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1、1 29 安安徽徽机机电电职职业业技技术术学学院院 毕毕业业论论文文 基于 PLC 的自动生产线控制系统的设计 系 部 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2010 2011 学年 第 一 学期 2 29 摘摘 要要 随着科学技术的发展 人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高 产品更 新换代的周期越来越短 产品的复杂程度也随之增高 传统的大批量生产方式受到 了挑战 这种挑战不仅对中小企业形成了威胁 而且也困扰着国有大中型企业 因为 在大批量生产方式中 柔性和生产率是相互矛盾的 众所周知 只有品 种单一 批量大 设备专用 工艺稳定 效率高 才能构成规模经济效益 反
2、之 多品种 小批量生产 设备的专用性低 在加工形式相似的情况下 频繁的调整工 夹具 工艺稳定难度增大 生产效率势必受到影响 为了同时提高制造工业的柔性 和生产效率 使之在保证产品质量的前提下 缩短产品生产周期 降低产品成本 最终使中小批量生产能与大批量生产抗衡 柔性自动化系统便应运而生 PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术 计算机技术 自动控 制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置 充分利用计算机技术对生产过 程进行集中监视 控制管理和分散控制 充分吸收了分散式控制系统和集中控制系 统的优点 采用标准化 模块化 系统化设计 配置灵活 组态方便 本论文主要 是模拟工业自动生
3、产线通信系统实现以下各站功能 然后利用 Profibus 总线进行八 站通信连接使之成为一条自动生产线控制模拟系统 关键字 关键字 PLC 自动生产线 Profibus 通信 目录目录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 1 自动化生产线的介绍及发展 1 1 2 工业自动化生产线体系结构 4 第二章第二章 可编程控制器可编程控制器 5 5 2 1 可编程控制器的定义 5 2 2 可编程控制器的发展概况 5 2 3 可编程控制器的基本组成及特点 6 第三章第三章 自动生产线实训系统设计与实现自动生产线实训系统设计与实现 7 7 3 1 工业自动生产线系统结构 7 3 2 工业自动生产线单站功能及
4、系统程序设计 9 3 3 工业自动生产线通信系统设计 20 第四章第四章 论文总结论文总结 2222 参考文献参考文献 2323 致谢致谢 2424 0 29 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 自动化生产线的介绍及发展自动化生产线的介绍及发展 1 自动化生产线介绍 自动化生产线是指劳动对象按照一定的工艺路线 顺序的通过各个工作地 并按 照统一的生产速度 节拍 完成工艺作业的连续的重复的生产过程 产品生产过程所经过的路线 即从原料进入生产现场开始 经过加工 运送 装配 检验等一系列生产活动所构成的路线 自动化生产线是按对象原则组织起来 的 完成产品工艺过程的一种生产组织形式 即按产品专业化原
5、则 配备生产某种 产品 零 部件 所需要的各种设备和各工种的工人 负责完成某种产品 零 部 件 的全部制造工作 对相同的劳动对象进行不同工艺的加工 随着科学技术的发展 人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高 产品更 新换代的周期越来越短 产品的复杂程度也随之增高 传统的大批量生产方式受到 了挑战 这种挑战不仅对中小企业形成了威胁 而且也困扰着国有大中型企业 因 为 在大批量生产方式中 柔性和生产率是相互矛盾的 众所周知 只有品种单一 批量大 设备专用 工艺稳定 效率高 才能构成规模经济效益 反之 多品种 小批量生产 设备的专用性低 在加工形式相似的情况下 频繁的调整工夹具 工 艺稳定难度增大
6、 生产效率势必受到影响 为了同时提高制造工业的柔性和生产效 率 使之在保证产品质量的前提下 缩短产品生产周期 降低产品成本 最终使中 小批量生产能与大批量生产抗衡 柔性自动化系统便应运而生 2 自动化生产线的基本构成 1 自动加工系统 自动加工系统 指以成组技术为基础 把外形尺寸 形状不必完全一致 重量 大致相似 材料相同 工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设 备上加工的系统 2 物流系统 物流系统 指由多种运输装置构成 如传送带 轨道 转盘以及机械手等 完 成工件 刀具等的供给与传送的系统 它是柔性生产线的主要组成部分 3 信息系统 信息系统 指对加工和运输过程中所需各种信息
7、收集 处理 反馈 并通过电 子计算机或其他控制装置 液压 气压装置等 对机床或运输设备实行分级控制的 系统 4 软件系统 软件系统 指保证柔性生产线用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部 1 29 分 它包括设计 规划 生产控制和系统监督等软件 柔性生产线适合于年产量 1000 100 000 件之间的中小批量生产 3 柔性自动化生产线的优点 柔性生产线是一种技术复杂 高度自动化的系统 它将微电子学 计算机和系 统工程等技术有机地结合起来 理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化 之间的矛盾 具体优点如下 第一 设备利用率高 一组机床编入柔性生产线后 产量比这组机床在分散单 机作业时的
8、产量提高数倍 第二 在制品减少 80 左右 第三 生产能力相对稳定 自动加工系统由一台或多台机床组成 发生故障时 有降级运转的能力 物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力 第四 产品质量高 零件在加工过程中 装卸一次完成 加工精度嵩 加工形 式稳定 第五 运行灵活 有些柔性生产线的检验 装卡和维护工作可在第一班完成 第二 第三班可在无人照看下正常生产 在理想的柔性生产线中 其监控系统还能 处理诸如刀具的磨损调换 物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题 第六 产品应变能力大 刀具 夹具及物料运输装置具有可调性 且系统平面 布置合理 便于增减设备 满足市场需要 4 自动化生产线发展趋势 性能发展
9、方向 1 高速高精高效化 速度 精度和效率是机械制造技术的关键性能指标 由于采用 了高速 CPU 芯片 RISC 芯片 多 CPU 控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的 交流数字伺服系统 同时采取了改善机床动态 静态特性等有效措施 机床的高速 高精高效化已大大提高 2 柔性化包含两方面 数控系统本身的柔性 数控系统采用模块化设计 功能覆盖 面大 可裁剪性强 便于满足不同用户的需求 群控系统的柔性 同一群控系统能 依据不同生产流程的要求 使物料流和信息流自动进行动态调整 从而最大限度地 发挥群控系统的效能 3 工艺复合性和多轴化 以减少工序 辅助时间为主要目的的复合加工 正朝着多 轴 多系列控
10、制功能方向发展 数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次 装夹后 通过自动换刀 旋转主轴头或转台等各种措施 完成多工序 多表面的复 合加工 数控技术轴 西门子 880 系统控制轴数可达 24 轴 4 实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境 其作用是如何调度 任务 以确保任务在规定期限内完成 而人工智能则试图用计算模型实现人类的各 种智能行为 技术发展到今天 实时系统和人工智能相互结合 人工智能正向着具 2 29 有实时响应的 更现实的领域发展 而实时系统也朝着具有智能行为的 更加复杂 的发展 由此产生了实时智能控制这一新的领域 在数控技术领域 实时智能控制 的研究和应用正沿着
11、几个主要分支发展 自适应控制 模糊控制 神经网络控制 专家控制 控制 前馈控制等 例如在数控系统中配备编程专家系统 故障诊断专 家系统 参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统 在高速加工时的 综合运动控制中引入提前预测和预算功能 动态前馈功能 在压力 温度 位置 速度控制等方面采用模糊控制 使数控系统的控制性能大大提高 从而达到最佳控 制的目的 功能发展方向 1 用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口 由于不同用 户对界面的要求不同 因而开发用户界面的工作量极大 用户界面成为计算机软件 研制中最困难的部分之一 当前 INTERNET 虚拟现实 科学计算可视化及多媒体
12、 等技术也对用户界面提出了更高要求 图形用户界面极大地方便了非专业用户的使 用 人们可以通过窗口和菜单进行操作 便于蓝图编程和快速编程 三维彩色立体 动态图形显示 图形模拟 图形动态跟踪和仿真 不同方向的视图和局部显示比例 缩放功能的实现 2 可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据 使信息交流不再局限 于用文字和语言表达 而可以直接使用图形 图像 动画等可视信息 可视化技术 与虚拟环境技术相结合 进一步拓宽了领域 如无图纸设计 虚拟样机技术等 这 对缩短产品设计周期 提高产品质量 降低产品成本具有重要意义 在数控技术领 域 可视化技术可用于 CAD CAM 如自动编程设计 参数自动
13、设定 刀具补偿和 刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等 3 插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补 圆弧插补 圆柱插补 空间 椭圆曲面插补 螺纹插补 极坐标插补 2D 2 螺旋插补 NANO 插补 NURBS 插 补 非均匀有理 B 样条插补 样条插补 A B C 样条 多项式插补等 多种补偿 功能如间隙补偿 垂直度补偿 象限误差补偿 螺距和测量系统误差补偿 与速度 相关的前馈补偿 温度补偿 带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等 4 内装高性能 PLC 数控系统内装高性能 PLC 控制模块 可直接用梯形图或高级语 言编程 具有直观的在线调试和在线帮助功能
14、编程工具中包含用于车床铣床的标 准 PLC 用户程序实例 用户可在标准 PLC 用户程序基础上进行编辑修改 从而方 便地建立自己的应用程序 5 多媒体技术应用 多媒体技术集计算机 声像和通信技术于一体 使计算机具有 综合处理声音 文字 图像和视频信息的能力 在数控技术领域 应用多媒体技术 可以做到信息处理综合化 智能化 在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断 3 29 生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值 1 21 2 工业自动化生产线体系结构工业自动化生产线体系结构 1 集成化 采用高度集成化 CPU RISC 芯片和大规模可编程集成电路 FPGA EPLD CPLD 以及专用集成电路
15、ASIC 芯片 可提高数控系统的集成度和 软硬件运行速度 应用 FPD 平板显示技术 可提高显示器性能 平板显示器具有含 量高 重量轻 体积小 功耗低 便于携带等优点 可实现超大尺寸显示 成为和 CRT 抗衡的新兴显示技术 是 21 世纪显示技术的主流 应用先进封装和互连技术 将半导体和表面安装技术融为一体 通过提高集成电路密度 减少互连长度和数量 来降低产品价格 改进性能 减小组件尺寸 提高系统的可靠性 2 模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化 根据不同的功能需求 将基本 模块 如 CPU 存储器 位置伺服 PLC 输入输出接口 通讯等模块 作成标准 的系列化产品 通过积木方式
16、进行功能裁剪和模块数量的增减 构成不同档次的数 控系统 3 无人化 机床联网可进行远程控制和无人化操作 通过机床联网 可在任何一台机床上对 其它机床进行编程 设定 操作 运行 不同机床的画面可同时显示在每一台机床 的屏幕上 4 通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式 模块化 开放式 嵌入式体系结构 便于裁剪 扩 展和升级 可组成不同档次 不同类型 不同集成程度的数控系统 闭环控制模式 是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的 由于制造过 程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程 包含诸如加工尺寸 形 状 振动 噪声 温度和热变形等各种变化因素 因此 要实现加工过程的多目标 优化 必须采用多变量的闭环控制 在实时加工过程中动态调整加工过程变量 加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式 易于将计算机实时智能 技术 网络技术 多媒体技术 CAD CAM 伺服控制 自适应控制 动态数据管理及 动态刀具补偿 动态仿真等高新技术融于一体 构成严密的制造过程闭环控制体系 从而实现集成化 智能化 网络化 4 29 第二章第二章 可编程控制器可编程控制器
