基于PLC的自动生产线控制系统的设计

基于PLC的自动生产线控制系统的设计毕业论文基于PLC的自动生产线操纵系统的设计系部电气工程系专业机电一体化班级机电3082班姓名蔡丽莉学号1302083118指导教师赵光艺2010～2011学年第一学期摘要随着科学技术的进展，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逼，而且也困扰着国有大中型企业。PLC是在传统的顺序操纵器的基础上引入了微电子技术、运算机技术、自动操纵技术和通讯技术而形成的一代新型工业操纵装置；充分利用运算机技术对生产过程进行集中监视、操纵治理和分散操纵；充分吸取了分散式操纵系统和集中操纵系统的优点，采纳标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。本论文要紧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操纵模拟系统。关键字：PLC、自动生产线、Profibus通信名目第一章绪论11.1自动化生产线的介绍及进展11.2工业自动化生产线体系结构4第二章可编程操纵器52.1可编程操纵器的定义52.2可编程操纵器的进展概况52.3可编程操纵器的差不多组成及特点6第三章自动生产线实训系统设计与实现73.1工业自动生产线系统结构73.2工业自动生产线单站功能及系统程序设计93.3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进展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。产品生产过程所通过的路线，即从原料进入生产现场开始，通过加工、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、自动化生产线的差不多构成（1）自动加工系统自动加工系统，指以成组技术为基础，把外形尺寸(形状不必完全一致)、重量大致相似，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，它是柔性生产线的要紧组成部分。（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，并通过电子运算机或其他操纵装置(液压、气压装置等)，对机床或运输设备实行分级操纵的系统。（4）软件系统软件系统，指保证柔性生产线用电子运算机进行有效治理的必不可少的组成部分。它包括设计、规划、生产操纵和系统监督等软件。柔性生产线适合于年产量1000～100,000件之间的中小批量生产。3、柔性自动化生产线的优点柔性生产线是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、运算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。具体优点如下。第一，设备利用率高。一组机床编入柔性生产线后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提升数倍。第二，在制品减少80%左右。第三，生产能力相对稳固。自动加工系统由一台或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。第四，产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳固。第五，运行灵活。有些柔性生产线的检验、装卡和爱护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性生产线中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的咨询题。第六，产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场需要。4、自动化生产线进展趋势性能进展方向：(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。由于采纳了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU操纵系统以及带高辨论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升。(2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采纳模块化设计，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、辅助时刻为要紧目的的复合加工，正朝着多轴、多系列操纵功能方向进展。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系统操纵轴数可达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运算模型实现人类的各种智能行为。技术进展到今天，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、更现实的领域进展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的进展，由此产生了实时智能操纵这一新的领域。在数控技术领域，实时智能操纵的研究和应用正沿着几个要紧分支进展：自适应操纵、模糊操纵、神经网络操纵、专家操纵、操纵、前馈操纵等。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治理及补偿等自适应调剂系统，在高速加工时的综合运动操纵中引入提早推测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度操纵等方面采纳模糊操纵，使数控系统的操纵性能大大提升，从而达到最佳操纵的目的。功能进展方向（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，用户界面成为运算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学运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点便了非专业用户的使用，人们能够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，科学运算可视化可用于高效处理数据和讲明数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而能够直截了当使用图形、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、提升产品质量、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、刀具补偿和刀具治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(非平均有理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、与速度有关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点运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操纵模块，可直截了当用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线关心功能。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，多媒体技术集运算机、声像和通信技术于一体，使运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，应用多媒体技术能够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、集成化采纳高度集成化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，可提升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，可提升显示器性能。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。通过提升集成电路密度、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，提升系统的可靠性。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。按照不同的功能需求，将差不多模块，如CPU、储备器、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操纵和无人化操作。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、通用型开放式闭环操纵模式采纳通用运算机组成总线式、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。闭环操纵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操纵模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量操纵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，必须采纳多变量的闭环操纵，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采纳开放式通用型实时动态全闭环操纵模式，易于将运算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服操纵、自适应操纵、动态数据治理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环操纵体系，从而实现集成化、智能化、网络化。第二章可编程操纵器2.1可编程操纵器的定义PLC即可编程操纵器（ProgrammablelogicController），是指以运算机技术为基础的新型工业操纵装置。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。它采纳能够编制程序的储备器，用来在其内部储备执行逻辑运算、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，操纵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操纵系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。定义强调了可编程操纵操纵器是“数字运算操作的电子系统”，是一种运算机。它是“专为在工业环境下应用而设计”的工业运算机，是一种用程序来改变操纵功能的工业操纵运算机，除了能完成各种各样的操纵功能外，还有与其他运算机通信联网的功能。这种工业运算机采纳“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序操纵、定时计数和算术操作，它还具有“数字量和模拟量输出输入操纵”的能力，同时专门容易与“工业操纵系统联成一体”，易于“扩充”。可编程操纵器能直截了当应用于工业环境，它需具有专门强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范畴。2.2可编程操纵器的进展概况随着运算机操纵技术的持续进展，可编程操纵器的应用已广泛普及，成为自动化技术的重要组成部分。可编程操纵器最先显现在美国，1968年，美国的通用汽车公司（GM）提出了研制一种新型操纵器的要求，并从用户的角度提出新一代操纵器应具备以下十大条件：编程简单，可在现场修改程序。爱护方便，最好是插件式。可靠性高于继电器操纵柜。体积小于继电器操纵柜。可将数据直截了当送入治理运算机。在成本上可与继电器操纵柜竞争。输入能够是交流115V（即用美国的电网电压）。输出为交流115V、2A以上，能直截了当驱动电磁阀。在扩展时，原有系统只需要专门小的