模块化生产系统软件设计毕业论文.doc

本科毕业设计说明书（论文）第1页共37页1绪论从模块化制造概念的形成可以看出，模块化制造是符合当今制造业发展潮流、具有广泛实践基础、可具体执行和操作的一种实用型先进制造模式和技术体系。模块化制造系统是根据特定模块化产品的制造要求设计而成的：产品性能和质量提高的周期缩短，频率提高，快速响应市场需求；与其相适应的生产系统易于重组，以适应产品的快速变换。满足这两个基本要求的实现条件就是产品结构的模块化和制造系统装备的模块化。1.1课题研究背景MPS(modularizeprocesssystem)体现了机电一体化技术的实际应用。MPS设备是一套开放式的设备，最多可由9个单元组成，最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统。由多个单元组成的系统可以体现出自动生产线的控制特点。MPS设备一般用PLC控制。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，在工业控制领域中应用非常广泛。在有多个单元组成的模块化生产系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术，机械技术，电工电子技术，传感器技术，PLC控制技术等。利用该系统，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程。本次的课题就是在我们学校拥有MPS设备的背景下完成的。1.2模块化生产系统1.2.1模块化生产系统的概念所谓模块,引用最多的是Baldwin和Clark的定义:指可组成系统的,具有某种确定独立功能的半自律性的子系统,可以通过标准化的界面结构,与其它功能的半自律性子系统按照一定的规则相互联系而构成的更加复杂的系统1。模块化是指把一个复杂系统或过程根据系统规则分解为能够独立设计的半自律性子系统的过程,或者是按照某种联系规则,将可进行独立设计的子系统统一起来构成更加复杂的系统或过程,这样通过模块化,一个复杂的系统就可以分解为一系列相互独立的具有特定功能价值的模块,并且,在遵循统一的界面规则的前提下,各模块进行半自律性独立动作,同类模块之间可进行替代,从而可根据需要,组成不同的复杂系统。青木昌彦的定义认为,对具有可分解性的系本科毕业设计说明书（论文）第2页共37页统各部件联系规则的六种“模块化操作”,可以实现复杂系统的创新2。1.2.2模块化生产系统的基本组成该系统由上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站、分类站等六个部分组成。每一站都有一套独立的PLC控制系统，都能单独完成一个动作过程，将各站按一定顺序联接在一起后，就组成了一个模块化生产系统。在MPS设备上应用了多种类型的传感器，分别用语判断物体的运动位置，物体的通过状态，物体的颜色及材质等。传感器是机电一体花技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制，我们可根据需要选择不同厂家的PLC。MPS设备的硬件结构是相对固定的，我们可以根据自己对设备的理解，对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS设备的控制4，5。1.2.3模块化生产系统国内外的发展模块化生产系统是FESTO公司制造的集先进的气动技术、PLC控制技术为一体的自动化培训系统。从学生、工人到机械及电气的专业人员都可以以这套系统为平台，完成机电一体化技术相关内容的培训。研究人员可以针对设计、组装、编程、调试到检查问题和维护维修等一系列课题的不同层次得到全面的学习和创新。MPS系统本身就是从实际的工业生产中来，所以研究人员在此基础上的创新和开发可以迅速地转换到工业应用中，可实现过程优化及降低成本，通过系统模拟有助于降低成本减少风险及促进对复杂加工的了解6。1.2.4模块化生产系统关键技术我们实验室的MPS生产系统是以电感应式传感器、光电传感器、漫射式光电传感器为辅助元件，用这些元件来采集开关数字信号。然后把这些数字信号输入核心部件PLC的输入印象寄存器，通过里面的程序处理输入信号，最后把处理的结果送给输出印象寄存器，来驱动电机、气动控制元件、气动执行元件和机械手等。如图1.1：本科毕业设计说明书（论文）第3页共37页图1.1PLC控制各单元的示意图PLC直接与MPS自动线相连，处理从自动线输入的各种位置及检测信号，同时根据自动线的运行情况，输出各种控制信号，控制自动线上的各种气缸工作，吸盘的吸放和电机的起停等。1.2.5模块化生产系统的特点整个系统分为6个工作站，包括供料、检测、加工、操作手、机械手、和成品分装，主要完成气缸的加工以及自动装配。原系统的6个工作站之间依靠紧邻的光电传感器来传递信息，但仅能协调相邻工作站的信息，信息单一。并且原系统没有有效的监控、故障诊断及处理功能，系统工作时需要有专人在现场进行不间断维护，不能及时有效地发现错误及故障并做出处理。随着先进制造技术的发展和计算机技术的广泛应用，使传统的模块化设计技术发生了深刻的变化。模块化是现代制造业发展的要求，是对传统标准化形式的发展7。其有以下几个显著特点：（1）各工作站采用模块化形式，各模块易于搭建、拆卸和维护，各工作站之间可随意组合；（2）系统中采用真正的工业元件，学生可进行实际的训练；（3）通过本系统的学习，学生可以获得气动、电气动、工程控制、传感器和电子方面的知识；（4）很高的兼容和扩展性；（5）锻炼初学者创造性的思维；（6）可根据要求提供解决方案。1.3主要研究内容和目标生产型企业，大量使用自动化生产线，而目前普遍采用PLC控制，由于PLC上料单元检测单元加工单元提取单元码跺单元气源PLCPLCPLCPLCPLC本科毕业设计说明书（论文）第4页共37页稳定可靠的性能决定的。本课题结合实验室已有的设备，进行软件设计，配合硬件设计人员，对整个模块化生产系统进行软件设计；并配合硬件设计人员对整个系统进行调试运行。利用应用型人才培养。同时应用液压与气压传动，对机械手进行CAD设计。通过本毕业设计，利用应用型人才培养，适应社会需要8。本设计要求学生根据实验室已有的MPS设备，测绘关键部件机械手，设计PL