基于PLC自动生产线的项目可行性研究报告

1、 基于PLC自动生产线的项目可行性研究报告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：PLC,自动化，生产线目录 TOC o 1-5 h z

2、引言 11 PLC应用现状 11.1工艺过程11.2研究意义32单元器件的简单介绍 32.1传感器3S7-3OO PLC5.3各单元控制系统的设计 6PLC对下料单元的控制 6PLC对加盖单元的控制 1.5.3.3穿销单元控制要求22.4 S7-300 PLC硬件组态及编程 29设计流程30S7-3OO PLC在系统中的主站控制变量传送分配表 39S7-3OOPLC 在系统中的主站控制的基本要求 40S7-300 PLC 梯形图.4.1.5总结 446参考文献 447致谢 45引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，

3、从而达到提高工作效率， 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 主要财空制功能作必要地修改只需改变锹脂令即可使硬件软件侬可 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 简要工作屣和它的编餓杉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。1PLC应用现状1.1工艺过程为了全程控制整个生产线，本系统设置了主站作为总控

4、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。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:粋亦再帛申鈕留92) 寺瞬叶舞 皂WHQSS牛嗨埠韋0工囂启 郦轉堆佃如 导iw o睾SS宜滾豊三罩賢音收研邑粽州图1-2自动化生产线的控制顺序e召gw姻fi 电 cr*u5 cfu a &+lJKOl*XSUt； EXP 苯国牟略口曲:W OPTJ5 OPTI5? Sti+FI?O

5、FTBJTK IYP 耀宦盘常禺HU GPU丄耳 dt；UK 遊 =5$CTPU5I26+FBOFTBWS轴旱WK cmj2 2GIrROFTBUS DP 卅 客图1-2控制系统组成框图1.2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、 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，

6、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 )

7、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,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低的特点，他的检测对象为金属和等)。理开关信号的设备(2)电容式传感它电场中的物质都将影响它的电场，这种变化通过fi号电容传感器是无接口连接至控制器。它具有咼稳定性、温漂较木料、油类、水及塑料制品系统中用到的电容式传感器为加工站的PART_AV、B

8、1、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 装座上，通过3针插座连接。图3-1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3-2电磁阀2.2S7-3OOPLCS7-300 ( 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

9、价比较高的PLC系统。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、组成可插拔模拟量终端可选卡插槽通讯口人、可插拔接线端子（224,226）I/O点状态LED-y 超 级

10、电-时钟(224(XP),226)/ 定孔安装于标准DIN导24V传感器Panel安装固电源输出轨上的夹子图3-3S7 200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 1/0功能的可与控制对象方便连接的计算机。在系统结构上，PLc的基本组成包括硬件与软件两部分。3各单元控制系统的设计、3.1PLC对下料单元的控制1后面各站口 y加丄过程莫块、检测模块、气动推杆模块、PLC模块。下料单元是整个生产线的起点，下提供工件。供料站由以下几部分组成二工件 吸工件模块、旋转模块、控制面板、丄图4-1下料单元实物图初始状态泡后，止动电磁铁（Q0.2

11、）停止止动电磁铁（Q0.2） 红色指示灯亮Q0勺 绿色指示灯灭（Q0 D直线传动电机（Q0 3）* 转角传动电机CQ0 4） 红色断灯（Q0.5）1是r延时2秒.输出T料电机绿色指示灯亮（Q0.1）(QUO)红色指示灯灭（Q0刃不口rriJXTJ 丄u .出丄是1停止下料电札延时3秒（T39）图4-2下料单元控制流程图下料单元I/O分配表表4-1单元I/O分配表形式序号名称PLC地址编号地址设置输入1工件检测I0.0S2EM277总线模块 设置的站号为：8与总站通 讯的地址为：232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

12、I2.2SB27急停按钮I2.3SB38复位按钮I2.4SB4输出1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Q1.6HA18蜂鸣器报警Q1.7HA2发送地址V2.0V3.7(200PLC 300PLC)接收地址V0.0V1.7(200PLC300PLC)下料单元梯形图网络1 s)1T37INTON20-PT100 ms冋貉212.0122QilOT 11 11巧8叭.512.0M1.0111，1I:巧4V04VOlGM5i3T 11 1：O2M13.6(2符号地址注釋|手动，巨动按

13、钮12.0停止按朝12.2下料电机QOO12.1V1.41网貉G M1.0IQ.1iaoT3S符号地址连释twmT10.0托盘检测10.1网摘5M1.0IIM1.11I10.11符号地L.-20-PT100 ms工件甌10.0托盘检测10.1下科电机Q0.0INTON10.0V1.0qo.2s :2Ml.3S :荷号地址注释传迭电机Q0.3Q0.5Q0.1托盘锂测10,1下料电机Q0.0M1.0M1.310.1IIhj-TON1IN20-PT100 msT39符号地址注釋工件检测10.0亘凉电血吸铁Q0.2冋路8符号地址注释托盘检测10.1M1 0T39Q0.5Q0.1R2R )1 M13.7

14、M13.7INTON+7-PT100 msTS2地址注釋I红灯Q0.5壕灯Q0.1网珞10Q00TS0IINTDN1+245-PT100 ms符号地址注释下料电机Q0.0利络11T60M1J7Q1.6T I1 IC )m 12T60M13.7T631 /INTONPT100 ms 1+7 -T63T62101网路15M13.7 C1V3 0()箝号地址注释Id100V3.1冋犒18符号1地址注释工件检测10.0I0.2V3.5IC 1注释|料槽腿工件检测10.2冋镐19V3 2QOLOV2.3符号地址下料做QO.O丽20Q0.2T1V3.3Y )1符号T地扯TT珈宜流电感吸铁Q0121冋络21

15、Q0.3V314I()C占)同络23 M5.61 IQ2T40ME 3R)M5.4QQO02.15.8M 4M5.6INTONPT1Q0 msT104R )符号地址1注釋斜憎属层工件检测10 2下料电机ao网犒26符号地址|注释料槽底层工件检测ID.2|下料电机QOO |祠络20II10.2I IM5.6IItQ0.0:11 1 1地址注释I科槽底展工件检测10.2苹料电机QO.O3.2PLC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4-3加盖单元的

16、实物图300PLC)接收地址V0.0V1.7(200PLC )1IMTONPT00幅+20-R 14冋*畚17MlbI4QINTONPTDO ms网络iaiWT3T R )1T H )1 红灯3守)1符号地址注释红Q0.5厂 rX A-r* r円sa isr广rMl.l外眼宜Ml宝宜I屯机取件3I1IC R 1T39INTONPT1 DD ms+30-T39持号甩址注释电杭取件.1Q0.0夕卜|恨怖贾阿術)10.2MS3 1GT鶉畀i(n車件 31Ml 01Ml 1地址注馨10. DQ13哥号M址liiw1彳电琉卑订3ClOO1 PFWG-I23 T62IIM13.7Z n1 11RS3 24

17、丄盖检測1 1V3.11 1I电址I注释I上盂检测3ID.0网绪25电机取件3 IIV3.2C):肾号I地址I：壬释电机HE件3Q0.03.3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4-5穿销单元实物图穿销单元运行的过程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秒后，销钉气缸执行装销钉动作。 销钉气缸发出至位检测信号，结束推进，2秒后自动退回。气缸复位，3秒后，止动气缸动作使限位杆落下将托盘放行。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V直线传

18、动电机运行（ 红色指示灯亮（Q0.3 )Q0.4 )托盘检测（是VI0.1 )-绿色指示灯亮（Q0.1 )红色指示灯灭（Q0.4 )初始状态否、-一一 销钉检测（10.0）4-6穿销单元控制流程图延时3秒（T101 ）输岀穿销气缸（Q0.2 ）延时3秒（T102 ），输岀止 动气缸（Q0.0 ），并保持3秒（T110 ）穿销气缸至位（I0.2 ）否述延时时间到了吗（T110 ）延时2秒（T104 ），停止穿销气缸（Q0.2）穿销气缸复位（I0.3 ）停止气缸输出（Q0.0 )红色指示灯亮（Q0.4 )绿色指示灯灭（Q0.1 )穿销单元梯形图VI .4VQ4V0.5O2Maoo1M13.0(巧3

19、R J5V1.5VDGMO.OR )3符号地址拄釋手动/自动按钮120停止按巫122止动气缸Q0.0网貉3网络标题圖鎔注科复位獗胡124 止SbnuoooI IK R)5VI.7M0.0T IH)3VI 6VO. 7M130冃)8地址注釋复位按钮1124止动气缸ao.o TOC o 1-5 h z MO.OVO.O托盘检测:心1V3.0 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document I1 I1)红灯:QU4绿灯:QRI / I(：)1红灯:QU4j R)1符号地址注释红灯Q0.4绿灯Q0.1托盘检测10.1msT101托盘检测:ID.1销寄气缸fe:IO.

20、3销筍检测:心。销打宅缸:QD.2l / II_c:)M0.1C R)1怙送电机:QU? R)1符号地址注释传送电机Q0.3托盘检测10.1销寄检测I0.0销钉气缸Q0.2销钉吒缸复位I0.3INroNPT1OQ msrimMO.OVO.O托盘榕測a 1销打榕测口。停止按钮12.2彳辭TFI至圆012II1 I1 I*,1符号丨地址丨注釋停止按钮12.2拓盘檢测10.110.0销钉气利至可ID.2销钉气缸:QQ 2止动气缸:CKWCUCTUFt+J- FV符导1塊址ao.2止动气的ao.oMOIO销钉气缸至位:心2托绘检测:心11 I1 1 IINTONFT100 msT10420地址注释托盘

21、检测10.1销钉岂缸至位10.2地址注悻梢钉气缸G012M0.11 1M0.2 11销钉检测:矶销钉气缸秦应:心3T102ihjTriMI I托盘检测：1力I Z I1 11 181111 U ItPT100 ms襦号丨缙址注轉托盘检测101销钉栓测iao销打气缸宜位I03Ml 3.7 网踣11 noevioio.3 itsbJi：QaoT I丿1 H-HOiMQ1Mft2地址销钉吒击I复便I0.3止动气缸QOLD网路12MO.CI止动邑乱至应：iDd 佚送电机QMI1 I( s )1冏貉HMD.2R )漱r qo 1C n)止 RbnjLQQDR、红灯QZ苻号鄆止注澤Q0.400.11止动彻

22、Q0.0:5苻号mt注释偎送电机Q0J止动气缸金位II0.4地址注释1止动气缸口口口 J.J销打耳KCQ0L2IIV3.3-C 31 11地址硝钉气缸.go. 2JClM137Ml 3.61T63INTO忖PT100 msMl 3.7T&3Ml 3.6:Ml 3.7M ;1TG2IMTONPT100 m乞21V3：.2 m 23 1符号地址注释传送电机Q0.3m 24特号地址托君检训10.1止动4W)QO.D网貉25M1C.0-411INTON2C-PT1 JOms4S7-300PLC硬件组态及编程系统的软件设计主要是在STEP7环境下完成。STEP7是西门子公司为SIMATICS7系列PLC

23、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STEP7编程软件的使用，能够用至少一种编程语言（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SIMATICManager（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

24、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4、3选择组织块OB1，且选用梯形图编程方式-LAD5、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 LADfitacfaiL-厂 Seteeim*L ane旳11 or Se4wd 耳 kwkoT伍闪BfackNjy冷 I SyiriMfcHsfrtOEHCycJffEhWMiM口生IDTma di D411 IrJvn D口曲TT旅川DqU柑Au(K TTmwtfZTiractf Df IrJmLfA 3O- Whiuh bluci.i dtv jrau wdrri Ru dtfDll IZl

25、vI到细到STEP TB口口图5-3择组织块0B1口“酢1剛卫1阚塹1在对话框中给新建项目并命名图5-4新建项目6、点击TEST1下拉菜单，选择SIMATIC300Station ，并双击/或右键点HardwareOPENOBJECT，打开硬件组态界面。图5-5硬件组态画面7、配置电源的模块图5-6配置300的电源模块8、配置输入输出模块图5-7配置300的输入输出模块9、双击RACK的第X2个SLOT，选择对话框中的Properties按钮;图 5-8 选择 Properties10、在Address中分配你的DP地址，若默认，直接选择 New按钮；图5-9分配DP地址11、单击 SUBNE

26、T的NEW 按钮，弹出 PROFIBUSNET 的窗口将。点中NETWORKSETTING 按键，设置完 PROFIBUS-DP的参数点击 OK；图 5-10PROFIBUSNET 的窗口图5-11设置PROFIBUS-DP 的参数12、点击OK，即可生成一个 PROFIBUS-DP网络图 5-12PROFIBUS-DP 网络13、 组态 EM277M模块，,点开点开点开点开选中EM277PROFIBUS-DP,将其拖到左面 PROFIBUS(1):DPmastersystem上;图5-13组态EM277M 模块14、立即会弹出EM277PROFIBUS-DP通讯卡设置画面；DP地址可以改动,

27、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 5-14EM277PROFIBUS-DP 通讯卡15、点开选中Universalmodule, 并将其拖入左下面的槽中，并分配其I/O地址，双击此槽 图5-15分配其I/O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通讯时需要使用的地址。图5-16设置其输入输出的起始地址

28、17、按照上面步骤组态其它EM277模块，分配其地址工作图5-17组态其EM277 模块18、点击下,SaveandComplice,存盘并编译硬件组态，完成硬件组态图5-18编译硬件组态19、检查组态，点击 STATIONConsistencycheck, 如果弹出 NOerror 窗口,则表示没有错误产生！组态元成FICfCTJB III Cttyiw，C1T3 1 1 -I叵.*肌b d th mnEC-ir 丰 II 耳 Writer aiwr kni ruiJ iuI rimwbI1 I m|vKV3H3DM刨且&lhL 出图5-19组态完成Hf CcWbs - I j iIC uv

29、 Stu! KC CErnj |ue idI.L 41 MFbuuilE JI14.2S7-3OOPLC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5-1为主站控制变量的传送分配表：量 变 制 控 站 主 为 表占 主站 收 接主站地址主站输出 ft北 -接收变量 地址站点名称总线站号Q17.4S7-300S7-200V1.4下料单元10Q3.S7-300S7-200V1.4加盖单元08410.Q5.S7-300S7-200V1.4穿销单元1204Q7.S7-300S7-2

30、00V1.4检测单元144Q1S7-300S7-200V1.4分拣单元165.4Q1S7-300S7-200V1.5下料单元10I0.7.51Q3.S7-300S7-200V1.5加盖单元085Q5.S7-300S7-200V1.5穿销单元125Q7.S7-300S7-200V1.4检测单元145Q1S7-300S7-200V1.4分拣单元165.5Q1S7-300S7-200V1.6下料单元10I0.7.62Q3.6S7-300S7-200V1.6加盖单元08Q5.6S7-300S7-200V1.6穿销单元12Q7.6S7-300S7-200V1.6检测单元14Q15.6S7-300S7-200V1.6分拣单元1610.Q17.7S7-300S7-200V1.7下料单元1