控制系统设计课程设计报告

1、控制系统设计课程设计报告题目：西门子自动化生产线中的供料站学院：信息工程学院专业：自动化班级：班自动化一班学号：2008550112姓名：黄盘同组成员：王亮指导教师：李利娟完成日期：2011-6-141/28.目录1、机械手自动生产线的外观图.22、供料单元22.1 供料单元的结构和工作结构22.2 供料单元的基本功能.32.3 供料单元的PLC控制系统42.4 程序设计框图52.5 对梯形图的解释说明.83、组态设计83.1 整体画面.183.2 定义数据对象.183.3 动画连接.203.4 动画按钮的起按.203.5 指示灯的亮灭.213.6 设备连接.223.7 编写控制流程233.8

2、 实验现象：.234、拓展设计254.1 材料的分类方法.254.2 认知有关传感器（接近开关）.254.3 磁性开关.255、总结.272/28.1、机械手自动生产线的外观图:2、供料单元2.1 供料单元的结构和工作结构：供料单元的主要结构组成为：工作装料管，工件推出装备，支撑架，阀组，端子排组件，plc,急停按钮和启动/停止按钮，走线梢，底板等。其中，管型料仓和工件推出装置用于存储工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到料台上。它主要由管型料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。该部件的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料气缸处于料仓的底层并且其活塞杆可以从

3、料仓的底部通过。当活塞杆在退回的3/28.位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而加紧气缸则与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，首先使加紧气缸的活塞杆推出，压住此下层工件，然后使推料活塞杆推出，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，再使加紧气缸返回，松开此下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次的推出工件做好准备。在底座与管型料仓第四层工件位置，分别安装一个漫反射光电开关。他们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。若该部分机构内没有工件，则处于底层和第四层位置的两个漫反射光电接近开关均处于常态；若仅在底

4、层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而第四层处光电接近开关常态，表明工件已经快用完了。这样，料仓中有无储蓄或储料是否足够，就可用这两个光电接近开关的信号状态反应出来。推料缸把工件推到出料台上。出料台面开有小孔，出料台下面设有一个圆柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，以便向系统提供单元出料台有无工件的信号。在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。2.2 供料单元的基本功能：供料单元是起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元4/28.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）

5、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。如图所示为供料单元实物的全貌。件餐料存2.3 供料单元的PLC控制系统：本项目只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况，单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。弁且，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。具体的控制要求为： 设备上电和气源接通后，若工作单元的两个气缸均处于5/28.缩回位置，且料仓内有足够的待加工工件，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。 若设备准备好，按下启动按钮，工作单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。启

6、动后，若出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上。出料台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。 若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，HL2指示灯熄灭。 若在运行中料仓内工件不足，则工作单元继续工作，但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁，“设备运行”指示灯HL2保持常亮。若料仓内没有工件，则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪烁。工作站在完成本周期任务后停止。除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。要求完成如下任务。1、规划PLC的I/O分配及接线端子分配。2、进行系统安装接线。3、按控制要求编制PLC程序。4、进行调

7、试与运行。2.4 程序设计框图:6/28.供料站主程序初态检查置位M5.0运行状态复位M1.0准备就绪置位M2.0HMI联机V1000.7工作方式I1.5联机方式M3.4运行状态M1.0初态检查M5.0顶料复位I0.1推料复位I0.3物料不足I0.5运行状态M1.0准备就绪M2.0运行状态置位M1.0供料控制置位S0.07/28.供料控制子程序8/28.顶料驱动Q0.0顶料到位I0.0推料驱动Q0.1推料到位I0.2推料复位Q0.3推料完成V1020.1状态指示子程序缺料报警HL1Q0.7供料不足M2.2联机方式M3.4缺料报警M2.1运行状态M1.0准备就绪M2.0HL2Q1.0联机方式M3

8、.4缺料报警M2.1运行状态M1.02.5对梯形图的解释说明:9/28.本行欢吞9ftSM,3卢广立藁H.-r；55US.0Hl口Mj二二一：3N&5*_-:iib!;2二嗣C7-27.2：rID!2.52皿MIbdL门:D2/MZ2C1D口却口4SyoolVtrTreebLCoccentTHPTxVFrrvrOPK口1rhIH进柠制态检章的置位n推各就冕的复位考竹状君?复。Hgrk.4玷野或办二律方式联机方式H/III落咛式春二埠方式4也株相-:，nI；诺定用上需兰氏机5TntD.AdrressaneniIMl信网Yirnn-景自主工性方式IL5盘1f求答JL：*七二nrri.1/向主玷发老

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12、二英y：-；72：fl910;2笛gVetTypetutuQiXerLTEMPTEUFTlWP中工再生注efr?rkL用卓生珏18/28.3、组态设计3.1 整体画面最后生成的画面如下图所示盘开黄3.2 定义数据对象定义数据对象的内容主要包括：指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等。在开始定义之前，我们先对所有数据对象进行分析。在本样例工程中需要用到以下数据对象：对象名称类型注释A组开关开关型控制A组灯（灯1、2、3）亮灭的变量19/28.B组开关开关型控制B组灯（灯4、5、6）凫火的变量C组开关开关型控制C组灯（灯7、

13、8、9）亮灭的变量L1开美型控制久1凫火的受量L2开美型控制久2凫火的受量L3开美型控制久3凫火的受量L4开美型控制久4凫火的受量L5开关型控制灯5亮灭的变量L6开美型控制久6凫火的受量L7开关型控制灯7亮灭的变量L8开关控制久8凫火的变量型L9开关控制久9凫火的变量型Flagl数值型Flag2数值型Flag3数值型Flag4数值型Flag5数值型Flag6数值型Flag7数值型Flag8数值型Flag9数值型3.3 动画连接由图形对象搭制而成的图形画面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。MCGS嵌入版实现图形动画设计的主要方法是

14、将用户窗口中图形对象与实时数据库中20/28.的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。在系统运行过程中，图形对象的外观和状态特征，由数据对象的实时采集值驱动，从而实现了图形的动画效果。本样例中需要制作动画效果的部分包括：动画按钮的起按指示灯的亮灭循环闪亮效果3.4 动画按钮的起按具体设置步骤如下：1在用户窗口中，双击动画按钮，弹出单元属性设置窗口设置好各个参数2单击“确认”，动画按钮起按效果制作完毕21/28.3.5 指示灯的亮灭设置步骤如下：1双击指示灯，弹出单元属性设置窗口。2选中“数据对象”标签中的“按钮输入”，右端出现浏览按钮-do3单击浏览按钮工J,双击数据对象列表中的“L1

15、”。4使用同样的方法将“填充颜色”对应的数据对象设置为“L1”。如图:单元显性艮置献指时资.幼面连接检查的海认H|歌电匹1|帮助回|5单击“确认”，指示灯的亮灭效果设置完毕3.6 设备连接MCGS嵌入版组态软件提供了大量的工控领域常用的设备驱动程序。模拟设备是供用户调试工程的虚拟的设备。该构件可以产生标准的正弦波，方波，三角波，锯齿波信号。其幅值和周期都可以任意设置。通过模拟设备的连接，可以使动画不需要手动操作，自动运行起来。通常情况下，在启动MCGS嵌入版组态软件时，模拟设备都会自动装载到设备工具箱中。如果未被装载，可按照以下步骤将其选入：1在“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。2点击工

16、具条中的“工具箱”於I图标，打开“设备工具箱”。3单击设备工具箱”中的“设备管理”按钮，弹出如图所示窗口：22/28.4在可选设备列表中，双击“通用设备”5双击”模拟数据设备”，在下方出现模拟设备图标。6双击模拟设备图标，即可将“模拟设备”添加到右测选定设备列表中。7选中选定设备列表中的“模拟设备”，单击“确认”，“模拟设备”即被添加到“设备工具箱”中。3.7 编写控制流程用户脚本程序是由用户编制的、用来完成特定操作和处理的程序，脚本程序的编程语法非常类似于普通的Basic语言，但在概念和使用上更简单直观，力求做到使大多数普通用户都能正确、快速地掌握和使用。对于大多数简单的应用系统，MCGS嵌

17、入版的简单组态就可完成。只有比较复杂的系统，才需要使用脚本程序，但正确地编写脚本程序，可简化组态过程，大大提高工作效率，优化控制过程。通过编写一段脚本程序实现水位控制系统的控制流程，从而熟悉脚本程序的编写环境。下面先对控制流程进行分析：A组开关按下时，L1、L2、L3亮。B组开关按下时，L4、L5、L6亮。C组开关按下时，L79、L8、L9亮。当时A、B、C组开关都按下时，九个灯循环闪亮。3.8 实验现象：当A组开关按下时，L1、L2、L3亮。23/28.|;金月4灯S灯由HJftftft灯E炸当B组开关按下时，L4、L5、L6亮aaa灯FiJS灯9当C组开关按下时，L79、L8、L9亮。24

18、/28.当A、B、C组开关都按下时，九个灯循环闪亮4、拓展实验4.1 材料的分类方法：为了使不同颜色的工件从不同的料梢分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为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。传送和分拣机构主要由传送带、出料滑梢、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器检测到并进行分拣。传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。导向器是25/28.用纠偏机械手输送过来的工件。两条物料梢分别用于存放加工好的黑色、白色工件或金属工件。主要采用以下几种传感器进行分类。4.2

19、 认知有关传感器（接近开关）各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等等。所使用的是磁感应式接近开关（或称磁性开关）、电感式接近开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器等。这里只介绍磁性开关、电感式接近开关和漫反射光电开关，光纤型光电传感器留待在装配单元实训项目中介绍。4.3 磁性开关实验中我们所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝

20、、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移26/28.开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。5、总结通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问