基于SPLC控制的自动供料及加工专业系统设计.doc

毕业设计说明书

设计（论文）题目：基于PLC控制自动供料及加工系统设计

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毕业设计（论文）任务书

论文题目：基于PLC控制自动供料及加工系统设计

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设计说明（论文）摘要：

一、设计题目 基于PLC控制自动供料及加工系统设计
（PLC在自动生产线中应用）
二、题目起源 亚龙自动生产线AL335型号试验实训装置使用
三、设计目标
1）掌握自动供料及加工系统工作原理、工作过程和其控制操作方法。
2）掌握电气控制元件选择和计算方法。
3）掌握电气控制系统设计方法。
4）掌握用PLC改造电气设备方法选择。
5）掌握PLC控制设计方法和编程方法。
6）掌握系统调试方法和故障检测及排除方法。
四、设计要求
结合所学内容依据要求选择适宜型号PLC，用于实施系统PLC控制操作。
1）完成系统电气控制线路设计、调试任务，能够根据要求实施电气控制操作。
2）完成PLC对自动供料及加工系统实施控制操作设计任务，并进行程序编写和调试，根据要求完成各项控制操作。
注意：（1）机械手各项动作前后次序。
（2）多种动作间联锁关系。
（3）相关动作工作状态指示。
3）能够进行现场组态监控操作。
五、完成任务

（1）完成电气元器件选择，电气控制线路设计，位置分布图及安装接线图设计及绘制。（电气绘图软件使用，如PCschematic 7.0，或AOTCAD电气绘图软件）
（2）选择PLC型号,分配I/O端口，设计I/O电路、选择元件，绘制梯形图、编织语句表。
（3）组态软件选择、应用，系统设计、程序编写及通讯调试工作完成。
目 录
第1章 绪论…………………………… ………….6

1.1 设计目标和要求…………………………..6

1.2 亚龙自动生产线概述………………….…….6

第2章 生产线介绍............................9

2.1 生产线基础情况…………………….………9

第3章 电器元件、设备选择……………………11

3.1 PLC机型选择…………………….………11

3.2 传感器……………………………………….12

3.3 电磁阀………………………………………..14

第4章 控制系统软硬件设计…………………….15

4.1 控制系统硬件设计……………….………15

4.2 控制系统软件设计……………………….30

第5章 设计小结……………………………………38

参考文件……………………………………………….40

第1章 绪论
1.1 设计目标及要求
现在，PLC在中国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环境保护及文化娱乐等各个行业，所以PLC在控制领域取得广泛应用。
在现代工业控制中，PLC和组态全部是很关键技术，掌握这项技术，对我们从事机电人来说是很必需。
这次我们毕业设计题目是：“基于PLC控制自动供料及加工系统设计”。在这次毕业设计中，我们小组4人，我负责硬件部分，其它3人分别负责组态、软件和调试。
这次毕业设计关键目标是培养我们一个对PLC认知方法。掌握自动供料及加工系统工作原理、工作过程和其控制操作方法、PLC控制设计、编程方法、系统调试、故障检测及排除方法。
这次毕业设计，是对我们三年来所学相关机电知识强化，使我们对机电一体化设备控制有更深一步了解，加深PLC,传感器,电磁阀,气缸等电气设备认识.。培养了我们思维和动手能力，为我们以后工作和学习打下基础。1.2亚龙生产线概述
亚龙生产线实训考评设备由安装在铝合金导轨式实训台商送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元等5个单元组成。其中，每一个单元全部可自成一个独立系统，同时也全部是一个机电一体化系统。
各个单元实施机构大部分以气动实施机构为主，但输送单元机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、正确位置控制，该驱动含有长行程、多定位点特征，是一个经典一维位置控制系统。分拣单元传送带驱动则采取了通用变频器驱动三项异步电动机交流传动装置。位置控制和变频控制技术是现代工业企业应用最为广泛电气控制技术。
在设备商应用了多个类型传感器，分别用于判定物体运动位置、物体

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经过状态、物体颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术关键技术，是现代工业实现高度自动化前提之一。
在控制方面,采取了基于RS485串行通信PLC网络控制方案。即每一工作单元由一台PLC负担其控制任务，各PLC之间经过RS485串行通讯实现互连分布控制方法。用户可依据需要选择不一样厂家PLC及其所支持RS485通信模式，组建成一个小型PLC网络。小型PLC网络以其结构简单，价格低廉特点在小型自动化生产线仍然有着广泛应用，在现代工业网络通信中仍占据相单份额。其次掌握基于RS485串行通信PLC网络技术将为深入学习现场总线技术、工业以太网络技术等打下良好基础。
一、整个生产线各个单元基础功效以下：
1、供料单元基础功效：根据需要将放置在料仓中待加工工件自动送出到物料台上，方便输送单元抓取机械手装置将工件抓取送往其它工作单元。
2、 加工单元基础功效：把该单元物料台上工件（工件由输送单元抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元抓取机械手装置取出。
3、 装配单元基础功效：完成将该单元料仓内黑白或白色小圆柱工件嵌入到以加工工件中装配过程。
4、分拣单元基础功效：完成将上一单元送来以加工、装配工件进行分拣，使不一样颜色工件从不一样滑槽分流出来功效。
5、输送单元基础功效：该单元含有正确定位到指定单元物料台，在物料太上抓取工件，把抓取到工件输送到指定地点然后放下功效。
二、 设备特点以下：
设备中各工作单元均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件拆卸和安装，控制线路布线、气动电磁阀及气管安装。其中，输送单元采取了最为灵活拆装式模块结构：组成该单元按钮/指示灯模块、电源模块、PLC模块、步进电机驱动器模块等放在抽屉式模块放置架上；模块之间、模块和实训台上接

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线端子排之间连接方法采取安全导线连接，最大程度满足了综合性实训要求。
整个生产线所使用PLC均为西门子S7-200系列PLC。

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第2章 生产线介绍

2.1自动生产线结构和工作过程
生产线包含下料、加工、装配、搬运、分拣等工作站（图1-1），组成一个经典机电一体化设备机械平台；采取RS485串行通讯方法实现分布式控制，从而组成自动加工、装配生产线，真实展现自动生产线加工过程。
加工站
供料站
装配站

分拣站
搬运站站

图1-1
各工作单元结构和功效以下：
1供料单元
供料站关键由料仓及料槽、顶料气缸、推料气缸和物料台和对应传感器、电磁阀组成;
2加工单元
加工站关键由物料台、夹紧机械手、物料台伸出/缩回气缸、加工（冲压）

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气缸和对应传感器、电磁阀组成;
3装配单元
装配站关键有供料单元、旋转送料单元、机械手装配单元、放料台和对应传感器、电磁阀组成;
4分拣单元
分拣站关键有传送带、变频器、三相电机、推料气缸、电磁阀和定位光电传感器及区分黑白两种颜色光纤传感器组成;
5搬运单元
搬运站关键有步进电机、步进驱动器、线性导轨、四自由度搬运机械手、电磁阀和原点定位开关组成。

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第3章 电器元件、设备选择

3.1 PLC机型选择
依据被控对象对PLC控制系统功效要求，可进行PLC型号选定。进行PLC选型时，基础标准是满足控制系统功效需要，同时要兼顾维修，备件通用性。对开关量控制系统，当控制速度要求不高时，通常小型PLC全部能够满足要求，如对小型泵次序控制，单台机械自动控制等。当控制速度要求较高，输出有高速脉冲信号等情况时，要考虑输入/输出点形式，最好采取晶体管形式输出。对带有部分模拟量控制应用系统，如工业生产中常常碰到温度，压力、流量、液位等连续量控制，应选择含有所需功效PLC主机，还要依据需要选择对应模块，配接对应传感器、变频器和驱动装置。
输入/输出点数能够衡量PLC规模大小。正确统计被控对象输入信号和输出信号总点数并考虑以后系统调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，通常应加上10%~20%备用点数，多数小型PLC为整体式，含有体积小、价格廉价等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单系统。模块式结构PLC采取主机模块和输入模块、功效模块组合使用方法，比整体式方便灵活，维修更换模块，判定和处理故障快速方便，适适用于工艺改变较多，控制要求复杂系统。另外还应考虑用户存放器容量，PLC处理速度是否能满足实时控制要求，编程器和外围设备选择等。
依据实际需要供料单元设有顶料到位传感器、顶料复位传感器、推料到位传感器、推料复位传感器、物料不够检测传感器、物料有没有检测传感器、物料台物料检测传感器，外加一个启/停按钮共8个输入点，而自动加工单元应设有物台物料检测传感器、料台夹紧检测传感器、料台伸出到位传感器、料台缩回到位传感器、加工压头上限传感器、加工压头下限传感器、急停按钮、启/停按钮共8个输入点。供料单元设有顶料电磁阀和推料电磁阀2点继电器输出，加工单元设

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有夹紧电磁阀、料台伸缩电磁阀、加工压头电磁阀3点继电器输出。由此可见供料单元和加工单元全部选择西门子S7-222主单元（8点输入和6点继电器输出）即可。

3.2 传感器
供料单元
顶料缸两端分别安装两个磁感应靠近开关，用以检测顶料活塞杆顶料到位和顶料复位；物料有没有检测、物料不够检测和物料台物料检测全部选择漫射式光电靠近开关。
加工单元
夹紧缸安装一个磁感应靠近开关，料台伸缩缸分别安装两个磁感应靠近开关，加工缸也分别安装两个磁感应靠近开关；物台物料检测选择分别安装两个磁感应靠近开关。
磁感应靠近开关工作原理是：当磁性物质靠近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。而在供料单元和加工单元气缸活塞杆上全部分别安装有磁性物质，这么以来在气缸缸筒外面两端位置各安装一个磁感应式靠近开关，就能够用这两个传感器分别识别气缸运动两个极限位置。在PLC自动控制中，就能够利用该信号判定料缸运动状态或所处位置。在传感器上设有LED显示用于显示传感器信号状态，供调试时使用。传感器动作时，输出信号“1”，LED亮；传感器不动作时，输出信号为“0”，LED不亮。传感器安装位置能够调整，图3-1所表示。

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图3-1磁感应靠近开关
漫射式光电靠近开关工作原理是利用光照射到被测物体上后反射回来光线而工作。在工作时，光发射器一直发射检测光，若靠近开关前方一定距离内没有被测物，则没有光被反射到接收器，靠近开关处于常态而不动作；反之若靠近开关前方一定距离内有被测物，只要反射回来光强度足够，则接收器收到足够漫射光使靠近开关动作而改变输出状态。图3-2为漫射式光电靠近开关工作原理图：

图3-2漫射式光电靠近开关工作原理图
这么，供料单元中料仓有没有储料或储料是否充足就可用两个漫射式光电靠近开关信号状态反应出来。在控制程序中，就可用漫射式光电靠近开关状态来判定底座和装料管中储料情况，为实现自动控制奠定了硬件基础。物料台面开有小孔，物料台下面也设有一个漫射式光电靠近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，以提供物料台有没有工件信号。在供料单元控制

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程序中，就能够利用漫射式光电靠近开关状态来判定是否需要供料。一样原理加工单元中物料是否送入物料台也可被检测出来。

3.3 电磁阀
供料单元中电磁阀使用两个二位五通带手空开关单电控电磁阀。在供料单元中所采取电磁阀，带手动换向、枷锁钮，有锁定和开启两个位置。用小螺丝刀把加锁钮旋到在锁定位置时，手动开关向下凹进去，不能进行手动控制。只有在开启位置时，可用工具向下按，信号为“1”，等同于该侧电磁信号为“1”。
在进行设备调试时，能够使用手控开关对其进行控制，从而实现对对应气路控制，以改变推料缸等实施机构控制，达成调试目标。
加工单元中使用三个二位五通带手空开关单电控电磁阀。这三个阀分别对冲压气缸、物料抬手爪气缸和物料台伸缩气缸气路进行控制，以改变各自动作状态。在进行设备调试时使用手控开关处于开启位置，能够使用手控开关对阀进行控制，从而实现对对应气路控制，以改变冲压气缸等实施机构控制，达成调试目标。

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第4章 控制系统软硬件设计

4.1 控制系统硬件设计

4.1.1 供料单元结构组成

供料单元基础功效是：根据需要将放置在料仓中待加工工件自动送出到物料台上，方便输送单元抓取机械手装置将工件抓取送往其它工作单元。供料单元实物全貌图4-1所表示：

图4-1供料单元实物全貌

供料单元结构组成图4-2所表示，其关键结构组成为：工件推出和支撑，

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工件漏斗，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和开启/停止按钮，走线槽、底板等。

图4-2 供料单元结构组成
1 工件推出和支撑及漏斗部分
该部分图4-3所表示。用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层工件推出到物料台上。
该部分工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓底层而且其活塞杆可从料仓底部经过。当活塞杆在退回位置时，它和最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则和次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。这么，料仓中工件在重力作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。

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为了使汽缸动作平稳可靠，气缸作用气口全部安装了限出型截流阀。气缸截流阀作用是调整气缸动作速度。节流阀上带有气管快速接头，只要将适宜外径气管往快速接头上一插就能够将管连接好了，使用时十分方便。图4-4是安装了带快速接头限出型气缸节流阀气缸外观。

图4-3 进料模块和物料台

图4-4安装上气缸节流阀气缸

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图4-5是一个双动气缸装有两个限出型汽缸节流阀连接和调整原理示意图。当调整节流阀A时，是调整气缸伸出速度，而调整节流阀B时，可调整气缸缩回速度。

图4-5 节流阀连接和调整原理示意
从图4-4上能够看出，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置。这两个极限位置全部分别安装有一个磁感应靠近开关.，能够用这两个传感器分别标示气缸运动两个极限位置。当气缸运动哪一端时，哪一端次感应开关就动作并发出电信号。在PLC自动控制中，就能够利用该信号判定推料及顶料缸运动状态及位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。在传感器上设置LED显示用于显示传感器信号状态。供调试时使用。传感器动作时，输出信号“1”LED亮；传感器不动作时。输出信号“0”，LED不亮。传感器安装位置能够调整，调整方法是松开磁性开关紧定螺钉，让磁性开关在气缸滑轨里滑动，抵达指定位置后，再紧定螺钉。
2 电磁阀组
阀组，就是将多个阀集中在一起组成一组阀，而每个阀功效是相互独立。供料单元阀组只使用两个由二位五通带手控开关单电控电磁阀，两个阀集中在汇流板上，汇流板中两个排气口末端均连接了消声器，消声器作用是降低阀气在向大气排放时噪声。阀组组装图4-6所表示。
本单元所采取电磁阀，带手动换向、枷锁钮，有锁定和开启两个位置。用小螺丝刀把加锁钮旋到在锁定位置时，手动开关向下凹进去，不能进行手动控制。

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只有在开启位置时，可用工具向下按，信号为“1”，等同于该侧电磁信号为“1”。常态时，手动开关信号为“0”。在进行设备调试时，能够使用手控开关对其进行控制，从而实现对对应气路控制，以改变推料缸等实施机构控制，达成调试目标。

图4-6 电磁阀组
3接线端口
接线端口采取双层接线端子排，用于集中连接本工作单元全部电磁阀、传感器等器件电气连接线、PLCI/O端口及直流电源。上层端子用作连接公共电源正、负极，连接片作用是将各个分散端子片进行电器短接，下层端子用作信号线连接，固定端板是将各分散组成部分进行横向固定，保险座内插装有2A保险管。接线端口上每一个端子旁全部有数字标号，以说明端子位地址。接线端口经过导轨固定在底板上。图4-7和图4-8分别是本单元接线端口外观和端子接线图。

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图4-7 供料单元接线端口

图4-8 供料单元端子接线图
4气动控制回路
气动控制回路是本工作单元实施机构，该实施机构控制逻辑控制功效是

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由PLC实现。气动控制回路工作和原理图4-9所表示。图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。1B1和1B2为安装在推料缸两个极限工作位置磁感应靠近开关，2B1和2B2为安装在顶料缸两个极限工作位置磁感应靠近开关。1Y1和2Y1分别为推料缸和顶料缸电磁阀电磁控制端。

图4-9 供料单元气动控制回路工作原理图
5 PLCI/O接线图4-10所表示

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图4-10 供料单元PLCI/O接线原理图

5.1.1 加工单元结构
加工单元基础功效：把该单元物料台上工件（工件由输送单元抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元抓取机械手装置取出。加工单元实物全貌图4-11所表示：

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图4-11 加工单元实物全貌
加工单元关键结构（图4-12）组成为：物料台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，PLC模块，急停按钮和开启/停止按钮，底板等。

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图4-12
1物料台及滑动机构
物料台及滑动机构图4-13所表示。物料台用于固定被加工件，并把工件移到

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加工（冲压）机构正下方进行冲压加工。它关键由手爪气缸、手指、物料台伸缩气缸、导轨及滑块、磁感应式靠近开关、漫射式光电传感器组成。

图4-13 物料台及滑动机构
滑动物料台工作原理：滑动物料台原始位置是处于物料台伸缩气缸伸出，物料台气动手爪张开状态，当输送机构把物料送到料台上，物料检测传感器检测到工件后，PLC控制程序驱动机械手指将工件夹紧→物料台回到加工区域冲压汽缸下方→冲压气缸向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后机械手指松开次序完成工件加工工序，并为下一次工件到来加工做准备。
在移动料台上安装一个漫射式光电靠近开关。若物料台上没有工件，则漫射式光电靠近开关均处于常态;若物料台上有工件，则漫射式光电靠近开关动作，表明物料台上已经有工件，需将工件输送到加工位置进行加工该光电传感器输出信号送到PLC输入端，用以判别物料台上是否有工件需进行加工。

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2加工（冲压）机构
加工（冲压）机构图4-14所表示。加工机构用于对工件进行冲压加工。它关键由冲压气缸、冲压头、冲压台等组成。
冲压台工作原理：当工件抵达冲压位置时，冲压缸伸出对工件进行加工，完成加工动作后冲压缸缩回，为下一次冲压做准备。
冲头依据工件要求对工件进行冲压加工，冲头安装在冲压缸头部。冲压台用于安装冲压缸，对冲压缸进行固定。

图4-14 加工（冲压）机构
3电磁阀组
加工单元气爪、物料台伸缩气缸和冲压气缸均用三个二位五通带手控开关单电控制电磁阀控制，三个控制阀集中安装在带有消声器汇流板上。因为冲压缸对气体压力和流量要求比较高，故冲压缸配套气管粗。这三个阀分别对冲压气缸、物料抬手爪气缸和物料台伸缩气缸气路进行控制，以改变各自动作状态。
电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行设备调试时使用手控开关处于开启位置，能够使用手控开关对阀进行控制，从而实现对对应气路控制，以改变冲压气缸等实施机构控制，达成调试。
4接线端口
图4-15分别是本单元接线端口外观和端子接线图。

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图4-15 加工单元端子接线图
5 气动控制回路
本工作单元气动控制回路工作原理图4-16所表示。IB1和IB2为安装在冲压气缸两个极限工作位置磁感应靠近开关，2BI和2B2为安装在物料台两个极限位置磁感应靠近开关，3B1为安装在手爪气缸工作位置磁感应靠近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、物料台伸缩气缸和手爪气缸电磁阀电磁控制端。

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图4-16加工单元气动控制回路工作原理图
4 PLCI/O接线图如4-17所表示

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图4-17 PLCI/O接线图

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2 I/O地址分配
4.2 控制系统软件设计
4.2.1 供料单元
1步骤图

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顶料到位 I0.0
顶料复位 I0.1
推料到位 I0.2
推料复位 I0.3
物料不够检测 I0.4
物料有没有检测 I0.5
物料台物料检测 I0.6
启/停按钮 I0.7
顶料电磁阀 Q0.0
推料电磁阀 Q0.1

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3 程序

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LD I0.7
EU
= M10.0
LD M10.0
LPS
AN M10.1
S M10.2, 1
LPP
A M10.1
R M10.2, 1
LD M10.2
= M10.1
LD I0.4
A I0.5
AN I0.6
ON I0.3
A M10.1
= Q0.0
LD I0.0
AN I0.1
AN I0.2
AN I0.6
= Q0.1
4.2.2 加工单元

1步骤图

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2 I/O地址分布
物台物料检测 I0.0
物台夹紧检测 I0.1
料台伸出到位 I0.2

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料台缩回到位 I0.3
加工压头上限 I0.4
加工压头下限 I0.5
急停按钮 I0.6
启/停按钮 I0.7
夹紧电磁阀 Q0.0
料台伸缩电磁阀 Q0.1
加工压头电磁阀 Q0.2
3 梯形图

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4 程序
LD I0.7
EU
= M10.0
LD M10.0
LPS
AN M10.1 AN M10.5
S M10.2, 1 S M10.6, 1

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LPP LPP
A M10.1 A M10.5
R M10.2, 1 R M10.6, 1
LD M10.2 LD M10.6
= M10.1 = M10.5
LD M10.1 LD I0.2
AN M11.0 A M10.5
A I0.0 LDN I0.1
AN I0.6 A M11.0
= Q0.0 OLD
LD I0.1 LPS
AN M10.5 AN M11.0
= Q0.1 S M11.1, 1
LD I0.3 LPP
AN M10.3 A M11.0
= Q0.2 R M11.1, 1
LD I0.5 LD M11.1
LDN I0.1 = M11.0
A M11.0
OLD
LPS
AN M10.3
S M10.4, 1
LPP
A M10.3
R M10.4, 1
LD M10.4
= M10.3
LD I0.4
A M10.3
LDN I0.1
A M11.0
OLD
LPS

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