基于PLC自动生产线的研究-毕业论文..

深圳大学

本科生毕业论文(设计）

题 目：基于PLC自动生产线的研究

专 码: 机械设计制造与自动化

作者姓名：

学 号：

单 位：

指导教师：

2011年4月26日

深圳大学本科毕业论文（设计）

原创性声明

本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下,独

立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料.对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的相应责任。

学位论文作者签名： 年 月 日 指 导 教 师 签名： 年 月 日

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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

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Abstract

With the improving of the technology of the computer in the field of control application and the progress, application of programmable control devices has become a popular one of the important part of automation technology. The core of the automatic production line is a kind of control device， the device can achieve a relatively high level of automation。 PLC in the control unit in the operation of the production line plays a decisive role。 How to design the PLC control the efficiency of the production line become a key factor. Programmable controller first appeared in the United States, in 1968， the American general motors （GM) puts forward the development of a new type of controller, and put forward a new generation of controller from the perspective of the user should have ten conditions。 Production line can achieve more automatic and intelligent， and obtain high production efficiency。

Key words： PLC, automation， production line

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目 录

引 言 ............................................................ 1 1 PLC应用现状 .................................................... 1 1。1工艺过程 ................................................... 1 1。2研究意义 ................................................... 3 2单元器件的简单介绍 .............................................. 3 2.1传感器 ...................................................... 3 2.2 S7—3OO PLC ................................................. 5 3各单元控制系统的设计 ............................................ 6 3.1 PLC对下料单元的控制 ........................................ 6 3。2 PLC对加盖单元的控制 ...................................... 15 3.3穿销单元控制要求 ........................................... 22 4 S7—300 PLC硬件组态及编程 ..................................... 29 4.1 设计流程 ................................................... 30 4.2 S7-3OO PLC在系统中的主站控制变量传送分配表 ............... 39 4。3 S7-3OO PLC在系统中的主站控制的基本要求 .................. 40 4.4 S7—300 PLC梯形图 ........................................ 41 5总结 ........................................................... 44 6参考文献 ....................................................... 44 7致谢 ........................................................... 45

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基于PLC自动生产线的研究

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，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对控制功能作必要地修改

只需改变软件指令即可

使硬件软件化。可编

程序控制器采用易学易懂的梯形图语言的继电器模型

它是以计算机软件技术构成人们惯用

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

电气操作人员使用

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

就可结合实际需要进行应用设计

了解PLC简要工作原理和它的编程技术之后进而将PLC用于实际控制系统中

1 PLC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.

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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：

图1-2 自动化生产线的控制顺序

图1—2 控制系统组成框图

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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，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）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

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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 理开关信号的设备，譬如连接 至控制器。 （2）电容式传感器

电容传感器是无接触式位置传感器,所有进入它电场中的物质都将影响它的电场,这种变化通过内部电路转换为输出电信号.它具有高稳定性、温漂较低的特点，他的检测对象为金属和非金属（玻璃、木料、油类、水及塑料制品等)。

系统中用到的电容式传感器为加工站的PART_AV、B1、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

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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。

PART_AV、B1、B2电容式传感器 图3—2电磁阀

2。2 S7—3OO PLC

S7-300（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只由最基本的处理单元（CPU）、电源模块（PC）、信号模块（SM)组成。

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内

I/O 点 状态 LED

- -

超

部电级

电

: 源 容

- 时钟(224(XP),226)

Panel安装固

可插拔模拟量终

端

定孔

可插拔接线端

可选卡 插槽

安装于标准DIN导

通讯口

24V 传感器 电源输出

轨上 的夹子

子(224,226)

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I／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

3.1 PLC对下料单元的控制

下料单元是整个生产线的起点，下料单元的主要功能是为后面各站的加工过程提供工件。供料站由以下几部分组成：工件仓模块、检测模块、气动推杆模块、吸工件模块、旋转模块、控制面板、工作平台、手推车台、PLC模块。

图4-1下料单元实物图

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图4—2下料单元控制流程图

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下料单元I/O分配表

表4-1单元I/O分配表

形式 序号 1 2 3 4 输入 5 6 7 8 1 2 3 4 输出 5 6 7 8 发送地址 接收地址

下料单元梯形图

名称 工件检测 托盘检测 料槽底层工件检测 手动/自动按钮 启动按钮 停止按钮 急停按钮 复位按钮 下料电机 绿色指示灯 直流电磁吸铁 传送电机 转角电机 红色指示灯 蜂鸣器报警 蜂鸣器报警 PLC地址 I0。0 I0。1 I0。2 I2。0 I2。1 I2.2 I2.3 I2。4 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0。4 Q0。5 Q1。6 Q1。7 编号 S2 S1 S3 SA SB1 SB2 SB3 SB4 M2 HL2 KM M1 M3 HL1 HA1 HA2 地址设置 EM277总线模块设置的站号为：8 与总站通讯的地址为：2~3 V2.0—-—-V3。7（200PLC—→300PLC） V0。0--——V1。7（200PLC←—300PLC) 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）

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3.2 PLC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加盖单元的实物图

加盖单元控制流程图

初始状态直线传动电机运行（Q0.4）红色指示灯亮（Q0.5）否托盘检测（I0.1）是绿色指示灯亮（Q0.2）红色指示灯灭（Q0.5）延时3秒（T37）上盖检测（I0.0）否加盖电机放件（Q0.1）否放件限位(至位)（I0.3）是止动电磁铁（Q0.3），并保持3秒（T101）否延时时间到了吗(T101)是停止电磁铁输出（Q0.3）红色指示灯亮（Q0.5）绿色指示灯灭（Q0.2）是停止加盖电机放件（Q0.1）延时3秒（T38）加盖电机取件（Q0.0）否取件限位检测（I0.2）是停止加盖电机取件（Q0.0）图4—4 加盖单元控制流程图

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加盖单元I/O分配表

表4—2 加盖单元I/O分配表

形式 序号 1 2 3 4 输入 5 6 7 8 9 1 2 3 4 输出 5 6 7 8 发送地址 接收地址 传送电机 红色指示灯 蜂鸣器报警 蜂鸣器报警 Q0.4 Q0。5 Q1。6 Q1。7 M2 HL1 HA1 HA2 名称 上盖检测 托盘检测 取件限位(复位) 放件限位(至位） 手动/自动按钮 启动按钮 停止按钮 急停按钮 复位按钮 电机取件 电机放件 绿色指示灯 直流电磁吸铁 PLC地址 I0。0 I0。1 I0。2 I0.3 I2.0 I2。1 I2.2 I2。3 I2。4 Q0.0 Q0.1 Q0。2 Q0。3 编号 S2 S1 SQ1 SQ2 SA SB1 SB2 SB3 SB4 KM1 KM2 HL2 YM EM277总线模块设置的站号为：12 与总站通讯的地址为：4~5 地址设置 V2。0—--—V3.7(200PLC—→300PLC） V0。0----V1。7(200PLC←—300PLC）

加盖单元梯形图

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3.3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

1。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。

2。销钉气缸发出至位检测信号，结束推进，2秒后自动退回。 3.气缸复位，3秒后，止动气缸动作使限位杆落下将托盘放行。

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4。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

初始状态

直线传动电机运行（Q0.3）

红色指示灯亮（Q0.4）

否 托盘检测（I0.1）

是

绿色指示灯亮（Q0.1）

红色指示灯灭（Q0.4）

销钉检测（I0.0）

否

延时3秒（T101）输出穿销 气缸（Q0.2） 否

穿销气缸至位（I0.2）

是

延时2秒（T104），停止穿

销气缸（Q0.2）

否 穿销气缸复位（I0.3）

图4-6穿销单元控制流程图

是延时3秒（T102），输出止动气缸（Q0.0），并保持3秒（T110）否延时时间到了吗（T110）是停止气缸输出（Q0.0）红色指示灯亮（Q0.4）绿色指示灯灭（Q0.1） 23

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穿销单元梯形图

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4 S7-300 PLC硬件组态及编程

系统的软件设计主要是在STEP 7环境下完成。STEP 7是西门子公司为

SIMATIC S7 系列PLC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STEP 7编程软件的使用，能够用至少一种编程语言（指令

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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SIMATIC Manager（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

3选择组织块OB1，且选用梯形图编程方式-LAD

4、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LAD

图5—3择组织块OB1

5、在对话框中给新建项目并命名

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图5—4新建项目

6、点击TEST1下拉菜单，选择SIMATIC 300 Station，并双击/或右键点

HardwareOPEN OBJECT，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

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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Properties

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10、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SUBNET的NEW按钮,弹出PROFIBUS NET的窗口将.点中NETWORK

SETTING按键，设置完PROFIBUS—DP的参数 点击OK；

图5—10PROFIBUS NET的窗口

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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PROFIBUS DP\\点开Additional Field Devices\\

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点开PLC\\点开SIMATIC\\选中EM 277PROFIBUS-DP，将其拖到左面PROFIBUS(1）：DP master system(1）上;

图5—13组态EM277M模块

14、立即会弹出EM 277PROFIBUS—DP通讯卡设置画面;DP地址可以改动，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5-14EM 277PROFIBUS-DP通讯卡

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15、点开EM 277PROFIBUS-DP \\选中Universal module,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。

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图5-16设置其输入输出的起始地址

17、按照上面步骤组态其它EM277模块,分配其地址。

图5—17组态其EM277模块

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18、点击，Save and Complice,存盘并编译硬件组态，完成硬件组态工作。

图5-18编译硬件组态

19、检查组态，点击STATION \\Consistency check ,如果弹出NO error 窗口,则表示没有错误产生! 组态完成。

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图5-19组态完成

4.2 S7-3OO PLC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： 表1为主站控制变量的传送分配表 主站 接收站 主站地址主址站输出地Q17。4 Q3。4 传送方向 接址收变量地 V1.4 V1。4 V1。4 V1.4 V1。4 站点名称总线站号 S7-300→S7-200 S7—300→S7—200 S7-300→S7—200 S7-300→S7-200 S7-300→S7—200 下料单元 加盖单元 穿销单元 检测单元 分拣单元 10 08 12 14 16 I0。0 Q5.4 Q7.4 Q15。4 39

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I0。1 Q17。5 Q3.5 Q5。5 Q7.5 Q15。5 I0。2 Q17.6 Q3。6 Q5.6 Q7。6 Q15.6 I0。3 Q17。7 Q3.7 Q5。7 Q7.7 Q15.7 S7-300→S7—200 S7-300→S7—200 S7—300→S7-200 S7—300→S7—200 S7—300→S7-200 S7-300→S7—200 S7-300→S7—200 S7-300→S7—200 S7—300→S7—200 S7—300→S7—200 S7—300→S7—200 S7—300→S7—200 S7—300→S7—200 S7—300→S7-200 S7—300→S7—200 V1.5 V1.5 V1.5 V1。4 V1.4 V1.6 V1.6 V1。6 V1。6 V1.6 V1。7 V1.7 V1.7 V1.7 V1。7 下料单元 加盖单元 穿销单元 检测单元 分拣单元 下料单元 加盖单元 穿销单元 检测单元 分拣单元 下料单元 加盖单元 穿销单元 检测单元 分拣单元 10 08 12 14 16 10 08 12 14 16 10 08 12 14 16 4.3 S7—3OO PLC在系统中的主站控制的基本要求

主站的输入、输出编号设置情况如下表:

表5—2 主站的I/O编号设置

形式 序号 1 输入 2 3 4 输出 1 2 名称 启动按钮 停止按钮 复位按钮 急停按钮 红色指示灯 黄色指示灯 40

PLC地址 I0.0 I0。1 I0。2 I0.3 Q0。0 Q0。1 备注 聊城大学东昌学院本科毕业论文（设计）

3 4 5 绿色指示灯 启动按钮灯 停止按钮灯 Q0.2 Q0.3 Q0.4 4。4 S7-300 PLC梯形图 S7—300PLC的梯形图说明:

“启动按钮I0.0”：当所有单元均处于预备工作状态时按下此按钮，首先启动生产线的底层传送电机运转且燃亮各分站的红色指示灯，此后根据系统设计程序各分站按顺序进行相应的动作。

“停止按钮I0。1”：当按下此按钮时所有站的动作均处于停止状态，按启动后可继续工作。

“复位按钮I0.2\"：当按下此按钮时总站的三色指示灯的黄灯亮，并且对各个分站进行初始化复位，所有标志位或计数器都将清零，重新计算.

“急停按钮I0。3”:当发生突发事故时，应立即拍下急停按钮，系统将强制性将所有设备即刻处于停止工作状态（此时所有其它按钮都不起作用)。排除故障后需旋起急停按钮，并按下复位按钮，待各机构回复初始状态后按下启动按钮，系统方可重新开始运行。

S7—300PLC的梯形图如下：

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5总结

本次课程设计使我对生产线设计过程有进一步了解对机电产品的有关的

控制知识有了深刻的认识. 因为理论知识学的不牢固在设计遇到了不少问题

进一步提高观察、

如遗忘以前学过的专业基础知识。通过理论与实际的结合

分析和解决问题的实际工作能力，以便培养成为能够主动适应社会主义现代化建设需要的高素质的复合型人才。运用学习成果，把理论运用于实际得以提升,形成创新思想。

使理论

6参考文献

[1］吕景泉。可编程序控制器及其应用［M]。北京：机械工业出版社,2001 ［2］北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS嵌入式用户手册［Z].北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司,2000

［3]杨长能,张光毅。可编程序控制器基础及其应用［M]．重庆大学出版社,1992

［4］廖常初.PLC编程及应用［M］.北京：机械工业出版社，2005 ［5］北京昆仑通态自动化软件科技有限公司.MCGS用户指南［Z]。北京：北京昆仑通态自动化软件科技有限公司，2005

[6］江正战.串行通信接口标准RS-423/422/485及其应用［J］．电子技术应用，1994

［7]蔡红斌。电气与 PLC 控制技术[M].北京：清华大学出版社,2007 ［8]范永胜,王岷主编。电气控制与 PLC 应用［M］。北京：中国电力出版社，2004

[9]陈立定.电气控制与可编程控制器[M］。北京:高等教育出版社，2002

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7致谢

在毕业设计中，我将掌握的专业理论知识很好地运用到了生产线设计的实

践中,做到了理论和实践相结合，在实践中加深了对专业理论知识的理解，并提升了对理论知识的运用能力，获得了许多宝贵的经验。了解了的基本知识巩固了我对PLC与机械自动化专业知识的学习,但在这次毕业设计中的最大收获并不是掌握这几门开发工具的应用，而是理解了学习,勇于实践的重要性，以及与同学们之间相互帮助的精神。

在论文完成之际,我诚挚地感谢我的导师吴老师从理论学习、选题、软件工作实践到设计论文的撰写， 老师都给予本人悉心的指导，这些珍贵的学习过程，将永记于心,激励着我继续前行。

感谢聊城大学东昌学院的领导和老师们。作为一名毕业生，我的学习、工程实践和论文工作得到学院所有领导和老师的极大的关心和支持，正是有了你们的帮助，我的学业才得以完成.

感谢我所有的同事和朋友们，没有你们的鼓励和帮助，论文撰写不可能如此顺利。

感谢各位专家评委对我的论文的悉心批评与指正.

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