基于PLC自动生产线的研究 毕业论文

1、深圳大学本科毕业论文（设计）深圳大学 本科生毕业论文（设计）题目：基于 PLC 自动生产线的研究 专 码： 机械设计制造与自动化 作者姓名： 学号： 单位： 指导教师： 2011 年 4 月 26 日深圳大学本科毕业论文（设计）原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。学位论文作者签名： 年 月 日 指 导 教 师 签名： 年 月

2、日 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）摘要摘要随着计算机在控制应用领域技术的不断提升和进步，可编程控制器件的应用已普及成为自动化技术的重要组成部分之一。自动生产线的核心是一种控制装置，该装置能够实现一个相对较高的水平自动化。PLC 中控制单元在生产线的运行中扮演一个决定性的角色。如何设计 PLC 成为控制生产线效率的一个关键因素。可编程控制器最先出现在美国，1968 年，美国的通用汽车公司（GM）提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户的角度提出新一代控制器应具备十大条件。生产线可以实现更多的自动化、智能化,并且得到很高的生产效率。关键字：关键字：PLC ,自动化，生产线 聊城大学东昌学院本

3、科毕业论文（设计） Abstract With the improving of the technology of the computer in the field of control application and the progress, application of programmable control devices has become a popular one of the important part of automation technology. The core of the automatic production line is a kind of co

4、ntrol device, the device can achieve a relatively high level of automation. PLC in the control unit in the operation of the production line plays a decisive role. How to design the PLC control the efficiency of the production line become a key factor. Programmable controller first appeared in the Un

5、ited States, in 1968, the American general motors (GM) puts forward the development of a new type of controller, and put forward a new generation of controller from the perspective of the user should have ten conditions. Production line can achieve more automatic and intelligent, and obtain high pro

6、duction efficiency.Key words: PLC, automation, production line聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）目目 录录引引 言言 .1 11 1 PLCPLC 应用现状应用现状 .1 1 1.1 工艺过程 .1 1.2 研究意义 .32 2 单元器件的简单介绍单元器件的简单介绍 .3 3 2.1 传感器 .3 2.2 S7-3OO PLC .53 3 各单元控制系统的设计各单元控制系统的设计 .6 6 3.1 PLC 对下料单元的控制 .6 3.2 PLC 对加盖单元的控制 .15 3.3 穿销单元控制要求 .224 4 S7-300S7-3

7、00 PLCPLC 硬件组态及编程硬件组态及编程 .2929 4.1 设计流程 .30 4.2 S7-3OO PLC 在系统中的主站控制变量传送分配表 .39 4.3 S7-3OO PLC 在系统中的主站控制的基本要求 .40 4.4 S7-300 PLC 梯形图 .415 5 总结总结 .44446 6 参考文献参考文献 .44447 7 致谢致谢 .4545 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）1基于基于 PLCPLC 自动生产线的研究自动生产线的研究引引 言言自动生产线以流水线的基础实现产品生产过程自动化的一种机器体系。它可以实现加工，检测，运输等步骤的高度连续化工作，从而达到提高工作效

8、率，降低生产的成本的目的。PLC 控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的主要对控制功能作必要地修改只需改变软件指令即可使硬件软件化。可编程序控制器采用易学易懂的梯形图语言它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言梯形图使用的符号和定义与常规的继电器展开图完全一致电气操作人员使用起来得心应手不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业“鸿沟” 。在了解 PLC 简要工作原理和它的编程技术之后就可结合实际需要进行应用设计进而将 PLC 用于实际控制系统中 1 1 PLCPLC 应用现状应用现状1.1 工艺过程为了全程控制整个生产线，本系统设

9、置了主站作为总控制台，负责指挥调度整个装配生产线，保证其连续运行。主站的总控制的主要作用就是控制系统，调度，监视系统的运行情况。聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）2生产线的设计工序复杂，具体采用机械传动，电器控制实现现代化的传输装配过程。自动化生产线的设计可以分为如下五个部分：总站单元，下料单元，加盖单元，穿销单元，检测单元，分拣单元。它们之间的联系如下图所示：图图 1-21-2 自动化生产线的控制顺序自动化生产线的控制顺序 图图 1-21-2 控制系统组成框图控制系统组成框图聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）31.2 研究意义本研究的自动生产线实验平台是在铝合金导轨式实训台上由下料、加盖

10、、穿销、检测、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构采用气动驱动、变频器驱动和步进电机位置控制等技术，实验平台的控制方式采用各个工作单元均是一台独立的 PLC 控制，本实验平台综合采用传感器应用技术。在本实验平台上可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使使用者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，力求达到缩短理论教学与实际应用之间的距离。本课题研究的自动生产线实验平台的设计，采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性方便根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合，安装和调试，达到模拟生产性功能。2 2 单

11、元器件的简单介绍单元器件的简单介绍2.1 传感器传感器的基本原理传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需的有用信息的装置。它获取的信息可以是各种物理量。传感器的核心部件是敏感元件，它是传感器中用来感知外界信息，并转换成有用信号的元件。本套系统中用到的传感器大体上分为光电式传感器、光纤式传感器、电感式传感器、电容式传感器等。（1）电感式接近开关 代号：151685代码:SMTO-1-PS-S-LED-24-C短路强度:是测量原则:磁阻切换元件功能:常开触点聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）4开关输出:PNP电连接:M8x1;3 针;插头SMTO 为电感式接近传感器功能： SMT,

12、SMTO (感应式) SMT 型电感式传感器含有振荡回路。当有磁场接近时回路中的电流 会发生变化并产生一个开关信号。SMT 型接近式传感器主要用于能够处理开关信号的设备，譬如连接 至控制器。 （2）电容式传感器电容传感器是无接触式位置传感器，所有进入它电场中的物质都将影响它的电场，这种变化通过内部电路转换为输出电信号。它具有高稳定性、温漂较低的特点，他的检测对象为金属和非金属（玻璃、木料、油类、水及塑料制品等） 。系统中用到的电容式传感器为加工站的 PART_AV、B1、B2，用来检测旋转指示盘上是否有工件，如上图所示。电容式接近传感器带有 LED 显示和电子接口，安装在一个聚合物结构的安装座

13、上，通过 3 针插座连接。 图图 3-1 电容式传感器电容式传感器 （3）电磁阀 代号：161414 代码：CPV10-M1H-5LS-M7驱动类型：电气的设计结构：活塞滑块 复位类型:空气弹簧先导类型:由先导控制聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）5阀功能:5/2;单稳态外形紧凑、功能强大，流量从 400 到 1600 升/分钟 ，重量轻，安装空间小，CPV 阀岛可安装在气动驱动器附近，可确保缩短响应时间，提高效率。图图 3-2 电磁阀电磁阀2.2 S7-3OO PLC S7-300（PLC）是德国西门子公司在 S5 系列 PLC 的基础上于 1995 年陆续推出的性价比较高的 PLC 系统

14、。其中，S7-300 由于其系统的优良特性，近年来被广泛应用于专用机床、纺织机械、 装机械、通用机械等方面；在控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业等诸多领域也被广泛使用。S7-300 提供了多种性能的 CPU 和丰富且带有许多功能的 I/O 扩展模块，具有高电磁兼容性和抗冲击性，使其具有很高的工业环境适应性。 因此八个站的 PLC 均为单机作业，也不需要扩展功能模块，PLC 之间也没必要网络通讯。所以每个站的 PLC 只由最基本的中央处理单元（CPU） 、电源模块（PC） 、信号模块（SM）组成。 PART_AV、B1、B2 电容式传感器 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）6可插拔接线端

15、可插拔接线端子子(224,226)(224,226)通讯口通讯口24V24V 传感器传感器 电源输出电源输出PanelPanel安装固安装固定孔定孔安装于标准安装于标准DINDIN导导轨上轨上 的夹子的夹子 可选卡可选卡插槽插槽 内部内部: :- - 电源电源- - 超级电容超级电容- - 时钟时钟(224(224(XP),226)XP),226)I/OI/O 点点状态状态 LEDLED可插拔模拟量终可插拔模拟量终端端 图图 3-3S7200 的外形结构的外形结构 由图示可知，虽然 PLC 的外观与通用计算机有较大差别，但在内部结构上，PLC 只是像一台增强了 I0 功能的可与控制对象方便连接

16、的计算机。在系统结构上，PLc 的基本组成包括硬件与软件两部分。3 3 各单元控制系统的设计各单元控制系统的设计3.1 PLC 对下料单元的控制下料单元是整个生产线的起点，下料单元的主要功能是为后面各站的加工过程提供工件。供料站由以下几部分组成：工件仓模块、检测模块、气动推杆模块、吸工件模块、旋转模块、控制面板、工作平台、手推车台、PLC 模块。 图图 4-14-1 下料单元实物图下料单元实物图聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）7图图 4-24-2 下料单元控制流程图下料单元控制流程图下料单元 I/O 分配表下料单元梯形图表表 4-14-1 单元单元 I/OI/O 分配表分配表形式序号名称P

17、LC 地址编号地址设置1工件检测 I0.0S22托盘检测I0.1S13料槽底层工件检测I0.2S34手动/自动按钮I2.0SA5启动按钮I2.1SB16停止按钮I2.2SB27急停按钮I2.3SB3输入8复位按钮I2.4SB41下料电机Q0.0M22绿色指示灯Q0.1HL23直流电磁吸铁Q0.2KM4传送电机Q0.3M15转角电机Q0.4M36红色指示灯Q0.5HL17蜂鸣器报警Q1.6HA1输出8蜂鸣器报警Q1.7HA2EM277 总线模块设置的站号为：8与总站通讯的地址为：23发送地址V2.0-V3.7(200PLC300PLC)接收地址V0.0-V1.7(200PLC300PLC)聊城大

18、学东昌学院本科毕业论文（设计）9聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）10聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）11聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）12聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）13聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）14聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）153.2 PLC 对加盖单元的控制PLC 通过继电器控制电机正反转，减速机摆臂动作从料槽中取上盖，转180 度后，接触到放件控制板时，复位弹簧松开，上盖自动重掉入工件主体内，3 秒后，摆臂执行返回原位动作。 图图 4-34-3 加盖单元的实物图加盖单元的实物图加盖单元控制流程图图图 4-44-4 加盖单元控制流程图加盖单元控制流

19、程图 直线传动电机运行（Q0.4）红色指示灯亮（Q0.5）托盘检测（I0.1）上盖检测（I0.0）是否止动电磁铁（Q0.3），并保持3秒（T101）延时时间到了吗(T101)否停止电磁铁输出（Q0.3）红色指示灯亮（Q0.5）绿色指示灯灭（Q0.2）加盖电机放件（Q0.1）放件限位(至位)（I0.3）否停止加盖电机放件（Q0.1）延时3秒（T38）加盖电机取件（Q0.0）取件限位检测（I0.2）否停止加盖电机取件（Q0.0）是是是否延时3秒（T37）是绿色指示灯亮（Q0.2）红色指示灯灭（Q0.5）初始状态聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）16加盖单元 I/O 分配表 表表 4-24-2 加

20、盖单元加盖单元 I/OI/O 分配表分配表形式序号名称PLC 地址编号地址设置1上盖检测 I0.0S22托盘检测I0.1S13取件限位(复位)I0.2SQ14放件限位(至位)I0.3SQ25手动/自动按钮I2.0SA6启动按钮I2.1SB17停止按钮I2.2SB28急停按钮I2.3SB3输入9复位按钮I2.4SB41电机取件Q0.0KM12电机放件Q0.1KM23绿色指示灯Q0.2HL24直流电磁吸铁Q0.3YM5传送电机Q0.4M26红色指示灯Q0.5HL17蜂鸣器报警Q1.6HA1输出8蜂鸣器报警Q1.7HA2EM277 总线模块设置的站号为：12与总站通讯的地址为：45发送地址V2.0-

21、V3.7(200PLC300PLC)接收地址V0.0-V1.7(200PLC300PLC)加盖单元梯形图聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）17聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）18聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）19聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）20聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）21聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）223.3 穿销单元控制要求初始状态：传送电机停止；销钉气缸处于原位，限位杆竖起禁行；指示灯熄灭。图图 4-54-5 穿销单元实物图穿销单元实物图穿销单元运行的过程1.1.托盘载工件到达定位口，托盘传感器发出检测信号，确认无销钉，绿色指示灯亮，红色指示灯灭，3

22、 秒后，销钉气缸执行装销钉动作。2.2.销钉气缸发出至位检测信号，结束推进，2 秒后自动退回。3 3.气缸复位，3 秒后，止动气缸动作使限位杆落下将托盘放行。聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）234.4.放行 3 秒后，限位杆竖起处禁行状态，绿色指示灯灭，红色指示灯亮。系统回复初始状态。穿销单元控制流程图 图图 4-64-6 穿销单元控制流程图穿销单元控制流程图直线传动电机运行（Q0.3）红色指示灯亮（Q0.4）托盘检测（I0.1）销钉检测（I0.0）是延时3秒（T102），输出止动气缸（Q0.0），并保持3秒（T110）延时时间到了吗（T110）否停止气缸输出（Q0.0）红色指示灯亮（Q0

23、.4）绿色指示灯灭（Q0.1）延时3秒（T101）输出穿销气缸（Q0.2）穿销气缸至位（I0.2）延时2秒（T104），停止穿销气缸（Q0.2）穿销气缸复位（I0.3）否是是否否绿色指示灯亮（Q0.1）红色指示灯灭（Q0.4）是否初始状态聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）24穿销单元梯形图聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）25聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）26聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）27聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）28聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）294 4 S7-300S7-300 PLCPLC 硬件组态及编程硬件组态及编程 系统的软件设计主要是在 STE

24、P 7 环境下完成。STEP 7 是西门子公司为 SIMATIC S7 系列 PLC 提供的，支持用户开发应用程序的软件包。通过本章的学习，要基本基本掌握 STEP 7 编程软件的使用，能够用至少一种编程语言聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）30（指令表、梯形图、功能块图以及 GRAPH 语言）进行简单的编程，学会程序的编译、调试及仿真运行，并能在某一站上模拟实际控制单元的工作。 该软件支持多种编程语言，指令表、梯形图、功能块图以及 GRAPH 语言。编程环境是 SIMATIC Manager(管理器)，该管理器下主要可以完成以下工作： 建立一个用户开发项目；硬件组态；修改硬件默认地址；定义

25、符号表；选择程序组织方式，在组织块中进行编程；编译并保存程序，如需要打开仿真器仿真；建立 PC 机与 PLC 地在线连接，下载程序到可编程序控制器；监控运行。4.1 设计流程1 新建一个项目2 完成选型，本系统为 CPU315-2DP 类型3 选择组织块 OB1，且选用梯形图编程方式-LAD4、在块选择下拉框中点击组织块 OB1，然后选择梯形图的编程方式 LAD聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）31图图 5-35-3 择组织块择组织块 OB1OB15、在对话框中给新建项目并命名图图 5-45-4 新建项目新建项目6、点击 TEST1 下拉菜单，选择 SIMATIC 300 Station，并

26、双击/或右键点HardwareOPEN OBJECT，打开硬件组态界面。聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）32图图 5-55-5 硬件组态画面硬件组态画面7、配置电源的模块图图 5-65-6 配置配置 300300 的电源模块的电源模块8、配置输入输出模块图图 5-75-7 配置配置 300300 的输入的输入 输出模块输出模块9、双击 RACK 的第 X2 个 SLOT，选择对话框中的 Properties 按钮；图图 5-85-8 选择选择 PropertiesProperties聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）3310、在 Address 中分配你的 DP 地址，若默认，直接选择

27、New按钮；图图 5-95-9 分配分配 DPDP 地址地址11、单击 SUBNET 的 NEW 按钮，弹出 PROFIBUS NET 的窗口将。点中NETWORK SETTING 按键，设置完 PROFIBUS-DP 的参数 点击 OK； 图图 5-10PROFIBUS5-10PROFIBUS NETNET 的窗口的窗口 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）34 图图 5-115-11 设置设置 PROFIBUS-DPPROFIBUS-DP 的参数的参数12、点击 OK，即可生成一个 PROFIBUS-DP 网络。图图 5-12PROFIBUS-DP5-12PROFIBUS-DP 网络网络1

28、3、组态 EM277M 模块，点开 PROFIBUS DP点开 Additional Field 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）35Devices点开 PLC点开 SIMATIC选中 EM 277PROFIBUS-DP,将其拖到左面PROFIBUS(1):DP master system(1)上;图图 5-135-13 组态组态 EM277MEM277M 模块模块14、立即会弹出 EM 277PROFIBUS-DP 通讯卡设置画面；DP 地址可以改动，选择 10；点击确定。（此值可根据用户的需要随意设置，但此值设定后必须与其实际连接的 EM277 模块上所设置的地址完全一致）。图图 5-

29、145-14EMEM 277PROFIBUS-DP277PROFIBUS-DP 通讯卡通讯卡聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）3615、点开 EM 277PROFIBUS-DP 选中 Universal module,并将其拖入左下面的槽中，并分配其 I/O 地址，双击此槽。图图 5-155-15 分分配其配其 I/O 地址地址16、在 I/O 选择处在下拉菜单中选中 INPUT/OUTPUT。在弹出的对话框中设置其输入输出的起始地址（此地址即为上位机和下位机通讯的 I/O 地址。用户可根据所给出的机电一体化 I/O 分配表设置，也可自行设置。）其输入输出地址为 200 与 300 通讯时需

30、要使用的地址。图图 5-165-16 设置其输入输出的起始地址设置其输入输出的起始地址17、按照上面步骤组态其它 EM277 模块，分配其地址。图图 5-175-17 组态其组态其 EM277 模块模块聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）3818、点击，Save and Complice,存盘并编译硬件组态，完成硬件组态工作。图图 5-185-18 编译硬件组态编译硬件组态19、检查组态，点击 STATION Consistency check ,如果弹出 NO error 窗口,则表示没有错误产生! 组态完成。聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）39图图 5-195-19 组态完成组态完成4

31、.2 S7-3OO PLC 在系统中的主站控制变量传送分配表下表描述的是下料单元、加盖单元、穿销单元、检测单元、分拣单元在本系统中，由 S7-300 向 S7-200 的主站控制变量的传送分配情况。表表 5-15-1 为主站控制变量的传送分配表：为主站控制变量的传送分配表：表 1 为主站控制变量的传送分配表主站接收站主站地址主站输出地址传送方向接收变量地址站点名称总线站号Q17.4S7-300S7-200V1.4下料单元10Q3.4S7-300S7-200V1.4加盖单元08Q5.4S7-300S7-200V1.4穿销单元12Q7.4S7-300S7-200V1.4检测单元14I0.0Q15.

32、4S7-300S7-200V1.4分拣单元16聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）40Q17.5S7-300S7-200V1.5下料单元10Q3.5S7-300S7-200V1.5加盖单元08Q5.5S7-300S7-200V1.5穿销单元12Q7.5S7-300S7-200V1.4检测单元14I0.1Q15.5S7-300S7-200V1.4分拣单元16Q17.6S7-300S7-200V1.6下料单元10Q3.6S7-300S7-200V1.6加盖单元08Q5.6S7-300S7-200V1.6穿销单元12Q7.6S7-300S7-200V1.6检测单元14I0.2Q15.6S7-300S

33、7-200V1.6分拣单元16Q17.7S7-300S7-200V1.7下料单元10Q3.7S7-300S7-200V1.7加盖单元08Q5.7S7-300S7-200V1.7穿销单元12Q7.7S7-300S7-200V1.7检测单元14I0.3Q15.7S7-300S7-200V1.7分拣单元164.3 S7-3OO PLC 在系统中的主站控制的基本要求主站的输入、输出编号设置情况如下表:表表 5-25-2 主站的主站的 I/OI/O 编号设置编号设置形式序号名称PLC 地址备注1启动按钮I0.02停止按钮I0.13复位按钮I0.2输入4急停按钮I0.31红色指示灯Q0.0输出2黄色指示灯

34、Q0.1聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）413绿色指示灯Q0.24启动按钮灯Q0.35停止按钮灯Q0.44.4 S7-300 PLC 梯形图 S7-300PLC 的梯形图说明：“启动按钮 I0.0”：当所有单元均处于预备工作状态时按下此按钮，首先启动生产线的底层传送电机运转且燃亮各分站的红色指示灯，此后根据系统设计程序各分站按顺序进行相应的动作。“停止按钮 I0.1”：当按下此按钮时所有站的动作均处于停止状态，按启动后可继续工作。“复位按钮 I0.2”：当按下此按钮时总站的三色指示灯的黄灯亮，并且对各个分站进行初始化复位，所有标志位或计数器都将清零，重新计算。“急停按钮 I0.3”：当发生突发事故时，应立即拍下急停按钮，系统将强制性将所有设备即刻处于停止工作状态（此时所