shí)現(xiàn)人類的各種智能行為。技術(shù)開展到今天，實(shí)時系統(tǒng)和人工智能相互結(jié)合，人工智能正向著具有實(shí)時響應(yīng)的、更現(xiàn)實(shí)的領(lǐng)域開展，而實(shí)時系統(tǒng)也朝著具有智能行為的、更加復(fù)雜的開展，由此產(chǎn)生了實(shí)時智能控制這一新的領(lǐng)域。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)時智能控制的研究和應(yīng)用正沿著幾個主要分支開展：自適應(yīng)控制、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制、控制、前饋控制等。例如在數(shù)控系統(tǒng)中配備編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)、參數(shù)自動設(shè)定和刀具自動管理及補(bǔ)償?shù)茸赃m應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在高速加工時的綜合運(yùn)動控制中引入提前預(yù)測和預(yù)算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數(shù)控系統(tǒng)的控制性能大大提高，從而到達(dá)最正確控制的目的。功能開展方向〔1〕用戶界面圖形化，用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機(jī)軟件研制中最困難的局部之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計算可視化及多媒體等技術(shù)也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)展操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。(2)可視化，科學(xué)計算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了領(lǐng)域，如無圖紙設(shè)計、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對縮短產(chǎn)品設(shè)計周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化技術(shù)可用于CAD/CAM，如自動編程設(shè)計、參數(shù)自動設(shè)定、刀具補(bǔ)償和刀具管理數(shù)據(jù)的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。(3)插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化，多種插補(bǔ)方式如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、圓柱插補(bǔ)、空間橢圓曲面插補(bǔ)、螺紋插補(bǔ)、極坐標(biāo)插補(bǔ)、2D+2螺旋插補(bǔ)、NANO插補(bǔ)、NURBS插補(bǔ)(非均勻有理B樣條插補(bǔ))、樣條插補(bǔ)(A、B、C樣條)、多項式插補(bǔ)等。多種補(bǔ)償功能如間隙補(bǔ)償、垂直度補(bǔ)償、象限誤差補(bǔ)償、螺距和測量系統(tǒng)誤差補(bǔ)償、與速度相關(guān)的前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、帶平滑接近和退出以及相反點(diǎn)計算的刀具半徑補(bǔ)償?shù)取?4)內(nèi)裝高性能PLC，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調(diào)試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標(biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序?qū)嵗?，用戶可在?biāo)準(zhǔn)PLC用戶程序根基上進(jìn)展編輯修改，從而方便地建設(shè)自己的應(yīng)用程序。(5)多媒體技術(shù)應(yīng)用，多媒體技術(shù)集計算機(jī)、聲像和通信技術(shù)于一體，使計算機(jī)具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用多媒體技術(shù)可以做到信息處理綜合化、智能化，在實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備的故障診斷、生產(chǎn)過程參數(shù)監(jiān)測等方面有著重大的應(yīng)用價值。1.2工業(yè)自動化生產(chǎn)線體系構(gòu)造1、集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)?？删幊碳呻娐稦PGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數(shù)控系統(tǒng)的集成度和軟硬件運(yùn)行速度。應(yīng)用FPD平板顯示技術(shù)，可提高顯示器性能。平板顯示器具有含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術(shù)，是21世紀(jì)顯示技術(shù)的主流。應(yīng)用先進(jìn)封裝和互連技術(shù)，將半導(dǎo)體和外表安裝技術(shù)融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數(shù)量來降低產(chǎn)品價格，改良性能，減小組件尺寸，提高系統(tǒng)的可靠性。2、模塊化硬件模塊化易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的集成化和標(biāo)準(zhǔn)化。根據(jù)不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標(biāo)準(zhǔn)的系列化產(chǎn)品，通過積木方式進(jìn)展功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)。3、無人化機(jī)床聯(lián)網(wǎng)可進(jìn)展遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過機(jī)床聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機(jī)床上對其它機(jī)床進(jìn)展編程、設(shè)定、操作、運(yùn)行，不同機(jī)床的畫面可同時顯示在每一臺機(jī)床的屏幕上。4、通用型開放式閉環(huán)控制模式采用通用計算機(jī)組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系構(gòu)造，便于裁剪、擴(kuò)展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數(shù)控系統(tǒng)。閉環(huán)控制模式是針對傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)僅有的專用型單機(jī)封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復(fù)雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實(shí)現(xiàn)加工過程的多目標(biāo)優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實(shí)時加工過程中動態(tài)調(diào)整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實(shí)時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機(jī)實(shí)時智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、自適應(yīng)控制、動態(tài)數(shù)據(jù)管理及動態(tài)刀具補(bǔ)償、動態(tài)仿真等高新技術(shù)融于一體，構(gòu)成嚴(yán)密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實(shí)現(xiàn)集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化。第二章可編程控制器2.1可編程控制器的定義PLC即可編程控制器〔ProgrammablelogicController〕，是指以計算機(jī)技術(shù)為根基的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會〔InternationalElectricalCommittee〕公布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或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)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。定義強(qiáng)調(diào)了可編程控制控制器是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)〞，是一種計算機(jī)。它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計〞的工業(yè)計算機(jī)，是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計算機(jī)，除了能完成各種各樣的控制功能外，還有與其他計算機(jī)通信聯(lián)網(wǎng)的功能。這種工業(yè)計算機(jī)采用“面向用戶的指令〞，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時計數(shù)和算術(shù)操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸出輸入控制〞的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體〞，易于“擴(kuò)大〞。可編程控制器能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境，它需具有很強(qiáng)的抗干擾能力、廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。2.2可編程控制器的開展概況隨著計算機(jī)控制技術(shù)的不斷開展，可編程控制器的應(yīng)用已廣泛普及，成為自動化技術(shù)的重要組成局部。可編程控制器最先出現(xiàn)在美國，1968年，美國的通用汽車公司〔GM〕提出了研制一種新型控制器的要求，并從用戶的角度提出新一代控制器應(yīng)具備以下十大條件：編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序。維護(hù)方便，最好是插件式?？煽啃愿哂诶^電器控制柜。體積小于繼電器控制柜。可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機(jī)。在成本上可與繼電器控制柜競爭。輸入可以是交流115V〔即用美國的電網(wǎng)電壓〕。輸出為交流115V、2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥。在擴(kuò)展時，原有系統(tǒng)只需要很小的變更。用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4KB。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司〔DEC〕研制出了世界上第一臺可編程序控制器，并應(yīng)用于通用汽車公司的生產(chǎn)線上，當(dāng)時叫可編程邏輯控制器PLC，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制功能。特別是進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，PLC已廣泛地使用16位甚至32位微處理器作為中央處理器，輸入輸出模塊和外圍電路也都采用了中、大規(guī)模甚至超大規(guī)模的集成電路。這時的PLC還同時具有數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能。PLC是微機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，其基本設(shè)計思想是把計算機(jī)功能完善、靈活、通用等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格廉價等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。2.3可編程控制器的基本組成及特點(diǎn)可編程控制器主要由CPU、存儲器、基本I/O接口電路、外設(shè)接口、編程裝置、電源等組成?？删幊炭刂破鞯奶攸c(diǎn)：1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2．編程簡單，使用方便。梯形圖是用得最多的可編程序控制器的編程語言，其符號與繼電器電路原理圖相似。梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂。控制靈活，程序可變，具有很好的柔性。產(chǎn)品采用模塊化形式，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活地進(jìn)展系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。硬件配置確定后，可通過修改用戶程序，不用改變硬件，方便快速適應(yīng)工藝條件的變化，具有很好的柔性。4．功能強(qiáng)，擴(kuò)大方便，性價比高。有很強(qiáng)的邏輯判斷、數(shù)據(jù)處理、PID調(diào)節(jié)和數(shù)據(jù)通信功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。擴(kuò)大非常方便。5．系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。6．體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。第三章自動生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)3.1工業(yè)自動生產(chǎn)線系統(tǒng)構(gòu)造工業(yè)自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，是為高職學(xué)院學(xué)生提高動手能力和實(shí)踐技能而設(shè)計的一套實(shí)用性實(shí)訓(xùn)設(shè)備。該裝置由八套各自獨(dú)立而又嚴(yán)密相連的工作站和一套監(jiān)控站組成。這八站分別為：上料檢測站、搬運(yùn)站、加工站、搬運(yùn)分揀站、傳送站、安裝站、安裝搬運(yùn)站和分類站。該實(shí)訓(xùn)裝置的一大顯著特點(diǎn)是：具有較好的柔性，即每站各有一套PLC控制系統(tǒng)獨(dú)立控制。將八個模塊分開培訓(xùn)可以容納較多的學(xué)員同時學(xué)習(xí)。在基本單元模塊培訓(xùn)完成以后，通過組建PLC網(wǎng)絡(luò)，又可以將相鄰的兩站、三站……直至八站連在一起，學(xué)習(xí)復(fù)雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調(diào)試技術(shù)。該系統(tǒng)囊括了機(jī)電一體化等專業(yè)學(xué)習(xí)中所涉及的諸如電機(jī)驅(qū)動、氣動、PLC〔可編程控制器〕、傳感器等多種技術(shù)，給學(xué)生提供了一個典型的綜合操作平臺，使學(xué)生將學(xué)過的各門專業(yè)知識在這里得到全面認(rèn)識、綜合訓(xùn)練和相互提升。1.系統(tǒng)個硬件構(gòu)造〔1〕上料檢測站由料斗、回轉(zhuǎn)臺、工件滑道、提升裝置、檢測工件和顏色的光電開關(guān)、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、直流減速電機(jī)、電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成回傳上料臺將工件依次送到檢測工位，提升裝置將工件提升并檢測工件顏色。〔2〕搬運(yùn)站由機(jī)械手、氣爪、回轉(zhuǎn)臺、電感式傳感器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、多種類型電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成將工件從上站搬至下一站。〔3〕加工站由回轉(zhuǎn)工作臺、打孔電機(jī)組件、檢測缸組件、檢測工件轉(zhuǎn)臺到位傳感器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、直流減速電機(jī)、多種類型電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成用回轉(zhuǎn)工作臺將工件在四個工位間轉(zhuǎn)換，鉆孔單元打孔，檢測打孔深度?！?〕搬運(yùn)分揀站由機(jī)械手、氣爪、電感式傳感器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、多種類型電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成在加工后的物料送到指定位置，分揀站的機(jī)械手開場左右移動分揀搬運(yùn)物料，將合格物料搬運(yùn)至傳送站，其基本原理類同于搬運(yùn)站。其分揀是通過傳感器IB2來控制的?！?〕傳送站由交流電動機(jī)、變頻器、傳送帶、電感式傳感器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、，主要完成當(dāng)分揀站將合格物料送至傳送站傳送帶上，此時光電傳感器B1檢測到信號，PLC驅(qū)動變頻器，使電機(jī)轉(zhuǎn)動，運(yùn)送物料；當(dāng)物料到達(dá)指定位置時，此時光電傳感器B2檢測到信號，PLC驅(qū)動變頻器，使電機(jī)停頓轉(zhuǎn)動?！?〕安裝站由吸盤機(jī)械手、上下?lián)u臂部件、料倉換位部件、工件推出部件、真空發(fā)生器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、多種類型電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成選擇要安裝工件的料倉，將工件從料倉中推出，將工件安裝到位?！?〕安裝搬運(yùn)站由平移工作臺、回轉(zhuǎn)工作臺、塔吊臂、機(jī)械手、氣爪、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、多種類型電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成將上站工件拿起放入安裝工位，將裝好工件拿起放下一站?！?〕分類站由滾珠絲杠、滑杠推出部件、分類料倉、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器、直流減速電機(jī)、電磁閥及SMC氣缸組成，主要完成按工件類型分類，將工件推入不同的倉位。2.控制技術(shù)1.各站與PLC之間由一個標(biāo)準(zhǔn)電纜進(jìn)展連接，通過這個電纜可連接8個傳感器信號和8個輸出控制信號。通過該電纜各站的傳感器和輸出控制器可得到24V電壓。2.各站都可通過一塊控制面板來控制PLC使各站按要求進(jìn)展工作，一個控制面板上有5個按鈕開關(guān)，二個選擇開關(guān)和一個急停開關(guān)。各開關(guān)的控制功能定義如表3-1所示。表3-1開關(guān)的控制功能序號工程說明序號工程說明1.帶燈按鈕，綠色開場5.兩位旋鈕，黑色單站/聯(lián)網(wǎng)2.帶燈按鈕，黃色復(fù)位6.按鈕，紅色停頓3.按鈕，黃色調(diào)試按鈕7.帶燈按鈕，綠色上電4.兩位旋鈕，黑色手動/自動8.急停按鈕，紅色急停3.工作過程圖3-1給出了系統(tǒng)中工件從一站到另一站的物流傳遞過程：上料檢測站將大工件按順序排好后提升送出。搬運(yùn)站將大工件從上料檢測站搬至加工站。加工站將大工件加工后送出工位。搬運(yùn)分揀站是將加工好的工件搬運(yùn)同時分揀次品和正品。傳送站是將工件傳送到下一站。安裝搬運(yùn)站將大工件搬至安裝工位放下。安裝站再將對應(yīng)的小工件裝入大工件中。而后，安裝搬運(yùn)站再將安裝好的工件送分類站，分類站再將工件送入相應(yīng)的料倉。圖3-1系統(tǒng)工作流程圖3.2工業(yè)自動生產(chǎn)線單站功能及系統(tǒng)程序設(shè)計一、上料檢查站1、上料檢測站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能①下上電按鈕，上電燈亮，復(fù)位燈閃爍②下復(fù)位按鈕，復(fù)位燈滅，氣缸下降，開場等閃爍③下開場按鈕，電機(jī)轉(zhuǎn)，送物料④料至升降臺，觸動貨臺光電傳感器，氣缸通電上升，直至觸動傳感器的氣缸上眼，升降臺停⑤物料被運(yùn)走，氣缸失電下降到下限位停頓⑥降臺下限位傳感器在10S后沒有檢測到物體，報警燈亮，報警鳴聲⑦下急停按鈕，系統(tǒng)停頓，再次從1步驟開場2、上料檢查站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-2所示。圖3-2上料檢查站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、上料檢查站系統(tǒng)硬件接線圖如圖3-3所示。圖3-3上料檢查站系統(tǒng)硬件接線圖二、工件搬運(yùn)站1、工件搬運(yùn)站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能①按下上電按鈕，上電燈亮，復(fù)位燈閃爍〔f=1s〕。②按下復(fù)位按鈕，機(jī)械手放松，上升臂縮回，機(jī)械手左旋，開場燈閃爍，復(fù)位燈滅。③按下開場按鈕，調(diào)試按鈕，手臂出，機(jī)械手下降，夾緊物體，手臂上升再縮回，手臂右旋。④手臂伸出，下降，機(jī)械手放松，再上升，手臂縮回，再左旋。2、工件搬運(yùn)站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-4所示。圖3-4工件搬運(yùn)站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、工件搬運(yùn)站系統(tǒng)硬件接線如圖3-5所示。圖3-5工件搬運(yùn)站系統(tǒng)硬件接線三、工件加工站1、工件加工站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能①下上電按鈕，上電燈亮，復(fù)位燈閃爍〔f=1s〕②下復(fù)位按鈕，工作臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位〔輔助加工，模擬加工臺和加工推臺回到初始位置〕開場燈閃爍〔f=1s〕③下開場按鈕，傳感器檢測到工件，旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到位后，模擬加工臺，輔助加工臺，加工推動臺的電磁閥動作，Q0.2、Q0.3、Q0.4燈亮，模擬加工臺，輔助加工臺下降到下限位，加工推動臺前移到前限位后停頓，鉆頭旋轉(zhuǎn)電機(jī)動作開場加工工件，即Q0.1亮，加工好后( 幾秒后)，模擬加工臺，加工推動器，后移到后限位④下急停按鈕，系統(tǒng)停頓，再次上電以1步驟，開場運(yùn)行。2、工件加工站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-6所示。圖3-6工件加工站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、工件加工站系統(tǒng)硬件接線如圖3-7所示。圖3-7工件加工站系統(tǒng)硬件接線四、搬運(yùn)分揀站1、搬運(yùn)分揀站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能①下上電按鈕，上電燈亮，復(fù)位燈閃爍〔f=1s〕②下復(fù)位按鈕，復(fù)位燈滅，開場燈閃爍③下開場按鈕，機(jī)械手下降，夾緊物體，機(jī)械手上升a如果物品是正品，則氣夾右移到右限位下降，氣夾張開，放下物品，然后上升到上限位，右移，右限位。b如果物品是次品，則機(jī)械手右移到中間限位然后下降，氣夾張開，物品掉下，然后氣夾上升，上升到位后右移到位，氣缸把次品推出到次品筐2、搬運(yùn)分揀站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-8所示。圖3-8搬運(yùn)分揀站設(shè)計的系統(tǒng)程序圖3-8搬運(yùn)分揀站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、搬運(yùn)分揀站系統(tǒng)硬件接線如圖3-9所示。圖3-9搬運(yùn)分揀站系統(tǒng)硬件接線五、運(yùn)輸傳送站1、運(yùn)輸傳送站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能按下上電按扭，復(fù)位燈閃爍，按下復(fù)位按扭，復(fù)位動作，開場燈閃爍，按下開場按鈕，電機(jī)正轉(zhuǎn)，電機(jī)停頓〔循環(huán)往復(fù)動作，出現(xiàn)故障，應(yīng)按下急停按鈕，使PLC停頓工作〕2、運(yùn)輸傳送站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-10所示。圖3-10運(yùn)輸傳送站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、運(yùn)輸傳送站系統(tǒng)硬件接線如圖3-11所示。圖3-11運(yùn)輸傳送站系統(tǒng)硬件接線六、安裝站1、安裝站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能①下上電按鈕，上電成功，復(fù)位燈閃爍，按下復(fù)位按鈕，執(zhí)行復(fù)位動作，使手臂上升到位，并回到初始位置。②下開場按鈕，按照程序的動作流程依次完成氣夾的下降，上升，手臂的右轉(zhuǎn)到中間位置再下降，手臂回到左限位，并完成各汽缸的動作過程2、安裝站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-12所示。圖3-12安裝站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、安裝站系統(tǒng)硬件接線如圖3-13所示。圖3-13安裝站系統(tǒng)硬件接線七、安裝搬運(yùn)站1、安裝搬運(yùn)站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能按下上電按鈕，復(fù)位燈閃爍，按下復(fù)位按鈕，復(fù)位燈動作，開場燈閃爍，按下開場按鈕，手臂打出，氣缸推出，手臂打回，手臂縮回，吸盤吸和，物料桶移出，手臂打出，吸盤停頓吸氣，手臂打回第八站網(wǎng)聯(lián)2、安裝搬運(yùn)站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-14所示。圖3-14安裝搬運(yùn)站設(shè)計的系統(tǒng)程序3、搬運(yùn)安裝站系統(tǒng)硬件接線如圖3-15所示。圖3-15搬運(yùn)安裝站系統(tǒng)硬件接線八、分類站1、分類站設(shè)計實(shí)現(xiàn)的功能按工件類型分類，將工件推入不同的倉位2、分類站設(shè)計的系統(tǒng)程序如圖3-16所示。圖3-16分類站設(shè)計的系統(tǒng)程序3.分類站系統(tǒng)硬件接線如圖3-17所示圖3-17分類站系統(tǒng)硬件接線3.3工業(yè)自動生產(chǎn)線通信系統(tǒng)設(shè)計Profibus-DP〔DecentralizedPeriphery,分布式外圍設(shè)備〕，在Profibus現(xiàn)場總線中，Profibus-DP的應(yīng)用最廣。Profibus-DP協(xié)議主要用于PLC與分布式I/O和現(xiàn)場設(shè)備的高速數(shù)據(jù)傳輸。典型的DP配置是單主站構(gòu)造，也可以是多主站構(gòu)造。Profibus-DP使用第一層、第二層和用戶接口層，這種精簡的構(gòu)造保證了數(shù)據(jù)的高速傳輸。它的基本功能如下：各主站間為令牌傳送，主站與從站間為主-從循環(huán)傳送，支持單主站或多主站系統(tǒng)，總線上最多126個站?？梢圆捎命c(diǎn)對點(diǎn)用戶數(shù)據(jù)通信、播送〔控制指令〕方式和循環(huán)主-從用戶數(shù)據(jù)通信。DP-V0可以實(shí)現(xiàn)中央控制器〔PLC,PC或過程控制系統(tǒng)〕與分布式現(xiàn)場設(shè)備〔從站，例如I/O、閥門、變送器和分析儀等〕之間的快速循環(huán)數(shù)據(jù)交換，主站發(fā)出請求報文，從站收到后返回響應(yīng)報文。這種循環(huán)數(shù)據(jù)交換是在被稱為MS0的連接上進(jìn)展的。經(jīng)過擴(kuò)展的PROFIBUS-DP診斷，能對站級、模塊級、通道級這3個故障進(jìn)展診斷和快速定位，診斷信息在總線上傳輸并由主站采集。本站診斷操作：對本站設(shè)備的一般操作狀態(tài)的診斷，例如溫度過高，壓力過低。模塊診斷操作：對站點(diǎn)內(nèi)部某個具體的I/O模塊的故障定位。通道診斷操作：對某個輸入/輸出通道的故障定位。所有信息的傳輸按海明距離HD=4進(jìn)展。對DP從站的輸出進(jìn)展存取保護(hù)，DP主站用監(jiān)控定時器監(jiān)視與從站的通信，對每個從站都有獨(dú)立的監(jiān)控定時器。在規(guī)定的監(jiān)視時間間隔內(nèi)，如果沒有執(zhí)行用戶數(shù)據(jù)傳送，將會使監(jiān)控定時器超時，通知用戶程序進(jìn)展處理。如果參數(shù)“Auto_Clear〞為1，DPM1將退出運(yùn)行模式，并將所有有關(guān)的從站的輸出置于故障安全狀態(tài)，然后進(jìn)入去除〔Clear〕狀態(tài)。DP從站用看門狗〔WatchdogTimer，監(jiān)控定時器〕檢測與主站的數(shù)據(jù)傳輸，如果在設(shè)置的時間內(nèi)沒有完成數(shù)據(jù)通信，從站自動