毕业设计（论文）-基于自动化生产线网络控制系统.doc

甘肃畜牧工程职业技术学院毕业论文（设计）题目：基于自动化生产线网络控制系部：电子信息工程系专业：机电一体化班级：机电13.1班姓名： 学号：指导教师：完成日期：2016年06月64目录摘要- 4 -Abstract- 5 -关键字- 6 -第一章绪论7第二章了解自动生产线装备82.1 自动化生产线的基本组成82.1.1 供料单元的基本功能92.1.2加工单元的基本功能92.1.3装配单元的基本功能92.1.4分拣单元的基本功能92.1.5输送单元的基本功能92.2 自动化生产线工作单元的结构特点92.2.1自动化生产线的控制系统102.2.2供电电源112.2.3气源处理装置12第三章供料单元的结构和工作过程133.1 供料单元的气动元件133.1.1、标准双作用直线气缸133.1.2、单电控电磁换向阀电磁阀组如前所述，其工作原理如图所示：133.1.3、气动控制回路143.2供料单元PLC的I/O 接线143.3 供料单元单站控制的编程思路153.4供料单元程序16供料单元程序见附录16第四章加工单元的结构和工作过程174.1 加工单元的组成及功能174.1.1加工单元的气动元件174.1.2加工单元的气动控制回路174.2加工单元PLC的 I/O信号表174.3 编写和调试PLC控制程序184.3.1编写程序的思路184.4加工过程流程图184.5加工单元程序18第五章装配单元的结构与工作过程195.1装配单元的组成及功能195.1.1装配单元的功能195.1.2装配单元的气动元件195.2装配单元PLC的I/O 接线195.2.1编写和调试PLC控制程序21第六章分拣单元的结构和工作过程226.1.分拣单元主要结构组成及功能226.2分拣单元的PLC控制及编程226.3分拣单元PLC的I/O接线原理图236.4分拣单元的编程要点236.5分拣单元程序24分拣单元程序见附录24第七章输送单元的结构与工作过程257.1输送单元组成及功能257.1.1输送单元的组成257.1.2输送单元功能257.2输送单元的PLC控制及编程267.2.1输送单元的I/O接线原理图267.2.2输送单元PLC接线原理图267.3急停处理277.3.1急停处理子程序梯形图说明277.4 输送单元程序见附录28第八章自动化生产线各模式及联网运行298.1自动化生产线各模式298.2单站模式切换到全线方式308.2.1单站与全线运行模式分析318.2.2系统正常的全线运行模式348.3联机运行的编程思路368.3.1主站单元控制程序的编制36总结37参考文献38致谢39附录40 毕业论文（设计）任务书 学生姓名张玮 尚书阳专业班级机电13.1班指导教师李贤山论文题目基于自动化生产线网络控制研究的目标、内容及方法任务描述：输送单元由抓取机械手装置、直线运动传动组件、拖链装置、PLC 模块和接线端口以及按钮/指示灯模块等部件组成。实现驱动其抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台，在物料台上抓取工件，把抓到的工件输送到指定地点然后放下的功能。输送单元单站运行的目标是测试设备传送工件的功能。要求其他各工作单元已经就位，并且在供料单元的出料台上放置了工件。具体测试要求如下：1、输送单元在通电后，按下复位按钮SB1，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。在复位过程中，“正常工作”指示灯HL1 以1Hz 的频率闪烁。当抓取机械手装置回到原点位置，且输送单元各个气缸满足初始位置的要求，则复位完成，“正常工作”指示灯HL1 常亮。按下起动按钮SB2，设备启动，“设备运行”指示灯HL2 也常亮，开始功能测试过程。2、正常功能测试 抓取机械手装置从供料站出料台抓取工件，抓取的顺序是：手臂伸出手爪夹紧抓取工件提升台上升手臂缩回。 抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置向加工站移动，移动速度不小于300mm/s。 机械手装置移动到加工站物料台的正前方后，即把工件放到加工站物料台上。抓取机械手装置在加工站放下工件的顺序是：手臂伸出提升台下降手爪松开放下工件手臂缩回。 放下工件动作完成2 秒后，抓取机械手装置执行抓取加工站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后把工件放到装配站物料台上。其动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。 放下工件动作完成2 秒后，抓取机械手装置执行抓取装配站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。 机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90，伺服电机驱动机械手装置从装配站向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。 放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电机驱动机械手装置以400mm/s 的速度返回，返回900mm 后，摆台顺时针旋转90，然后以100mm/s 的速度低速返回原点停止。当抓取机械手装置返回原点后，一个测试周期结束。当供料单元的出料台上放置了工件时，再按一次启动按钮SB2，开始新一轮的测试。分阶段完成的工作（1）查资料，列举方案 15年11月（2）实验验证阶段 16年3 月（3）硬件装配并验证 4 月（4）编写软件并调试 5 月 （5）准备毕业论文书写，答辩 6 月系（部）主 任意 见毕业设计（论文）开题报告一、课题的现状与发展趋势自动化生产线的控制系统主要用于保证线内的机床、工件传送系统，以及辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有故障寻检装置和信号装置。为适应自动线的调试和正常运行的要求，控制系统有三种工作状态：调整、半自动和自动。在调整状态时可手动操作和调整，实现单台设备的各个动作；在半自动状态时可实现单台设备的单循环工作；在自动状态时自动线能连续工作。影响自动线工作可靠性的主要因素是加工质量的稳定性和设备工作可靠性。 自动化生产线的发展方向主要是提高生产率和增大多用性、灵活性。为适应多品种生产的需要和跟上社会科技的发展，自动化生产线势必将成为各企业发展的主流。数字控制机床、工业机器人和电子计算机等技术的发展，以及成组技术的应用，将使自动线的灵活性更大，可实现多品种、中小批量生产的自动化。多品种可调自动线，降低了自动线生产的经济批量，因而在机械制造业中的应用越来越广泛，并向更高度自动化的柔性制造系统发展。自动生产线节省了大量的时间和成本。二、课题的背景、意义；课题欲解决哪些方面问题1、背景：自动化生产线的装置在中国企业需求量很大，工业、农副业的生产都依赖于机械化，自动化生产线控制系统控制机械化的生产，大量的节省人力资源，有助于各企业节约成本，大大提高生产。2、意义：通过毕业设计，锻炼我们的调试与安装技术，其中包括机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等3、课题欲解决的问题：（1）各小站的程序编写（2）组态画面的创建（3）网络通讯技术，即西门子的PCPPI网络。三、课题内容1、 课题要求 1.根据供料、加工、装配、分拣、输送各站的控制要求编写PLC控制程序。2.正确连接各站的电气线路。3.合理连接气动控制器件并进行调节。4.正确连接各传感器并调节。5.正确连接变频器，合理设置其参数和。6.熟悉伺服控制系统，设置伺服驱动器参数。7.对生产线联机控制进行调试，使其达到控制要求。2、项目的训练目标 提高编写程序的能力，并对人机界面进行一定的理解，并会基本的应用。锻炼一定的机械能力和调试传感器的技术。学习网络通讯技术。四、课题研究（设计）思路、方法论述1、设计思路首先对各小站的结构特点进行了解，了解各小站的工作情况后，编写各小站的单机程序。然后了解总的生产线的任务要求后，利用N:N网络，将各小站的程序连接起来，实现从供料到分拣的一个联机过程。最后利用人机界面，将整个过程实现监控，从而达到真正的工业生产要求。2、方法论述在完成这一自动生产线的过程中，要对各站进行拆装训练，从而达到对各小站更深入的了解。例如电磁阀的使用，传感器的调试等等。同时，各小站程序编写完成后，通过反复调试并通过指导老师的检查后，再按照计划执行下一步工作计划。项目实施过程中真正做到按部就班。五、课题预期目标（成果）自动生产线上运用触摸屏发送命令及及时反馈各自需要的信号，使系统完成需要进行的工作。整个系统从供料到供料再到加工，然后在进行分拣。其中需要有急停信号的处理，单机、联机的处理，以及分拣出废料是否进行重新加工以及重新装配的过程。具体的工艺流程是触摸屏先发出信号，给输送站，输送站复位，复位完成后，发出信号给供料站，供料站接受信号后，进行供料动作，然后输送站中的机械手通过伺服驱动器和伺服电机运行到供料站处进行抓取，抓取后再移动到装备站，到达后，向装配站发出装配请求，从而进行小工件的装配。小工件装配完成后，向输送站发出抓取请求，然后再有输送站的机械手抓取送往加工站，到达加工站后，再向加工站发出加工请求。当加工站加工完成后，再向输送站发出请求，从而送往分拣站进行分拣。分拣站就按照颜色或者套件的要求进行分拣。当人机界面上给定的套件完成时，输送站的机械手自动回复到原点位置。再给定条件，按下启动时，还能进行如上动作。摘要从二十世纪20年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。在此之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目出现了急剧增加。 采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。 机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。 现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是在于它的综合性和系统性。在这里的综合性是指，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下有机地融合在一起，并协调有序地工作。 自动生产线在铝合金导轨基础上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动机械生产线，系统的各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。AbstractFrom the beginning of twentieth Century 20s, with the car, rolling bearing, miniature motor and the sewing machine industry development, automatic line started in mechanical manufacturing, the earliest is the combined machine tool automatic line. Prior to this, the first is the production line and automatic production lines appear in the automotive industry, then become automatic line. After the Second World War, in the industrialized countries in mechanical manufacturing industry, a number of automatic line there has been a dramatic increase in. The use of automatic line for production of the product should be large enough to yield; product design and process should be advanced, stable, reliable, and kept in a long time basically unchanged. The use of automatic line in a large number of production can improve labor productivity, stabilize and improve product quality, improve working conditions, reduce the production area, reduce production cost, shorten production cycle, ensure the production balance, with significant economic benefits. A casting, forging, stamping, heat treatment, welding, machining and mechanical assembly line of auto machinery manufacturing industry, also including the different nature of the processes, such as integrated automatic line blank manufacturing, machining, assembly, testing and packaging etc.Automatic the modernization of production equipment (automatic production line) the biggest characteristic lies in its comprehensive and system of. Comprehensive here refers to, mechanical technology, microelectronics technology, electrical and electronic technology, sensor technology, interface technology, information transformation technology, network communication technology and other technology are organically combined, and integrated application to production equipment and systems; that is, the production line of sensing, processing and transmission, control, execution and driving mechanism in organic control of the micro processing unit under together, and coordination and orderly work.Automatic production line in aluminum alloy rail based on installation of feeding, processing, assembly, transportation, sorting unit of work, a typical automatic production line, the mechanism of the system adopts pneumatic drive, inverter drive and stepper (servo) motor position control technology.关键字关键字：PLC 自动生产线 联机运行 传感器Keywords: PLC automatic production line to run online sensor第一章 绪论从二十世纪20年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。在此之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目出现了急剧增加。 采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。 机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。 自动化生产线综合性是指，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下有机地融合在一起，并协调有序地工作。 可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比，且编程简单，因而广泛地被应用在现代化的自动生产设备中，担负着起生产线的大脑微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技能型术人材才是当务之急。 自动生产线装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线，系统的各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。因此，自动化生产线应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网技术、步进电机位置控制技术，以及和变频器技术等。自动化生产线采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。可根据需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到实际生产性线功能。 第二章 了解自动生产线装备2.1 自动化生产线的基本组成 自动生产线装备由安装在铝合金导轨式实训台上的送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观如图2-1所示 每一工作单元既可自成一个独立的系统，同时又是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相交流异步电动机的传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业应用最为广泛的电气控制技术。 自动化生产线设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化装备应用技术中的关键技术之一，也是现代工业实现高度自动化的前提之一。 在控制方面，自动化生产线采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通信实现互连的分布式控制方式。可根据需要不同厂家的PLC型号及其所支持的RS485通信模式，组建成一个小型的PLC网络。小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。1. 自动化生产线的基本功能 2.1.1 供料单元的基本功能供料单元是自动化生产线中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。 2.1.2加工单元的基本功能把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的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，待输送单元的抓取机械手装置取出。 2.1.3装配单元的基本功能完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。2.1.4分拣单元的基本功能完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣 ，使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。 2.1.5输送单元的基本功能该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。 直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视需要而定。自动化生产线的电气控制 2.2 自动化生产线工作单元的结构特点自动化生产线设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。因此，工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。自动化生产线的解决方案是：机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。由图2-3和图2-4所示分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。 图2-3 装置侧接线端口 图2-4 PLC侧接线端口装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC 24V电源的+24V端，底层端子用以连接DC 24V电源的0V端，中间层端子用以连接各路信号线。 PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各路信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。底层端子用以连接DC 24V 电源的+24V端和0V端。装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连接。其中25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。 2.2.1自动化生产线的控制系统 自动化生产线的每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。 1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。按钮指示灯模块如图2-5所示。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。 图2-5 按钮指示灯模块 2-6自动化生产线的PPI网络模块盒上器件包括： 指示灯（DC24V）：黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。 主令器件：绿色常开按钮SB1一只 红色常开按钮SB2一只 选择开关SA（一对转换触点） 急停按钮QS（一个常闭触点） 2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于采用西门子S7-200系列PLC的设备，自动化生产线的标准配置是采用PPI协议的通信方式。设备出厂的控制方案如图2-6所示。各工作站PLC配置如下： 输送单元：S7-226 DC/DC/DC 主单元，共24点输入，16点晶体管输出。 供料单元：S7-224 AC/DC/RLY主单元，共14点输入， 10点继电器输出。 加工单元：S7-224 AC/DC/RLY主单元，共14点输入， 10点继电器输出。 装配单元：S7-226 AC/DC/RLY主单元，共24点输入，16点继电器输出。 分拣单元：S7-224 XP AC/DC/RLY主单元，共14点输入， 10点继电器输出。 2.2.2供电电源 外部供电电源为三相五线制AC 380V/220V，如图2-7所示为供电电源模块一次回路原理图。图中，总电源开关选用DZ47LE-32/C32型三相四线漏电开关。系统各主要负载通过自动开关单独供电。其中，变频器电源通过DZ47C16/3P三相断路器（自动开关）供电；各工作站PLC均采用DZ47C5/2P单相断路器（自动开关）供电。此外，系统配置4台DC 24V 6A开关稳压电源分别用作供料、加工和分拣单元，及输送单元的直流电源。 图 2-7 供电电源模块一次回路原理图 图2-8 配电箱设备安装图 2.2.3气源处理装置 自动化生产线的气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，调节并保持恒定的工作压力。在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之把气路开关向右推入时气路关闭。 第三章 供料单元的结构和工作过程供料单元的主要结构组成为：工件装料管，工件推出装置，支撑架，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。其工作原理如图所示： 图3-2 供料操作示意图 图3-4 节流阀连接和调整原理示意图3.1 供料单元的气动元件 3.1.1、标准双作用直线气缸 双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。为了使气缸的动作平稳可靠，常用单向节阀对气缸的运动速度加以控制。 单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，也称为速度控制阀。其工作原理如下图： 3.1.2、单电控电磁换向阀电磁阀组如前所述，其工作原理如图所示： 图3-9 供料单元气动控制回路工作原理图所有工作单元的执行气缸都是双作用气缸，因此控制它们工作的电磁阀需要有二个工作口和二个排气口以及一个供气口，故使用的电磁阀均为二位五通电磁阀。 3.1.3、气动控制回路 气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑与控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图3-9所示： 3.2供料单元PLC的I/O 接线根据工作单元装置的I/O信号分配和工作任务的要求，供料单元PLC选用S7-224 AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。PLC的I/O信号分配如表4-1所示，接线原理图则见图4-2。表4-1供料单元 PLC的 I/O信号表图4-2 供料单元PLC的I/O接线原理图3.3 供料单元单站控制的编程思路 3.3.1 程序结构：有两个子程序，一个是系统状态显示，另一个是供料控制。主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序，仅当在运行状态已经建立才可能调用供料控制子程序。 3.3.2 PLC 上电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许投入运行，这样可及时发现存在问题，避免出现事故。例如，若两个气缸在上电和气源接入时不在初始位置，这是气路连接错误的缘故，显然在这种情况下不允许系统投入运行。通常的PLC 控制系统往往有这种常规的要求。 3.3.3 供料单元运行的主要过程是供料控制，它是一个步进顺序控制过程。 3.3.4 如果没有停止要求，顺控过程将周而复始地不断循环。常见的顺序控制系统正常停止时要求是接收到停止指令后，系统在完成本工作周期任务即返回到初始步后才停止下来。 3.3.5 当料仓中最后一个工件被推出后，将发生缺料报警。推料气缸复位到位，亦即完成本工作周期任务即返回到初始状态步后，也应停止下来。 按上述分析，可画出如图所示的系统主程序流程图。供料控制子程序的步进顺序流程则如下图所示。图中，初始步S0.0在主程序中，当系统准备就绪且接收到启动脉冲时被置位。供料子程序流程图供料装置准备就绪 顶料置位到位 推料置位到位 顶料复位到位 推料复位到位 S0.1S0.0S0.4S0.3S0.2S0.03.4供料单元程序供料单元程序见附录第四章 加工单元的结构和工作过程 4.1 加工单元的组成及功能加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。 加工单元装置侧主要结构组成为：加工台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，底板等。4.1.1加工单元的气动元件 加工单元所使用气动执行元件包括标准直线气缸、薄型气缸和气动手指.4.1.2加工单元的气动控制回路 加工单元的气动控制元件均采用二位五通单电控电磁换向阀，各电磁阀均带有手动换向和加锁钮。它们集中安装成阀组固定在冲压支撑架后面。 气动控制回路的工作原理如图3-7所示。图3-7 加工单元气动控制回路工作原理图4.2加工单元PLC的 I/O信号表图4-4加工单元PLC的I/O接线原理图4.3 编写和调试PLC控制程序 4.3.1编写程序的思路 加工单元主程序流程与供料单元类似，也是PLC上电后应首先进入初始状态自检阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许接收启动信号投入运行。但加工单元工作任务中增加了急停功能。为此，调用加工控制子程序的条件应该是“单元在运行状态”和“急停按钮未按”两者同时成立，。这样，当在运行过程中按下急停按钮时，立即停止调用加工控制子程序，但急停前当前步的S元件仍在置位状态，急停复位后，就能从断点开始继续运行。 加工过程也是一个顺序控制，其步进流程图如图所示。4.4加工过程流程图初始步 加工台有件T38开始定时 加紧工件到位，台子缩回到位，T39开始定时S0.2S0.1S0.0 冲压驱动 冲压复位，冲压上限到位，台子生出，到位，松夹 冲压驱动工件取出检测，无件T40定时S0.4S0.3从流程图可以看到，当一个加工周期结束，只有加工好的工件被取走后，程序才能返回S0.0步，这就避免了重复加工的可能。4.5加工单元程序 加工单元程序见附录第五章 装配单元的结构与工作过程5.1装配单元的组成及功能5.1.1装配单元的功能装配单元的功能是完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到放置在装配料斗的待装配工件中的装配过程。 装配单元的结构组成包括：管形料仓，供料机构，廻转物料台，机械手，待装配工件的定位机构，气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。5.1.2装配单元的气动元件 装配单元所使用气动执行元件包括标准直线气缸、气动手指、气动摆台和导向气缸。装配单元的气动控制回路如下图所示5.2装配单元PLC的I/O 接线装配单元的I/O点数较多，选用S7-226 AC/DC/RLY主单元，共24点输入，16点继电器输出。PLC的I/O分配如表4-6所示。图4-7是PLC接线原理图。表4-6装配单元PLC的I/O分配注：警示灯用来指示YL-335B整体运行时的工作状态，工作任务是装配单元单独运行，没有要求使用警示灯，可以不连接到PLC上。5.2.1编写和调试PLC控制程序 进入运行状态后，装配单元的工作过程包括2个相互独立的子过程，一个是供料过程，另一个是装配过程。 供料过程就是通过供料机构的操作，使料仓中的小圆柱零件落下到摆台左边料盘上；然后摆台转动，使装有零件的料盘转移到右边，以便装配机械手抓取零件。 装配过程是当装配台上有待装配工件，且装配机械手下方有小圆柱零件时，进行装配操作。 在主程序中，当初始状态检查结束，确认单元准备就绪，按下启动按钮进入运行状态后，应同时调用供料控制和装配控制两个子程序。 供料控制过程包含两个互相联锁的过程，即落料过程和摆台转动、料盘转移的过程。在小圆柱零件从料仓下落到左料盘的过程中，禁止摆台转动；反之，在摆台转动过程中，禁止打开料仓（挡料气缸缩回）落料。 实现联锁的方法是：当摆台的左限位或右限位磁性开关动作并且左料盘没有料，经定时确认后，开始落料过程；当挡料气缸伸出到位使料仓关闭、左料盘有物料而右料盘为空，经定时确认后，开始摆台转动，直到达到限位位置。 供料过程的落料控制和装配控制过程都是单序列步进顺序控制， 停止运行，有两种情况。一是在运行中按下停止按钮，停止指令被置位；另一种情况是当料仓中最后一个零件落下时，检测物料有无的传感器动作（I0.1 OFF），将发出缺料报警。对于供料过程的落料控制，上述两种情况均应在料仓关闭，顶料气缸复位到位即返回到初始步后停止下次落料，并复位落料初始步。但对于摆台转动控制，一旦发出停止指令，则应立即停止摆台转动。（见图4-22梯形图） 对于装配控制，上述两种情况也应在一次装配完成，装配机械手返回到初始位置后停止。仅当落料机构和装配机械手均返回到初始位置，才能复位运行状态标志和停止指令。停止运行的操作应在主程序中编制，其梯形图见附录5.3装配单元程序见附录第六章 分拣单元的结构和工作过程 6.1.分拣单元主要结构组成及功能分拣单元主要结构组成为：传送和分拣机构，传动带驱动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，按钮/指示灯模块及底板等.分拣单元是YL-335B中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣。使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并被入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。 6.1.1分拣单元单元气动控制分拣单元单元气动控制回路的工作原理如下图所示。6.2分拣单元的PLC控制及编程 分拣单元PLC选用S7-224 XP AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。选用MM420的端子“5”（DIN1）作电机启动和频率控制，PLC的信号表见下表，I/O接线原理图如图4-8所示。6.3分拣单元PLC的I/O接线原理图分拣单元PLC的I/O接线原理图如下所示：图4-8分拣单元I/O接线原理图6.4分拣单元的编程要点分拣单元所配置的PLC是S7-224XP AC/DC/RLY主单元使用引导式编程。在PC机上用STEP7-Micro/WIN编程软件编写PLC程序. 1、分拣单元的主要工作过程是分拣控制，可编写一个子程序供主程序调用，工作状态显示的要求比较简单，可直接在主程序中编写。 2、主程序的流程与前面所述的供料、加工等单元是类似的。但由于用高速计数器编程，必须在上电第1个扫描周期调用HSC_INIT子程序，以定义并使能高速计数器。3、分拣控制子程序也是一个步进顺控程序，编程思路如下： 当检测到待分拣工件下料到进料口后，清零HC0当前值，以固定频率启动变频器驱动电机运转。当工件经过安装传感器支架上的光纤探头和电感式传感器时，根据2个传感器动作与否，判别工件的属性，决定程序的流向。HC0当前值与传感器位置值的比较可采用触点比较指令实现。根据工件属性和分拣任务要求，在相应的推料气缸位置把工件推出。推料气缸返回后，步进顺控子程序返回初始步。6.5分拣单元程序 分拣单元程序见附录第七章 输送单元的结构与工作过程 7.1输送单元组成及功能7.1.1输送单元的组成输送单元由抓取机械手装置、直线运动传动组件、拖链装置、PLC模块和接线端口以及按钮/指示灯模块等部件组成。7.1.2输送单元功能输送单元功能是：驱动其抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台，在物料台上抓取工件，把抓到的工件输送到指定地点然后放下的功能。 自动化生产线出厂配置时，输送单元在网络系统中担任着主站的角色，它接收来自触摸屏的系统主令信号，读取网络上各从站的状态信息，加以综合处理后，向各从站发送控制要求，协调整个系统的工作。 7.1.3输送单元的气动控制回路 输送单元的抓取机械手装置上的所有气缸连接的气管沿拖链敷设，插接到电磁阀组上，其气动控制回路如图7-6所示。在气动控制回路中，驱动摆动气缸和气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通双电控电磁阀7.2输送单元的PLC控制及编程输送单元所需的I/O点数较多。其中，输入信号包括来自按钮/指示灯模块的按钮、开关等主令信号，各构件的传感器信号等；输出信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号，输出到伺服电机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号；此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮/指示灯模块的指示灯，以显示本单元或系统的工作状态。由于需要输出驱动伺服电机的高速脉冲，PLC应采用晶体管输出型。 7.2.1输送单元的I/O接线原理图基于上述考虑，选用西门子S7-226 DC/DC/DC型PLC，共24点输入，16点晶体管输出，其 I/O接线原理图如图4-14所示。7.2.2输送单元PLC接线原理图7.3急停处理7.3.1急停处理子程序梯形图说明1、急停处理子程序梯形图说明如下： 当急停按钮被按下时，MAIN_CTR置0，M2.0置0，传送功能测试过程停止。 若急停前抓取机械手正在前进中，(从供料往加工，或从加工往装配，或从装配往分拣)，则当急停复位的上升沿到来时，需要启动使机械手低速回原点过程。到达原点后，置位ADJUST输出，传递给包络调整标志M2.5，以便在传送功能测试过程重新运行后，给处于前进工步的过程调整包络用，例如，对于从加工到装配的过程，急停复位重新运行后，将执行从原点（供料单元处）到装配的包络。 若急停前抓取机械手正在高速返回中，则当急停复位的上升沿到来时，使高速返回步复位，转到下一步即摆台右转和低速返回。传送功能测试过程是一个单序列的步进顺序控制。在运行状态下，若主控标志M2.0为ON，则用子程序。2、步进过程的流程说明如下图所示。S30.3.0S30.2.0S30.11.0S30.0子程序开始，抓取工件 机械手移动到加工单位 放下工件等待2秒 取回工件S30.71.0S30.6 1.0S30.51.0S30.41.0回到装配单位 放下工件，等待2秒 取回后左旋90度 移动S31.2 1.0S31.1 1.0放下工件 高速返回 右转低速返回原点测试结束S31.0S30. 1.07.4 输送单元程序见附录 第八章 自动化生产线各模式及联网运行8.1自动化生产线各模式（1）自动化生产线的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。组建成网络后，系统中每一个工作单元也称作工作站。 （2）自动化生产线的标准配置为：若PLC选用S7-200系列，通信方式则采用PPI协议通信。 (3)西门子PPI通信概述 ： PPI是一种主从协议通信，主从站在一个令牌环网中，主站发送要求到从站器件，从站器件响应；从站器件不发信息，只是等待主站的要求并对要求作出响应。如果在用户程序中使能PPI主站模式，就可以在主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息。而从站程序没有必要使用网络读写指令。(4)在编写主站的网络读写程序前，应预先规划好下面数据： 主站向各从站发送数据的长度（字节数）。 发送的数据位于主站何处。 数据发送到从