柔性制造系统各单元控制系统设计.doc

1、摘要柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS。它是一种技术复杂、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。柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化，

2、特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中，柔性制造系统只是它的一个组成部分。自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产过程。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作

3、单元作为自动生产线的整体设计，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。所以，本设计综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。目录第一章 概述5第二章 总体介绍6一自动化生产线的基本组成 6第三章 上料单元 7一上料单元的基本功能 7二上料单元的组成 7三接线端子及主令部件 8四上料单元PLC运行程序10五上料单元的

4、PLC地址分配15第四章 冲压单元16 一冲压单元的组成原理16 二面板接线说明18 三冲压单元PLC运行程序20四冲压单元PLC地址分配26第五单元 落料单元27 一落料单元的组成原理27 二面板接线及说明28 三落料单元的运行程序30 四落料单元PLC地址分配35总结36致谢37参考文献37第一章 概述二十世纪以来，为了实现自动化，人们研究和制造了成千上万种自动控制系统，极大地推动了生产劳动、社会服务、军事工程和科学研究等活动。随着自动化技术的发展，这是机械化、电气化和自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20

5、世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产设备自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化（FA）。 现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动

6、调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。本系统模拟一个生产流水线的生产过程，完成一个工件的拆卸、分拣工作。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。整个过程要充分考虑生产过程中所出现的情况，对各种

7、生产要求进行处理，系统分成五个操作站：供料站、安装站、加工站、运输站、分拣站。整个系统基于三菱PLC的N：N网络，包括变频控制、伺服控制等，是各种电气控制的综合应用。主要负责机械部分的安装、电气原理图和气路的设计和连接、变频器和伺服放大器的参数设置。第二章 总体介绍一. 自动生产线基本组成自动生产线由安装在铝合金导轨式台面上的上料单元、冲压单元、落料单元、输送单元、喷涂单元，等。其外观如图2-1所示。图2-1 自动生产线外观其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长

8、行程、多定位点的特点，位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。设计中应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。第三章上料单元一上料单元的基本功能：供料单元是本次设计中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）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2-3所示为供料单元实物的全貌。图2-3 上料单元实物的全貌二上料单元的组成：1.PLC上料单元包括两部分。第一部分为上料部分，分为料库、原料推送、工件传送三部分，如图2-3

9、所示。2.第二部分为托盘输送部分，通过传送带将托盘从输入端送至输出端,如2-4所示图2-4三接线端子及主令部件凡需24V直流电源供电的，请将其连接至电源模块24V区，需接地的请连接至电源模块GND区。连接时24V连接使用红色线，GND连接使用黑色线，输入点（I）连接使用黄色线，输出点（Q）连接使用绿色线。具体连接请参见表1-2-1。表1-2-1上料单元面板接线说明模块被连接点连接点连接点所属模块备注 上料单元接线区 I0.4I0.4可编程控制器（输入部分）I0.5I0.5可编程控制器（输入部分）I0.6I0.6可编程控制器（输入部分）I0.7I0.7可编程控制器（输入部分）Q1.0Q1.0可编

10、程控制器（输出部分）Q1.1Q1.1可编程控制器（输出部分）Q1.2Q1.2可编程控制器（输出部分）V+24V电源模块24V区V-GND电源模块GND区 可编程控制器模块（输入部分）I0.0SB1-1按钮、指示灯模块STARTI0.1SB2-1按钮、指示灯模块STOPI0.2SB3-1按钮、指示灯模块RESETI0.3SB7-3按钮、指示灯模块CEMGI0.4I0.4上料单元接线区重复I0.5I0.5上料单元接线区重复I0.6I0.6上料单元接线区重复I0.7I0.7上料单元接线区重复I1.0SA1-2按钮、指示灯模块M/AI1.1SB5-1按钮、指示灯模块1M24V电源模块24V区2M24V

11、电源模块24V区可编程控制器模块（输出部分） Q0.4HL1-1按钮、指示灯模块STARTQ0.5HL2-1按钮、指示灯模块STOPQ0.6HL3-1按钮、指示灯模块RESETQ0.7HL4-1按钮、指示灯模块CEMGQ1.0Q1.0上料单元接线区Q1.1Q1.1上料单元接线区Q1.2Q1.2上料单元接线区L+24V电源模块24V区MGND电源模块GND区 按钮、指示灯模块SB1-1I0.0可编程控制器（输入部分）重复SB1-2GND电源模块GND区SB2-1I0.1可编程控制器（输入部分）重复SB2-2GND电源模块GND区SB3-1I0.2可编程控制器（输入部分）重复SB3-2GND电源模

12、块GND区SB5-1I1.1可编程控制器（输入部分）重复SB5-2GND电源模块GND区SB7-3I0.3可编程控制器（输入部分）重复SB7-1GND电源模块GND区SA1-1GND电源模块GND区SA1-2I1.0可编程控制器（输入部分）重复HL1-1Q0.4可编程控制器（输出部分）重复HL1-2GND电源模块GND区HL2-1Q0.5可编程控制器（输出部分）重复HL2-2GND电源模块GND区HL3-1Q0.6可编程控制器（输出部分）重复HL3-2GND电源模块GND区HL4-1Q0.7可编程控制器（输出部分）重复HL4-2GND电源模块GND区四上料单元PLC运行程序五上料单元的PLC地

13、址分配输入点信号说 明输入状态ONOFFI0.0START启动按钮 有效无效I0.1STOP 停止按钮有效无效I0.2RESET 复位按钮有效无效I0.3CEMG紧急停止开关有效无效I0.4SEN1供料工位检测对射开关有效无效I0.5SEN2 工件输出工位检测对射开关有效无效I0.6SEN3托盘传送带输入端接近开关有效无效I0.7SEN4 托盘传送带输出端接近开关有效无效I1.0M/A单/联机选择开关单机联机I1.1备用按钮传送带单机启动信号有效无效输出点信号说 明输出状态ONOFFQ0.4START启动指示灯有效无效Q0.5STOP停止指示灯有效无效Q0.6RESET复位指示灯有效无效Q0.

14、7CEMG报警指示灯有效无效Q1.0M1送料电机启动输出启动停止Q1.1YV1V+供料气缸电磁阀输出伸出缩回Q1.2M2托盘电机启动输出启动停止第四单元冲压单元一冲压单元组成原理液压冲压单元包括两部分。第一部分为液压冲压加工部分，由液压冲压装置和液压泵组成，其中液压冲压机构结构图如图1-4-1所示。图1-4-1 液压冲压加工结构图SEN1用来检测加工工位是否有工件，夹紧气缸用来固定待加工工件，液压电磁阀用来控制液压加工轴的上升下降。第二部分为托盘输送部分，通过传送带将托盘从输入端送至输出端,如图1-4-2所示。图1-4-2 液压冲压加工单元传送带SEN2用来检测输入端工件是否存在，SEN3用来

15、检测输出端工件是否到位。各部件名称和作用介绍如下：YV1:夹紧气缸电磁阀，通过此电磁阀固定待加工工件；YV2:冲压气缸上升电磁阀，通过此电磁阀控制加工轴上升；YV3:冲压气缸下降电磁阀，通过此电磁阀控制加工轴下降；SEN1:反射开关，用来检测加工区是否有工件；SEN2:对射开关，用来检测托盘传送带输入端是否有工件； SEN3:反射开关，用来检测托盘传送带输出端是否有工件。液压冲压单元控制系统PLC部分输入输出点配置表如表1-4-1所示。表1-4-1液压冲压单元控制系统PLC部分输入输出点配置表输入点信号说 明输入状态ONOFFI0.0START启动按钮有效无效I0.1STOP 停止按钮有效无效

16、I0.2RESET 复位按钮有效无效I0.3CEMG紧急停止开关有效无效I0.4SEN1冲压工位检测开关有效无效I0.5SEN2 托盘传送带输入端接近开关有效无效I0.6SEN3托盘传送带输出端接近开关有效无效I0.7ASTART单机传送带启动按钮（备用按钮）有效无效I1.0M/A单/联机选择开关单机联机输出点信号说 明输出状态ONOFFQ0.2YV3V+液压冲压电磁阀输出(上升)有效无效Q0.3YV2V+液压冲压电磁阀输出(下降)有效无效Q0.4START启动指示灯有效无效Q0.5STOP停止指示灯有效无效Q0.6RESET复位指示灯有效无效Q0.7CEMG报警指示灯有效无效Q1.0M1托盘

17、电机启动输出启动停止Q1.1YV1V+夹紧气缸电磁阀输出伸出缩回二面板接线说明本单元接线面板如Error! Reference source not found.至图1-4-8所示。 图1-4-8液压单元面板模块被连接点连接点连接点所属模块备注 液压冲压单元接线区 I0.4I0.4可编程控制器（输入部分）I0.5I0.5可编程控制器（输入部分）I0.6I0.6可编程控制器（输入部分）Q0.2Q0.2可编程控制器（输出部分）Q0.3Q0.3可编程控制器（输出部分）Q1.0Q1.0可编程控制器（输出部分）Q1.1Q1.1可编程控制器（输出部分）V+24V电源模块24V区V-GND电源模块GND区

18、可编程控制器模块（输入部分）I0.0SB1-1按钮、指示灯模块STARTI0.1SB2-1按钮、指示灯模块STOPI0.2SB3-1按钮、指示灯模块RESETI0.3SB7-3按钮、指示灯模块CEMGI0.4I0.4液压冲压单元接线区重复I0.5I0.5液压冲压单元接线区重复I0.6I0.6液压冲压单元接线区重复I0.7SB5-1按钮、指示灯模块ASTARTI1.0SA1-2按钮、指示灯模块M/A1M24V电源模块24V区2M24V电源模块24V区 可编程控制器模块（输出部分） Q0.2Q0.2液压冲压单元接线区重复Q0.3Q0.3液压冲压单元接线区重复Q0.4HL1-1按钮、指示灯模块STA

19、RTQ0.5HL2-1按钮、指示灯模块STOPQ0.6HL3-1按钮、指示灯模块RESETQ0.7HL4-1按钮、指示灯模块CEMGQ1.0Q1.0液压冲压单元接线区重复Q1.1Q1.1液压冲压单元接线区重复L+24V电源模块24V区MGND电源模块GND区按钮、指示灯模块SB1-1I0.0可编程控制器（输入部分）重复SB1-2GND电源模块GND区SB2-1I0.1可编程控制器（输入部分）重复SB2-2GND电源模块GND区SB3-1I0.2可编程控制器（输入部分）重复SB3-2GND电源模块GND区SB5-1I0.7可编程控制器（输入部分）重复SB5-2GND电源模块GND区按钮、指示灯模

20、块SB7-3I0.3可编程控制器（输入部分）重复SB7-1GND电源模块GND区SA1-1GND电源模块GND区SA1-2I1.0可编程控制器（输入部分）重复HL1-1Q0.4可编程控制器（输出部分）重复HL1-2GND电源模块GND区HL2-1Q0.5可编程控制器（输出部分）重复HL2-2GND电源模块GND区HL3-1Q0.6可编程控制器（输出部分）重复HL3-2GND电源模块GND区HL4-1Q0.7可编程控制器（输出部分）重复HL4-2GND电源模块GND区三冲压单元PLC运行程序四冲压单元PLC地址分配输入点信号说 明输入状态ONOFFI0.0START启动按钮有效无效I0.1STO

21、P 停止按钮有效无效I0.2RESET 复位按钮有效无效I0.3CEMG紧急停止开关有效无效I0.4SEN1冲压工位检测开关有效无效I0.5SEN2 托盘传送带输入端接近开关有效无效I0.6SEN3托盘传送带输出端接近开关有效无效I0.7ASTART单机传送带启动按钮（备用按钮）有效无效I1.0M/A单/联机选择开关单机联机输出点信号说 明输出状态ONOFFQ0.4START启动指示灯有效无效Q0.5STOP停止指示灯有效无效Q0.6RESET复位指示灯有效无效Q0.7CEMG报警指示灯有效无效Q1.0M1托盘电机启动输出启动停止Q1.1YV1V+夹紧气缸电磁阀输出伸出缩回Q0.3YV2V+冲

22、压气缸电磁阀输出(下降)有效无效Q0.2YV3V+冲压气缸电磁阀输出(上升)有效无效第五章落料单元一落料单元组成原理落料单元包括传送带、阻挡气缸、旋转落料机构三部分，如图1-7-1所示。图1-7-1 落料单元结构图各部件名称和作用介绍如下：YV1:阻挡气缸电磁阀，通过此电磁阀阻挡，将托盘停在旋转落料孔正下方，使盒状工件能落入托盘槽内；SEN1:反射开关，传送带输入端工件检测开关，用来检测传送带上是否存在托盘；SEN2:反射开关，落料工位检测开关，用来检测盒状工件是否落下； SEN3:反射开关，传送带输出端工件检测开关，用来检测托盘传送带输出端是否有工件；SEN4:反射开关，料库工件检测开关，用

23、来检测工件是否已经存在于旋转机构料库中；SEN5:光电开关，电机旋转原点信号，用来定位使直流电机每次固定旋转一周；SEN6:反射开关，托盘到位检测开关，用来检测托盘是否到位（落料孔正下方）。二面板接线说明凡需24V直流电源供电的，请将其连接至电源模块24V区，需接地的请连接至电源模块GND区。连接时24V连接使用红色线，GND连接使用黑色线，输入点（I）连接使用黄色线，输出点（Q）连接使用绿色线。具体连接请参见表1-7-1。表1-7-1落料单元面板接线说明模块被连接点连接点连接点所属模块备注落料单元接线区I0.4I0.4可编程控制器（输入部分）I0.5I0.5可编程控制器（输入部分）I0.6I

24、0.6可编程控制器（输入部分）I0.7I0.7可编程控制器（输入部分）I1.1I1.1可编程控制器（输入部分）I1.2I1.2可编程控制器（输入部分）Q1.0Q1.0可编程控制器（输出部分）Q1.1Q1.1可编程控制器（输出部分）Q1.2Q1.2可编程控制器（输出部分）V+24V电源模块24V区V-GND电源模块GND区可编程控制器模块（输入部分）I0.0SB1-1按钮、指示灯模块STARTI0.1SB2-1按钮、指示灯模块STOPI0.2SB3-1按钮、指示灯模块RESETI0.3SB7-3按钮、指示灯模块CEMGI0.4I0.4落料单元接线区重复I0.5I0.5落料单元接线区重复I0.6I

25、0.6落料单元接线区重复I0.7I0.7落料单元接线区重复I1.0SA1-2按钮、指示灯模块M/AI1.1I1.1落料单元接线区重复I1.2I1.2落料单元接线区重复1M24V电源模块24V区2M24V电源模块24V区可编程控制器模块（输出部分） Q0.4HL1-1按钮、指示灯模块STARTQ0.5HL2-1按钮、指示灯模块STOPQ0.6HL3-1按钮、指示灯模块RESETQ0.7HL4-1按钮、指示灯模块CEMGQ1.0Q1.0落料单元接线区重复Q1.1Q1.1落料单元接线区重复Q1.2Q1.2落料单元接线区重复L+24V电源模块24V区MGND电源模块GND区 按钮、指示灯模块SB1-1

26、I0.0可编程控制器（输入部分）重复SB1-2GND电源模块GND区SB2-1I0.1可编程控制器（输入部分）重复SB2-2GND电源模块GND区SB3-1I0.2可编程控制器（输入部分）重复SB3-2GND电源模块GND区SB7-3I0.3可编程控制器（输入部分）重复SB7-1GND电源模块GND区SA1-1GND电源模块GND区SA1-2I1.0可编程控制器（输入部分）重复HL1-1Q0.4可编程控制器（输出部分）重复HL1-2GND电源模块GND区HL2-1Q0.5可编程控制器（输出部分）重复HL2-2GND电源模块GND区HL3-1Q0.6可编程控制器（输出部分）重复HL3-2GND电

27、源模块GND区HL4-1Q0.7可编程控制器（输出部分）重复HL4-2GND电源模块GND区三落料单元运行程序四落料单元PLC地址分配输入点信号说 明输入状态ONOFFI0.0START启动按钮有效无效I0.1STOP 停止按钮有效无效I0.2RESET 复位按钮有效无效I0.3CEMG紧急停止开关有效无效I0.4SEN1传送带工件输入检测开关有效无效I0.5SEN2 落料工位检测开关有效无效I0.6SEN3传送带工件输出检测开关有效无效I0.7SEN4 料库工件检测开关有效无效I1.0M/A单/联机选择开关单机联机I1.1SEN5料库电机原点开关有效无效I1.2SEN6落料工位托盘检测开关有

28、效无效输出点信号说 明输出状态ONOFFQ0.4START启动指示灯有效无效Q0.5STOP停止指示灯有效无效Q0.6RESET复位指示灯有效无效Q0.7CEMG报警指示灯有效无效Q1.0M1传送带电机启动输出启动停止Q1.1YV1V+阻挡气缸电磁阀输出伸出缩回Q1.2M2料库旋转电机启动输出启动停止总 结通过本次的学习让我的学习能力有了很大的提高，在任务设计中让我对自动化生产线有所了解。一方面自动化生产线包括诸多方面的知识如：机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；另一方面对于模拟的一个自动化生产线的

29、工作流程有个基本概念。一个自动化生产线的基本组成部分有传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地把这些独立部分融合在一起。在这次设计中应用PLC技术，它是一门实践性很强的专业课程，PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且通过这次课程设计使我运用了课堂上的理论与实际相结合重要性，既要从理论中分析问题，又

30、要从实际中解决问题发现才是根本。所以把所学的理论知识与实践相结合起来，才能真正的学学以至用。致谢本课题的圆满完成特别感谢杜润宏老师详细的指导。杜润宏老师严谨的治学态度，和思考问题的全面性给我在设计过程中有了多方面的设计思路中，也提前判断设计中可能出现的问题作了详细的分析，从而使我少走很多弯路节省了很多时间。老师的高深的学术水平，科学的思维方法和深入浅出的讲解更准确更形象的把设计中的知识传输给我。再次感谢指导老师的帮助永远是我学习的榜样，在此向他致以衷心的感谢。同时感谢我的同组同学，在圆满完成课题设计的过程中给予我毅力上的鼓励，在资料的收集中给我提供了很多路径，在设计安装中也提出多种参考意见，以

31、至我能够顺利的完成。参考文献1 钟肇新，彭侃编译，可编程控制器原理及应用。第二版。广州：华南理工大学出版社2 扬长能，林小峰编，可编程控制器（PC）例题习题及试验指导，重庆：重庆大学出版社3 邓则名，邝穗芳编，可编程控制器及应用技术。北京：机械工业出版社4 吴宗泽 机械设计 北京：高等教育出版社20015 廖常初编著。可编程序控制器应用技术。重庆：重庆大学出版社，20006 袁任光编著。可编程序控制器（PC）应用技术与实例。广州：华南理工大学出版社，20007 田瑞庭主编。可编程序控制器应用技术。北京：机械工业出版社，19948 陈宇编。可编程控制器基础及编程技巧。广州：华南理工大学出版社，200012 张伟林主编， 电气控制与PLC应用。 人民邮电出版社20毕业设计（论文）评审答辩记录姓名张昭学号10321-44专业电气自动化化技术毕业设计（论文题目）柔性制造系统部分单元的设计评阅教师评语答辩时间答辩地点答辩组成员本人陈述答辩过程要点答辩组提问回答问题情况结 论 答辩委员会主任签字： 年 月 日成绩36