基于PLC控制的MPS供料单元系统设计

1设备故障诊断与维修基于 PLC 控制的 MPS 供料单元系统设计综合实训姓 名学 号班 级院 系组 号指导老师2目录第一章 任务描述 .41.1 实训意义 .41.2 任务 .41.3 任务实施 .5第二章 调研 .62.1 国内外概况 .62.2 调研结论 .7第三章 方案设计 .93.1 机械结构方案 .93.3 电气方案 .103.2 气动方案 .103.4 控制方案 .11第四章 技术设计 .134.1 机械零件设计 .134.2 气动元件选型 .134.3 电气原件选型 .154.4 重要部件描述 .18第五章 硬件设计 .205.1 电气原理图 .205.2 电路 .215.3 I/O 接线表 .215.4 电源 .22第六章 软件设计 .246.1 顺序功能图 .246.2 PLC 程序 .25第七章 调试 .357.1 调试计划 .357.2 过程 .357.3 故障 .363第八章 体会 .37第九章 参考文献 .384第一章 任务描述1.1 实训意义MPS 是FESTO 公司结合现代工业特点开发研制的模拟自动化生产过程，集机械，电子，通讯为一体高度集成的机电一体化教学装置，这套装置的设计目的旨在培养能够综合应用自动化领域相关知识的专业技术人才，将给授训者提供一个很好的锻炼平台以更好的理解和掌握自动化领域的相关专业知识。具体可使受训者从下列几个方面得到提高：一、对气动自动化的学习本设计拟采用气动自动化控制技术作为MPS 执行机构的控制方案，所以要求受训者要重视和加强对气动自动化控制技术相关知识的学习。二、对PLC 知识的学习由于本设计下位控制器拟采用PLC 控制，所以要求受训者学习PLC 相关知识，包括PLC 的选型、编程、调试等，所以将使受训者在PLC 方面得到提高。三、对自动化技术新的认识本设计还将用到传感器、执行器等知识。通过这个设计过程，必将使我们对自动化控制技术有一个总体的把握和全新的认识，对我们以后的学习和工作具有重要帮助。1.2 任务以 STEP7 为开发平台，设计一个 PLC 控制系统，使其能够对 MPS 供料单元进行实时动态控制，以保证完成相应的工艺要求。1、MPS 中供料单元的生产工艺过程简介；2、硬件组态，网络连接与配置；3、根据工艺要求画出程序流程框图；4、编写控制程序并加上必要的注释；5、设计说明书（包括：封面、目录、任务书、供料单元工艺简介、硬件组态、网络连接与配置、程序流程框图、程序清单、总结体会、参考文献等） ，全文要求逻辑严密、条理清晰，文字流畅，理论联系实际，符合科技写作规范。51.3 任务实施任务要求：1、熟悉 MPS 工艺流程，查阅相关科技文献，掌握控制、检测、通讯等技术要求；2、完成 MPS 供料单元相关工艺流程所要求的顺序动作；3、进行系统调试；4、撰写实验训练说明书。任务进度安排：第一周： 星期一 讨论设计题目 星期二至星期五 了解工艺过程，学习相关软件 硬件组态、网络连接与配置 第二周： 星期一至星期三 绘制程序流程图、编写控制程序 星期四 系统调试 星期五 撰写说明书6第二章 调研2.1 国内外概况国外情况国外自动化技术的发展趋势是系统化、柔性化、集成化和智能化。自动化技术不断提高光电子、自动化控制系统、传统制造等行业的技术水平和市场竞争力，它与光电子、计算机、信息技术的融合和创新，不断创造和形成新的行业经济增长点，同时不断提供新的行业发展的管理战略哲理。如并行工程（CE） 、敏捷制造（AM）等。数控技术于模块化、网络化、多媒体和智能化；CAD/CAM 系统面向产品的整个生命周期；自动控制内容发展到对产品质量的在线监测与控制，设备运行状态的动态监测、诊断和事故处理、生产状态的监控和设备之间的协调控制与连锁保护，以及厂级管理决策与控制等；系统网络普遍以通用计算机网络为基础；自动化控制产品正向着成套化、系列化、多品种方向发展；以自动控制技术、数据通信技术、图象显示技术为一体的综合性系统装置成为国外工业过程控制的主导产品，现场总线成为自动化控制技术发展的第一热点；可编程控制器（PLC）与工业控制系统（DCS）的实现功能越来越接近，价格也逐步接近，国外自动控制与仪器仪表领域的前沿厂商已推出了类似 PCS（Process Control System）的产品。世界自动化产业发展势头迅猛。传感器技术、开放式工业过程自动化系统、现场总线技术等自动化技术已形成一定的产业规模，其中 90 年代传感器在美国、日本的市场总销售额已超过 100 亿美元。国内情况随着工业信息化深入发展，我国的工业自动化产业进入由模仿向自主创新、由中国制造向中国创造的转换进程。自“十五”计划起，我国开启两化融合进程以来，工业自动化行业进入了高速发展的通道。由于工业自动化技术在提高生产安全性、提高生产效率、提高产品质量以及降低能源消耗方面具有明显的作用，是传统工业向现代工业转变的重要手段；同时，工业自动化是多门电子技术和信息技术为一体的综合性技术，其产业规模的扩大有助于带动电子、通信、仪器仪表、光学、声学等多产业的快速发展，进而实现整个工业结构7和经济结构的调整。在当下全球制造业开启“工业 4.0”进程的时候，我国亦提出了“工业 2025”计划，工业自动化行业将在中国制造业的未来发展起到举足轻重的作用，未来仍将保持较快的发展速度。工业自动化是为我国国民经济各行业提供自动化、信息化、智能化控制系统和技术装备的战略性产业，产业关联度高、吸纳就业能力强、技术资金密集，是各行业产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。由于劳动力成本的增加、生产效率及产品质量要求的提高、生产方式向精益化的转变所引起的制造业产业升级和自动化程度的提高都将推动工业自动化市场的增长。工业自动化产品主要指应用在污水处理、汽车制造、矿山开采、物流仓储、工程机械等领域的自动化检测、定位、报警、控制系统及相关仪器仪表设备。MPS又称模块化生产加工系统，是FESTO 公司结合现代工业特点开发研制的一套集机械，电子，通讯为一体的高度集成的机电一体化教学装置。MPS由供料单元检测单元加工单元Robot 单元成品分装单元等五个工作站组成，具有综合性模块化及易扩充等特点，可由基础部分的简单功能及加工顺序逐步扩展到复杂的集成控制系统 。各个单元完成不同的功能，其中供料单元主要完成工件供给工作，检测单元主要对工件进行检测并将合格工件输送到加工单元；在加工单元, 主要对工件打磨、钻孔等。最后，在Robot 单元将加工后的工件输送到存储单元，存储单元则根据产品的颜色、材质进行分类存储。这5个单元分别由5 台PLC 控制, 各单元执行组件的动作信息均来自于传感器, 用PLC 控制这些传感器信号就可以控制各单元的动作。2.2 调研结论我国工业自动化行业的发展起步以引进成套设备开始，同时进行消化吸收、二次开发和应用。目前我国工业自动化技术、产业和应用都有了很大发展，工业自动化技术正向智能化、网络化和集成化方向发展。近年来，随着我国工业自动化市场发展不断加快，工业自动化控制的需求水平大幅上涨。与国际发达国家相比，我国工业自动化控制技术的使用程度和技术发展水平仍存在不同程度的差距。从市场的角度来看，该行业的尖端技术和设备均被国外大型公司所掌控。目前国内从事自动化应用的企业所拥有的技术仍处于中级水平，但是国内企业正在逐步依靠价格、地域等自身优势获取更多的市场份额。根据我国“十二五”8规划， “十二五”期间我国经济增长将继续保持较高的增长速度。水处理、汽车及矿山工业等行业将是新的增长动力，这些行业将担负起对工业自动化整体解决方案的需求。国内经济发展带来良好机遇的同时预示着我国工业自动化行业良好的发展前景。我国工业自动化行业正处于成长期，符合当前升级转型的趋势，发展前景广阔。工业自动化行业技术含量高，通常集电气控制系统、传感器系统、机械系统、信息管理系统及网络系统等多种技术于一体，具有很高的生产效率和可靠的质量保证措施，对于减少生产过程对人工的依赖与提高生产自动化程度具有重要作用，从而被广泛应用于污水处理、汽车制造、矿山开采、物流仓储、工程机械等多个领域，与全国整体经济发展状况的关联度较大。长期以来，受惠于新建及技术改造项目与基础设施建设不断增加，行业总体规模一直保持持续稳步增长。9第三章 方案设计3.1 机械结构方案(1)供料单元的功能供料单元是 MPS 中的起始单元，在整个系统中，起着向其他工作单元提供原料的作用，相当于实际生产加工系统中的自动上料系统。他的具体功能是：按照需要的将放置在料仓中的代加工工件自动的取出，并将其传送到下一个工作单元检测单元（2）供料单元的结构组成供料单元的结构组成如图 3-1-1 所示。其主要由 IO 接线端口、真空发生器、真空检测传感器、对射式光电传感器、磁感应式接近开关、CPV 阀组、消声器、气源处理组件、进料模块、转运模块、走线槽、铝合金板等组成。其中最核心部件为进料模块和转运模块。 图 3-1-1进料模块如图 3-1-2 所示。该模块用于存储工件原料，并在需要时讲料仓中的工件分离出来，为转运模块做准备。该模块名由料仓、退料杆，双作用气缸、对射式光电传感器组成。推料杆固定在气缸活塞杆上，有推料缸带动它工作，其作用是将料仓中最底部的工件推到机械极限位置，该位置是准运模块的工作位置。推料缸的推出和缩回速度由单向节流阀控制调节图 3-1-210转运模块转运模块是一个气动提取装置，结构如图 3-1-3 所示。主要功能是抓取工件，并转送的下一个工作单元。由摆动气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置和行程开关组成。图 3-1-33.3 电气方案常 规 继 电 控 制 就 是 利 用 继 电 器 、 电 磁 阀 、 空 气 开 关 、 行 程 开 关 等 一 些 传 统 的 工 业 控制 器 件 来 实现 对 工 矿 企 业 设 备 的 控 制 。 这 种 控 制 方 法 所 用 器 件 多 ， 设 备 庞 大 ， 控 制 逻 复 杂 ， 系 统 延 时性 大 ， 稳定 性 差 ， 不 易 集 中 管 理 。 所 以 适 合 于 那 些 控 制 逻 辑 简 单 ， 被 控 对象少，对稳定性要求不是很高的控制系统。3.2 气动方案气动控制系统是该系统的执行机构，该执行机构的控制逻辑功能是有 plc 控制实