(精品)机电一体化先进机械制造行业技术及PLC

14毕业论文题 目 先进机械制造行业技术及PLCI摘要本文阐述了先进机械制造行业技术国内外的发展现状，分析与国际先进技术在管理、设计、制造工艺、自动化技术方面的差距，介绍其柔性化、灵捷化和智能化的发展趋势，特别以可编程控制器（PLC）为例进行说明。关键词：机械制造行业；可编程控制器；现状；发展；应用目录摘要第1章 机械制造业国际发展现状分析.1 第2章 国内发展现状与国际先进技术的差距.2第3章 发展趋势.3第4章 可编程控制器(PLC).44.1 PLC的现状.44.2 PLC的发展趋势.44.2.1 增强网络通信功能.44.2.2 发展智能模块. .44.2.3 向高性能、高速度、大容量发展.54.3 PLC的应用.54.3.1 开关量的逻辑控制.54.3.2 运动控制.64.3.3 闭环过程控制.74.3.4 数据处理.74.3.5 机器人控制.74.3.6 通讯联网.8第5章 结论9致谢.10参考文献11 第1章 机械制造业国际发展现状分析先进制造技术这一概念是美国于二十世纪67 年代末期提出来的，至今已十几年了。这十几年中各国学者一致对它进行研究，现已形成这样一个基本定义：先进制造技术是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等高新技术成果，并将其优化集成综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、精益、敏捷、灵活生产，并取得理想技术经济效益和社会效益的制造技术的总称。先进制造技术是一个多学科体系，其概念远远超越了传统制造技术和企业及车间，甚至国家间的界限，包容了从市场需求、环境需求、创新设计、工艺技术到生产过程的组织与监控、市场信息的反馈在内的工程系统；是以先进制造工艺、计算机应用技术为核心的信息、设计方法、工艺技术、能源工程、环境工程及相应的管理工程集成的现代制造工程。先进制造技术包括面向制造的设计技术、制造工艺技术、支撑技术、制造基础设计（制造技术环境）四个方面。11福建省机电技术学校毕业论文第2章 国内发展现状与国际先进技术的差距先进制造技术逐步发展为冷热加工、加工过程、检测过程、物流过程、设计、材料应用、制造等方面一体化，应用计算机技术和模拟技术确定工艺规范、优化工艺方案，预测加工过程中可能产生的缺陷及防止措施，使工艺研究由“经验判断”走向“定量分析”，形成了从单元技术到集成化技术，从刚性到柔性，从简单到智能化、复杂化等不同档次的自动化制造技术系统。近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。1管理方面：工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、敏捷制造(AM)、精益生产(LP)、并行工程(CE) 等新的管理思想和技术，我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。设计方面：工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术(CAD/CAM)，大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。制造工艺方面：工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法，我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。自动化技术方面：工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元(FMC) 、柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)，实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。第3章发展趋势-当前机械制造业发展的趋势是柔性化、灵捷化和智能化，当前机械制造技术不仅在它的信息处理与控制等方面运用了徽电子技术、计算机技术、激光加工技术，在加工机理，切削过程乃至所用的刀具也无不渗透着当代的高新技术，再也不是原来意义上的“机械加工”了。当前机械制造业发展的趋势为“三化”。柔性化-使工艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要，能适用于迅速更换工艺、更换产品的需要；灵捷化-使生产与推向市场准备时间缩为最短，使工厂机制能灵活转向；智能化-柔性自动化的重要组成部分，它是柔性自动化的新发展和延伸。人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来，以便有更多的精力从事高层次的创造性劳动。智能化促进柔性化，它使生产系统具有更完善的判断与适应能力。2第4章 可编程控制器(PLC)可编程控制器(PLC)是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和信息技术的一种控制器。它具有可靠性高、功能性强、开发简便、易于维护和扩展且成本较低等特点，自上个世纪六七十年代被研制出来以后，就广泛应用于冶金、能源、化工、电力和机械等工业领域。最初的可编程控制器是基于逻辑计算的，随着工业技术的发展，可编程控制器的数字运算和分析能力大大增强，可以运用于更为广泛的领域中。4.1 PLC的现状3随着PLC的国际标准IEC61131-3的正式颁布，推动了PLC在技术上发生新的突破：a在系统体系结构上，从传统的单机向多CPU和分布式及远程控制系统发展；b在编程语言上，文本化和图形化的语言多样性，创造了更具表达控制要求、文字处理、通信能力的编程环境；c从应用范围和应用水平上，除了继续发展机械加工自动生产线的控制系统外，则是发展以PLC为基础的DCS系统、监控和数据采集SCA-DA系统、柔性制造系统FMS、安全联锁保护ESD系统、运动控制系统等，全方位地提高PLC的应用范围和水平；d在应用领域方面，发达工业国家的PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各行各业。随着PLC性能价格比的不断提高，一些过去使用专用计算机的场所，也转向使用PLC。4.2 PLC的发展趋势为适应大规模控制系统的要求，大型PLC向着大存储容量、高速度、高性能、增加I/O点数的方向发展，这主要表现在以下几个方面：44.2.1增强网络通信功能PLC将具有计算机集散控制系统(DCS)的功能 网络化和强通信能力是PLC的一个重要发展趋势。PLC构成的网络将有多个PLC、多个I/O模块相连，并可与工业计算机、以太网等构成整个工厂的自动控制系统 PLC采用了计算机信息处理技术、网络通信技术和图形显示技术，使得PLC系统的生产控制功能和信息管理功能融为一体，满足现代化大生产的控制与管理的需要。4.2.2发展智能模块智能模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的CPU与PLC的主CPU并行工作， 占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC的扫描速度。它们本身就是一个小的微型计算机系统，有很强的信息处理能力和控制能力，有的模块甚至可以自成系统，单独工作。它们用一对通信线与主机相连，可以完成PLC难以兼顾的功能，它们简化了某些控制领域的系统设计和编程，提高了PLC的适用性和可靠性。4.2.3 向高性能、高速度、大容量发展大型PLC大多采用多CPU结构，不断向高性能、高速度和大容量方向发展。三菱公司的AnA系列PLC使用了世界上第一个在一块芯片上实现可编程序控制器全部功能的32位微处理器，即顺序控制专用芯片，其扫描时间为0.15 S每一条基本指令。松下公司的FP10SH系列PLC采用32位5级流水线RISC结构的CPU，可以同时处理5条指令，顺序指令的执行速度高达0.04 s/步，高级功能指令的执行速度也有很大的提高。在有2个通信接口、256个I/O点的情况下，FP10SH总的扫描时间为0.27-0.42ms。在模拟量控制方面，除了专门用于模拟量闭环控制的PID指令和智能PID模块，某些PLC还具有模拟量模糊控制、自适应、参数自整定功能，使调试时间减少，控制精度提高。4.3 PLC的应用在发达的工业国家，PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各行各业。随着PLC性能价格比的不断提高，一些过去使用专用计算机的场合，也转向使用PLC。PLC的应用范围在不断扩大，可归纳为如下几个方面。54.3.1开关量的逻辑控制这是PLC最基本最广泛的应用领域。PLC取代继电器控制系统，实现逻辑控制。例如：机床电气控制，冲床、铸造机械、运输带、包装机械的控制，注塑机的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金企业的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制，电镀生产线、啤酒灌装生产线、汽车配装线、电视机和收音机的生产线控制等。陈剑波等6介绍了可编程控制器(PLC)在洁净空调控制系统中应用的实例，在室内环境的保持、数据通讯和数据保存、数据对工况和运行策略的分析和预测方面都有其优越性，从工程的设计、实现以及运行的情况来看,可编程控制器在空调系统特别是洁净空调系统这种控制精度、稳定性要求高的领域中应用的效果很好，开发难度比较低，经济性较高，完全可以推广使用。苟琪7分析了可编程控制器在CNC机床中的应用方式及其特点，PLC在CNC机床中的作用及数控装置I/O口和机床控制面板、强电信号的连接方法，研究了数控机床中T功能代码和M功能代码在PLC上的实现方法。CNC机床数控系统具有较强的数据处理能力和图形显示功能，可编程控制器具有较好的逻辑处理功能，可以充当数控系统微处理器与机床强电控制的桥粱。她重点探讨了PLC与CNC机床数控装置联接的一种模式，这种方式可靠性高，在经济型数控机床和普通机床数控改造中有广泛的应用前景。王丽君等8介绍了AFP12217-F型可编程控制器PLC在针吸式穴盘自动播种机上的应用，将可编程控制器PLC用于对气动系统和电器系统的自动控制，使针吸式穴盘播种机结构简单、紧凑，系统工作安全、可靠、效率高，且对故障的判断也较容易和直观因此，使用PLC是一种效果良好、切实可行的方法。4.3.2运动控制PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器与执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。世界上各主要PLC厂家生产的PLC几乎都有运动控制功能。PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械。例如：金属切削机床、金属成型机械、配装机械、机器人和电梯等。可编程控制器(PLC)以其工作平稳、可靠、抗干扰能力强等特点，在工业控制领域得到了越来越广泛的应用。周九宁9介绍了在磁选机中引入PLC控制，能极大地改善设备的电气性能，提高设备的自动化水平，保证设备高效、安全运行，以达到提高矿山企业经济效益之目的。师俭英10从控制系统的组成、控制原理以及程序设计思想方面详细地介绍了一种以OMRON C200H型可编程控制器为核心的控制系统。该系统应用干混凝土搅拌站的生产运行控制，具有运转平稳、故障率低、寿命长、维修方便等优点。由PLC和计算机共同组成的控制系统实现混凝土搅拌工作流程的自动控制。该控制系统具有工作稳定、搅拌的混凝土质量好，故障率低，生产量大，能耗低以及操作简便等优点，可广泛应用于建筑工程、公路工程、桥梁工程等。PLC+计算机的控制是目前控制领域最流行的控制模式，PLC与计算机通讯构成网络还可以实现多套搅拌系统的群控。4.3.3闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。PLC通过模拟量I/O模块实现模拟量与数字量之间的A/D，D/A转换，并对模拟量进行闭环PID控制，可用PID子程序来实现，也可使用专用的PID模块。PLC的模拟量控制功能已经广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热处理炉、锅炉等设备，还广泛地应用于轻工、化工、机械、冶金、电力和建材等行业。黄献生等11通过对变压器冷却器散热率与变压器损耗关系的分析，对传统的变压器冷却器控制装置进行改造，建立基于可编程控制器控制的智能化分阶段模糊控制方式，收到了较好的节能效果。杨骏等12以电厂渣浆泵系统的改造为例，介绍了触摸屏结台可编程控制器的联机应用，着重阐明了触摸屏作为新一代人机界面的优越性以及配合可编程控制器在工厂自动化控制领城中的适用性。电厂渣浆泵系统必须对设备的工作温度、压力、电流、转速与水池水位进行数据采集，并根据水池水位对液偶电动执行器进行PID调节控制水泵的转速，保持水位的恒定，同时对以上数据能够实时显示、设定以及文字与声光报警。根据以上设计要求选用GP-570型胜摸屏作为操作与显示界面，C200HS型可嫡程控制器用于动怍控制与数据采集。数据采集由A/D模块与温度传感器模块完成。4.3.4数据处理现代的PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析和处理。这些数据可以与存贮在存储器中的参考值比较，也可以用通讯功能传送到别的智能装置，或将其打印制表。数据处理一般用在大、中型控制系统，如柔性制造系统、过程控制系统等。扬武等13介绍了用计算机(PC)和可编程序控制器(PLC)对生产线进行控制的原理、方法整个系统的结构特点、硬件配置和控制软件设计的方法。程国华等14在可编程控制器在挤管机控制系统中的应用中，系统采用PLC，节省了不少开关，大大简化了复杂的继电器系统，从而提高了可靠性。并且PLC与上位机PC的通讯实现，在上位机上建立工程画面。生产管理画面及报表处理菜单等功能，树成了高效率的工业监控系统。确保了正常生产和管理水平的提高。4.3.5机器人控制机器人作为工业过程自动生产线中的重要设备，已成为未来工业生产自动化的3大支柱之一。现在许多机器人制造公司，选用PLC作为机器人控制器来控制各种机械动作。随着PLC体积进一步缩小，功能进一步增强，PLC在机器人控制中的应用必将更加普遍。4.3.6通讯联网PLC的通讯包括PLC之间的通讯、PLC与上位计算机和其他智能设备之间的通讯。PLC和计算机具有接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将其联成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统。目前PLC与PLC的通讯网络是各厂家专用的。PLC与计算机之间的通讯，一些PLC生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢。第5章 结论21 世纪的机械制造业是以信息为主导,它是采用先进生产模式、先进制造系统、先进制造技术和先进组织管理形式的全新的机械制造业。它的特征是全球化、网络化、虚拟化、智能化以及环保协调的绿色制造。面对全球化竞争环境,机械制造业迅速发展,先进制造技术不断涌现。近年来,制造工程领域的新技术像雨后春笋般相继诞生,如计算机集成制造系统(CIMS) 、敏捷制造(AM) 、并行工程(CE) 、虚拟生产(VM) 、精益生产(L P) 、智能制造( IM) 、绿色制造( GM) 等等。PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段之一。在未来的工业生产中，PLC技术和机器人以及CAD/CAM 技术将并列成为实现工业生产自动化的三大支柱。侯美华15结合可编程控制器在实际工作中的应用谈一些可编程控制器在使用中的技巧，注意事项及提高可靠性的方法。PLC虽然适合工业现场，使用中也应注意尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等；不要在有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用；避免导电性杂物进入控制器。致谢本论文在选题、开题、成文过程中得到了周晓欣老师的悉心指引和教导，周老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度、积极进取的科研精神以及诲人不倦的师者风范是我毕生的学习楷模，特此表示衷心的感谢，同时也非常感谢xxxx的全体任课教师给予我的支持和帮助。参考文献1 范荣鑫. 先进机械制造技术的发展