基于Devicenet网络的装配货控制设计

1、 本科生课程设计（论文）辽 宁 工 业 大 学 工业控制网络 课程设计（论文）题目： 基于Devicenet网络的装配货控制设计 院（系）： 电气工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字） 起止时间： 2013.12.18-2013.12.27 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化 学 号学生姓名专业班级 课程设计（论文）题目基于Devicenet网络的装配货控制设计课程设计（论文）任务课题完成的功能、设计任务及要求、技术参数实现功能以Devicenet网络控制为基础，设计小车装配货物过程。整个配送货物控制过程可分为多个阶段: 小车前进到指定货

2、架列的过程；将货物抬升到指定货架行的过程；机械手放置货物或者取得货物之后返回的过程。即小车前进过程：处于自动或者手动控制状态的小车由起始点出发，经过位置的校对，到达预先指定的货架的列；抬升货物的过程：货物被抬升到预先指定的货架的行；存取货物的过程：通过控制机械手臂的运动，使机械手到达预先指定的位置，然后根据实际需要完成存放或者取得货物的操作；返回过程：在完成指定的操作之后，小车应该返回起始位置。设计任务及要求1、分析系统功能，确定系统方案。2、在实验室实现模拟的硬件接线，并在软件平台上进行硬件组态。3、画出基于Devicenet网络的结构图。4、编写梯形图，实现系统功能。5、要求认真独立完成所

3、规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理。6、按学校规定的格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。技术参数1、Devicenet传输速率：500kbps ；2、整个一个循环过程为60秒。进度计划1、布置任务，查阅资料，确定系统设计方案（1天）2、对系统功能进行分析，构建DeviceNet网络（1天）3、系统硬件组态及参数设置（3天）4、系统软件组态及编写功能程序并模拟调试（3天）5、撰写、打印设计说明书（1天）6、验收及答辩。（1天）指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分

4、制计算摘 要在中国，装配小车控制前景美好，在许多公司的装配车间得到广泛的运用。随着科技的发展，技术的不断更新，使得工业生产趋向于半自动化、自动化、无人工厂的方向发展，其中PLC技术的运用成为自动化技术的主流之一。 本次课程设计中，装配小车的PLC控制系统，它的控制过程属于双向控制，运料小车由电动机拖动，电机正转，小车前进，电机反转，小车后退，在每一个停靠点安装行程开关以监视小车是否到达该站点。该课程的运料小车控制系统是罗克韦尔PLC控制装置，编写软件指令来实现其具体的控制要求，在设计程序部分利用了PLC的辅助继电器来实现控制具有互锁的功能，在工作台上的工人通过请示按钮达到实现控制小车

5、的运行方向。 该控制系统用于柔性制造系统中物料小车的自动控制、自动化仓库中物件存取小车的自动控制等，该控制系统价格低廉，体积小，能够安全可靠的进行生产，而且效率高，灵活性强，能够很好的适应变化和纠正错误，运行速度快，易管理。关键词：PLC；罗克韦尔；装配小车；电动机目 录第1章 绪论1第2章 课程设计的方案22.1 概述22.2 系统组成总体结构2第3章 硬件设计43.1 PLC的选择43.2 电机选择43.3 行程开关53.4 Devicenet简介63.5 I/O接口配置6第4章 软件设计84.1 软件设计流程图84.2 RSLogix5000软件的编程步骤9第5章 课程设计总结

6、13附 录15IV第1章 绪论随着计算机技术、控制技术、信息技术的快速发展，工业的生产和管理进入了自动化、信息化和智能化时代，智能化已经成为时代发展的需要。当生产现场环境恶劣时，人工不能完成的任务如物料运输和装卸等，可采用装配小车完成相应的任务。基于生产现场和日常生活的实际需要，研究和开发智能小车装配系统具有十分重要的意义。现场控制总线技术是计算机技术、通信技术、控制技术三方面技术的结合。它是当今自动化领域技术发展的热点之一 ，受到了国内外工业自动化设备制造商及用户 的广泛关注。它的出现将对传统的工业自动化带来新的革命。现场控制总线技术发展很快，在世界范围内，目前正在应用的现场总线已达数十种之

7、多。其中，DeviceNet具有开放、低成本、高效率与高可靠性等独特的优点，现已成为国际标准（IEC6226）和欧洲标准（EN50325、EN50295），特别适合于制造业、工业控制和电力系统等应用。几乎所有世界著名的电器和自动化元件生产商都在大力开发DeviceNet产品。本设计是基于DeviceNet网络的装配货控制设计，具有高可靠性、实时性和灵活性等特点。第2章 课程设计的方案2.1 概述以DeviceNet网络控制为基础，设计小车装配货物过程。该设计实现的功能如下：整个配送货物控制过程可分为多个阶段: 小车前进到指定货架列的过程；将货物抬升到指定货架行的过程；机械手放置货物或者取得货物

8、之后返回的过程。即小车前进过程：处于自动或者手动控制状态的小车由起始点出发，经过位置的校对，到达预先指定的货架的列；抬升货物的过程：货物被抬升到预先指定的货架的行；存取货物的过程：通过控制机械手臂的运动，使机械手到达预先指定的位置，然后根据实际需要完成存放或者取得货物的操作；返回过程：在完成指定的操作之后，小车应该返回起始位置。2.2 系统组成总体结构在装配小车控制系统中以PLC为核心，通过输入端接收输入信号，处理后经输出端输出控制信号，通过控制器来控制装配小车的左行、右行、装货和卸货。本次设计选用罗克韦尔PLC为控制器，罗克韦尔PLC的功能强大，可实现复杂控制功能。罗克韦尔PLC具有极高的性

9、价比，可靠性，指令集丰富，易于掌握，操作便捷，内置集成功能丰富，具有实时特性，通讯能力强，扩展模块。PLC操作、维护简单，程序直观，设计周期短，电路简单的特点很适合装配小车控制系统。它对环境要求不高，抗干扰性强，对操作人员和维护人员的要求也不高，安装、调试相对简单且设备数量少，因此选PLC为控制单元。 当有存取操作时，PLC会接收和分析操作人员在控制面板按钮或上位机输入的指令，做出合理的控制安排，判断检测元件的状态，将信息反馈到执行元件，实现其位置移动，完成货物的存取操作。 本设计中PLC主要完成对机械手位置及运行状态的检测和存取的操作。用各种光电开关、行程开关检测位置状态

10、，用接触器、继电器执行对拖动电机的起停控制。对机械手的操作就是控制横移电机和升降电机，使它们在不同时间实现正反转，然后再通过伸缩手臂来抓取货物。而且升降、横移动作和机械手的伸缩动作必须是互锁的，即当前进或者升降动作时，机械手不能进行伸缩动作，当机械手进行伸缩动作时，不能进行前进或者升降动作。图2.1 系统总体框图第3章 硬件设计3.1 PLC的选择美国罗尔韦尔自动化公司的可编程控制器设备以其优良的性能广泛应用于工业控制的各个领域。本次设计采用Logix5561处理器是安装在1756I/O框架上的高速单槽内。ControlLogix控制器采用模块化的设计，无源数据总线背板式的结构，包括处理器在内

11、所有单元，具有紧凑的、经济的产品提供离散控制、驱动控制、运动控制、过程控制、安全控制、便利的通讯连接、艺术的输入输出功能。图3.1 ControlLogix控制器3.2 电机选择直流伺服电机由于存在机械换向器和电刷，降低了电机运行的可靠性，加重了维护和保养负担。而交流异步电机虽然结构简单、成本低廉、无电刷磨损、维修方便，但调速问题一直没有得到经济合理的解决。近十年来，由于调频等调速方法发展很快，使其调速范围和成本与宽调速直流伺服电机接近，因此，交流伺服电机以其优良的控制性能和高可靠性在数控系统中得到了越来越广泛的应用。为了方便设计和维修，升降电机、水平移动电机和传送带电机选用同一型号，根据经验

12、选用松下公司MinasA4系列全数字式交流伺服电机和驱动器。电机型号：Panasonic MDMA152P1U（220V，50Hz，0.75KW，0.8A增量式编码器，标准型，键轴，有制动器）。 图3.2 MinasA4系列全数字式交流伺服电机和驱动器图3.3 电机正反转控制电器3.3 行程开关 行程开关，位置开关（又称限位开关）的一种，是一种常用的小电流主令电器。利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。在电气控制

13、系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构造：由操作头、触点系统和外壳组成。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位、轿厢的上、下限位保护。行程开关可以安装在相对静止的物体（如固定架、门框等，简称静物）上或者运动的物体（如行车、

14、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。3.4 Devicenet简介DeviceNet是一种低成本的通讯总线。它将工业设备（如：限位开关，光电传感器，阀组，马达启动器，过程传感器，条形码读取器，变频驱动器，面板显示器和操作员接口）连接到网络，从而消除了昂贵的DeviceNet是一种简单的网络解决方案，它在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间。DeviceNet不仅仅使设备之间以一根电缆互相连接和通讯，更重要的是它给系统所带来的设备级的诊断

15、功能。该功能在传统的I/O上是很难实现的。DeviceNet是一个开放的网络标准。规范和协议都是开放的，供货商将设备连接到系统时，无需为硬件，软件或授权付费。任何对DeviceNet技术感兴趣的组织或个人都可以从开放式DeciceNet供货商协会（ODVA）获得DeviceNet规范，并可以加入ODVA，参加对DeviceNet规范进行增补的技术工作组。Devicenet的许多特性沿袭于CAN，CAN总线是一种设计良好的通信总线，它主要用于实时传输控制数据。DeviceNet的主要特点是：短帧传输，每帧的最大数据为8个字节；无破坏性的逐位仲裁技术；网络最多可连接64个节点；数据传输波特率为12

16、8kb/s、256kb/s、512kb/s；点对点、多主或主/从通信方式；采用CAN的物理和数据链路层规约。3.5 I/O接口配置输入/输出（I/O）模块种类繁多，其中的数字量模块分为交流、直流两大类，本系统采用16点阵型数字量直流输入模块1756-IB16D和直流输出模块1756-OB16D，从控制方式选择上需要2个按钮，分别完成自动方式I0.0和手动方式I0.1的启动。需要一个停止按钮I0.2。 限位开关有4个，高位限位开关I0.4、低位限位开关I0.5、左位限位开关I0.6和右位限位开关I0.7。手动控制输入有5个按钮组成，手动下降按钮I1.0、手动上升按钮Il.1、手动抓紧按

17、钮I1.2、手动左移按钮I1.3和手动右移按钮Il.4。工作台上有工件检测器的输入信号I0.3。共有l3个输入信号。输出信号有下降驱动Q0.0、上升驱动Q0.1、右移驱动Q0.2、左移驱动Q0.3和机械手抓紧驱动Q0.4。共有5个输出信号。表3.1 I/O分配表输入输出I0.0自动方式启动按钮Q0.0下降驱动I0.1手动方式启动按钮Q0.1上升驱动I0.2停止按钮Q0.2右移驱动I0.3工件检测器的输入信号Q0.3左移驱动I0.4高位限位开关Q0.4机械手抓紧驱动I0.5低位限位开关I0.6左位限位开关I0.7右位限位开关I1.0手动下降按钮I1.1手动上升按钮I1.2手动抓紧按钮I1.3手动

18、左移按钮 I1.4 手动右移按钮第4章 软件设计4.1 软件设计流程图总体来说软件系统就是在硬件系统的支撑下，向驱动单元发出控制指令，使执行机构在预想的过程中准确无误的完成控制任务。即外部输入接点闭合，输出设备动作；外部输入接点断开，输出设备停止动作。根据系统的总工作流程可以总结出总程序流程图如图4.1所示。图4.1 软件流程图 根据装配小车的工作过程可以总结出机械手程序流程图如图4.2所示。图4.2 机械手程序流程图4.2 RSLogix5000软件的编程步骤（1）打开RSLogix5000软件运行“开始所有程序Rockwell SoftwareRSLogix 5000

19、Enterprise Series RSLogix5000”打开RSLogix5000软件，如图4.3所示。图4.3 RSLogix5000主界面（2）创建一个新的控制器文件。 1.从File菜单选择New，显示New Controller对话框。 2.从Type的下拉菜单中选择1756-L62ControlLogix Controller。 3.在Revision的下拉菜单中15。 4.在Name栏中键入字母和数字组合作为处理器的名字如Training。 5.从Chassis Type下拉菜单中选择1756-A10 10-Slot ControlLogix Chassis。 6.在Slot

20、Number栏内选择0，与机架中的控制器模块的位置匹配。 7.在Create In栏内键入文件保存路径或点击Browse键定位地址目录。 8.确认输入与图4.5所示吻合，然后点击OK，由此创建了一个控制器文件。图4.4 New Controller对话框图4.5 创建后的RSLogix 5000主界面（3）编辑梯形图。在试验部分，将在MainProgram的文件夹中为主例程编写梯形图逻辑，然后添加一个输入输出指令。从Controller Organizer,双击Main Routine图标，在梯形图编辑器中出现一条空语句。根据图4.1，4.2的程序设计流程来编写运料小车的梯形图（附录）。第5章

21、 课程设计总结这次课程设计根据课题要求，复习了所学的工业控制网络课程内容，设计重点是理论与实际的相结合,使我得到了一次用专业知识，专业技能分析和解决问题的锻炼。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺，明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己的综合素质。通过这次设计让我更系统的了解了各个指令以及PLC的扩展内容。从设计图到选择元器件，在此过程中出现了不少的问题，我没有气馁，没有退缩，积极向老师和同学请教，我认为态度决定了一切。通过设计，我深深体会到：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有

22、到真正会用的时候才是真的学会了。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获颇丰。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，也为即将开始的毕业设计打下了基础。参考文献1 吴浩烈.电机及电力拖动基础M.重庆：重庆大学出版社，1996，173-1742 戴冠秀.PLC在运料小车自动控制系统中的应用J.工矿自动化.2005，6 期:5759 3 刘启新.电机与拖动基础M.北京：中国电力出版社，2007，186 4 满永奎，韩安荣，吴成东.通用PLC及其应用M.北京：机械工业出版社， 1999，212 5

23、张建民.机电一体化系统设计M.高等教育出版社，2002 6 白传悦.装配机械手PLC控制系统J.机械制造行业应用，2006 7 王永华.现代电气控制及PLC应用技术M.北京航空航天大学出版社，2009 8 李允文.工业机械手设计M.机械工业出版社，1996 9 应群民.黄海龙.Rockwell AB可编程序控制器M.机电工程，199910 吴晔，费敏锐.DeviceNet现场总线从节点的应用开发J.仪器仪表学报. 2002(S1)11 陈斐，杨旭，甘永梅，王兆安.DeviceNet现场总线通信协议接口的开发J. 电气自动化.2002(04)12 吴乃优，敖银辉，高向东，黄松杰.DeviceNet网络的通信原理J.电气传 动.2000(06)13 陈锦刚，贾青，章扬.设备网(DeviceNet)技术与实现J.自动化博览. 2000(06)14 钱晓龙，李鸿儒编著.智能电器与MicroLogix控制器M.机械工业出版 社，200315陈立定.电气控制与可编程控制器M.广州：华南理工大学出版社，2004附 录Network 1： M0.0为自动方式标志，只有按下自动启动按钮I0.0时，才能使M0.0置位。当按下停止按钮I0.2时, M0.0复位。Network 2： M0.1为手动方式标志,只有按下手动启