设计基于PLC的自动化生产线毕业论文

摘要本文设计了一套基于 PLC 的自动化生产线控制系统。该控制系统由可编程控制器、传感器、气动设备等构成。通过接近开关等传感器等实现机械手的精确运动。控制系统采用三菱 FX2N-48MT 型号的PLC 设计，主要完成模拟量数据的采集，操作质量的维护，调试和安装。完成机械手搬运物料的全部过程。本次设计的控制系统实现了机械手搬运物料过程的自动控制，可在空间抓放物体，动作灵活多样，并可根据运动流程的要求随时更改相关参数，代替人工在高温和危险的作业区进行作业。有效的提高了生产管理水平。【关键词】 PLC；机械手；传感器；气动设备目 录第一章 自动化概述 .31.1 自动化生产线发展历史 .31.2 自动化生产线控制系统的选题背景及意义 .41.3 自动化生产线控制系统简介 .4第二章 设计方案 .52.1 THJDQG-1 型自动化生产线简介 .52.1.1 产品特点 .62.1.2 技术性能 .62.2 实训工作任务 .62.3 系统组成 .82.4 运行过程 .8第三章 搬运机械手单元核心技术应用 .123.1 搬运机械手单元中传感器的使用 .123.2 搬运机械手单元中气动技术 .123.3 搬运机械手单元中的 plc 技术 .13第四章 搬运机械手单元的程序设计 .144.1 气动控制原理图 .14I/O 分配 .15I/O 接线图 .15结论 .17致谢 .18参考文献 .19第一章 自动化概述1.1 自动化生产线发展历史二十世纪 20 年代，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。在二十世纪 20 年代之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动生产线的数目急剧增加。第一阶段40 年代-60 年代初需求动力：市场竞争,资源利用,减轻劳动强度,提高产品质量,适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段,主要特点是:各种单机自动化加工设备出现,并不断扩大应用和向 纵深方向发展。典型成果和产品：硬件数控系统的数控机床。第二阶段60 年代中-70 年代初期需求动力：市场竞争加剧,要求产品更新快,产品质量高,并适应大中批量生产需要和减轻劳动强度。主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志,其主要特点是:在单机自动化的基础上,各种组合机床、组合生产线出现,同时软件数控系统出现并用于机床,CAD、CAM 等软件开始用于实际工程的设计和制造中,此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。 典型成果和产品：用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。第三阶段70 年代中期-至今需求动力：市场环境的变化,使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重,要求自动化技术向其广度和深度发展,使其各相关技术高度综合,发挥整体最佳效能。主要特点：自 70 年代初期美国学者首次提出CIM 概念至今,自动化领域已发生了巨大变化,其主要特点是:CIM 已作为一种哲理、一种方法 逐步为人们所接受;CIM 也是一种实现集成的相应技术,把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。所谓哲理,就是企业应根据需求来分析并克服现存的“瓶颈”,从而实现不断提高实力、竞争力的思想策略;而作为实现集成的相应技术,一般认为是:数据获取、分配、共享;网络和通信;车间层设备控制器;计算机硬、软件的规范、标准等。同时,并行工程作为一种经营哲理和工作模式自 80 年代末期开始应用和活跃于自动化技术领域,并将进一步促进单元自动化技术的集成。 1.2 自动化生产线控制系统的选题背景及意义自动化技术是新的技术革命的一个重要方面，自动化是机器设备或生产过程在不需要人工直接干预的情况下，按预期的目标实现测量、操纵等信息处理和过程控制的统称。自动化技术就是探索和研究实现自动化过程的方法和技术。它是涉及机械、微电子、计算机、机器视觉等技术领域的一门综合性技术。工业革命是自动化技术的助产士。正是由于工业革命的需要，自动化技术才冲破了卵壳，得到了蓬勃发展。同时自动化技术也促进了工业的进步，如今自动化技术已经被广泛的应用于机械制造、电力、建筑、交通运输、信息技术等领域，成为提高劳动生产率的主要手段自动化技术的研究、应用和推广,对人类的生产、生活的方式将产生深远影响。目前我国正在推行的利用信息技术(包括计算机、自动化等)来改造旧生产工艺和提高产品数量和质量、提高管理及经营水平的政策以信息化带动工业化的政策,就是例证。可以深信,国家的这个政策必将促进自动化新技术的发展和对我国工业、管理和国防的现代化发生巨大的影响1.3 自动化生产线控制系统简介自动化生产线是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。狭义的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。生产线的种类，按范围大小分为产品生产线和零部件生产线，按节奏快慢分为流水生产线和非流水生产线，按自动化程度，分为自动化生产线和非自动化生产线。生产线具有较大的灵活性，能适应多品种生产的需要；在不能采用流水生产的条件下，组织生产线是一种比较先进的生益产组织形式；在产品品种规格较为复杂，零部件数目较多，每种产品产量不多，机器设备不足的企业里，采用生产线能取得良好的经济效。第二章 设计方案2.1 THJDQG-1 型自动化生产线简介1 本次设计是基于天煌公司的 THJDQG-1 型_的机械手的设计，而此产品的概述如下，本 装 置 是 一 种 最 为 典 型 的 光机电气一 体 化 产 品 ， 是 为 职 业 院 校 、 职 业 教 育培 训 机 构 而 研 制 的 ， 适 合 机 电 一 体 化 、 电 气 自 动 化 等 相 关 专 业 的 教 学 和 培 训 。它 在 接 近 工 业 生 产 制 造 现 场 基 础 上 又 针 对 教 学 及 实 训 目 的 进 行 了 专 门 设 计 ， 强化 了 光机电气一 体 化 的 安 装 与 调 试 能 力 。 本 装 置 由 导 轨 式 型 材 实 训 台 、 光机电气一 体 化 设 备 部 件 、 电 源 模 块 、 按 钮 模 块 、 PLC 模 块 、 变 频 器 模 块 、 交 流 电 机 模 块 、步 进 电 机 及 驱 动 器 模 块 、 模 拟 生 产 设 备 实 训 单 元 （ 包 含 上 料 机 构 、 皮 带 输 送 线 、搬 运 机 械 手 、 分 类 仓 储 等 ） 和 各 种 传 感 器 等 组 成 。 采 用 开 放 式 和 拆 装 式 结 构 设 计 ，可 根 据 现 有 的 机 械 部 件 组 装 生 产 设 备 ， 使 整 个 装 置 能 够 灵 活 的 按 实 训 教 学 需 要 组装 光机电气一 体 化 设 备 。 装 置 采 用 工 业 标 准 结 构 设 计 及 抽 屉 式 模 块 放 置 架 ， 组合 方 便 。 控 制 对 象 均 采 用 典 型 机 电 设 备 部 件 ， 接 近 工 业 现 场 环 境 ， 满 足 实 训 教 学或 技 能 竞 赛 需 求 。 本 装 置 涵 盖 了 机 电 一 体 化 和 电 气 自 动 化 专 业 中 所 涉 及 的 PLC 控制 、 变 频 调 速 、 步 进 调 速 、 传 感 检 测 、 气 动 、 机 械 结 构 安 装 与 系 统 调 试 等 内 容 ，为 培 养 可 持 续 发 展 的 光机电气一 体 化 高 技 能 人 才 提 供 一 个 良 好 的 平 台 。2.1.1 产品特点1. 该 装 置 融 典 型 机 电 一 体 化 设 备 机 械 部 件 安 装 、 气 动 系 统 的 安 装 与 调 试 、电 气 控 制 电 路 的 安 装 和 PLC 编 程 、 机 电 设 备 安 装 与 调 试 、 自 动 控 制 系 统 安 装 与 调试 于 一 体 ， 满 足 实 训 教 学 和 竞 赛 的 需 要 。2. 该 实 训 考 核 装 置 有 PLC 模 块 I/O 端 子 、 变 频 器 接 线 端 子 、 交 流 电 机 接 线端 子 、 步 进 电 机 驱 动 器 接 线 端 子 、 各 常 用 模 块 与 PLC 连 接 端 子 ， 均 采 用 安 全 插 座 ，使 用 带 安 全 插 头 的 导 线 进 行 电 路 连 接 ； 各 光 电 开 关 、 行 程 开 关 、 传 感 器 和 指 示元 件 的 电 路 ， 则 通 过 端 子 排 进 行 连 接 。 插 拔 线 连 接 电 路 与 端 子 排 连 接 电 路 相 结合 ， 既 保 证 学 生 基 本 技 能 的 训 练 、 形 成 和 巩 固 ， 又 保 证 电 路 连 接 的 快 速 、 安 全和 可 靠 。2.1.2 技术性能1. 输 入 电 源 ： 三 相 五 线 AC380V10% 50Hz2. 工 作 环 境 ： 温 度 -10 40 相 对 湿 度 85%（ 25 ） 海 拔 4000m3. 装 置 容 量 ： 1.5kVA4. 外 形 尺 寸 ： 120cm80cm130cm5. 安 全 保 护 ： 具 有 漏 电 压 、 漏 电 流 保 护 ， 安 全 符 合 国 家 标 准2.2 实训工作任务1. 气动系统的安装与调试通过配置的单杆气缸、导杆气缸、旋转气缸、气动手爪等气动执行元件和单控电磁换向阀和磁性开关等气动控制元件，可完成下列气动技术的工作任务： 气动执行元件的安装 气动方向控制元件的安装 气动速度控制的调试 气动顺序控制回路的安装 气动机械手臂的安装 气动系统安装与调试2. 电气控制电路的安装通过配置的交流电机、步进电机、指令开关和传感器等，可完成下列电气安装的工作任务： 交流电机正反转控制电路的连接 交流电机调速控制电路的连接 步进电机控制电路的连接 传感检测电路的连接3. PLC 编程 步进电机控制程序编写 异步电机正反转控制程序编写 异步电机调速控制程序编写 搬运机械手控制程序编写 皮带输送线控制程序编写 光机电气一体化设备控制程序编写4. 机电设备安装与调试通过配置的光机电气一体化设备部件、PLC 模块、变频器模块、步进电机模块、指令开关和传感器等，可完成下列光机电气设备安装和光机电气一体化技术的工作任务： 工件库及工件推出设备的安装与调试 皮带输送线设备的安装与调试 搬运机械手设备的安装与调试 运料小车的安装与调试 光机电气一体化设备安装与调试5. 自动控制系统安装与调试通过配置的光机电气一体化设备部件、PLC 模块、变频器模块、步进电机模块、指令开关和传感器等，可完成下列光机电气设备安装和光机电气一体化技术的工作任务： 上料结构和皮带输送线的自动控制 搬运机械手的自动控制 运料小车的自动控制 光机电气一体化的自动控制 通过考核或技能竞赛，可考察的职业能力 机械构件的装配与调整能力 机电设备的安装与调试能力 电路安装与调试能力 气动系统的安装与调试能力 光机电气一体化设备控制程序编写能力2.3 系统组成光机电气一体化控制实训系统由型材导轨式实训台、典型光机电气一体化设备机械部件、PLC 模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块（包含上料机构、皮带输送线、搬运机械手、分类仓储等） 、接线端子排、各种传感器、警示灯和气动电磁阀等组成。整体结构采用开放式和拆装式设计，学生可以组装、接线、编程和调试由上料机构、皮带输送机构、搬运机械手机构和分类仓储机构组成的光机电气一体化设备。2.4 运行过程1. 上 料 机 构在 复 位 完成后 ， 点 动 “启 动 ”按 钮 ， 料 筒 光 电 传 感 器 检 测 到 有 工 件 时 ， 延时 两 秒 后 ， 推 料 气 缸 将 工 件 推 出 至 皮 带 输 送 线 ， 若 10 秒 钟 后 ， 料 筒 检 测 光 电 传感 器 仍 未 检 测 到 工 件 ， 则 说 明 料 筒 内 无 物 料 ， 这 时 警 示 黄 灯 闪 烁 ， 放 入 物 料 后 黄灯 熄 灭 ； 推 料 气 缸 推 出 物 料 后 会 立 即 缩 回 ， 工 件 下 落 。 当 搬 运 机 械 手 夹 起 物 料后 ， 又 重 复 上 述 过 程 。2. 皮 带 输 送 机 构井式工件库光电传感器单杆气缸磁性传感器警示灯安装支架当 物 料 被 推 料 气 缸 推 出 后 ， PLC 启 动 变 频 器 ， 三 相 交 流 异 步 电 机 以 30Hz 的频 率 运 行 ， 皮 带 开 始 输 送 物 料 。 物 料 分 别 经 过 第 一 、 第 二 、 第 三 传 感 器 时 ， 传 感器 会 把 检 测 到 的 信 号 传 给 PLC， PLC 判 别 物 料 ， 为 分 类 仓 储 机 构 做 准 备 。 物 料 被传 送 带 运 送 到 终 点 时 ， 变 频 器 停 止 运 行 ， 传 送 带 停 止 工 作 。 上 料 机 构 的 推 料 气 缸推 出 物 料 后 ， 再 重 复 上 面 的 过 程 。3. 搬 运 机 械 手 机 构当 物 料 送 到 终点后 ， 机 械 手 手 臂 下 降 ， 手 臂 下 限 位 传 感 器 检 测 到 位 后 ， 气动 手 爪 抓 取 物 料 ,手 爪 夹 紧 限 位 传 感 器 检 测 到 夹 紧 信 号 后 ， 手 爪 气 缸 上 升 。 手 爪提 升 限 位 传 感 器 检 测 到 位 后 ； 手 臂 向 右 旋 转 。 手 臂 旋 转 完 成 一 定 角 度 后 ， 延 时 2秒 ， 机 械 手 手 臂 下 降 。 手 臂 下 限 位 传 感 器 检 测 到 位 后 ， 气 动 手 爪 放 开 物 料 ,手 爪气 缸 上 升 。 手 爪 提 升 限 位 传 感 器 检 测 到 位 后 ， 手 臂 向 左 旋 转 ， 等 待 下 一 个 物 料 到位 ， 重 复 上 面 的 过 程 。4. 分 类 仓 储 机 构三相异步电机旋转编码器色标传感器电感传感器电容传感器传送带货台推料气缸运料小车磁性传感器步进电机 步进电机驱动器当 机 械 手 把 物 料 放 到 运 料 小 车 上 后 ， PLC 启 动 步 进 电 机 ， 并 根 据 第 2 步 中 传感 器 发 来 的 信 息 ， 把 物 料 运 送 到 相 应 的 货 台 位 置 ， 然 后 推 料 气 缸 把 物 料 推 到 货 台上 ， 运 料 小 车 再 回 到 起 始 位 置 ， 等 待 下 一 物 料 到 位 ， 重 复 上 面 的 动 作 。5. 启 动 、 停 止 、 复 位 、 警 示(1) 系 统 上 电 后 ， 点 动 “复 位 ”按 钮 后 ， 系 统 复 位 。 这 时 ， 应 将 料 台 、 皮 带上 工 件 清 空 。 点 动 “启 动 ”按 钮 ， 警 示 绿 灯 亮 。 缺 料 时 ， 延 时 10 秒 后 警 示 黄 灯闪 烁 ； 放 入 工 件 后 ， 警 示 黄 灯 闪 烁 停 止 ， 设 备 开 始 运 行 。 运 行 过 程 中 ， 不 得 人 为干 预 执 行 机 构 ， 以 免 影 响 设 备 正 常 运 行 。(2) 按 “停 止 ”按 钮 ， 所 有 部 件 停 止 工 作 （ 除 运 料 小 车 ） ， 警 示 红 灯 亮 ； 缺 料时 ， 延 时 10 秒 后 警 示 黄 灯 闪 烁 ； 放 入 工 件 后 ， 警 示 黄 灯 闪 烁 停 止(3) 。6. 突 然 断 电 的