柔性生产线加工安装单元综合程序设计--电气工程毕业设计论文.docx

目 录

第一部分 设计任务与调研 …………………………………3-4
第二部分 设计说明………………………………………4-9
第三部分设计成果…………………………………………9-22
第四部分结束语……………………………………………23
第五部分致谢…………………………………………24
第六部分参考文献…………………………………………25

第一部分 设计任务与调研
1.毕业设计的主要任务。
设计一个工件的安装、加工的柔性生产线程序，程序模拟调试获得成功。
2.设计的思路、步骤、方法
2.1 设计的思路
用三年所学专业知识和实践技能，图书馆相关资料查询，依托学院电工实训中心和自动化设备维修实训中心的天煌THWSP-1柔性生产线、PLC等实训设备，制定详细的设计方案和阶段进度计充分运划，详细记录设计过程及存在的设计问题，通过程序设计、模拟调试、常见故障及检修与排除、修订完善，实现天煌THWSP-1柔性生产线PLC改造设计与故障排除，程序模拟调试、故障排除获得成功。
2.2 设计的步骤
分析生产线基本结构、主要功能、运动形式、控制顺序、控制要求、分析原理图、天煌THWSP-1柔性生产线、PLC的选型、硬件系统和软件程序设计、PLC的I/O分配、绘制PLC的外部接线图和控制系统接线、常见故障及检修与排除。
2.3 设计的方法
通过网上文献搜寻、学院图书馆查阅、设备选型、PLC编程及实训室的程序调试、排故实训室常见故障及检修与排除。Z3050摇臂钻床的实物图，控制原理图，外部接线图，梯形图，这些图片我们更充分的去理解，分析。
3、调研的目的和总结
通过调研能让我们对天煌THWSP-1柔性生产线的控制和性能多方面进行清晰的解读，性能特点，技术指标，优缺点等等，增强我们实践能力，培养了自主探索精神，加强了设计说服力，在这次调研中，我们体会到：调研的重要性，在实践中学习，在操作中发现问题、解决问题。通过调研，能不断提高我们应对和突发事件的应变能力和水平，大大的提高了工作的效率，降低成本，最后带来

第二部分 设计说明
1. 天煌 THWSP-1柔性生产线的结构:
THWSP-1柔性生产线实验实训系统是西门子公司,为提高学生动手能力和实践能力而设计丶生产的实验设备,该装置由六套各自独立而紧密相连的工作站和一套监控站组成.这六站分别为,上料检测站丶搬运站丶加工站丶安装站丶安装搬运站和分类站.

2. 天煌 THWSP-1柔性生产线的工作介绍
1.上料检测站：回传上料台将工件提升并检测工件颜色.2.搬运站：将工件从上站搬到下站3.加工站：用回转工作台将工件在四个工位间转换.4.安装站： 选择要加工工件的料仓将工件从料仓中推回将工件安装到位。5.安装搬运站将 上站工件拿起放入安装工位将装好工件拿起放下站.6分类站：按工件类型分 类，将工件推入库房.

3. 天煌 THWSP-1柔性生产线的工作过程
上料检测站将大工件按顺序排好后提升送出,搬运站将大工件检测站搬运至加工站,加工站将大工件加工后送出工位.安装搬运站将大工件搬至安装工位放下.安装站在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分类站,分类站在将工件送入相应的料仓.

图2-1工件物流传递过程
4.操作和安全注意事项
1.只有在掉电状态下才能连接和断开各种电气连线

2.使用直流24v以下的电压

3.气动系统的使用压力不得超过8bar,在气动系统管路接好之前不得接通气源
4.接通气源和长时间停机后开始工作，个别气缸可能运动过快所以要特别小心
5.所以部件紧定螺丝应拧紧，不要在系统运行时人为的干涉正常工作

5.联网控制
为保证系统中各站能联网运行，必须将各站的PLC连接在一起，使独立的各站间能交换信息，而且加工的过程中所产生的数据，如工件装配信息等也需要向下站传送，以保证工作正确。
独立各站的通讯
联网后各站运动可能会相互影响，为使系统安全可靠运行，每一站与前后各站需要交换信息，而各站只有进行正常工作程序后，才能相互通讯交换信息。每一站开始工作运行，需前站给出信号，只有第一站是通过开始按钮，启动工作的

图2-2 PLC网络控制框图

6、PLC介绍
6.1 PLC的定义
可编程控制器，是一种以CPU为核心的计算机工作控制装置，用它来代替继电器实现逻辑控制，采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程

6.2 PLC的分类及工作原理
PLC按I/O点总数可分为小型PLC（总数点≤256）、中型PLC（256≤总数点≤2048）、大型PLC（总数点≥2048）
PLC按结构可分为整体式PLC、模块式PLC、叠装式PLC三类。

6.3 PLC的型号选择
（1）.详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之的配合，提出被控对象对西门子PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
（2）.根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽、位置开 关、转换开关等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯等），从而确定与西门子PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
（3）.选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统，对西门子PLC
的机型、容量、I/O模块、电源等的选择。

图2-3 西门子PLC组成图
PLC的基本单元主要由中央处理器（CPU）、输入输出单元（I/O）、存储器、供电单元、拓展模块单元、编程器和编程器接口等模块共同组成。详细模块的位置如下所列：
1. 电源模板 2. 后备电池
3. 模式开关（钥匙操作） 4. 状态和故障LED
5. 存储器卡 6. 有标签区的前连接器
7. CPU 1 8. CPU 2
10. I/O模板 11. IM接口模板
PLC（可编程逻辑控制器）的性能指标：
1.输入/输出(I/O)点数
输入输出点数是一项重要的性能指标，是PLC与外界连接的端子。点数越多，表示PLC可连接的输入和输出器件就越多，控制的规模也相应的增大。

2.存储容量
存储容量通常用K字或K字节、K位来表示。这里所说的1K=1024，即2的10次方。存储容量的大小，表示PLC可以存放多少用户程序。有些PLC的存储容量可以根据需要进行配置，而有的PLC的存储容量则可以进行拓展。

3.内部寄存器（继电器）
在可编程逻辑控制器的内部，有许多寄存器用来存放变量、中间结果、数据等，还有一些辅助寄存器可供用户使用。所以，寄存器配置也是用来衡量PLC的一个标准。
正是因为PLC具有上述的性能指标，使得可以将计算机技术应用于控制系统。不仅可以大幅度的提高生产效率，改善工作条件，节约能源，降低生产成本，还具有结构性能稳定，安全性好，出错率低等优点。
6.4工程选型
西门子200系列的所以plc型号中，224xp的性能最好，又自带两个模拟量输入与一个模拟量输出（本工程用不上，但是可以当作以后的扩展功能备用）cpu的运行速度也是同系列的plc无法比拟的。所以我们选用224xp这款plc。由于224xp plc本体自带14输入与10输出，不能达到我们的控制要求，本工程需要20个输入与11个输出，所以需要另外扩展模块，由于还差6个输入与1个输出，所以用混合型扩展模块，又由于工程一般需要预留百分之二十的备用余量，所以选用cm223扩展模块，它自带16路输入16路输出，所以完全适合我们这工程。

第三部分 设计成果

1. I/O地址分配表：

加工单元IO分配表

安装单元IO分配表

2.安装与加工单元的接线图：

加工与安装外部接线图

3.程序设计：

主程序

子程序加工单元

子程序安装单元

子程序手动模式

3. 仿真调试
仿真软件简介：
S7-200仿真软件，是西门子200系列型号的PLC所专用的仿真软件，可以直接进行使用。适用在无PLC的条件下，进行仿真调试，起到检查程序正确与否及正常运行的目的。
双击打开该款仿真软件后，出现的界面如下图所示。

图2-4 系统仿真软件图
当用户把所编写的梯形图语句转换为STL语句时，保存为文本文档的形式。当利用软件中的工具栏，则可以将保存的程序倒入至仿真软件中，进行实时调试。使用者通过拨动程序中所对应的开关，观察显示模块指示灯的闪烁与熄灭情况，就可检查所编写的程序是否正确。

使用方法： 
1.本软件无需安装，解压缩后双击S7_200.exe即可使用； 
2.仿真前先用STEP 7 - MicroWIN编写程序，编写完成后在菜单栏“文件”里点击“导出”，弹出一个“导出程序块”的对话框，选择存储路径，填写文件名，保存类型的扩展名为awl，之后点保存； 
3.打开仿真软件，输入密码“6596”，双击PLC面板选择CPU型号，点击菜单栏的“程序”，点“装载程序”，在弹出的对话框中选择要装载的程序部分和STEP 7 - MicroWIN的版本号，一般情况下选“全部”就行了，之后“确定”，找到awl文件的路径“打开”导出的程序，在弹出的对话框点击“确定”，再点那个绿色的三角运行按钮让PLC进入运行状态，点击下面那一排输入的小开关给PLC输入信号就可以进行仿真了。
使用步骤：
1. 配置PLC型号：

图2-5 配置PLC型号图
选择型号的下拉框，选中CPU224后，点击确定，即完成对PLC型号的配置。
2. 载入程序：
通过载入Step7中导出的awl格式的程序后，点击确定，即可开始对程序进行仿真调试。
3. 运行：
单机下图的运行按钮，仿真软件就开始对程序的仿真运行。拨动下方对应的输入按钮，既可以看到上方输出单元的运行情况。

图2-6 仿真调试图

第四部分 结束语
经过几个月的奋战，终于完成了毕业设计，在没有做毕业设计之前，觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有些太片面。毕业设计不仅是对前面所学的知识的一种检验，而且也是对自己的学习能力的一种提高。
通过这次毕业设计使我明白了，自己知识还比较欠缺，自己要学的东西还是很多，以前老是觉得自己什么都会，什么东西都懂。通过这次毕业设计，我才明白学习是个长期累积的过程，在以后的工作生活中，都应该不断的学习，努力提高自己的综合素质。

第五部分 致谢
毕业计可以说是大学毕业前的，最后一门课程，通过这次毕业设计，让我学会了，如何更冷静的思考，认真的查阅各种资料，通过在网上和在书上查到的各种资料，改进并加入了自己的想法与特点，完成了此次毕业设计，并结合自己三年在学校所学的知识，得到了巩固。
在此我要感谢我的指导老师，对我的悉心指导，感谢老师对我的帮助，在设计的过程中，我通过查阅大量资料，与同学们交流经验，并向老师请教等方式，使自己学到了东西，也经历了不少艰辛，虽然这个毕业设计做的不太好，但是设计的过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大财富，使我终身受益。

第六部分 参考文献
【1】西门子S7-200 PLC完全精通教程.向晓汉.学工业出版社. P125-129
【2】电气控制及PLC.周军.机械工业出版社.2001年8月.P100-P130
【3】工厂电气控制技术.熊幸明.清华大学出版社.2005年10月.P20-P100
【4】电气控制与PLC应用技术.刘长春.科学出版社.2008年7月.P99-P150
【5】电气与PLC控制技术.蔡红斌.清华大学出版社.2007年8月.P11-P50
【6】机电一体化技术.张建平.湖南大学出版社.2011年10月.P17-P111
【7】PLC电气控制技术 .王振臣.机械工业出版社.2006年12月.P7-P16
【8】PLC基础及应用.廖常初.机械出版社 .2002年2月.P56-P77
【9】电气控制与PLC.孙平.高等教育出版社.2004年4月.P26-32
24