自动化装配设计

PAGEPAGE29毕业设计题目名称：自动化装配设计学院：专业：电气自动化学生姓名：班级：摘要通过利用PLC强大的控制功能，实现利用可编程控制器控制装配工序的PLC动装配系统，对系统的控制要求、设计步骤、控制方案、主要控制元件、编程思路进行深入的剖析。在PLC基础上，系统还增加了组态软件WINCC对系统运行过程进行监控，本文亦介绍了组态软件WINCC对控制系统的组态及运行方法。通俗地讲，装配是指将产品的若干个零部件通过紧配、卡扣、螺纹连接、粘合、铆合、焊接等方式组合到一起得到符合预定的尺寸精度及功能的成（半成品（一个零部件而实现的装配，严格的讲，只能称为人工装配。不需要由人工处理零部件而完成的装配，可称为自动装配。介于两者之间的为半自动装配。统和计算机集成制造系统的普及，生成现场数据的应用已不仅仅局限于数据采集和监控。在生产制造过程中，需要现场的大量数据进行流程分析和过程控制，以实现对生成流程的调整和优化。这就需要组态软件wincc来实PLCPLC介绍了组态软件WINCC对控制系统的组态及运行方法。实验证明，通过利用PLC提高自动化行业的发展，提高劳动效率。关键词:可编程控制器,自动装配,控制系统目录1绪论 5论文相关技术介绍 8PLC技术 8PLC基本概念 8PLC的定义 9PLC的分类 9PLC的特点 11PLC的发展历史 12PLC的应用领域 14PLC发展趋势 15S7-200系列PLC监控的主要方法 16组态软件技术 16博图软件的性能特点 17博图软件的发展趋势 19自动装配机控制系统分析及方案设计 22系统控制要求分析 22PLC控制方案设计 22流程图 23系统的I/O分配 23监控系统方案设计 24自动装配机系统的实现 26PLC控制系统实现 26控制系统的梯形图 26梯形图对应的指令语句 31监控系统实现 33结论 35参考文献 36致谢 371绪论论文研究背景及意义可编程控制器是一种为工业机械控制所设计的专用计算机，在各种自动控制系统中有着广泛的应用，它是在继电器控制和计算机控制基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术，通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制，因而称为可编程程序逻辑控制器(ProgrammableLogicController)PLC[1]。随着技术的发展，其控制功能不断增强，可编程程序控制器还可以进行算术运算，模拟量控制、顺序控制、定时、计数等，并通过数字，模拟的输入、输出控制各种类型的机械生产过程。长期以来，PLC及其网络控制系统始终战斗在工业自动化控制行业的主战场，其提供的安全和完善的解决方案，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，在电力、冶金、化工、机械等行业发挥了重大作用，被公认为现代工业自动化三大支柱之一。近20PLCPLC的广泛应用成为可能。从1968年开始至今，PLC已经经历了四次更新换代,现阶段的PLC产品不但全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能片位式微处理器，RISC(ReducedInstructionSetComputer)CPUPLCPLCPLC加的这些功能正好适应了生产发展的需求。相信在未来的自动化生产控制中，PLC及其网络必将得到更加广泛的PLC控制系统发展及现状1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，并公开招标提出十项标准:(1)编程方便，现场可修改程序；(2)维修方便，采用模块化结构；(3)可靠性高于继电器控制装置；(4)体积小于继电器控制装置；(5)数据可直接送入管理计算机；(6)成本可与继电器控制装置竞争；(7)输入可以是交流115V；(8)输出为交流115V,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；(9)在扩展时，原系统只要很小变更；(10)用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字公司(DEC)研制出了第一台可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。这种新型的工业控制装置简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长，很快在PLC本论文研究内容本文在PLC强大的控制功能基础上，设计了一个自动装配机控制系统，该控制系统可以实现流水式配件叠放，然后检测产品是否合格，合格的产品从合格产品通道传送到下一个工序，不合格产品从不合格产品通道送出收集起来。本文所研究的主要内容安排如下：PLC究内容第二章论文相关技术介绍分析了西门子S7-300系列PLC以及博图组态软件第三章自动装配机控制系统分析及方案设计 分析了国外几种控制系统的实现，通过比较其优缺点，提出本文描述的控制方案，并分析方案的可行性。第四章自动装配机系统的实现 以PLC为对象，详细描述了该系统的实现及监控过程的实现结论 对论文进行总结，提出了一些尚待研究的问题，并对下一步的工作进行了展望。2设计相关技术介绍PLC技术ProgrammableControllerPCPC容易和个（PersonalComputer）PLC作为可编程序控制器的类型的机械或生产过程。PLC基本概念一、逻辑控制动控制。逻辑控制的特点顺次控制：即以前一步动作的完成作为信号，从而启动后一步动作的程序控制方式。条件控制：以某一个或某几个动作所产生的综合结果作为信号来启动下一步动作的程序控制方式。时序控制：以时间为基准来决定每一步动作的运行或停止的程序控制方式。控制要素：动作的转换、动作的执行二、程序(顺序）控制器定义：采用继电器、接触器、半导体逻辑元件，甚至加上微处理器等器件组成，能完成逻辑控制（即程序控制）任务的装置。分类（按照“存储”控制顺序规则）（1）20世纪50年代 继电器及半导体逻辑元件控制器（2）20世纪50年代后期 矩阵式控制器（3）20世纪60年代 可编程控制器PLC的定义国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee-IEC),1987年的第三版对PLC作了如下的定义:PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。似，甚至与之无异。可编程序控制器主要由CPU(中央处理单元存储器(RAM和EPROM),输入/输出模块(I/O模块)利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。PLC的分类1、按结构形式分类根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。PLCPLCCPUI/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的I/OCPUPLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。PLCPLCPLC各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如CPU模块、I/O模块、电源模块（有的含在CPU模块中）以及各种功能模块。模块式PLCPLC的特PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC其CPU、电源、I/O接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。2、按功能分类根据PLC所具有的功能不同，可将PLC分为低档、中档、高档三类。低档PLC具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入／输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。PLC工厂自动化。3、按I/O点数分类根据PLC的I/O点数的多少，可将PLC分为小型、中型和大型三类。(1).小型PLC——I/O点数<256点；单CPU、8位或16位处理器、用户存储器容量4K字以下。如：GE-I型美国通用电气（GE）公司TI100美国德洲仪器公司F、F1、F2日本三菱电气公司C20C40日本立石公司（欧姆龙S7-200德国西门子公司EX20EX40日本东芝公司SR-20/21中外合资无锡华光电子工业有限公司PLC——I/O256～2048CPU2～8K如：S7-300德国西门子公司SR-400中外合资无锡华光电子工业有限公司SU-5、SU-6德国西门子公司C-500日本立石公司GE-ⅢGE公司大型PLC——I/O点数>2048点；多CPU，16位、32位处理器，用户存储器容量8～16K如：S7-400德国西门子公司GE-ⅢGE公司C-2000立石公司K3三菱公司等PLC的特点PLC之所以越来越受到控制界人士的重视，是和它的优点分不开的:1、可靠性高，抗干扰能力强PLC使用冗余CPUPLCPLCPLC序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2、配套齐全，功能完善，适用性强PLCPLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不门。4、系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。PLC的发展历史1、起源可编程序控制器问世于1969型号必然要求加工生产线改变。正是从汽车制造业开始了对传统继电器控制的挑战。1968GeneralMotors10GM10条。GM10条是可编程控制器出现的直接原因：编程方便，可现场修改程序维修方便，采用插入式结构可靠性要高于继电器控制装置体积要小于继电器控制装置数据可直接送入管理计算机成本上可与继电器竞争115V115V，2A以上，能直接驱动电磁阀扩展时原系统只需做很小的改动1969PDP—14ProgrammablePLC。1969年，美国研制出世界第一台PDP-14；1971年，日本研制出第一台DCS-8；1973PLC；1974PLC。2、发展20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程eLogicConroller（。2070年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全PID位。2080年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上阶段。20809030~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力DCS系统。元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1、开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、模拟量控制（digital）A/DD/APLCA/DD/A3、运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合.4、过程控制PIDPLCPID模块,PLC也具有此功能模块。PIDPID泛的应用。5、数据处理PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算、数据传送、数据转换冶金作为大型PLC最大的行业分支，占据了四分之一的市场；冶金行业各控制环节要求精度高，控制点数多，是大中型PLC应用的主要行业。汽车行业主要对各生产线的工位进行控制，对PLC的应用数量多，但控制点数一般不高，在300点左右，以中型PLC为主。汽车行业被认为是PLC应用最有潜力的行业之一。虽然电力行业对单机容量5万千瓦以下的常规火电机组的关停在很大程度上影响了PLC在该行业的应用规模，但由于电力行业本身自动化水平很高，对PLC的应用规模基数很大，因此电力行业仍然处于大中型PLC应用的第三大行业。6、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接接口,通信非常方便。PLC发展趋势世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于DCS（DistributedControlS7-300PLC监控的主要方法作情况并使系统操作变得方便。对S7-300系列PLC组成的控制系统进行监控一般有三种方法：组态软件监控、第三方软件编制的监控软件监控、触摸屏监控。组态软件技术（SCADA）DCSPLCPC的监控组态软件在工业控制领域不断发展壮大。监控组态软件广泛运用于工业、农业。楼宇和办公等领域的自动化系统。PC的桥梁和纽带，是自动化系统集成中不可缺少的关键组成部分。WinCC软件的性能特点WinCC作为一个功能强大的操作监控组态软件，其主要性能特点如下：1、应用最新的软件技术WinCC是由SIEMENS公司与Microsoft公司合作开发的用于控制工程的人机界面组态软件，正是基于Microsoft公司技术的先进性与创新性，保证用户能够获得不断创新的技术。2、包括所有SCADA功能在内的客户-服务器系统WinCC3(WinCCiFixinTtch)AWinCC3、可灵活裁剪，由简单任务扩展到复杂任务WinCC是一个模块化的自动化软件，可以灵活地进行扩展，可应用在办公室和机工业过程图像的可视化监控和操作。4、可由专用工业和专用工艺的选件和附件进行扩展WinCC在开放式编程接口的基础上开发了范围广泛的选件和附件，使之能够适应各个工业领域不同工业分支的不同需求。5、集成ODBC/SQL数据库WinCCSybaseSQLAnywhereWinCC(SQL)或使用(OpenDataBaseConnectivityWinCCWinCC对其他的Windows程序和数据库开放其数据，例如，将其自身集成到工厂级或公司级的应用系统中。6、具有强大的标准接口WinCC建立了DDE(DynamicDataExchange)、OLE(ObjectLinkandEmbed)、OPC(OLEForprocessControl)等在Windows程序间交换数据的标准接口，因此，能够毫无困难地集成ActiveX控制和OPC服务器、客户端功能。7、统一脚本语言WinCC的脚本语言由ANSI-C标准编程语言生成。8、开放API编程接口可以访问WinCC的模块所有的WinCC模块都有一个开放的C编程接口(C-API)，可以在用户程序中集成WinCC组态和运行时的功能。9、通过向导进行简易的(在线)组态组态工程师除了可利用综合库，在一个WYSIWYG环境中，进行简单的对话和向导外，在调试阶段，同样可进行在线修改。10、选择组态软件的语言Wincc软件是基于多种语言开发的，可以在德文、法文、意大利文、西班牙文、中文及其他多种亚洲语言之间进行选择。可以存储用户喜爱的任何一种语言文本，可以在线进行语言转换。11、提供所有主要PLC系统的通信通道作为标准，WinCC支持所有连接到SIMATICS5/S7/505控制器的通信通道，还包PROFIBUS-DPDDEOPC12、具有与基于PC的控制器的SIMATICWinAC的紧密接口软/插槽PLC和操作、监控系统在一台PC机上相结合无疑是一个面向未来的概念。在此前提下，WinCC和WinAC实现了西门子公司基于PC的、强大的自动化解决方案。13、是全集成自动化工TIA的部件TIA(TotalIntegratedAutomation)集成了包括WinCC在内的所有SIEMENS产品，WinCCTIATIA和通信等方面的一致性。14、作为SIMATICPCS7过程控制系统申的操作员站SIMATICPCS7是TIA中的过程控制系统。PCS7是结合了基于控制器的制造业自动化的优点和基于PC的过程工业自动化的优点的过程处理系统(PCS)，它对过程可视化使用包括WinCC的标准SIMATIC部件。15、符合FDA21CFRPart11的要求16、可集成到MES和ERP中WinCC的标准接口使WinCC成为全公司范围IT环境下的一个完整部件。这超越了自动控制过程，将范围扩展到工厂监控级，以及为公司管理系统提供管理数据。WinCCV6.0的新增功能WinCC为所有领域，从简单的单用户系统到具有冗余服务器的分布式多工作站系统，以及具有Web客户端的跨区域的解决方案，提供了基于Windows2000和XP的完整的操作和监控功能。基本系统中的历史数据归档IT功能和上午集成优化MicrosoftSQLServer2000实现历史数据归档；增加了客户端的数据评估工具；可连续扩展系统中可以有多达12台服务器和32个WinCC客户端，每台服务器都可以有自己的冗余服务器。新支持的开放性标准（组态自动化；lBasic脚本（；OPCHDA,OPCA&E,OLE-DB。增强的Web功能WinCCWebNavigatorWebNavigatorWinCC新的选件WinCCDa@MonitorWebEdtion（历史数据归档工具；WinCC/ConnectivityPack（通过OPCHDA,OPCA&E和OLE-DB访问WinCC数据库；WinCC/IndustralDataBWinCC的发展趋势很多新技术将不断被应用到组态软件当中，促使组态软件向更高层次和更广范围发展。其发展方向如下：（driverOPC基金组织提出的OPC规范基于微软的OLE/DCOM技术，提供了在分布式系统下，软件组件交互和共享数据的完整的解决方案。服务器与客户机之间通过DCOM接口进行通讯，而无须知道对方内部实现的细节。由于COM件则可以通过OPC与各厂家的驱动程序无缝连接，故从根本上解决了以前采用专用格式MIS等）OPC的组态软件和硬件设备的普及，使用OPC进行数据采集成为组态中更合理的选择。C/Basic的编程语言。C/Basic语言要求用户使用类似高级语言的语句书写脚本，使用系统提供VBA的组态软件通常使用微软的VBA环境和组态技术，把组态系统中的对象以组件方式实VBA的程序对这些对象进行访问。可扩展性为用户提供了在不改变原有系统的情况下，向系统内增加新功能的能力。这种增加的功能可能来自于组态软件开发商、第三方软件提供商或者用户本身。增加功能最常用的手段是ActiveX组件的应用。所以更多厂商会提供完备的ActiveX组件引入功能及实现引入对象在脚本语言中的访问。态软件大量采用“标准化技术”OPC,DDE,ODBC,OLE-DB,ActiveXCOM/DCOM己的需要进行二次开发。MES(ManufacturingExecutionSystems）ERP(EnterpriseResourcePlanning）系解决方案正日益扩展到MES领域，并SCADAMES领域，并未ERP系统提供通讯接口。SCADA系统是用于构造全厂信息平台的一种理想的框架。由于它们管理过程画面，因而能直接访问所有的底层数据；此外,SCADA所以，对MES和ERP系统来说，SCADA系统是理想的数据源。在这种情况下，组态软件成为中间件，是构造全厂信息平台承上启下的重要组成部分。现代企业的生产已经趋向国际化、分布式的生产方式。Internet将是实现分布式生产的基础。组态软件将从原有的局域网运行方式跨越到支持Internet。使用这种瘦客户B/S（Browser/Server）维护费用。3自动装配机控制系统分析及方案设计系统控制要求分析系统的结构示意图如下：配件三Ⅲ合格

Ⅲ配件二转盘Ⅲ不合格

Ⅲ配件一Ⅲ工件基底不合格产品从不合格产品通道送出收集起来。需要考虑的问题：1、启动初期，转盘上没有配件，需先放上配件一、二、三，再开始装配元件；2、按下停止按钮时，转盘上剩下的工件需依次装配完成再停下；3、遇到紧急情况需要急停，可以断电处理。PLC控制方案设计ⅢⅢⅢⅢ配件一、二、三，装配好的器件到达Ⅲ号工位进行检测，检测合格的，器件从Ⅲ出，否则作为不合格器件运转到Ⅲ号位推出。PLCPLCEPROM据现场控制要求，用PLC的程序语言编制的应用程序（也就是逻辑控制）用来实现各种控制。STEP7SIMATIC可编程逻辑控制组态喝编程的标准软件包，也就是用户程序，我们就是用STEP7来进行硬件组态和逻辑程序编制，以及逻辑程序执行结果在线监视。S7-300PLC来进行控动运行。流程图根据自动装配机系统控制要求，装配机的动作流程如下图：开始开始是否合格？YN结束从不合格出口推出从合格出口推出到达工位4转盘转动3安装配件二到达工位3转盘转动2安装配件一工件基底到达2转盘旋转1推出工件基底4安装配件三系统的I/O分I0.0 开始按钮I0.1 停止按钮I0.2 合格与不合格检测（1为合格，0为不合格）Q0.0 工件基Q0.1 配件一Q0.2 配件二Q0.3 配件三Q0.4 合格输出Q0.5 不合格输Q0.6 转盘Q1.0 合格与不合格（1为合格，0为不合格）监控系统方案设计本自动装配机组态软件系统采用WinCC组态软件开发实现，其设计画面简单，方6个指示灯，用于显示产品合格与否的判断结果。4自动装配机系统的实现PLC控制系统实现1、按下启动按钮后，开始往转盘上装配件一、二、三，Q0.1-Q0.3顺序亮；2、待配件装上后，整个装配流水线开始工作，推出工件基底，顺序装上配件一、二、推出下一基底。控制系统的梯形图1、按下启动按钮后，开始往转盘上装配件一、二、三，Q0.1-Q0.3顺序亮；2、待配件装上后，整个装配流水线开始工作，推出工件基底，顺序装上配件一、二、推出下一基底。图1