自动控制流水线系统设计要点

1、本科生毕业设计（论文）摘要1Abstract2第一章前言41.1 生产流水线发展史41.2 常用的生产流水线分类4第二章自动控制流水线模型简介62.1 工作平台62.2 过程单元6第三章系统总体设计方案83.1 系统整体设计方案论证8方案一：DCS空制系统8方案二：PLC控制系统83.2 比较及选型93.3 PLC发展状况及本次设计的选型93.4 系统整体框图12第四章流水线检测系统设计 134.1 传送带检测控制设计 134.2 机械手检测传感器144.3 料仓检测传感器选择154.4 仓库检测16第五章 自动流水线控制系统的逻辑模块化设计 185.1 自动流水线设计概述 185.2 取料模

2、块的设计 185.3 加工模块的设计 205.4 装配模块的设计225.5 分拣模块的设计235.6 流水线传动模块设计245.7 启动和停车模块2535.8发生错误和特殊情况及复位模块 25第六章 基于ControlLogix 的自动控制流水线系统276.1 系统构成276.1.1各层间的网络连接276.2 Controllogix 及其通信模块介绍316.2.2 Co ntrollogix 通信模块31第七章基于ControlLogix流水线的编程337.1 编程语言337.2 编程指令337.2.1 一般性指令 347.3 控制程序框架347.4软件流程图37第八章 总结41参考文献：

3、42致谢44附录1 45附录2 47附录3 47Common system comp onents 47Hardware solutio ns51Supervisory Station 52硬件解决方案 56监控站57I s劈本科生毕业设计（论文）伴随着科技的发展和进步，原有的工业生产能力已经不能满足现代工业生产 的要求，所以工业控制自动化的出现弥补了这一缺陷，它不仅大大的提高了工业 生产效率还节省了大量的劳动力进而节省了资本，促进了工业的发展。PLC在工业界的应用越来越广泛，目前它已经在自动控制领域扮演了很重要的角色，并且 在整个工业生产自动化进程中起到一定的推动作用。本文详细的介绍了如何使

4、用 PLC软硬件设备搭建和运行一个比较完整的自动控制流水线系统的内容和步骤。内容是以自动流水线模型为基础，通过PLC来控制整个生产工艺流程，包括取料，加工，装配，分拣四个基本模块。按照步骤 划分，全文共分三大块：1.流水线系统硬件的详细说明；2.控制思想的建立；3.控 制程序编写。在第一部分，文章介绍了生产流水线的概况及其发展状况。其中包括流水线 的硬件设计跟整个工艺流程上的检测和控制逻辑模块化设计思想。在第二部分，首先说明如何使用罗克韦尔的编程软件 RSIinx使工作站与流水线 上设备建立连接及对流水线进行直接测试；在后面介绍了编写控制程序所需要的 一些基础知识，例如控制程序构成，编程指令等

5、。在第三部分，首先说明如何建立一个控制程序，并且进行合理的配置；然后 对硬件添加和配置，控制对象添加和配置，数据类型的建立和控制器标签的声明； 在此基础上，最后对使用梯形图编写的控制程序任务（ Tasks）做了详细和透彻说 明。关键词：RSlinx，PLC，逻辑模块化，例程1AbstractWith the developme nt and progress of scie nee and tech no logy, existi ng in dustrial capacity can not meet the requireme nts of moder n in dustrial prod

6、ucti on, therefore the in dustrial con trol automatio n's appeara nee has made up this flaw, it not on ly big enhan ceme nt in dustrial product ion efficie ncy but also has saved the massive labor forces the n to save the capital. promoted the in dustry developme nt . PLC is gett ing more and mo

7、re widespread in the in dustrial world applicati on , at prese nt it had already played the very importa nt role in the automatic control domain, and plays certain promotion effect in entire in dustrial producti on automati on adva nceme nt .in cludi ng the withdrawal,process ing, assembli ng, sort

8、ing the four basic modules.This article describes in detail how to use PLC hardware and software compa nies to build and run a relatively complete system of automatic. The content is take the automatic assembly line model as a foundation ,through the PLC to control the entireproducti on process.By c

9、ontent divisi on , full-text is divided into three parts: 1. A detailed descripti on of the hardware pipeli ne system; 2. Establishme nt of thought con trol; 3. Con trol procedure compilati on .In the first part, the article describes the various hardware modules of the system, especially in their u

10、se of the main points that need attention, which are derived from the practice of this graduation project. Including the entire line of hardware desig n with the modular desig n of the logical process. Fin ally, the part of the con trol system software to do a clear expla nati on.In the second part,

11、 first of all explain how to use programming software RSli nx to establish conn ecti ons betwee n the Rockwell stati ons and assembly-line and direct test on the line; in the back describes the compiling control procedures need some basic knowledge, such as control procedures本科生毕业设计(论文)con stitute ,

12、 program ming in struct ions, etc.In the third part, first, how to set up a control program, and carry out reas on able con figurati on; and hardware to add an d con figure, con trol objects to add and con figure the data type of the establishme nt and Data type declarati on to establish and control

13、 labels; On this basis, the last of the using the ladder prepared control program tasks (Tasks) made a detailed and thorough expla nati on.Key words:RSlinx,PLC, Modular Logical , routine3本科生毕业设计（论文）第一章 前言1.1 生产流水线发展史流水线(Assembly line)是一种工业生产中，可部分被用来组装成品，最基 本的流水线由一个简单的输送带载的产品，如玩具，通过一系列的工作，直到它 最终完成。更复

14、杂的流水线包括直属带进行部分工作线沿线的车站，用于建设汽 车和其他复杂的设备。开发革命性的流水线制造，并促成了大量财富的几个主要 角色的工业革命。出现流水线之前的工业制造业，通常是工人手工制造，从单独的装配部分。 工厂的生产受到限制，因为只有如此多的产品可以在一次，工人往往从一个项目 开始工作到结束。到十九世纪中叶，许多企业在食品工业中已开始建立类似的流 水线的生产线，使这一进程更加有效，但它并不完全精简。如早期的汽车和蒸汽 机车仍在手工制作。于1908年，亨利福特试图找到一种方式，使汽车的大众化。福特相信，如果 一般家庭可以负担得起购买汽车的价格，他们将成为受欢迎的，但缓慢和艰苦的 方法来制

15、造汽车不可能使汽车成本的下降。在公司，福特设想一条生产线，在那 里劳动的工人将分为具体的任务将有助于完成整体。这一早期流水线的灵感可能 来自多个行业，但很多历史学家认为在芝加哥屠宰场的拆卸线是这一想法的来源。 流水线是高效率并极具成本效益的产物。工人集中在一小部分，这意味着它们并 不需要大量的培训。部分物料或零部件沿着一条传送带，形成一个源源不断的产 品生产流程。在繁忙的生产中，福特汽车的流水线变成了一个新的汽车每3分钟,而现代的流水线能够更加迅速，尤其是当他们结合自动化机械与人力处理。1.2 常用的生产流水线分类1板链式装配流水线特点：承载的产品比较重，和生产线同步运行，可以实现产品的爬坡；

16、生产的节拍不是很快；以链板面作为承载，可以实现产品的平稳输送。2滚筒式流水线特点：承载的产品类型广泛，所受限制少；与阻挡器配合使用，可以实 现产品的连续、节拍运行以及积放的功能；采用顶升平移装置，可以实现产 品的离线返修或检测而不影响整个流水线的运行。3皮带式流水线特点：承载的产品比较轻，形状限制少；和生产线同步运行，可以实现 产品的爬坡转向；以皮带作为载体和输送，可以实现产品的平稳输送，噪音 小；可以实现轻型物料或产品较长距离的输送。4差速输送流水线特点：差速输送流水线采用倍速链牵引，工装板可以自由传送，采用阻 挡器定位使工件自由运动或停止，工件在两端可以自动顶升，横移过渡。还 可以在线可设

17、旋转、专机、检测设备、机械手等。本次设计是在皮带式流水线的基础上进行了自动化改进，从而能够更加 有效的提高流水线的生产效率。5I s劈本科生毕业设计（论文）第二章自动控制流水线模型简介图2.1自动生产流水线模型自动生产流水线教学装置是一套实际生产过程的微缩仿真模型，它由工作平 台、过程单元、控制装置三部分组成。本次毕业设计是以这个为基础的。也是通 过这个过程来模拟实现本次设计内容的。2.1 工作平台平台提供了公共信号端子和接口，供过程单元输入和输出信号的接入， 便于将控制装置接入各过程单元，平台设有静音空气压缩机和减压阀，为装 置提供稳定的气源。2.2 过程单元过程单元由四个独立的网孔底板将每

18、个单元的部件集中安放，其中有的单元 是可以互换位置的，例如将供料单元和存放单元互换；或将加工单元和装配单元 互换就可以改变生产流程或工艺；每个单元在配备了控制器以后均可以独立运行, 也可构成连续生产的自动流水线。1 供料单元供料单元由自动出料仓、四自由度机械手、物料输送带、信号端子等组成。 配备单杆直气缸、双杆直气缸、薄型气缸、旋转气缸、机械夹、电磁阀等气动元 件；配备直流减速电机、光电传感器、磁开关、继电器等电气元件；配备同步轮、 同步带、传动轴、皮带等机械元件。供料单元可以实现物料的自动出仓、传递和 输送。2. 加工单元加工单元由自动机加工设备、四自由度机械手、物料输送带、信号端子等组 成

19、。配备双杆直气缸、薄型气缸、旋转气缸、机械夹、电磁阀等气动元件；配备 直流减速电机、光微开关、光电传感器、磁开关、位置开关、继电器等电气元件; 配备同步轮、同步带、传动轴、皮带、滚珠丝杠、联轴器等机械元件。加工单元 可以完成物料的自动传递、加工工序和输送。3. 装配单元装配单元如图五所示，由自动出料仓、自动装配设备、四自由度机械手、物 料输送带、信号端子等组成。配备双杆直气缸、薄型气缸、旋转气缸、机械夹、 真空发生器、吸盘、电磁阀等气动元件；配备步进电机、直流减速电机、光微开 关、光电传感器、色标传感器、磁开关、位置开关、继电器等电气元件；配备同 步轮、同步带、传动轴、皮带等机械元件。装配单元

20、可以完成物料的自动识别、 传递、零件出仓、分类装配和输送。4. 分拣单元分拣单元由物料输送带、自动分拣设备、水平移动式储存库、信号端子等组成。 配备单杆直气缸、电磁阀等气动元件；配备直流减速电机、电感式传感器、电容 式传感器、光电式传感器、磁开关、继电器等电气元件；配备同步轮、同步带、 传动轴、皮带、联轴器等机械元件。分拣单元可以实现物料的自动输送、分类、 入库。第三章系统总体设计方案3.1 系统整体设计方案论证 方案一：DCS空制系统DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统，即所谓的分布式控制系统，或在有些资

21、料中称之为 集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集 中式控制系统的基础上发展、演变而来的。分布式计算机控制系统是以微处理器为核心，采用数据通讯和图形显示技术的新 型计算机控制系统。该系统能够完成直接数字控制、顺序控制、批量控制、数据 采集与处理、多变量解耦控制以及最优控制等功能，并包含有生产的指挥、调度 和管理功能。DCS的实质是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和现场前端分散控制相统一的新型控制技术，它的出现是工业控制的一个里程 碑。DCS它可以控制和监视工艺全过程，对自身进行诊断、维护和组态。但是， 由于自身的致命弱点，其I/O信号采用传统的模

22、拟量信号，因此，它无法在DCS工程师站上对现场仪表（含变送器、执行器等）进行远方诊断、维护和组态。DCS 系统是个大系统，其控制器功能强而且在系统中的作用十分重要，数据公路更是 系统的关键，所以，必须整体投资一步到位，事后的扩容难度较大。方案二：PLC控制系统可编程序控制器PLC，适合于多台大型自动生产流水线，由于PLC具有输入输 出光电隔离、停电保护、自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于环境恶劣的 工业现场中，故障率低，如北京丽都饭店使用的PLC控制系统，运行几年来从未发生任何故障。PLC编程简单，易于通信和联网，多台PLC进行同位链接及计算机 进行上位链接，实现一台计算机和若干台PLC构

23、成分布式控制网络，但是，价格 较高，如果是控制单台，资源不能充分利用，如果从长远观点看，其寿命长，故 障率低，易于维修，值得选用。3.2 比较及选型综上所述，PLC于60年代末期在美国首先出现，目的是用来取代继电器，执行 逻辑、计时、计数等顺序控制功能，建立柔性程序控制系统。1976年正式命名，并给予定义：PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指 令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输 出等组件，控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善， 并开发了模拟量闭环控制功能。PLC在 FCS系统中的地位似乎已被确定并无

24、多少争 论。PLC作为一个站挂在高速总线上。充分发挥PLC在处理开关量方面的优势。PLC 对于顺序控制有其独特的优势。DCS系统更大，控制的回路数目更多，有比较多的 控制和算法，可以完成比较复杂的回路间的控制。硬件可靠性差不多。相对而言， PLC构成的系统成本更低。而且PLC是一种柔性控制，便于日后升级。所以选择PLC 控制系统。3.3 PLC发展状况及本次设计的选型20世纪20年代起，人们把各种继电器、接触器、定时器及其触点按一定的逻 辑关系连接起来组成控制系统，控制各种机械，这就是大家熟悉的传统的继电器 控制系统。但是继电接触器控制系统具有明显的缺点：设备体积大、可靠性差、 动作速度慢、功

25、能弱，难于实现较复杂的控制；特别由于它是靠硬连接线逻辑构 成的系统，接线复杂繁琐，当生产工艺或对象需要改变时，原有的接线和控制就 要更换，所以通用性和灵活性差。现在随着可编程序控制器国际化标准IEC61131的逐步完善和实施，特别是IEC611313标准编程语言的推广，使得PLC真正走入了一个开放性和标准化时代。随着PLC技术的迅速发展，PLC乍为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置， 以其编程简单，控制系统构成简单通用性强，抗干扰能力强可靠性高，体积小维 护方便，功能非常齐全等特点广泛应用于机械制造、轻工、冶金、能源、交通等9I s劈本科生毕业设计（论文）行业。特别是近几年来计算机在操作系统

26、、应用软件和通信能力上得到了飞速发展，这大大的提高了 PLC通信能力，使PLC具有强大的网络功能(可以为 PLC配 置以太网EtherNet、控制网ContorINet、设备网 DeviceNet、DH网、FF等多种 网络形式)，可以通过各种通信口将数据传送给上位机以实现数据采集和监控，从 而大大加强了其控制功能，进一步推动PLC在工业控制中的广泛应用。可以这样说，有工业控制的地方就有 PLC的用武之地。(1)提高生产率和操作效率：一个通用轻便控制引擎和综合工程开发平台允许 快速地开发、实施和迁移；且由于它的开放性和灵活性，确保了控制、操作、企 业级业务系统的无缝集成，优化了工厂流程。 降低操

27、作成本：使用通用、标准架构和网络，降低了操作成本，让工程师们能为一个体现成本效益、使用现货供应的平台选择不同系统部件，而不是专有 产品和技术；只要求用户在一个统一平台和开发环境上培训，而不是几种；且为 用户提供了一个无缝迁移路径，保护在 I/O和应用开发方面的投资。(3) 使用户对其控制系统拥有更多控制力：使用户拥有更多灵活性来选择适合每种特殊应用的硬件和编程语言，以他们自己的时间表来规划升级，并且可在任 何地方设计、制造产品。PLC主要分成：欧系西门子系列PLC主要包括其早期的S5和现在的S7-200、S7-300、S7-400等型号°S7-200是西门子小型PLC，因为其低廉的价

28、格在国内得到了大规模的应用， 支持MPI、PPI和自由通讯口协议。西门子300的PLC支持MPI,还可以通过PROFIBUS 和工业以太网总线系统和计算机进行通讯。如果要完成点对点通讯，可以使用CP340/341。施耐德的PLC型号比较多，在国内应用也比较多。日系欧姆龙系列PLC在中国推广的也比较多。三菱 PLC的小型PLC在国内的应用 非常广泛。三菱的PLC型号也比较多，主要包括 FX系列，A系列和Q系列。松下 PLC 等。美系GE现在在国内用的比较多的主要是 90-70和90-30系列pic，这两款PLC都 支持SNP协议。Rockwell 的 PLC主要是包括 PLC2 PLC3 PLC

29、5 SLC500 ControlLogix 等 型号，PLC2和PLC3是早期型号，现在用的比较多的小型 PLC是SLC500中型的 一般是ControlLogix，大型的用PLC5系列。AB的plc提供了 OPCffi DDE其集成 的软件中RSLogix中就包含DDE和OPC SERVER可以通过上述软件来进行数据通 讯。AB的中高档的PLC还提供了高级语言编程功能，用户还可以通过编程实现自 己的通讯协议。美国罗尔韦尔自动化公司的 PLC设备以其优良的性能广泛应用于工业控制的 各个领域。该公司的 PLC控制系统依据不同的网络通信方式和设备功能，对整个 系统进行合理分层，并通过不同的网络形式

30、实现不同层之间以及同一层不同设备 之间的数据通信。这种基于层和网络概念上的PLC控制系统，具有集中与分散的双重特点，既能够在大范围内实现控制功能，又能在每一个细节上做到尽善尽美， 因此具有很好的通用性，适应性和可扩展性。罗克韦尔公司的PLC控制系统通常分为三个层：1. 以太网层：也称为工作站层。在这个层上，系统通过以太网连接了作为各种工作站的计算机以实现工作站之间的通信。 某个PLC控制器也会连接在 这一层，它是作为以太网层与控制网层之间的衔接，是工作站操作控制网层上的PLC控制器的数据通道。以太网层的主要功能是组态控制系统，编 写调试控制程序，监视维护控制系统运行。2. 控制网层：也称为控制

31、器层。在这个层上，系统通过控制网将各种PLC控制器起来以实现不同控制器之间的通信与协作。这个层上的某一个控制器也会同时连接到以太网层上，作为控制网层与以太网层之间的衔接。 有些 PLC控制器的设备网模块还会下连到设备网，作为控制器进入设备网的通道，同一个设备网上的所有设备就是通过该通道与控制器进新数据通信。 控制网层的功能就是该层上控制器的功能，主要是接收工作站的命令并向 工作站反馈信息；接受设备网层数据反馈，并向其发出操作命令。11I s劈本科生毕业设计（论文）3. 设备网层：在这个层上，系统通过标准设备网将现场设备和 PLC控制器的 设备网模块连接起来，实现这些现场设备之间的数据通信， 更

32、重要的是实 现PLC控制器对这些设备的统一控制。设备网层的功能是使用该层上所连 接的各个设备实现每个具体的控制作用。在本次毕业设计中，我们选用罗克韦尔自动化公司的PLC设备，设计一个自动控制流水线控制系统。使用的设备主要包括个人电脑，PLC功能性模块。其中：两台个人电脑作为控制系统中的工作站，通过以太网连接，处于上面所说的以太 网层；PLC各个模块构建成的控制器接入到工作站的以太网层，因为只有一个PLC控制器，所以没有构建专门的控制网，但它概念上处于控制网，虽然没有配置专 门的设备网，但是在概念上它们属于设备网层。受设备自身限制，本系统没有严 格的三层网络，但是其层次概念还是很清晰的。3.4系

33、统整体框图第四章 流水线检测系统设计4.1 传送带检测控制设计传送带一侧装有光电行程开关，当传感器检测到有物时，传感器输出信号送 入控制器，此时控制器输出口给电机一个输出信号，控制电机的启动与停止。并 且在传送带上设置机械校正装置，以校正加工件在传送带上的位置，为下一个机 械手操作做准备。i接近开关，英文名为 PROXIMITY SENSORS 。它又称为近接开关，位置3感应器。主要应用于水流开关，水流控制及自动控制，位置感应等。传送带检测传感器同样使用欧姆龙公司的光电近接开关E32-D61，其原理图如图4.1所示：图4.1光电近接开关 E32-D61的原理图I/O采用带有常闭和常开两个开关的

34、继电器，输出控制继电器的开端，控制机械 手的气动阀和电机线圈的通断电。13B本科生毕业设计（论文）4.2 机械手检测传感器干簧管传感器技术 在干簧传感器中，关键的元件是簧片开关，它是由Western Electric公司在1940年发明的。其它主要元件是开或关的弹性簧片及磁铁或电磁 铁。由于这些引人注目的改进，干簧管开关在某些要求质量、可靠性及安全至上 的苛刻应用中已成为设计的选择。干簧管传感器的质量及可靠性最引人注目的应用是用于自动测试设备（ATE）。在这种设备中技术是一流的，干簧开关被用于干 簧继电器,它应用于IC、ASIC、硅片的测试设备中及印制测试设备中， 作为开关。 一个继电器的故障

35、率制定为 50ppm。当线圈通电后，管中两占簧片的自由端分别 被磁化成N极和S极而相互吸引，因而接通被控电路。干簧继电器具有：结构简 单，体积小。吸合功率小，灵敏度高，一般吸合与释放时间均在0.52ms以内。触点密封，不受尘埃、潮气及有害气体污染，动片质量小，动程小，触点电寿命， 一般可达10的7次方左右。 干簧继电器还可以用永磁体来驱动，反映非电信号, 用作限位及行程控制以及非电量检测等。本设计机械手动作位置传感器均采用欧姆龙公司的干簧传感器SMC D-A93，具体的硬件连接如图4.2所示：图4.2干簧传感器应用原理图4.3 料仓检测传感器选择一、光电开关光电开关是由振荡回路产生的调制脉冲经

36、反射电路后，由发光管GL辐射出光 脉冲。当被测物体进入受光器作用范围最后经延时（或不延时）触发驱动器输出 光电开关控制信号。按电压输出规格连接开路集电极输出的传感器时，可通过在电源、输出间插 入电阻器后再连接。下图的示例可作为选择电阻值时的参考。此外，电阻值一般 使用4.7k 0,电阻器的瓦特数为：电源电压为 24V时为1/2W、12V时为1/4W。例EE-SX670 系列电阻值R = 4.7k 0“ H值时鴉Z虧二右欧-Ft厂畑肝= 12V“ L值时输入电压VLW0.4V （负载电流40mA时的残留电压）对应负载电流的残留电压，请确认传感器的额定值。在本设计中应用欧姆龙公司的微型光电传感器E

37、ESPY401,采集信号经过光电耦合器TPL521和PNP型的三极管8550放大送入输入模块。其原理图如图 4.3 所示：154 Q诊殳尊本科生毕业设计（论文）图4.3微型光电传感器与 PLCI/O 口连接原理图微型光电传感器EE SPY401光线遮挡时导通,光电耦合器TPL521内部的二极管 也随之导通，带动三极管导通，电流被 PNP型的三极管8550放大输入到PLC的 输入模块I/O 口。4.4 仓库检测实验室的生产线实验台包括料仓、攻丝加工、装配和仓库储存四个部分，在 装配之后检测将加工装配好的零件送进仓库储存作为备用，在本设计中没有装配 平台，因此在不改变生产线实验台上传感器的情况下，

38、应用接近开关PM18-08N检测黑色金属装配物。接近传感器可以在不与目标物实际接触的情况下检测靠近传感器的金属目标 物。根据操作原理，接近传感器大致可以分为以下三类：利用电磁感应的高频振 荡型，使用磁铁的磁力型和利用电容变化的电容型。特点： 非接触检测，避免了对传感器自身和目标物的损坏。 无触点输出，操作寿命长。 即使在有水或油喷溅的苛刻环境中也能稳定检测。反应速度快。小型感测头，安装灵活。振荡电路中的线圈L产生一个高频磁场。当目标物接近磁场时，由于电磁感 应在目标物中产生一个感应电图4.4磁铁的磁力型流（涡电流）。随着目标物接近 传感器，感应电流增强，引起 振荡电路中的负载加大。然后, 振荡

39、减弱直至停止。传感器利 用振幅检测电路检测到振荡 状态的变化，并输出检测信号。振幅变化的程度随目标物金属种类的不同而不同，因此检测距离也随目标物 金属的种类不同而不同。2装有金属的加工件接近传感器时，不论目标物金属种类如何，振荡频率都会提高。传感器检测到这个变化并输出检测信号。电磁感应型接近开关PM18-08N图4.5 PM18-08N 应用原理图与PLC I/O模块连接原理图如图4.5所示：174纟乂诊殳尊本科生毕业设计（论文）第五章自动流水线控制系统的逻辑模块化设计5.1 自动流水线设计概述流水线的设计大致包括了取料、加工、装配、分拣四个模块，其工作顺序如图5.1所示。在此基础上又进行模块

40、化细分：取料模块、加工模块、装配模块、分 拣模块，流水线传动模块，启动和停车模块，还有包括发生错误和特殊情况及复 位模块。当然后两个模块只能在程序中体现。具体设计思想将在下面几节中提及。图5.1 流水线工艺流程图5.2取料模块的设计取料模块主要是机器手来完成的，机器手由气压来提供动力，用继电器开关来控制气阀的开关从而来控制它的运动。如图5.2所示，A、B为导气管，分别与对应的X、Y气阀连接，继电器开关 M、N分别控制X、Y的开关。当继电器模块 有信号输入时，即使能M动作，即X打开，A有空气输入，此时，活塞向右运动， 即机器手的动作为缩，当B有空气时，机器手动作为伸。气缸外的传感器 时用来检测活

41、塞的位置，从而判断机器手的状态为伸长还是缩回。 整个机器手由3 个类似的气缸组成的，从而构成了转、升、伸三个基本状态及夹这个状态。除了 夹其所有状态如图5.2所示。AB图5.2 机器手原理图传感器图5.3机器手动作状态图（回）21由于机器手可以进行三维运动，即每维有两种不同的状态，例如图5.3中的zDF15轴上就有两种状态，即升跟降。由此一来就可以得到机器手一共可以有2*2*2=811种状态。这样在编写程序的时候即可通3过每个位置的传感器得到机器手的实时位置。在生产线开始工作以后，首先机器手的初始位置是（回，缩，降），之后的顺序就是如图5.3所示。但是，单单由各自的状态位置来区分每个动作是不够

42、的，因为同一个状态在整个取料的循环过程中会出现很多次的，所以还需要不同的状态标志位来加以区分。例如，在整个循环过程中，会出现两次（转，缩，升），这时候就需要一个标I SI本科生毕业设计（论文）志位可以区分这两个相同的状态， 如图5.4所示，在坐标系四个象限中，会有相同 的状态，但是通过每个象限的动作状态来区分会变得很清楚，如第一象限的降 跟第三象限的降其状态是相同的，但是第一象限降状态的前提是：转后 和夹前。而第三象限中降的前提是：转前和夹后。这样就可以很好的区分了。 但是，如图所示，在第二象限中，同时有两个升出现，此时可以把这两种升看成 是取料后的升，这时候的整个过程可以看成是一个卦限。那么

43、图5.4中坐标系是（x， y）轴，且其在（x，y，z）坐标系中z轴的正半轴，那么图中循环结束前的三个 状态，即升、缩、降可以看成是 Z轴的负半轴，那么由此一来就可以很清楚的区 分整个顺序的各个状态了。转前 <转后一个循环结束开始升>转一伸TeL夹土前 卜升夹A1放伸T永-缩&彳、/夹后图5.4 机器手动作顺序图当传送带1上的传感器接收到有物的信号之后，就会触发传送带驱动电机运 动，使物体被传送到传动带2上，继而进行下一个的动作。5.3加工模块的设计加工模块主要是对物料进行钻孔和攻丝，首先通过机械手把物料从传送带2上把物料夹取，然后通过一定的动作把物料放在加工台上，加工台在电

44、机的带动 下向钻孔区和攻丝区移动，加工完成后，再返回到物料台的原始位置，整个过程20A4纟乂诊殳尊本科生毕业设计（论文）如图5.5和图5.6所示。夹前夹后田夹夕升|缩XZ加工前71转 转前力工开始一缩（升（画S后J加工后叶诧范涎转转后A21XZ图5.5加工模块机器手动作顺序图当传动带2上的传感器检测到有物时，机器手就开始工作，第一步是升起，然后按照图5.5所示开始工作，各个状态的区分跟取料设计部分内容是相同的。总体上分为两大部分：即加工前后和夹前夹后。在加工前部分分为转前转后，在加 工后亦分为转前转后。这样一来就可以看成是一个数组了，即am,n,x,y,z形式，其中x代表转前跟转后，即用0来表

45、示转前，1来表示转后。以此类推，y代表夹 前夹后，其中0表示夹前，1表示夹后。z代表加工前和加工后，0表示加工前， 1表示加工后。m表示升降，n表示伸缩。所以，每个状态都不会相同。在加工过 程中，机器手是静止不动的。i加工结束物料台4cm / 丿攻丝r 钻孔奁原始位置尸图5.6 加工过程顺序图5.4装配模块的设计装配模块是把在加工模块中成型料件装配上新的零件，但是在加工过程中， 会有两种不同材质的物料会被送到加工区进行相同工艺的加工，所以在加工模块 就不需要加以区分它们的材质，因此会在装配模块里加进一中传感器，来加以区 分它们的材质，对应不同的材质就会有不同的零件来加以装配，比如如果是A种材质

46、，装配区的执行机构，也就是吸盘就会从接近物料台的仓库中提取零件；如 果是B则从远离物料台的仓库里提取零件。那么这样一来就会有不同的情况，即 如图5.5中所示的情况1跟情况2oo不管那种情况，1始终是吸盘的原始位置， 在执行完一个完整的装配任务之后都会返回到原始位置的。例如，在加工模块会 有白色物料跟蓝色物料被加工，当白色物料到达装配模块传送带上的物料检测传 I s劈本科生毕业设计(论文)感器前会有一个传感器来判断它是否是白色，如果是白色则将来编写的程序就会跳转到情况2里面去，以此来进行下面的动作。如图5.5所示，情况1要比情况2 要节省不少时间，因为料仓到物料台是步进电机驱动的，步进电机行进需

47、要一段 时间，而情况2需要相当于情况1的两倍时间，因此在大多情况下，要比较白色 和蓝色物料的数量，哪个多就把相应的物料放在靠近物料台的料仓里。料仓初台状态情况25.5分拣模块的设计分拣模块是建立在装配模块基础上的，所谓的分拣即把蓝色跟白色材料区分开来，因为这两种颜色是代表不同材料在装配区进行了不同的装配工艺，所以它 们就会有不同的功能，因此在后来的工序中就要对其进行分拣。在分拣模块有传 感器会传送带上的已装配完的物料进行检测，当有蓝色成品是就被推杆推到1号仓库，白色就被推到2号仓库。分拣的顺序可以由实际现场情况来定。传感器2传感器1O15.6流水线传动模块设计流水线传动模块是整个流水线的主轴，

48、其承担着各个模块之间的搭桥作用，该模块的优化设计直接影响着整个流水线是否能够流畅平稳高效的运作。如图3.8所示，此模块按照取料、加工、装配、分拣工序分成了四个小模块，我们称它们 为四个区，即1、2、3、4区，分别按照顺序对应着前面所述的四个工序，并且在 每个区的指定部分部署一个传感器，该传感器的作用就是感知各区的传送带上是 否有物料出现，在4区会有两个传感器。传感器感知信号的作用就是来决定各区 对应的模块是否开始或结束该模块的运行。其中2、3区是主要驱动者，1、4是被动者，即2区可以驱动1区，但是1区不可以驱动2区，所谓的驱动就是2区 的传感器信号可以使1区的传送带运行，但是1区的传感器信号只

49、能作为2区驱 动1区的条件，在此过程中需要注意以下几点：1) 2、3区的启停取决于各自传感器所接到触发信号的次数。如果是奇数，则启动各自对应的工作区；如果是偶数，则停止各自对应的工作区， 并给出下一区信号，即提示传送带上物料已经准备妥当。当第n区工作时，n-1区的的传送带只能工作指定的一段时间，并且按照实际情况只能连续工作两次。2) 4区传送带的启动亦是来自3区传感器的累积信号，但是 4区的停止 25I s劈本科生毕业设计（论文）则是根据4区两个传感器得到信号次数的和是否跟三区传感器感知次 数总数的1/2 。3）当4区传送带开始运转以后，物料在 3区到4区最大传送时间内4区传感器无感应信号，则

50、4区传送带电机自动停车。图5.85.7 启动和停车模块因为整个流水线硬件系统构成我们分成了五个模块，即取料、加工、装配、 分拣和传送带模块。在此基础上，我们又分出了启动和停车模块，因为在实际生 产过程中，涉及到许多流程工艺上复杂问题，比如说电力的供应，生产的顺序， 逻辑上的先后，所以，在这里我们先启动流水线传动模块，因为它是整个流水线 的主轴，对其他几个模块起塔桥的作用。然后我们再启动第四个模块即分拣模块， 然后再启动装配模块，以此类推，最后启动取料模块。5.8 发生错误和特殊情况及复位模块不论什么控制系统，不管它被设计得有多完美，在其运行过程中都会有发生 错误的可能性，即便是发生错误的几率特

51、别小，也要做好预防措施。首先，考虑到生产线及控制系统掉电的情况。例如，当某个模块突然由于不 可抗拒的故障导致停机，但是其他几个模块还是在继续工作，比如加工模块突然 停机，这时候我们就要在一定时间内停止取料模块的工作，并发出警告提示，与 此同时生产线要完成剩下的工艺流程，以免出现其他不必要的故障，在完成整个 流程后停止整个系统的工作。如果是最后一个流程出了问题即分拣模块出现问题, 即在规定的最大时间内并没有检测到装配模块完工后的零件，这时候要发出警报 并同时在其他工艺模块完成一个循环后停车。27第六章基于ControlLogix 的自动控制流水线系统6.1 系统构成6.1.1各层间的网络连接第一

52、层和第二层之间通过以太网连接：1. 第一层和第二层之间的以太网连接1）网络连接：使用普通的集线器或者办公室级的交换机作为网络交换设 备，使用普通的网线将工作站与集线器（或交换机）相连，将以太网 模块与集线器相连，在上面的连接中不能使用集线器（或交换机）的 上行链路端口，但是可以使用上行链路端口通过网线将集线器（或交 换机）连接到实验室的网络端口，当然也可以不连。以太网正常连接 和配置的前提是：确保集线器（或交换机）的正常运行，确保工作站 网卡的正常工作，确保PLC控制器上的以太网模块正常工作（LED指 示灯0K绿灯固定亮）。2）网络配置：（1）首先配置以太网模块ENBT /B的IP地址：鼠标右

53、键点击图6.1左侧 窗口中的以太网模块，然后点击出现的下拉菜单中的Module Configuration，如图 6.2 所示；本科生毕业设计(论文)_|D| x| j si 2d* AutobrowseF if Workstation, YANQIF 盖 Linx Gateways, Ethernet B 盖 «_DFl-lj DFl£ 1 01, 175S-LSS/A LOGIX5555, motion 1 白“嘉函)gi元薛J可毎| 氐土工訪 j 卜%. Ttt Brow sine -node 2 fuumi175645 1013021756=061,031756-E

54、NBT/A00, 1756-L55/A LOGK55550Lp 1756 module, S Axis 5ERCO5 ir0ZF L756-OB16D/A, 756-OB16D/04, 1756OB16D/A,05, 1756-OB16D/A,06, 1756 module 307, 1756-IE16D/A,:08, lTSfirlBlfiQ/A,:09> 1756-1B16D/A)10, 1756-IB16D/4,:J040517S6-O61.68 Axb.«e071756-IB16.Driver Diagnostics Configure DriverDevice Pro

55、perties Module Statistics091756-1616.Module ConFigiiratkn101756-B16fc111756-IB1&,.RSLinM Gateway - RSWho - 1Ji £ile Edit 过e艸 omnMjnications Station DDE/OPC Security jndow Help阖盖| £|屆|噌|囲311211, 1756-IB16D/A, 17b&-lB16u7 图6.1 以太网配置系列图1然后在出现的对话框中点击 Port Configuration选项卡，进行相关配置，然后单击OK具体的配置参数如图3.3所示;1756-fcNBT ConfigurationAutobrowse-Wtxkstion, VANQJH-計 Linx Gateways 自 罷 AB.DF1-1, 0=1 & 9 01F 175645 -O Backpiartl Fort Confi tioxi |C«n£i graliT輩p叠C* St ati JC D