毕业设计MES网络型模块式柔性自动化生产线-安装与分

毕业设计（论文）报告纸第页*******学院毕业设计(论文)课题名称MES网络型模块式柔性自动化生产线实验系统研究—安装与仓储系别机械与电气自动化学院专业电气工程及其自动化姓名顾**学号20102103**TOC\o"1-3"\h\u31245摘要 49365Abstract 58728一、绪论 6308261.1、课题研究 6302861.2、MES网络型模块式柔性自动化生产线相关介绍 6291251.2.1、MES系统简介 7309561.2.2、柔性自动化生产线系统简介 7112691.3、我国当前MES和柔性自动化生产线的现状和前景 7229131.4、PLC的应用现状和前景 823397二、硬件电路设计 10231992.1、总体介绍 1088132.1.1、系统总体构成 10158772.1.2、关于安装站和分类站的分析 1220222.2、电气设计和电气原理图设计 13131082.2.1、安装站电气原理 13147652.2.2、分类站电气原理图 14254792.3、生产线相关期间说明 15273482.3.1、光电开关 15205602.3.2、气动元件 16204522.3.3、步进电机及驱动器原理 1767842.3.4、光电耦合器 2046882.4生产线相关器件选型 21186602.4.1、空气压缩机的选择 2172492.4.2、PLC选型 2223032.4.3、步进电机的选择 22268162.4.4、光电开关选型 2320602.4.5、断路器选型 2378542.4.6、限位开关选型 2311433三、软件设计 24160693.1系统程序流程图 24325673.1.1安装站程序流程图 2463353.1.2搬运站程序流程图 2715870四、实验调试 29126544.1单动调试 29172894.2联动调试 2917962五、总结 3122750六、致谢 3316555七、参考文献 346781附录一:英文文献翻译 3518057附录二：安装站和分类站电气原理图 503659附录三：安装站和分类站梯形图 50摘要本设计是以实验的形式研究MES网络型模块式柔性自动化生产线中PLC的实际应用，其中对于柔性制造系统、工业组态软件和可编程逻辑控制器作为研究的重点内容。MES网络型模块式柔性自动化生产线中主要作用是对工件进行运输、加工和安装，最后将工件分类送入仓库中。本生产线一共有八个站点，分别是上料检测站、搬运站、加工站、分拣站、传送站、安装搬运站、安装站和分类站，每一站均由一台西门子S7-200PLC控制运行，然后通过现场总线连接到S7-300上实现上位机通信。整个生产线分成四个人完成，本设计需要完成安装站和分类站的电气原理图设计、程序的阅读和调试，使他们能够完成单站运行和多站联动，然后绘制这两站的控制电路图。关键词：MES柔性PLCAbstractThedesignisbasedonexperimentsintheformofnetwork-typemodularMESflexibleautomatedproductionlinesinthepracticalapplicationofPLC,whichforflexiblemanufacturingsystems,industrialconfigurationsoftwareandprogrammablelogiccontrollerasaresearchfocus.MESnetwork-typemodularflexibleautomatedproductionlinemainroleistotransporttheworkpiece,processingandinstallation,andfinallyintothestorehouseintheworkpiececlassification.Theproductionline,atotalofeightsites,respectively,onthematerialtestingstation,transportstations,processingstations,sortingstations,transferstations,transportstationstoinstall,installationstopsandclassificationofstations,eachstationbyaSiemensS7-200PLCcontrolRun,andthenthroughthefieldbusconnectiontotheS7-300onthehostcomputercommunication.Thewholeproductionlineisdividedintofourcomplete,thedesignneedstocompletetheinstallationofelectricalstationsandclassificationstationsschematicdesign,programofreadinganddebugging,enablingthemtocompletethesingle-stationoperationandmulti-stationinteraction,andthendrawthetwostationcontrolcircuit.Keyword:MESFlexiblePLC一、绪论1.1、课题研究由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，制造业自动化进入一个崭新的时代，技术日臻成熟。柔性制造技术已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点，对于工业生产有着重要意义。随着计算机技术的出现，产生了“柔性自动化技术”。采用“柔性自动化技术”的生产线不仅能够自动的“做”，而且一旦加工目标确定，就知道应该“怎么做”。柔性自动化技术是当今机械制造业适应市场动态需求，加速产品更新的主要手段。采用柔性自动化技术，不仅能够提高生产效率、减轻劳动强度，还能提高产品质量、缩短制造周期和交货期、大幅度降低成本，因而是各国机械制造业发展的重要趋势。柔性制造生产线是柔性制造系统类型之一。柔性制造生产线由自动加工系统、物流系统、信息系统、软件系统构成：l、自动加工系统：指以成组技术为基础，把外形尺寸(形状不必完全一致)、重量大致相似，材料相同，工艺相似的零件集中在一台或数台数控机床或专用机床等设备上加工的系统。2、物流系统：指由多种运输装置构成，如传送带、轨道、转盘以及机械手等，完成工件、刀具等的供给与传送的系统，它是柔性制造生产线主要的组成部分。3、信息系统：指对加工和运输过程中所需各种信息收集、处理、反馈，并通过电子计算机或其他控制装置(液压、气压装置等)，对机床或运输设备实行分级控制的系统。4、软件系统：指保证柔性制造系统用电子计算机进行有效管理的必不可少的组成部分。它包括设计、规划、生产控制和系统监督等软件。柔性制造系统适合于中小批量生产。1.2、MES网络型模块式柔性自动化生产线相关介绍柔性自动化生产线是将微电子学、计算机信息技术、控制技术、机械制造和系统工程有机地结合起来，是一种技术复杂、高度自动化系统，柔性制造技术更是机械制造业适应当前市场动态需求及产品不断迅速更新的重要手段，是先进制造技术的基础。1.2.1、MES系统简介制造执行系统(ManufacturingExecutionSystem，简称MES）是美国AMR公司(AdvancedManufacturingResearch，Inc．)在90年代初提出的，旨在加强物料需求计划的执行功能，把物料需求计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。在MES定义中强调了以下三点：MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶颈。MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析和处理。MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成。1.2.2、柔性自动化生产线系统简介柔性自动化生产线是针对大规模生产的弊端而提出的新型生产模式。所谓柔性生产即通过系统结构、人员组织、运作方式和市场营销等方面的改革，使生产系统能对市场需求变化作出快速的适应，同时消除冗余无用的损耗，力求企业获得更大的效益。随着计算机技术的出现，产生了“柔性自动化技术”。采用“柔性自动化技术”的生产线不仅能够自动的“做”，而且一旦加工目标确定，就知道应该“怎么做”。柔性自动化技术是当今机械制造业适应市场动态需求，加速产品更新的主要手段。采用柔性自动化技术，不仅能够提高生产效率、减轻劳动强度，还能提高产品质量、缩短制造周期和交货期、大幅度降低成本，因而是各国机械制造业发展的重要趋势。1.3、我国当前MES和柔性自动化生产线的现状和前景20世纪90年代初期，中国就开始对MES跟踪研究、宣传或试点，而且曾经提出了“管控一体化”，“人、财、物、产、供、销”等概念，只是总结、归纳、宣传、坚持或者提炼、提升不够，发展势头不快。国内最早的MES是20世纪80年代宝钢建设初期从SIEMENS（西门子）公司引进的。中国工业信息化基本上是沿着西方工业国家的轨迹前进，只是慢半拍而已。几乎绝大多数大学和工业自动化研究单位，甚至于国家、省、市级政府主管部门都开始跟踪、研究MES。从中央到地方，从学会到协会，从IT公司到制造生产厂，从综合网站到专业网站，从综合大学到专科院校，都卷入了MES热潮之中。柔性自动化生产线从技术上看，工业发达国家都是以提高系统的可靠性、实用化为重点，以易于联网和集成为目标，注重对单元技术的开发、完善与提高。计算机数控（ComputerNumericalControl，简称CNC）单机继续向着高精度、高速度和高柔性的方向发展，FMS(FlexibleManufactureSystem柔性制造系统)技术向着网络系统开放、性能集成智能、实用有效的方向发展。目前，我国CNC机床尚未普及，连续运行的可靠性还不高，FMS尚未达到实用化，一些关键的基础技术还没有完全掌握，与国际先进水平和国内日益增长的需求相比，都有不小的差距。我们必须结合国情，大力发展适用、可靠、价廉的柔性自动化技术及装备。今后一段时期内，在继续进行机械制造柔性自动化技术方面应用科学研究的基础上，切实做好“掌握柔性自动化装备的设计方法和制造技术”，以及“提高自主开发能力”这两个方面的工作；完成FMC、P-FMS（准柔性制造系统）、FMS这三个层次的典型柔性加工设备的开发。力争到2000年，我国主要柔性单元设备的综合性能，达到国外90年代初期的水平；实用化的柔性制造系统的稳定生产水平，达到国外80年代末、90年代初水平，以便为今后制造业综合自动化的发展奠定良好的基础。1.4、PLC的应用现状和前景PLC（ProgrammableLogicController）又叫可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS（DistributedControlSystem，即分布式控制系统）和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其它技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。微型化、网络化、PC化和开放性是PLC未来发展的主要方向。在基于PLC自动化的早期，PLC体积大而且价格昂贵。但在最近几年，微型PLC（小于32I/O）已经出现，价格只有几百欧元。随着软PLC（softplc）控制组态软件的进一步完善和发展，安装有软PLC组态软件和PC-based控制的市场份额将逐步得到增长。当前，过程控制领域最大的发展趋势之一就是以太网技术的扩展，PLC也不例外。PLC在向微型化、网络化、PC化和开放性方向发展。现在越来越多的PLC供应商开始提供以太网接口。可以相信，PLC将继续向开放式控制系统方向转移，尤其是基于工业PC的控制系统。二、硬件电路设计2.1、总体介绍本系统采用先进的总线控制方式，增配有主控PLC、工业触摸屏、MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，监视与控制通用系统）工业组态监控软件、MES生产制造管理软件等，下面就具体介绍生产线的功能。图一MES网络型模块柔性自动化生产线实物图如图一所示，该柔性制造生产线作为一有机整体，有上料检测站、搬运站、加工站、分拣站、传送站、安装站和分类站组成，控制系统可以选用西门子、三菱或欧姆龙的PLC进行控制(在此生产线中选用的是西门子的PLC),具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制，在单个控制完成以后，又可将相邻的两站、三站或更多站连在一起，进行联动。2.1.1、系统总体构成1、该柔性自动化生产线实验系统是由独立的各站相互连接而成，有如下8站：（1）上料检测站a、回传上料台将工件依次送到检测工位b、提升装置将工件提升并检测工件颜色（2）搬运站a、将工件从上站搬至下一站（3）加工站a、用回转工作台将工件在四个工位间转换b、钻孔单元打孔c、检测打孔深度（4）分拣站a、将工件从加工站取出b、将废品分拣出来（5）传送站a、将合格工件从分拣站传送到后站（6）安装站a、选择要安装工件的料仓b、将工件从料仓中推出c、将工件安装到位（7）安装搬运站a、将上站工件拿起放入安装工位b、将装好工件拿起放下站（8）分类站a、按工件类型分类b、将工件推入库房下图给出了系统中工件从一站到另一站的物流传递过程：图二柔性生产线示意图上料检测站将大工件按顺序排好后提升送出,搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站;加工站将大工件加工后送出工位,安装搬运站将大工件搬至安装工位放下,安装站再将对应的小工件装入大工件中;而后，安装搬运站再将安装好的工件送分类站，分类站再将工件送入相应的料仓。2.1.2、关于安装站和分类站的分析安装站该站要完成的任务是：选择要安装工件的料仓，然后将工件从料仓中推出，最后将工件安装到位。该站主要用到了这些器件：西门子PLC（主控单元）、空气压缩机（用来生产线上的动力装置）、光电开关（作为传感器使用）。图三安装站示意图2、分类站该站主要完成的任务是：将工件进行分类，然后将工件放入不同的库房。该站主要用到这些器件：西门子PLC（主控单元）、步进电机（用来确定库房的位置和运送工件）、步进电机驱动器（MicrostepDriver）、光电开关。图四分类站示意图2.2、电气设计和电气原理图设计2.2.1、安装站电气原理图五安装站电气原理图本站使用的是PLC型号为S7-200。图五中描述的是PLC的电气连接示意图。在下面列出安装站的I/O分配表。表一地址注释地址注释I0.0货台上限位I1.4通信按钮I0.1货台下限位I1.5停止按钮I0.2白色货物Q0.0机械手左摆I0.3黑色货物Q0.1机械手右摆I0.5运输台左限位Q0.2换白色料仓I0.6运输台右限位Q0.3换黑色料仓I0.7上电Q0.4运输台出货I1.0开始按钮Q0.5运输台卸货I1.1复位按钮Q0.6吸气阀吸合I1.2调试按钮Q1.0开始灯I1.3手动/自动Q1.1复位灯2.2.2、分类站电气原理图图六分类站电气原理图图六是分类站的电气原理图，其中Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3这四个输出连接的是光电耦合器。在下面列出I/O分配表二：表二地址注释地址注释I0.0Y轴限位开关I1.5停止按钮I0.1X轴限位开关I0.4接近开关Q0.0光耦01I0.7上电Q0.1光耦00I1.0开始按钮Q0.2光耦02I1.1复位按钮Q0.3光耦03I1.2调试按钮Q0.4电磁阀I1.3手动/自动Q1.0开始灯I1.4通信按钮Q1.1复位灯2.3、生产线相关期间说明2.3.1、光电开关图七光电开关原理图图七所示是反射式光电开关的工作原理框图。图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，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时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。2.3.2、气动元件通过气体的压强或膨胀产生的力来做功的元件，即将压缩空气的能量转换为动能的机件。如气缸，蒸汽机等。它是一种动力传动形式，亦为能量转换装置，利用气体压力来传递能量。气动技术的优点：1、气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全。2、工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。3、输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50~500mm/s，比液压和电气方。4、可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次，而SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过2亿次。5、利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。6、全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。7、由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。图八气动元件气动技术的缺点：1、由于空气有压缩性，气缸的动作速度易受负载的变化而变化。采用气液联动方式可以克服这一缺陷,气缸速度比液压要快。2、气缸在低速运动时候，由于摩擦力占推力的比例较大，气缸的低速稳定性不如液压缸。3、虽然在许多应用场合，气缸的输出力能满足工作要求，但其输出力比液压缸小。气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。过去汽车、拖拉机等生产线上的气动系统及其元件，都由各厂自行设计、制造和维修。2.3.3、步进电机及驱动器原理步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化设备中。步进电机和普通电动机不同之处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，它同时完成两个工作：一是传递转矩，二是控制转角位置或速度。1．步进电机的工作原理图十一为两相步进电机的工作原理示意图，它有两个绕组。当一个绕组通电后，其定子磁极产生磁场，将转子吸合到此磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下，通电方向顺序按照四个状态周而复始进行变化，点击可顺时针转动；通电时序为时，电机就逆时针转动。控制脉冲每作用一次，通电方向就变化一次，使电机转动一步，即90度。四个脉冲电机转一圈，脉冲频率越高，电机转动越快。步进电机的输出力矩与电机的有效体积、线圈匝数、磁通量、电流成正比，因此电机的有效体积越大，线圈匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。图九步进电机原理图步进电机结构整个步进电机的是由前端盖、轴承、轴、转子铁心、磁钢、塑料骨架、定子铁心波纹垫圈、后端盖、螺钉组成，具体安装如图十二所示。图十步进电机结构图驱动器原理步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。

图十一步进电机控制系统

以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为，其四个状态周而复始进行变化。图十二步进电机驱动电路原理图2.3.4、光电耦合器光耦合器（OpticalCoupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。由于光耦种类繁多，结构独特，优点突出，因而其应用十分广泛，主要应用以下场合：(1)在逻辑电路上的应用光电耦合器可以构成各种逻辑电路，由于光电耦合器的抗干扰性能和隔离性能比晶体管好，因此，由它构成的逻辑电路更可靠。(2)作为固体开关应用在开关电路中，往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离，对于一般的电子开关来说是很难做到的，但用光电耦合器却很容易实现。(3)在触发电路上的应用将光电耦合器用于双稳态输出电路，由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路，可有效地解决输出与负载隔离地问题。(4)在脉冲放大电路中的应用光电耦合器应用于数字电路，可以将脉冲信号进行放大。(5)在线性电路上的应用线性光电耦合器应用于线性电路中，具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。(6)特殊场合的应用光电耦合器还可应用于高压控制，取代变压器，代替触点继电器以及用于A/D电路等多种场合。2.4生产线相关器件选型2.4.1、空气压缩机的选择空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右，因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可以采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.7~1.0MPa）、中压（1.0~10MPa）、高压（10~100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需求来选择。常见使用压力一般为0.7-1.25。首先按空压机的特性要求，选择空压机的类型。再根据气动系统所需要的工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力PC和吸入流量QC，最终选取空压机的型号为WY5.2-双头静音空气压缩机。空气压缩机（用来生产线上的动力装置）；1、型号：WY5.2-双头静音空气压缩机2、工作电压：单项三线220V±10%50HZ3、转速2880r/min4、最大气压1.3MPa气动阀型号：CDJ2B10-60-B压力：0.7MPa和1.0Mpa2.4.2、PLC选型在选择PLC时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入点数、所需存储器容量、确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性价比的PLC和设计相应的控制系统，该设计中选择了S7-200（CPU型号为224）。西门子PLC（主控单元）1、每站均配置EM277PROFIBUS-DP通信模块，用于组建西门子PROFIBUS-DP网络。2、主控单元配置S7-300系列PLC：CPU313C-2DP，40针前连接器，64KMMC存储卡，CP5611网卡。3总线结构：采用西门子PROFIBUS-DP网络通信，使各站之间控制信息和状态数据能够实现相互交换。配用PC/PPI编程电缆、PC/MPI编程电缆及触摸屏下载电缆。生产线的技术指标：1、输入电源：单项三线220V±10%50HZ2、工作环境：温度-10℃到+40℃之间相对湿度＜85%（25℃）海拔＜4000m3、工作容量＜1.5kVA整机尺寸：380cm×170cm×140cm2.4.3、步进电机的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。步距角的选择

电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。2、静力矩的选择

步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。3、电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）。根据上面的要求，选择42HS03两相混合式步进电机。2.4.4、光电开关选型常用光电开关的分类方法：按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体，最终选择了SB03-1K型漫反射光电开关。2.4.5、断路器选型低压断路器的选用，应根据具体使用条件选择使用类别，选择额定工作电压、额定电流、脱扣器整定电流和分励、欠压脱扣器的电压电流等参数，参照产品样本提供的保护特性曲线选用保护特性，并需对短路特性和灵敏系数进行校验,该设计选择的是DZ47-63。2.4.6、限位开关选型限位开关，指为保护内置微动开关免受外力、水、油、气体和尘埃等的损害，而组装在外壳内的开关，尤其适用于对机械强度和环境适应性有特殊要求的地方，可分为旋转限位开关及直行限位开关，本设计选择的是SMCD-A73型限位开关。三、软件设计3.1系统程序流程图以下的是系统的程序流程图，其中整个程序的循环都是通过移位寄存器完成的，在下文对移位寄存器会有详细的叙述。3.1.1安装站程序流程图读取大工件颜色信息读取大工件颜色信息选用白色料仓选用黑色料仓安装臂安装复位初始化白黑初始化程序段STL图：LDSM0.1SM0.0,1=M3.5RM0.1,20本段程序的功能是把中间继电器M0.0到M3.5进行初始化，其中PLC首次运行的时候SM0.1=1，其他时刻SM0.1=0。更换料仓程序段：LDM0.1AI0.5SQ0.2,1LDM0.3RQ0.2,1LDM1.2EUAI0.2ANI0.3SQ0.2,1LDM0.3RQ0.3,1LDM1.2EUAI0.3ANI0.2SQ0.3,1本段程序的根据循环段的中间继电器M状态控制料仓的更换。其中Q0.2是控制黑色料仓气动阀动作，Q0.3是控制白色料仓气动阀动作。机械手控制段：LDM0.1OM0.6OM1.2=Q0.0LDM0.4OM1.0=Q0.1本段是根据循环段的中间继电器M的状态控制机械手运动，其中Q0.0是控制机械手安装小工件，Q0.1是控制机械手到料仓取出小工件。循环程序段由于较长，在这就介绍下循环程序的核心指令：移位寄存器位（SHRB）移位寄存器位（SHRB）指令将DATA数值移入移位寄存器。S_BIT指定移位寄存器的最低位。N指定移位寄存器的长度和移位方向（移位加=N，移位减=-N）。SHRB指令移出的每个位被放置在溢出内存位（SM1.1）中。该指令由最低位（S_BIT）和由长度（N）指定的位数定义。图十三移位寄存器例如：如果S_BIT是V33.4和Nis14，以下计算显示MSB.b是V35.1。 MSB.b =V33+([14]-1+4)/8 =V33+17/8 =V33+2，余数为1 =V35.1在"移位减"（用长度（N）的负值表示）中，输入数据移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（S_BIT）。移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。在"移位加"（用长度（N）的正值表示）中，输入数据（DATA）移入移位寄存器的最高位中（由S_BIT指定），并移出移位寄存器的最高位。移出的数据被放置在溢出内存位（SM1.1）中。3.1.2搬运站程序流程图初始化读取货物信息初始化读取货物信息步进电机工作卸货复位（与仓库信息通信，分配库房位置）初始化程序：LDSM0.1SM0.0,1=M3.5RM0.1,24本段程序的功能是把中间继电器M0.0到M3.5进行初始化，其中PLC首次运行的时候SM0.1=1，其他时刻SM0.1=0。读取颜色信息：LDM0.5LPSAM5.0SM3.0,1LRDANM5.0RM3.0,1LRDAM5.1SM3.1,1LPPANM5.1RM3.1,1根据五号站M6.0和M6.1的状态来确定M3.0和M3.1的状态。四、实验调试在本实验设计的调试中我遇到过很多问题，例如设备的故障、程序的错误等等。下面我分单动和联动两个部分进行叙述。4.1单动调试在单动调试的时候，首先遇到的问题就是阅读程序这个难题。在实验室中我安装实验指导书去实际操作，但是两站的工作台都没有按照预定的流程工作，为了能够解决问题。我使用STEP7软件把两站的PLC程序上载到上位机上，然后使用通信线分别连接到安装站和分类站的PLC上，然后进行程序状态监控，逐步调试。最终是我了解到整个程序的循环过程和控制过程。其次的在分类站的调试中，我发现步进电机无法运作，整个程序不能上电。为此我专门找到纪老师希望能从老师那里得到帮助，最后我们使用万用表进行电路检查，确定是步进电机出现故障。找到问题以后，我们联系到生产线的制造厂家，向他们购买了新的步进电机和相关的驱动器。从中我学会了如何使用步进电机。之后还有一些系统灵敏度的问题，例如安装站的机械手使用的是吸气阀吸附住小工件进行运输，但是由于机械手的灵敏度问题，在实际调试的过程中无法吸附；分类站中出货的那个气动阀为瞬时动作，速度过快，有些情况下货物是没有完全放入仓库中的，针对这个问题，我专门在程序中加入了一个定时器T44，成功的解决了这个问题。虽然单动调试成功的完成了，但是接下来要完成的是更加困难的联动调试。有了单动调试的经验我相信自己能够完成的更好。4.2联动调试联动调试就是将安装站与分类站和其他站点进行联机调试，在这里使用到的PLC是S7-300，这种PLC的功能比其他各站点的S7-200的功能更加强大，相应的操作要求更高。首先我通过通信端口连接，将S7-300里面的程序上载到上位机中，在上位机里先熟悉程序的原理。在以往所学习到得PLC知识中，对于S7-300的介绍是在太少了，为此我到图书馆借阅了专业书籍。在和老师的商讨下，我终于明白了程序中I26.0、I36.3、Q33.3和Q43.3之类的输入输出的含义。在S7-300中的“I”代表是从S7-200传送到S7-300的数据，I26.0代表是第一站（也就是上料检测站）中的继电器V14.0传到S7-300的数据，Q33.3代表的是从S7-300传送到第二站（也就是搬运站）中V3.3的数据。知道这些继电器的含义后，我将这些继电器进行编译，很快就明白了联动调试的顺序和原理。还有就是MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem）组态软件的使用中，我学会了如何去把工程中的变量进行更改和循环方案的变更。在本文中的一些图片就是从组态软件界面中截图获得的。最后我们完成了整个生产线的单动和联动的调试，在整个调试的过程中我用到了STEP7软件、MCGS组态软件。这两个软件在工业生产中有着广泛的应用。五、总结2011年3月，我开始了我的毕业论文工作，时至今日，论文基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。3月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是：MES网络型模块式柔性自动化生产线实验系统研究——安装与仓储。当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆，大工图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。4月初，资料已经查找完毕了，我开始着手论文的写作。在写作过程中遇到困难我就及时和导师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，论文也慢慢成型。4月底，论文的文字叙述已经完成。5月开始进行相关电气原理图的绘制工作。为了画出自己满意的电路图，我仔细学习了AutoCAD的绘图技术。在原理图绘制初期，由于没有绘制经验，觉得无从下手，空有很多思想，却不知道应该选哪个，经过导师的指导，我渐渐有了头绪，通过查阅资料，逐渐确立绘图方案。方案中PLC接线、端子排结构等等，都是是比较头疼的问题，在反复推敲，对比的过程中，最终绘制出最终的电气原理图。我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手绘制电气原理图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多PLC、步进电机的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今PLC的最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在此更要感谢我的导师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。六、致谢四年的艰苦跋涉，五个月的精心准备，毕业论文终于到了划句号的时候，心头照例该如释重负，但写作过程中常常出现的辗转反侧和力不从心之感却挥之不去。论文写作的过程并不轻松，工作的压力时时袭扰，知识的积累尚欠火候，于是，我只能一次次埋头于图书馆中，一次次在深夜奋笔疾书。第一次花费如此长的时间和如此多的精力，完成一篇具有一定学术价值的论文，其中的艰辛与困难难以诉说，但曲终幕落后留下的滋味，值得我一生慢慢品尝。我要感谢我的指导教师纪明伟老师。纪老师虽身负教学、科研重任，仍抽出时间，不时召集我和同门以督责课业，耳提面命，殷殷之情尽在谆谆教诲中。这篇论文更倾注了他的大量心血。从初稿到定稿，纪老师不厌其烦，一审再审，大到篇章布局的偏颇，小到语句格式的瑕疵，都一一予以指出。同时，我要感谢机电系所有给我上过课老师，是他们传授给我方方面面的知识，拓宽了我的知识面，培养了我的功底，对论文的完成不无裨益。我还要感谢学院的各位工作人员，他们细致的工作使我和同学们的学习和生活井然有序。谨向我的父母和家人表示诚挚的谢意。他们是我生命中永远的依靠和支持，他们无微不至的关怀，是我前进的动力；他们的殷殷希望，激发我不断前行。没有他们就没有我，我的点滴成就都来自他们。让我依依不舍的还有各位学友、同门和室友。在我需要帮助的时候，陈晨等学友伸出温暖的双手，鼎立襄助。能和相遇、相交、相知是人生的一大幸事。本论文的完成远非终点，文中的不足和浅显之处则是我新的征程上一个个新的起点。我将继续前行！七、参考文献[1]PalanivelV，ZhuI)Q，VanOoijWJ．Nanopardcle—filledsilanefilmsaschromatereplacementsforaluminumalloys[J]．ProgressinOrganicCoatings，2003，47(3)：384—392．[2]谭益智．柔性制造系统[M]．北京：兵器工业出版社，1996，PE5．11．[3]PanGR，SchaeferI)W．Morphologyandwaterbarrierpropertiesofsilanefilmsonaluminumandsilicon[J]．ThinSolidFi1IUS，2006，503(1)：259—267．[4]MALEKIRA．Flexiblemanufacturingsystem[J]．thetechnologyandmanagement．PrenticeHallInc。，2006，22(5)：34．36．[5]王旗．PLC在镀铬生产线上的工艺实践[M]．北京：科学出版社，1999，PE67．101．[6]张金涛，杨春勇．2A12铝合金表面铈盐掺杂硅烷杂化膜在3．5NaCt溶液中耐蚀性能的电化学研究[J]．金属学报.2008，44(11)：1372—1377．[7]陈在平，岳有军．工业控制网络与现场总线技术[M]．北京：机械工业出版社，2008．2，PEl51．157．[8]PanGR，SchaeferI)W．Morphologyandwaterbarrierpropertiesofsilanefilmsonaluminumandsilicon[J]．ThinSolidFi1IUS，2006，503(1)：259—267[9]田颖颖，孟杰．褚健：MES成就中国节能经济[J]．中国制造业信息化：学术版，2005，34(6)：21—22．[10]徐伟民．基于数据综合集成的炼化企业MES应用研究【D】．杭州：浙江大学，2005．[11]张戟．基于现场总线DeviceNet的智能设备开发指南[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2004．6，PE55．62．[12]孙万卿，李华军．基于PLC和组态软件的海洋中心平台注水及原油集输监控系统[J]．计算机工程，2006，32(6)：243—245．[13]西门子(中国)有限公司自动化驱动集团．深入浅出西门子S7．200PLC(第3版)[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2007．1，PEl89．221．附录一:英文文献翻译英文文献：MESsystemisnecessaryforautomaticproductionlineautomaticcontrolsystemofoneoftheproductionline,thissystemcangetridofcumbersomemanualcopyingentry,reducehumanerror,improveproductionlineefficiency.Machineryandequipmentindustryisthedepartmentofthenationaleconomyisthebasisofphysicalandchemicalscienceandtechnology,isacarrierofhigh-techindustry,isthebasisofnationaldefenseistoachieveanimportantpillarforrapideconomicgrowth,butalsotoimprovethequalityoflifetoprovideconsumerelectronicproductsofsupplies.Itsqualityandefficiencyofnationaleconomy,industrialstructureadjustmentandoptimizationofanextremelyimportantrole.Processingtypeofenterpriseisindispensableintheglobalmanufacturingsystembasedonproductionunits,thestandardsofacountryisoftenanimportantindicatorofindustrialdevelopmenttomechanicalprocessingindustry,forexample,modeofproductiontousemorebulkmanner,veryfocusedontheoperationofmachineryandequipment,accompaniedbyextensivetestingandfeedback.TraditionalMESproductidentificationmustovercomethisfundamentalchallenge,becausenotallpartsaresuitableforbarcodepastedthesametime,theprocessingtypeofproductionisunique,turningplaningmill,platingcorrosion,heattreatmentandotherspecialprocessesmany,thetraditionalBOMforasingleproductbyassemblingthelistsofMESsoftwareisbasicallyuseless.EAS-MESteambasedonmanyyearsofexperienceintheprocessingindustry,productionmanagement,batchtrackingmethodsuccessfullyusedinthefieldofprocessingtypeofenterprise,theERPsystem,evendowntotheproductionlinemachinetoolsandindustrialbusnetworks,theMESintheprocessingindustrytopromotetheapplicationareastoanewheight.SincereEAS-MESmanufacturingexecutionsystemissummeduptechnologycompaniesinBeijingsincereTomohiroyearsexperienceinbuildingenterpriseinformationsystemsandERPimplementationexperience,basedontheuseofadvancedbarcodetechnologyandRFIDtechnology,combinedwithanumberoflargemanufacturingbusinessuserstheactualneedsofresearchanddevelopmentofaproductionworkshopmanagementsystem.Inthe21stcentury,businessenvironmenthasundergonefundamentalchange.Asglobalcompetitioninthemarket,customerandmarketdemanddiversification,personalization,andproductionofrelativesurplus,makingtheshortproductlifetrend,pricecompetitionintensified.Inthebrutalcompetitionforsurvivalanddevelopment,companiesmustbeabletostudysomelow-costandrapidresponsemanufacturingmethods,flexiblemanufacturingisthatthesemethodsingeneral.Thus,flexiblemanufacturingisnotsomuchamodeofproduction,notasgoodasthatflexiblemanufacturingisanewmanufacturingconcepts.Justtosolvethetraditionalflexiblemanufacturingtheseproblemsinproduction,followingatypicalflexiblemanufacturingmethodcanhelpustounderstandthemeaningandimplementationofflexiblemanufacturingnewideasforflexiblemanufacturing.Cellproductionmethod:AComparisonbetweenthetraditionalmassproduction,cellproductionhastwocharacteristics,oneissmall(productionlinesareshort,lessoperator)andasmallproductioncellsafterstandardizationcanbesimplycopied.Asthesetwocharacteristics,cellproductioncanbeachieved:Simplechangesinresponsetooutput,bycopyingoneormoreofthecellstocellproductioncapacitytomeetthemultipleofproductionneeds;reducethespaceoccupied,thecellisasimplecopyofthe(cellproductionlinecanbebuiltinadaytocomplete),sono,theycansimplyremoveandsavespace;(3)everycellofthesmallnumberofjobs,reducingthebalanceofstationoperationtimebetweenthedifficultyofoperatingtimedifferencebetweenstationsissmall,highefficiency;(4)areasonablecombinationofstaff,ietheabilityofemployeestoformaconsiderablecell,cangivefullplaytothehighestlevelofoperationalcapacity.Ifaccordingtothecapacityofeachcelltogivestafftheappropriatereward,butalsohelppromotehealthycompetitionbetweencells.Onemodeofproduction:Wehaveseenthiskindofsituation,aproductofthetotalassemblytimeislessthan10minutes,butitistensofmeterstobeplacedinalongline,whiletheassemblyworkbydozensofpeopletocompleteonline,buteachperson'sworkingtime10,20sec.Processingtimeforsucharelativelyshortnumberoftheproduct,ifwecanbreaktheroutine(lineproduction),replacedbyeachemployeeindividuallytocompletetheproductassemblytasks,wewillgetunexpectedresults.Astreamofproduction:theabove-mentionedM'sproductionofastreaminsuchamannertoachieve:theabolitionofthemachinebetweenthecarand,throughareasonableprocessarrangementsandsettingsbetweenmachinesskateboardingproductsinthemachineroomtoasingleflow.Itsadvantageisthatgreatlyreducestheintermediateproductinventory,reducecapitalandsiteoccupancy;(2)eliminationofunnecessaryhandlingbetweenmachines,reducingthedependenceonthehandlingtool;(3)occurswhentheproductqualityproblems,cantimelyinformationtothefrontofalargenumberofintermediateproductstoavoidobsolescence.Astreammodeofproductionnotonlyformechanicalprocessing,butalsoforproductassemblyprocess.Theuseofflexibleequipment:aflexibletubecalledaproduct(aplasticalsohasmetal)begantobefavored.Previously,manycompaniesareoutsourcingfortheproductionofstandardlines,butnowasimplestepbystepbytheirownflexibleproductionlineassemblyreplacement.Incomparison,thefirstflexibleproductionlinecanbereduced70-90%ofequipmentinvestment,andsecondly,doesnotrequireprofessionalinstallation,thegeneralstafftoquicklycompletetheinstallationinaweekend,thethird,whennotremovedatanytimetoimprovethesiteefficiency.Carproduction:Weoftenseeaproductinthemanufacturingprocess,thetransferfromonelinetoanotherline,transfertoolisthecar.Focusontheprocessofmovingandshiftingloadloss,someonehasinventedacarproductionline,thatis,thecarinTaiwantocompletealltheassemblytasks.Thisnotonlyeliminatestheneedfortheproductline,andthehandlingandtransferloadefficiencyisimproved.Fixedlineandchange-line:Accordingtothechangesinproductionofaproduct,setthetwoproductionlines,oneistomeettheminimumvolumeoffixedproductionline,theotherispartofthechangestomeetchangesinproductionlines.Usually,thetraditionalfixed-lineproductionequipmentbeingused,andflexibleproductionequipmentormethodstobeusedasacellchangesinproductionlines.Inordertocompletelyreducecosts,changesinlineinJapan,companiesoftenhireserviceworkerstorespondtodispatchthezero,norefundcanbeatanytime.FlexibleManufactu