基于PLC自动生产线的研究 毕业论文

1、深圳大学 本科生毕业论文（设计） 题目：基于 plc 自动生产线的研究 专 码： 机械设计制造与自动化 作者姓名： 学号： 单位： 指导教师： 2011 年 4 月 26 日 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下， 独立进行研究取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，论 文中不含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获 得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人承担本声明的相应责任。 学位论文作者签名： 年 月 日 指 导 教 师 签名： 年 月 日 摘要摘要 随着计算机在控制应用领域

2、技术的不断提升和进步，可编程控制器件的应 用已普及成为自动化技术的重要组成部分之一。自动生产线的核心是一种控制 装置，该装置能够实现一个相对较高的水平自动化。plc 中控制单元在生产线 的运行中扮演一个决定性的角色。如何设计 plc 成为控制生产线效率的一个关 键因素。可编程控制器最先出现在美国，1968 年，美国的通用汽车公司（gm） 提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户的角度提出新一代控制器应具备 十大条件。生产线可以实现更多的自动化、智能化,并且得到很高的生产效率。 关键字：关键字：plc ,自动化，生产线 abstract with the improving of the tec

3、hnology of the computer in the field of control application and the progress, application of programmable control devices has become a popular one of the important part of automation technology. the core of the automatic production line is a kind of control device, the device can achieve a relativel

4、y high level of automation. plc in the control unit in the operation of the production line plays a decisive role. how to design the plc control the efficiency of the production line become a key factor. programmable controller first appeared in the united states, in 1968, the american general motor

5、s (gm) puts forward the development of a new type of controller, and put forward a new generation of controller from the perspective of the user should have ten conditions. production line can achieve more automatic and intelligent, and obtain high production efficiency. key words: plc, automation,

6、production line 目目 录录 引引 言言 .1 1 1 1 plcplc 应用现状应用现状 .1 1 1.1 工艺过程 .1 1.2 研究意义 .3 2 2 单元器件的简单介绍单元器件的简单介绍 .3 3 2.1 传感器 .3 2.2 s7-3oo plc .5 3 3 各单元控制系统的设计各单元控制系统的设计 .6 6 3.1 plc 对下料单元的控制 .6 3.2 plc 对加盖单元的控制 .15 3.3 穿销单元控制要求 .22 4 4 s7-300s7-300 plcplc 硬件组态及编程硬件组态及编程 .2929 4.1 设计流程 .30 4.2 s7-3oo plc

7、在系统中的主站控制变量传送分配表 .39 4.3 s7-3oo plc 在系统中的主站控制的基本要求 .40 4.4 s7-300 plc 梯形图 .41 5 5 总结总结 .4444 6 6 参考文献参考文献 .4444 7 7 致谢致谢 .4545 基于基于 plcplc 自动生产线的研究自动生产线的研究 引引 言言 自动生产线以流水线的基础实现产品生产过程自动化的一种机器体系。它 可以实现加工，检测，运输等步骤的高度连续化工作，从而达到提高工作效率， 降低生产的成本的目的。plc 控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的 主要对控制功能作必要地修改只需改变软件指令即可使硬件软件化。可

8、编程序控制器采用易学易懂的梯形图语言它是以计算机软件技术构成人们惯 用的继电器模型形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言 梯形图使用的符号和定义与常规的继电器展开图完全一致电气操作人员使 用起来得心应手不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业“鸿沟” 。 在了解 plc 简要工作原理和它的编程技术之后就可结合实际需要进行应用设 计进而将 plc 用于实际控制系统中 1 1 plcplc 应用现状应用现状 1.1 工艺过程 为了全程控制整个生产线，本系统设置了主站作为总控制台，负责指挥调 度整个装配生产线，保证其连续运行。主站的总控制的主要作用就是控制系统， 调度，监视系统的运

9、行情况。 生产线的设计工序复杂，具体采用机械传动，电器控制实现现代化的传输 装配过程。自动化生产线的设计可以分为如下五个部分：总站单元，下料单元， 加盖单元，穿销单元，检测单元，分拣单元。它们之间的联系如下图所示： 图图 1-21-2 自动化生产线的控制顺序自动化生产线的控制顺序 图图 1-21-2 控制系统组成框图控制系统组成框图 1.2 研究意义 本研究的自动生产线实验平台是在铝合金导轨式实训台上由下料、加盖、 穿销、检测、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统 各机构采用气动驱动、变频器驱动和步进电机位置控制等技术，实验平台的控 制方式采用各个工作单元均是一台独立的 p

10、lc 控制，本实验平台综合采用传感 器应用技术。在本实验平台上可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过 程，使使用者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，力求达到缩短理论教 学与实际应用之间的距离。 本课题研究的自动生产线实验平台的设计，采用模块组合式的结构，各工 作单元是相对独立的模块，并采用标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的 互换性方便根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合，安装和调试，达 到模拟生产性功能。 2 2 单元器件的简单介绍单元器件的简单介绍 2.1 传感器 传感器的基本原理 传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需的有用信息的 装置。它获取的信息可以是各

11、种物理量。传感器的核心部件是敏感元件，它是 传感器中用来感知外界信息，并转换成有用信号的元件。 本套系统中用到的传感器大体上分为光电式传感器、光纤式传感器、电感 式传感器、电容式传感器等。 （1）电感式接近开关 代号：151685 代码:smto-1-ps-s-led-24-c 短路强度:是 测量原则:磁阻 切换元件功能:常开触点 开关输出:pnp 电连接:m8x1;3 针;插头 smto 为电感式接近传感器功能： smt, smto (感应式) smt 型电感式传感 器含有振荡回路。当有磁场接近时回路中的电流 会发生变化并产生一个开关 信号。 smt 型接近式传感器主要用于能够处 理开关信号

12、的设备，譬如连接 至控制器。 （2）电容式传感器 电容传感器是无接触式位置传感器，所有进入它电场中的物质都将影响它 的电场，这种变化通过内部电路转换为输出电信号。它具有高稳定性、温漂较 低的特点，他的检测对象为金属和非金属（玻璃、木料、油类、水及塑料制品 等） 。 系统中用到的电容式传感器为加工站的 part_av、b1、b2，用来检测旋转 指示盘上是否有工件，如上图所示。 电容式接近传感器带有 led 显示和电子接口，安装在一个聚合物结构的安 装座上，通过 3 针插座连接。 图图 3-1 电容式传感器电容式传感器 （3）电磁阀 代号：161414 代码：cpv10-m1h-5ls-m7 驱动

13、类型：电气的 设计结构：活塞滑块 复位类型:空气弹簧 先导类型:由先导控制 阀功能:5/2;单稳态 外形紧凑、功能强大，流量从 400 到 1600 升/分钟 ，重量轻，安装空间 小，cpv 阀岛可安装在气动驱动器附近，可确保缩短响应时间，提高效率。 图图 3-2 电磁阀电磁阀 2.2 s7-3oo plc s7-300（plc）是德国西门子公司在 s5 系列 plc 的基础上于 1995 年陆 续推出的性价比较高的 plc 系统。其中，s7-300 由于其系统的优良特性，近年 来被广泛应用于专用机床、纺织机械、 装机械、通用机械等方面；在控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造 工业等诸多领域也

14、被广泛使用。s7-300 提供了多种性能的 cpu 和丰富且带有许 多功能的 i/o 扩展模块，具有高电磁兼容性和抗冲击性，使其具有很高的工业 环境适应性。 因此八个站的 plc 均为单机作业，也不需要扩展功能模块，plc 之间也 没必要网络通讯。所以每个站的 plc 只由最基本的中央处理单元（cpu） 、电源 模块（pc） 、信号模块（sm）组成。 part_av、b1、b2 电容式传感器 可插拔接线端可插拔接线端 子子(224,226)(224,226) 通讯口通讯口24v24v 传感器传感器 电源输出电源输出 panelpanel安装固安装固 定孔定孔 安装于标准安装于标准dindin导

15、导 轨上轨上 的夹子的夹子 可选卡可选卡 插槽插槽 内部内部: : - - 电源电源 - - 超级电容超级电容 - - 时钟时钟(224(224(xp),226)xp),226) i/oi/o 点点 状态状态 ledled 可插拔模拟量终可插拔模拟量终 端端 图图 3-3s7200 的外形结构的外形结构 由图示可知，虽然 plc 的外观与通用计算机有较大差别，但在内部结构 上，plc 只是像一台增强了 i0 功能的可与控制对象方便连接的计算机。在系 统结构上，plc 的基本组成包括硬件与软件两部分。 3 3 各单元控制系统的设计各单元控制系统的设计 3.1 plc 对下料单元的控制 下料单元是

16、整个生产线的起点，下料单元的主要功能是为后面各站的加工 过程提供工件。供料站由以下几部分组成：工件仓模块、检测模块、气动推杆 模块、吸工件模块、旋转模块、控制面板、工作平台、手推车台、plc 模块。 图图 4-14-1 下料单元实物图下料单元实物图 图图 4-24-2 下料单元控制流程图下料单元控制流程图 下料单元 i/o 分配表 下料单元梯形图 表表 4-14-1 单元单元 i/oi/o 分配表分配表 形式序号名称plc 地址编号地址设置 1工件检测 i0.0s2 2托盘检测i0.1s1 3料槽底层工件检测i0.2s3 4手动/自动按钮i2.0sa 5启动按钮i2.1sb1 6停止按钮i2.

17、2sb2 7急停按钮i2.3sb3 输入 8复位按钮i2.4sb4 1下料电机q0.0m2 2绿色指示灯q0.1hl2 3直流电磁吸铁q0.2km 4传送电机q0.3m1 5转角电机q0.4m3 6红色指示灯q0.5hl1 7蜂鸣器报警q1.6ha1 输出 8蜂鸣器报警q1.7ha2 em277 总线 模块设置 的站号为： 8 与总站通 讯的地址 为：23 发送地址v2.0-v3.7(200plc300plc) 接收地址v0.0-v1.7(200plc300plc) 3.2 plc 对加盖单元的控制 plc 通过继电器控制电机正反转，减速机摆臂动作从料槽中取上盖，转 180 度后，接触到放件控

18、制板时，复位弹簧松开，上盖自动重掉入工件主体 内，3 秒后，摆臂执行返回原位动作。 图图 4-34-3 加盖单元的实物图加盖单元的实物图 加盖单元控制流程图 图图 4-44-4 加盖单元控制流程图加盖单元控制流程图 直线传动电机运行（q0.4） 红色指示灯亮（q0.5） 托盘检测（i0.1） 上盖检测（i0.0） 是 否 止动电磁铁（q0.3），并保 持3秒（t101） 延时时间到了吗(t101) 否 停止电磁铁输出（q0.3） 红色指示灯亮（q0.5） 绿色指示灯灭（q0.2） 加盖电机放件（q0.1） 放件限位(至位)（i0.3） 否 停止加盖电机放件（q0.1） 延时3秒（t38） 加盖

19、电机取件（q0.0） 取件限位检测（i0.2） 否 停止加盖电机取件（q0.0） 是是 是 否 延时3秒（t37） 是 绿色指示灯亮（q0.2） 红色指示灯灭（q0.5） 初始状态 加盖单元 i/o 分配表 表表 4-24-2 加盖单元加盖单元 i/oi/o 分配表分配表 形式序号名称plc 地址编号地址设置 1 上盖检测 i0.0 s2 2托盘检测 i0.1 s1 3取件限位(复位) i0.2 sq1 4放件限位(至位) i0.3 sq2 5手动/自动按钮i2.0sa 6启动按钮i2.1sb1 7停止按钮i2.2sb2 8急停按钮i2.3sb3 输入 9复位按钮i2.4sb4 1电机取件q0

20、.0km1 2电机放件q0.1km2 3绿色指示灯q0.2hl2 4直流电磁吸铁q0.3ym 5传送电机q0.4m2 6红色指示灯q0.5hl1 7蜂鸣器报警q1.6ha1 输出 8蜂鸣器报警q1.7ha2 em277 总线 模块设置 的站号为： 12 与总站通 讯的地址 为：45 发送地址v2.0-v3.7(200plc300plc) 接收地址v0.0-v1.7(200plc300plc) 加盖单元梯形图 3.3 穿销单元控制要求 初始状态：传送电机停止；销钉气缸处于原位，限位杆竖起禁行；指示灯 熄灭。 图图 4-54-5 穿销单元实物图穿销单元实物图 穿销单元运行的过程 1.1.托盘载工件

21、到达定位口，托盘传感器发出检测信号，确认无销钉，绿色 指示灯亮，红色指示灯灭，3 秒后，销钉气缸执行装销钉动作。 2.2.销钉气缸发出至位检测信号，结束推进，2 秒后自动退回。 3 3.气缸复位，3 秒后，止动气缸动作使限位杆落下将托盘放行。 4.4.放行 3 秒后，限位杆竖起处禁行状态，绿色指示灯灭，红色指示灯亮。 系统回复初始状态。 穿销单元控制流程图 图图 4-64-6 穿销单元控制流程图穿销单元控制流程图 直线传动电机运行（q0.3） 红色指示灯亮（q0.4） 托盘检测（i0.1） 销钉检测（i0.0） 是 延时3秒（t102），输出止 动气缸（q0.0），并保持3 秒（t110） 延

22、时时间到了吗（t110） 否 停止气缸输出（q0.0） 红色指示灯亮（q0.4） 绿色指示灯灭（q0.1） 延时3秒（t101）输出穿销 气缸（q0.2） 穿销气缸至位（i0.2） 延时2秒（t104），停止穿 销气缸（q0.2） 穿销气缸复位（i0.3） 否 是 是 否 否 绿色指示灯亮（q0.1） 红色指示灯灭（q0.4） 是 否 初始状态 穿销单元梯形图 4 4 s7-300s7-300 plcplc 硬件组态及编程硬件组态及编程 系统的软件设计主要是在 step 7 环境下完成。step 7 是西门子公司 为 simatic s7 系列 plc 提供的，支持用户开发应用程序的软件包。通

23、过本章 的学习，要基本基本掌握 step 7 编程软件的使用，能够用至少一种编程语言 （指令表、梯形图、功能块图以及 graph 语言）进行简单的编程，学会程序的 编译、调试及仿真运行，并能在某一站上模拟实际控制单元的工作。 该软件支持多种编程语言，指令表、梯形图、功能块图以及 graph 语 言。编程环境是 simatic manager(管理器)，该管理器下主要可以完成以下工 作： 建立一个用户开发项目；硬件组态；修改硬件默认地址；定义符号表； 选择程序组织方式，在组织块中进行编程；编译并保存程序，如需要打开仿真 器仿真；建立 pc 机与 plc 地在线连接，下载程序到可编程序控制器；监控

24、运 行。 4.1 设计流程 1 新建一个项目 2 完成选型，本系统为 cpu315-2dp 类型 3 选择组织块 ob1，且选用梯形图编程方式-lad 4、在块选择下拉框中点击组织块 ob1，然后选择梯形图的编程方式 lad 图图 5-35-3 择组织块择组织块 ob1ob1 5、在对话框中给新建项目并命名 图图 5-45-4 新建项目新建项目 6、点击 test1 下拉菜单，选择 simatic 300 station，并双击/或右键点 hardwareopen object，打开硬件组态界面。 图图 5-55-5 硬件组态画面硬件组态画面 7、配置电源的模块 图图 5-65-6 配置配置

25、300300 的电源模块的电源模块 8、配置输入输出模块 图图 5-75-7 配置配置 300300 的输入的输入 输出模块输出模块 9、双击 rack 的第 x2 个 slot，选择对话框中的 properties 按钮； 图图 5-85-8 选择选择 propertiesproperties 10、在 address 中分配你的 dp 地址，若默认，直接选择 new按钮； 图图 5-95-9 分配分配 dpdp 地址地址 11、单击 subnet 的 new 按钮，弹出 profibus net 的窗口将。点中 network setting 按键，设置完 profibus-dp 的参数

26、点击 ok； 图图 5-10profibus5-10profibus netnet 的窗口的窗口 图图 5-115-11 设置设置 profibus-dpprofibus-dp 的参数的参数 12、点击 ok，即可生成一个 profibus-dp 网络。 图图 5-12profibus-dp5-12profibus-dp 网络网络 13、组态 em277m 模块，点开 profibus dp点开 additional field devices点开 plc点开 simatic选中 em 277profibus-dp,将其拖到左面 profibus(1):dp master system(1)上

27、; 图图 5-135-13 组态组态 em277mem277m 模块模块 14、立即会弹出 em 277profibus-dp 通讯卡设置画面；dp 地址可以改动， 选择 10；点击确定。（此值可根据用户的需要随意设置，但此值设定后必须与 其实际连接的 em277 模块上所设置的地址完全一致）。 图图 5-145-14emem 277profibus-dp277profibus-dp 通讯卡通讯卡 15、点开 em 277profibus-dp 选中 universal module,并将其拖入左下面的槽中，并 分配其 i/o 地址，双击此槽。 图图 5-155-15 分分配其配其 i/o 地

28、址地址 16、在 i/o 选择处在下拉菜单中选中 input/output。在弹出的对话框中设 置其输入输出的起始地址（此地址即为上位机和下位机通讯的 i/o 地址。用户 可根据所给出的机电一体化 i/o 分配表设置，也可自行设置。）其输入输出地 址为 200 与 300 通讯时需要使用的地址。 图图 5-165-16 设置其输入输出的起始地址设置其输入输出的起始地址 17、按照上面步骤组态其它 em277 模块，分配其地址。 图图 5-175-17 组态其组态其 em277 模块模块 18、点击，save and complice,存盘并编译硬件组态，完成硬件组态工作。 图图 5-185-1

29、8 编译硬件组态编译硬件组态 19、检查组态，点击 station consistency check ,如果弹出 no error 窗口,则表示没有错误产生! 组态完成。 图图 5-195-19 组态完成组态完成 4.2 s7-3oo plc 在系统中的主站控制变量传送分配表 下表描述的是下料单元、加盖单元、穿销单元、检测单元、分拣单元在本 系统中，由 s7-300 向 s7-200 的主站控制变量的传送分配情况。 表表 5-15-1 为主站控制变量的传送分配表：为主站控制变量的传送分配表： 表 1 为主站控制变量的传送分配表 主站接收站 主站地址 主站输出 地址 传送方向 接收变量 地址

30、站点名称 总线站号 q17 .4 s7-300s7-200v1.4 下料单元 10 q3. 4 s7-300s7-200v1.4 加盖单元 08 q5. 4 s7-300s7-200v1.4 穿销单元 12 q7. 4 s7-300s7-200v1.4 检测单元 14 i0. 0 q15 .4 s7-300s7-200v1.4 分拣单元 16 q17 .5 s7-300s7-200v1.5 下料单元 10 q3. 5 s7-300s7-200v1.5 加盖单元 08 q5. 5 s7-300s7-200v1.5 穿销单元 12 q7. 5 s7-300s7-200v1.4 检测单元 14 i0

31、. 1 q15 .5 s7-300s7-200v1.4 分拣单元 16 q17 .6 s7-300s7-200v1.6 下料单元 10 q3. 6 s7-300s7-200v1.6 加盖单元 08 q5. 6 s7-300s7-200v1.6 穿销单元 12 q7. 6 s7-300s7-200v1.6 检测单元 14 i0. 2 q15 .6 s7-300s7-200v1.6 分拣单元 16 q17 .7 s7-300s7-200v1.7 下料单元 10 q3. 7 s7-300s7-200v1.7 加盖单元 08 q5. 7 s7-300s7-200v1.7 穿销单元 12 q7. 7 s

32、7-300s7-200v1.7 检测单元 14 i0. 3 q15 .7 s7-300s7-200v1.7 分拣单元 16 4.3 s7-3oo plc 在系统中的主站控制的基本要求 主站的输入、输出编号设置情况如下表: 表表 5-25-2 主站的主站的 i/oi/o 编号设置编号设置 形式序号名称plc 地址备注 1 启动按钮 i0.0 2 停止按钮 i0.1 3 复位按钮 i0.2 输入 4 急停按钮 i0.3 1 红色指示灯 q0.0 输出 2 黄色指示灯 q0.1 3 绿色指示灯 q0.2 4 启动按钮灯 q0.3 5 停止按钮灯 q0.4 4.4 s7-300 plc 梯形图 s7-300plc 的梯形图说明： “启动按钮 i0.0”：当所有单元均处于预备工作状态时按下此按钮，首先 启动生产线的底层传送电机运转且燃亮各分站的红色指示灯，此后根据系统设 计程序各分站按顺序进行相应的动作。 “停止按钮 i0.1”：当按下此按钮时所有站的动作均处于停止状态，按启 动后可继续工作。 “复位按钮 i0.2”：当按下此按钮时总站的三色指示灯的黄灯亮，并且对 各个分站进行初始化复位，所有标志位或计数器都将清零，重新计算。 “急停按钮 i0.3”：当发生突发事故时，应立即拍下急停按钮，系统将强 制性将所有设备即刻处于停止工作状态（此时