基于s7-1200系列PLC自動化生產(chǎn)線設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上廣州城建職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題目_基于S7-1200 PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計_所 在 系 機電與信息工程學(xué)院_專業(yè)班級 14機電一體化2班_ 學(xué)生姓名 _程廣通_ _學(xué)生學(xué)號_ 指導(dǎo)老師 曾一新 _ _ _廣州城建職業(yè)學(xué)院教務(wù)處制基于S7-1200 PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計14機電一體化2班 程廣通指導(dǎo)老師：曾一新摘 要 基于S7-1200 PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)是加工、組裝的一套結(jié)合工業(yè)案例，按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，集成主流、常用工業(yè)控制設(shè)備的教學(xué)儀器。該系統(tǒng)設(shè)備采用西門子應(yīng)用于制造行業(yè)中的SIMATIC S7-1200為核心，配合工業(yè)總線通訊接口，集成變

2、頻器、人機界面、通信網(wǎng)絡(luò)、多種傳感器（顏色、姿勢、材質(zhì)辨別等），實現(xiàn)自動化技術(shù)相關(guān)專業(yè)中PLC應(yīng)用技術(shù)教學(xué)、訓(xùn)練和考核。設(shè)備包含：自動送料功能模塊、傳送帶功能模塊、自動檢測功能模塊、氣動、電動機械手功能模塊、PLC與變頻器控制系統(tǒng)、直流調(diào)速模塊、步進(jìn)驅(qū)動模塊、報警功能模塊、人機界面PLC網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)等，構(gòu)成自動分揀與姿勢調(diào)整的主從工作站。關(guān)鍵詞 S7-1200；西門子；PLC；自動化生產(chǎn)線目錄引言本論文是考慮到目前的自動化生產(chǎn)線發(fā)展的實際情況，現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備是現(xiàn)今生產(chǎn)中最為普遍的生產(chǎn)方式，以及最有發(fā)展前景的生產(chǎn)方式，由本論文作者結(jié)合相關(guān)資料編寫的一遍畢業(yè)論文?，F(xiàn)代化的自動生

3、產(chǎn)設(shè)備的最大特點是它的綜合性和系統(tǒng)性，在這里，機械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、傳感測試技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn)設(shè)備中；而系統(tǒng)性指的是，生產(chǎn)線的傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動等機構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機地融合在一起?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）以其高抗干擾能力、高可靠性、高性能價格比且編程簡單而廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備中，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)線的大腦微處理單元的角色。因此，培養(yǎng)掌握機電一體化技術(shù)，掌握PLC技術(shù)及PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的技術(shù)人材是當(dāng)務(wù)之急。該論文設(shè)計的是一套基于PLC技術(shù)的自動化生產(chǎn)線設(shè)備系統(tǒng)可以模擬一個與實

4、際生產(chǎn)情況十分接近的控制過程，得到的一個非常接近于實際的自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)。從而縮短了理論與實際應(yīng)用之間的距離。自動分揀站需完成對上一單元送來的已加工、裝配的工件進(jìn)行分揀。使不同顏色、姿勢和材質(zhì)的工件從不同的料槽分流的功能。當(dāng)輸送站送來工件放到傳送帶上并為入料口光電傳感器檢測到時，即啟動變頻器，工件開始送入分揀區(qū)進(jìn)行分揀。第一章基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的概述一、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展我國人口眾多，人均資源相對不足，可利用的土地越來越少，人口數(shù)量龐大。因此，對是否可持續(xù)發(fā)展的問題非常重視。由于以上的問題，自動化生產(chǎn)線這個擁有生產(chǎn)產(chǎn)品量大；產(chǎn)品設(shè)計和工藝先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠

5、；在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率；穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量、改善勞動條件、縮減生產(chǎn)占地面積、降低生產(chǎn)成本；縮短生產(chǎn)周期、保證生產(chǎn)均衡性等優(yōu)點的一個控制系統(tǒng)。 自動化的出現(xiàn)可謂是緩解了我國的是否可持續(xù)發(fā)展的問題。自動化生產(chǎn)線的聯(lián)結(jié)方式是剛性和柔性，即是機器與人的互相配合。自動化生產(chǎn)線的發(fā)展還是有點歷史的，從二十世紀(jì)20年代開始，隨著汽車、小型電動機和等工業(yè)發(fā)展，機械制造中開始出現(xiàn)自動線，最早出現(xiàn)的是。在二十世紀(jì)20年代之前，首先是在汽車工業(yè)中出現(xiàn)了流水生產(chǎn)線和半自動生產(chǎn)線，隨后發(fā)展成為自動線。第二次世界大戰(zhàn)后，在工業(yè)發(fā)達(dá)國家的機械制造業(yè)中，自動線的數(shù)目急劇增加。隨著中國經(jīng)濟(jì)的不

6、斷發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對商品的需求量也越來越大，不僅如此，對商品的質(zhì)量要求也日漸增高，這給我們的工業(yè)化生產(chǎn)帶來了很大的阻礙，在這樣嚴(yán)峻的情況下，自動生產(chǎn)線應(yīng)運而生。自動化生產(chǎn)線的出現(xiàn)使得我們面臨的問題迎刃而解，自動化生產(chǎn)線一出現(xiàn)就受到了我們工業(yè)制造領(lǐng)域的熱捧成為了現(xiàn)代化工業(yè)中不可或缺的幫手，相較于人手來說產(chǎn)量高出太多，最重要的是它的技術(shù)很先進(jìn),也能保證產(chǎn)品的質(zhì)量。它的出現(xiàn)無疑是現(xiàn)代工業(yè)的巨大福音,可以最大程度滿足市場對產(chǎn)品的需求量,提高勞動生產(chǎn)率,還能改善勞動的環(huán)境從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量,減少工人的數(shù)量和廠房的占地面積，降低商品的成本。但是由于引進(jìn)自動化設(shè)備費用高、國內(nèi)自動化集成設(shè)備水平較低、國

7、內(nèi)政策等問題，使得我國自動化生產(chǎn)水平陷入了尷尬的局面。二、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的組成  自動線的控制系統(tǒng)主要CPU的軟件程序控制系統(tǒng)、人機交換界面系統(tǒng)，以及輔助設(shè)備按照規(guī)定的工作循環(huán)和聯(lián)鎖要求正常工作，并設(shè)有故障尋檢裝置和信號裝置。為適應(yīng)自動線的調(diào)試和正常運行的要求，控制系統(tǒng)有三種工作狀態(tài)：調(diào)整（手動）和自動。在調(diào)整狀態(tài)時可手動操作和調(diào)整，實現(xiàn)單臺設(shè)備的各個動作；在自動狀態(tài)時自動線能連續(xù)工作。  控制系統(tǒng)有“預(yù)?！笨刂茩C能，自動線在正常工作情況下需要停車時，能在完成一個工作循環(huán)、各機床的有關(guān)運動部件都回到原始位置后才停車。自動線的其他輔助設(shè)備是根據(jù)工作需要和自動化

8、程度設(shè)置的。為提高自動線的生產(chǎn)率，必須保證自動線的工作可靠性。影響自動線工作可靠性的主要因素是運行的穩(wěn)定性和設(shè)備工作可靠性。自動線的發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增大多用性、靈活性。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需要，將發(fā)展能快速調(diào)整的可調(diào)自動線。三、自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)運行模式分析在該自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中由手動和自動兩種運行模式控制運行系統(tǒng)。（一）手動運行模式是指系統(tǒng)控制通過操作人員控制系統(tǒng)的運行一個單個系統(tǒng)工作段，通常用于調(diào)試系統(tǒng)以及系統(tǒng)的維護(hù)。而在本系統(tǒng)中，手動運行模式是通過旋鈕把默認(rèn)的自動運行模式切換為手動運行模式的，然后在人機交換界面系統(tǒng)的觸摸屏上控制系統(tǒng)的單個工作段。（二）自動運行模式是指系統(tǒng)控

9、制通過一次啟動后不需要其他人為或其他控制自動自行連續(xù)完成整個系統(tǒng)預(yù)設(shè)的工作流程。在這個系統(tǒng)中，和手動運行模式一樣通過旋鈕切換運行模式。系統(tǒng)上電后系統(tǒng)就會自行工作，直至完成預(yù)設(shè)的工作流程。第二章 PLC結(jié)構(gòu)和工作原理及相關(guān)知識介紹一、PLC組成與基本結(jié)構(gòu)PLC是微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，從廣義上講，PLC也是一種計算機系統(tǒng)，只不過它比一般計算機具有更強的擴展性與工業(yè)過程相連接的輸入/輸出接口，具有更適用于控制要求的編程語言，具有更適應(yīng)于工業(yè)環(huán)境的抗干擾性能。因此，PLC是一種工業(yè)控制用的專用計算機，它的實際組成與一般微型計算機系統(tǒng)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成。而

10、S7-1200PLC的結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面、擴展方便，其CPU模塊集成有工業(yè)以太網(wǎng)通信接口和多種工藝功能，可以作為一組件集成在完整的綜合自動化系統(tǒng)中。S7-1200PLC主要由CPU模塊、信號板、信號模塊、通信模塊和編程軟件組成，各種模塊安裝在標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)軌上。通過CPU模塊或通信模塊上的通信接口，PLC被連接到通信網(wǎng)絡(luò)上，可以與計算機、其他CPU或設(shè)備通信。二、 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)目前PLC種類多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計算機，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都大致相同，硬件和微機相似。主要包括CPU、存儲器RAM和ROM、輸入輸出接口電路、電源、I/O擴展接口、外

11、部設(shè)備接口等。其內(nèi)部也是采用圖2-1 PLC結(jié)構(gòu)示意圖總線結(jié)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。如圖2-1所示。PLC控制系統(tǒng)有輸入量PLC輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為PLC的輸入量，它們經(jīng)PLC外部輸入端子輸入到內(nèi)部寄存器中，經(jīng)PLC內(nèi)部邏輯運算或其他各種運算，處理后送到輸出端子，作為PLC的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。由此可見，PLC的基本結(jié)構(gòu)由控制部分、輸入和輸出部分組成。三、 PLC的基本工作原理圖2-2 PLC的掃描工作過程由于PLC以微處理器為核心，故具有微機的許多特點，但它的工作方式卻與微機有很大的不同。微機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤

12、掃描方式或I/O掃描方式，若有鍵按下或I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對每個程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符號后返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個循環(huán)稱為一個掃描周期。PLC的工作過程就是PLC的掃描循環(huán)工作過程，一個循環(huán)掃描周期主要可分為3個階段，輸入刷新階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。如圖2-2所示PLC的掃描工作過程。四、西門子S7-1200系列PLC功能特點制造行業(yè)中的創(chuàng)新系統(tǒng)解決方案模塊化控制器SIMATIC S

13、7-1200 控制器具有模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊、功能全面等特點，適用于多種應(yīng)用，能夠保障現(xiàn)有投資的長期安全。由于該控制器具有可擴展的靈活設(shè)計，符合工業(yè)通訊最高標(biāo)準(zhǔn)的通訊接口，以及全面的集成工藝功能，因此它可以作為一個組件集成在完整的綜合自動化解決方案中。·通訊模塊集成工藝集成的PROFINET 接口用于編程、HMI 通訊和PLC 間的通訊。此外它還通過開放的以太網(wǎng)協(xié)議支持與第三方設(shè)備的通訊。該接口帶一個具有自動交叉網(wǎng)線（auto-cross-over）功能的RJ45 連接器，提供10/100 Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，它支持最多16 個以太網(wǎng)連接以及下列協(xié)議：TCP/IPnative、

14、ISO-on-TCP 和S7 通訊。SIMATIC S7-1200 CPU 最多可以添加三個通訊模塊。RS485和RS232 通訊模塊為點到點的串行通訊提供連接。對該通訊的組態(tài)和編程采用了擴展指令或庫功能、USS 驅(qū)動協(xié)議、Modbus RTU 主站和從站協(xié)議，它們都包含在SIMAT ICSTEP 7 Basic 工程組態(tài)系統(tǒng)中。·高速輸入SIMATIC S7-1200 控制器帶有多達(dá)6個高速計數(shù)器。其中3個輸入為100kHz，3個輸入為30kHz，用于計數(shù)和測量。·高速輸出SIMATIC S7-1200 控制器集成了兩個100kHz的高速脈沖輸出，用于步進(jìn)電機或控制伺服驅(qū)

15、動器的速度和位置。這兩個輸出都可以輸出脈寬調(diào)制信號來控制電機速度、閥位置或加熱元件的占空比。·存儲器用戶程序和用戶數(shù)據(jù)之間的可變邊界可提供最多50KB容量的集成工作內(nèi)存。同時還提供了最多2MB 的集成裝載內(nèi)存和2 KB 的掉電保持內(nèi)存。 SIMATIC 存儲卡可選，通過它可以方便地將程序傳輸至多個CPU。該卡還可以用來存儲各種文件或更新控制器系統(tǒng)的固件。·可擴展的靈活設(shè)計信號模塊-多達(dá)8個信號模塊可連接到擴展能力最高的CPU，以支持更多的數(shù)字和模擬量輸入/輸出信號。信號板-一塊信號板就可連接至所有的CPU，由此您可以通過向控制器添加數(shù)字或模擬量輸入/輸出信號來量身定做CPU

16、，而不必改變其體積。SIMATIC S7-1200控制器的模塊化設(shè)計允許您按照自己的需要準(zhǔn)確地設(shè)計控制器系統(tǒng)五、開放式用戶通信簡介通過以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換，SIMATIC S7-1200 提供了開放式 TCP/IP 通信，有以下 T 通信塊：TCON, TSEND, TRCV 與 TDISCON (直接進(jìn)行連接與斷開流程)與TSEND_C 和 TRCV_C(集成連接和斷開流程)。T 通信塊支持以下協(xié)議：TCP nativeISO-on-TCP (動態(tài)數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)傳輸)在主站以及從站側(cè)，選擇了可直接進(jìn)行連接與斷開流程的通信塊：建立連接的TCON，發(fā)送數(shù)據(jù)的TSEN，接收數(shù)據(jù)的TRCV，斷開連接的T

17、DISCON。所選擇的協(xié)議為 “ISO-on-TCP”。在 OSI 模式中，將 “ISO-on-TCP” 協(xié)議添加至 TCP 協(xié)議中，從而獲得消息導(dǎo)向法這個優(yōu)點，這對于在 SIMATIC 系統(tǒng)之間的通信特別有幫助。對于在 STEP 7 Basic V13 中的連接組態(tài)，各個連接參數(shù)是通過 IP 地址認(rèn)定的。對于一個已組態(tài)的連接，在一個連接數(shù)據(jù)塊中保留連接資源，并保存連接參數(shù)?；锇榉?wù)器的 IP 地址也保存在這里。開放式 T 通信最多不能超過 8 個同步連接。在連接數(shù)據(jù)塊中改變 IP 地址，能夠在八個以上不同的通信伙伴服務(wù)器之間通過同一連接資源進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。主站和從站分別有一個發(fā)送和接收數(shù)據(jù)塊

18、(Send_DB 和 Receive_DB)。主站通過 TCON 塊發(fā)送一個 TCP/IP 連接請求到第一個從站 。確認(rèn)所建立的連接，伙伴也要執(zhí)行 TCON 塊。對于同步，則需要主站通過 TSEND 通信塊與用戶數(shù)據(jù)一起讀取系統(tǒng)時間與發(fā)送系統(tǒng)至從站。通過 TRCV 接收塊，從站接收在 Receive_DB 數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)。從站通過接收主站的接收時鐘同步其系統(tǒng)時間。然后從站 1 通過 TSEND 塊發(fā)送其用戶數(shù)據(jù)至主站。從站 1 的用戶數(shù)據(jù)通過在接收數(shù)據(jù)塊相關(guān)位置的 TRCV 塊存在主站側(cè)。然后主站通過 TDISCON 塊與從站 1 斷開連接。在接下來的從站 中重復(fù)這個流程。在主站和最后一個從站的

19、數(shù)據(jù)交換后，主站啟動與從站 1 的數(shù)據(jù)交換。在從站側(cè)，則保留已建立的連接。因此必須調(diào)用 TCON 進(jìn)行初始化。啟動代碼為了便于調(diào)試，我們將提供帶有測試代碼和測試參數(shù)的軟件實例以供下載。這些軟件實例有助于初步了解組態(tài)實例并進(jìn)行測試。以便用戶可以對該組態(tài)實例中描述的產(chǎn)品的硬件和軟件接口進(jìn)行快速測試。六、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)及原理（一）步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變角位移或線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于控制脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)（二）脈沖數(shù)越多，電機轉(zhuǎn)動的角度越大。（三） 脈沖的頻率越高，電機轉(zhuǎn)速越快，但不能超過最高頻率，否則電機的力矩迅速減小，電機不轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機的工作

20、原理實際上是電磁鐵的作用原理。通電后會吸引最近的齒A-B-C-A 時是逆時針 A-C-B-A 時為順時針 這兩種工作方式時三相單三拍三相六拍A-AB-B-BC-C-CA-A三相雙三拍 AB-BC-CA-AB當(dāng)某相定子勵磁后，它吸引轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對齊，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個角度，換一相得電時，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)動一個角度。如此每相不停地輪流通電，轉(zhuǎn)子不停地轉(zhuǎn)動。電機運行的方向和通電的相序有關(guān)，改變通電的相序，電機的運行方向也就改變步距角; 電機每拍轉(zhuǎn)動的角度步距角=360/(mzk),M為定子繞組的相數(shù)。Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。M相M拍時K為1，M相2M拍時K為2。七、西門子MM420變頻器介紹控制自動

21、線上輸送單元的傳送帶由三相交流異步電動機驅(qū)動，而電動機的速度及方向由西門子公司通用變頻器MM420來控制。三相交流電源經(jīng)熔斷器、交流器、濾波器、變頻器輸出到交流電動機。其外形如圖1-1所示西門子MICROMASTER 420系列變頻器是一種小型、高性能變頻器。在自動化設(shè)備上進(jìn)行的實訓(xùn)，所涉及使用通用的變頻器所必需的基本知識和技能，著重于變頻器的接線、操作和常用參數(shù)的設(shè)置等方面。MM420變頻器的安裝與接線圖1-1西門子MM420變頻器的通用接線分為主電路和控制電路的通用接線，在自動線中，選用的是二相輸入的變頻器，其主電路的通用接線如圖1-2所示。圖1-2 MM420系列變頻器控制電路的電路接線

22、圖如圖1-3所示，由圖可見控制電路端子分為控制輸入、頻率設(shè)定（模擬量輸入）、繼電器輸出（異常輸出）、集電極開路輸出（狀態(tài)檢測）和模擬電壓輸出的五部分區(qū)域，各端子的功能可通過調(diào)整相關(guān)參數(shù)的值進(jìn)行變更。 在進(jìn)行電氣安裝之前，將變頻器電源頻率設(shè)置成與電源頻率相符，將DIP-開關(guān)（2）往上拔時，此時變頻器的電源頻率為60Hz；當(dāng)DIP-開關(guān)（2）開關(guān)在缺省位置時，此時變頻器的電源頻率是50Hz。在初始值的情況下，各控制電路端子的功能說明如表所示。圖1-3第三章基于S7-1200PLC自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)方案設(shè)計一、系統(tǒng)的工作原理本系統(tǒng)有五個單元組成，分別為供料單元、推料單元、機械手翻轉(zhuǎn)單元、輸送單元、

23、分揀單元。工作時，系統(tǒng)上電，工件從供料單元推出到輸送單元，傳感器判斷工件的姿勢、顏色、材質(zhì)后，通推料單元把不及格的工件推走，然后過機械手單元改變工件姿勢，最后到達(dá)分揀單元根據(jù)工件的顏色分揀到不停地料倉。二、設(shè)計分析（一）供料單元為了準(zhǔn)確模擬現(xiàn)實生活中的自動生產(chǎn)線，BA-AT-03型自動化生產(chǎn)線有供料單元，它是生產(chǎn)線中的起始單元，向系統(tǒng)中的其他單元提供原料，相當(dāng)于實際生產(chǎn)線中的自動上料系統(tǒng)。其主要由大工件裝料管（料倉）、送料氣缸、磁感應(yīng)接近開關(guān)、光纖傳感器組成，從而完成該功能。供料單元基本功能：是按照需要將放置在料倉中的工件自動送出到傳送帶上，以便輸送單元的皮帶傳動裝置將工件運送往下一個工作單元

24、。工作過程：工件垂直疊放在料倉中，送料缸處于料倉的底層并且其氣缸的擋板可以擋住工件掉下送料槽中，經(jīng)過料倉光纖傳感器檢測到送料槽中有工件之后，發(fā)送信號給PLC，PLC經(jīng)過處理后就可以發(fā)送送料的信號，驅(qū)動送料缸推出工件到傳送帶上供下一個工作單元工作。供料單元的推料槽中裝有光纖傳感器的光纖頭用來檢測料倉中是否有工件，并向系統(tǒng)發(fā)送有無工件的信號。（二）推料單元推料單元的基本功能是：按照需要把傳送帶上材質(zhì)不符合要求的工件通過推料缸把工件從傳送帶上推走。工作過程：工件在傳送帶上經(jīng)過傳感器檢測材質(zhì)后，將信號傳到推料缸，推料缸根據(jù)選擇需要的信號通過該單元，收到不需要的信號時，則觸發(fā)推料缸把工件推走。（三）機械

25、手翻轉(zhuǎn)單元機械手翻轉(zhuǎn)單元的基本功能是：按照需要將傳送帶上姿勢擺放不正確的工件通過機械手夾取并翻轉(zhuǎn)進(jìn)行工件姿勢的矯正，然后將他們重新放到傳送帶上。工作過程：工件在傳送帶上經(jīng)檢測到工件的信號之后，主站發(fā)送信號到從站，從站對此做出相應(yīng)的操作。其薄型氣缸 下降使得氣動手指降下將工件夾緊然后薄型氣缸帶動氣動手指和工件上升，上升到上限位之后，PLC控制直流電機正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)，從而達(dá)到矯正工件的目的。 （四）輸送單元輸送單元的基本功能是：按照需要將靜置在傳送帶上的工件自動送往其他工作單元，并對傳送帶上的工件進(jìn)行材質(zhì)、顏色以及工件的擺放姿勢的判別從而分辨工件的信息以供分揀單元對工件進(jìn)行分揀和機械手翻轉(zhuǎn)單元對工件

26、擺放姿勢的矯正。 （五）分揀單元 分揀單元是自動化生產(chǎn)線的最后一個單元，這個單元是完成對上一個單元送來的已經(jīng)經(jīng)過姿勢矯正以及檢測部分的傳感器已經(jīng)做出判別的工件，按照不同的存儲要求進(jìn)行不同倉儲分揀。使它們存放在指定的立體料倉上。當(dāng)送料單元送來的工件抵達(dá)皮帶的后端，后端傳感器接通后，就啟動步進(jìn)電動機，使吸盤氣缸移動至傳送帶上方，然后執(zhí)行吸取工件的操作并分揀不同的工件到指定的立體倉儲上。 三、可行性分析根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，其工作順序呈線性形式運行，依次從供料單元到輸送單元，再到推料單元，然后到機械手翻轉(zhuǎn)單元，最后到分揀單元。所以該自動化生產(chǎn)線設(shè)計判斷其是否可行，我們需要先測試各個單元單獨是否能完成它

27、應(yīng)完成的任務(wù)。若可以，則在判斷各個單元是否能互相連接順序工作。四、可行性試驗按照上述的可行性分析，我們可以做出以下一些的試驗;(一) 測試推料單元：料倉傳感器檢測料倉是否有料，有料則將工件推送至傳送帶。(二) 測試推料單元:傳送帶上的傳感器檢測工件后把信號傳遞到推料缸，推料缸推走不需要的工件。(三) 測試機械手翻轉(zhuǎn)單元：傳送帶上的傳感器檢測工件后把信號傳遞到機械手翻轉(zhuǎn)單元，機械手翻轉(zhuǎn)單元把需要改變姿勢的工件進(jìn)行翻轉(zhuǎn)改變姿勢。(四) 測試輸送單元：PLC通過變頻器改變和控制傳送帶上的電機速度。(五) 測試分揀單元：工件的傳感信息傳輸?shù)椒謷卧螅謷卧ㄟ^步進(jìn)伺服電機把工件分揀到指定位置。(六

28、) 測試系統(tǒng)的串連工作即能否完整工作:把所有工作單元連接工作。若上述所有測試可行，則系統(tǒng)的設(shè)計可行。五、PLC的選擇三菱采用的GX編程軟件直觀易懂，操作時速度快，雖然指令多，但學(xué)習(xí)起來會比較輕松，可以脫機仿真操作。而西門子指令比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，但指令較少，必修連機仿真操作，西門子采用的STEP 7 Basic編程軟件容量較大，在使用時速度比較緩慢，但操作直觀、上手容易、使用簡單，是用戶能夠?qū)椖窟M(jìn)行快速而簡單的組態(tài)。由于具有通用的項目視圖、用于圖形化工程組態(tài)的最新用戶接口技術(shù)、智能的拖放功能及共享的數(shù)據(jù)處理等，有效地保證了項目的質(zhì)量。三菱的優(yōu)勢在于離散控制和運動控制，三菱的指令豐富，有專

29、用的定位指令，控制伺服和步進(jìn)容易實現(xiàn)，要實現(xiàn)某些復(fù)雜的動作控制也是三菱的強項，而西門子在這塊就較弱，沒有專用的指令，做伺服或步進(jìn)定位控制不是不能實現(xiàn)，而是程序復(fù)雜，控制精度不高。過程控制與通信控制西門子是強項，西門子的模擬量模塊價格便宜，程序簡單，而三菱的模擬量模塊價格昂貴，程序復(fù)雜，西門子做通信也容易，程序簡單，三菱在這塊功能較弱。 所以針對不同的設(shè)備不同的控制方式，我們要合理的選用PLC，用其長處，避其短處。 例如某設(shè)備只是些動作控制，如機械手，可選擇三菱的PLC，某設(shè)備有伺服或步進(jìn)要進(jìn)行定位控制，也選三菱的PLC；像中央空調(diào)，污水處理，溫度控制等這類有很多模擬量要處理的就要選西門子的PL

30、C比較合適，某設(shè)備現(xiàn)場有很多儀表的數(shù)據(jù)要用通信進(jìn)行采集，選西門子的好控制。目前我們考慮到西門子S7-1200是新一代小型PLC，它具有集成的PROFINET接口、強大的集成工藝功能和靈活的可擴展性等特點，為各種工藝任務(wù)提供了簡單的通信和有效解決方案，能夠滿足完全不同的自動化需要，安裝了2個西門子S7-1200系列的可編程邏輯控制器PLC來控制，就像人的大腦一樣，思考每一個動作，每一招每一式，指揮自動化生產(chǎn)線上的機械手、氣缸按程序動作，是自動化生產(chǎn)線的核心部件。所以我們選擇了使用西門子S7-1200。 第四章PLC的硬件和硬件組態(tài)設(shè)置一、步進(jìn)電機驅(qū)動器設(shè)置（一）根據(jù)步進(jìn)電機的相電流設(shè)定步進(jìn)驅(qū)動器

31、的動態(tài)及靜態(tài)電流在該自動化生產(chǎn)線的設(shè)備中，選用的四相八線步進(jìn)電機，相電流是4.2A，由于采用并聯(lián)式接線與步進(jìn)驅(qū)動器的A、B相連在一起，故步進(jìn)驅(qū)動器的動態(tài)電流應(yīng)該設(shè)置在4.2X1.4=5.88（A）以下即可，電流設(shè)置表的峰值選定4.3-5.6A，本例中選用4.9A，對應(yīng)的SW1=OFF，SW2=ON，SW3=ON。 對于靜態(tài)電流設(shè)置則比較簡單，根據(jù)項目的要求步進(jìn)電機停止時采用靜態(tài)電流為動態(tài)電流的一半，則可設(shè)SW4=OFF。（二）設(shè)置細(xì)分BA-AT-03型的自動線選用的步進(jìn)電機最高頻率是50kHz，意味著單位時間內(nèi)的脈沖不能超過此數(shù)值，根據(jù)題目的要求，工作臺運行的速度為22mm，由于絲桿螺距為10

32、mm。意味著每秒鐘絲桿要轉(zhuǎn)動22/10=2.2(圈)。由于步進(jìn)電機最高的頻率是50kHz，且在整步方式下步距角為1.8°，則細(xì)分倍數(shù)對應(yīng)應(yīng)該小于50000/4/200=113.64。本例中選用40倍的細(xì)分，對應(yīng)每圈的細(xì)分步數(shù)值是8000，令SW5=OFF，SW6=ON，SW7=OFF，SW8=OFF。二、變頻器參數(shù)設(shè)置西門子MM420變頻器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置時需要先快速調(diào)試再去設(shè)置參數(shù)，可以避免一些不必要的參數(shù)錯誤。（一） 快速調(diào)試?yán)每焖僬{(diào)試功能使得變頻器與實際使用的電機參數(shù)相匹配，并對重要的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。如果變頻器中存放的電機額定數(shù)據(jù)與實際的電機銘牌數(shù)據(jù)相同，就可以不進(jìn)行快速調(diào)試。

33、快速調(diào)試步驟如下表：（二） 快速調(diào)試后我們就可以就行應(yīng)用參數(shù)設(shè)置，該變頻器參數(shù)根據(jù)本自動化生產(chǎn)線設(shè)置如下：指令參數(shù)Pr.33Pr.7002Pr.70116Pr.70216Pr.70316Pr.70416Pr.10003Pr.100125Pr.10210.5Pr.10220.5三、硬件組態(tài)設(shè)備組態(tài) (configuring)的任務(wù)就是在設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)編輯器中生成一個與實際的硬件系統(tǒng)對應(yīng)的模擬系統(tǒng)，包括系統(tǒng)中的設(shè)備(PLC和HMI)，PLC各模塊的型號、訂貨號和版本。模塊的安裝位置和設(shè)備之間的通信連接，都應(yīng)與實際的硬件系統(tǒng)完全相同。此外還應(yīng)設(shè)置模塊的參數(shù)，即給參數(shù)賦值，或稱為參數(shù)化。自動化系統(tǒng)啟動時，

34、CPU比較組態(tài)時生成的虛擬系統(tǒng)和實際的硬件系統(tǒng)，如果兩個系統(tǒng)不一致，將采取相應(yīng)的措施（一） CPU在硬件組態(tài)時，需要將I/O模塊或通信模塊放置到工作區(qū)的機架的插槽內(nèi)：用“拖放”的方法放置硬件對象；用“雙擊”的方法放置硬件對象。如果激活了硬件目錄的過濾器功能，則硬件目錄只顯示與工作區(qū)有關(guān)的硬件。例如用設(shè)備視圖打開PLC的組態(tài)畫面時，則硬件目錄不顯示HMI，只顯示PLC的模塊。（二） 步進(jìn)電機步進(jìn)電機是工業(yè)自動化過程當(dāng)中經(jīng)常用到的一種控制傳動機構(gòu)，它是通過接受輸入脈沖，然后每個脈沖轉(zhuǎn)動一定的步距（角度）來完成對執(zhí)行機構(gòu)的控制傳動的。使用PLC可以通過特殊功能存儲器（SM）或者增加EM253位控模塊

35、來控制步進(jìn)電機，但是使用SM需要熟悉每一位的意義，而且編程煩瑣。如果為PLC增加功能擴展模塊，無疑會增加產(chǎn)品成本。鑒于這些原因并結(jié)合本人的實踐經(jīng)驗，本文利用STEP 7位置控制向?qū)韺崿F(xiàn)應(yīng)用PLC控制步進(jìn)電機的運動功能。操作步驟如下使用STEP 7Micro/WIN位置控制向?qū)?，為線性脈沖串輸出（PTO）操作組態(tài)一個內(nèi)置輸出。啟動位置控制向?qū)?，可以點擊瀏覽條中的向?qū)D標(biāo)，然后雙擊PTO/PWM圖標(biāo)，或者選擇菜單命令工具位置控制向?qū)А?#160;（1）在位置控制向?qū)υ捒蛑羞x擇“配置S7-200 PLC內(nèi)置PTO/PWM操作”。 （2）選擇Q0.0或Q0.

36、1，組態(tài)作為PTO的輸出。 （3）從下拉對話框中選擇“線性脈沖串輸出（PTO）”。 （4）若想監(jiān)視PTO產(chǎn)生的脈沖數(shù)目，點擊復(fù)選框選擇使用高速計數(shù)器。 （5）在對應(yīng)的編輯框中輸入最高電機速度（MAX_SPEED）和電機的啟動/停止速度（SS_SPEED）的數(shù)值。（6）在對應(yīng)的編輯框中輸入加速和減速時間。 （7）在移動包絡(luò)定義界面，點擊新包絡(luò)按鈕允許定義包絡(luò)，并選擇所需的操作模式。 a）對于相對位置包絡(luò)：輸入目標(biāo)速度和脈沖數(shù)。然后，可以點擊“繪制包絡(luò)”按鈕，查看移動的圖形描述。 若需要多個步，點擊“新步”按鈕并按要求輸入步信息。

37、0;b）對于單速連續(xù)轉(zhuǎn)動：在編輯框中輸入目標(biāo)速度的數(shù)值。若想終止單速連續(xù)轉(zhuǎn)動，點擊子程序編程復(fù)選框，并輸入停止事件后的移動脈沖數(shù)。（8）根據(jù)移動的需要，可以定義多個包絡(luò)和多個步。（9）選擇完成結(jié)束向?qū)?。（三）觸摸屏SIMATIC S7-1200 與 SIMATIC HMI 精簡系列面板的完美整合，為小型自動化應(yīng)用提供了一種簡單的可視化和控制解決方案。SIMATIC STEP 7 Basic 是西門子開發(fā)的高集成度工程組態(tài)系統(tǒng)，提供了直觀易用的編輯器，用于對 SIMATIC S7-1200 和 SIMATIC HMI 精簡系列面板進(jìn)行高效組態(tài)。每個 SIMATIC HMI 精簡系列面板都具有一個

38、集成的 PROFINET 接口。通過它可以與控制器進(jìn)行通訊，并且傳輸參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)和組態(tài)數(shù)據(jù)。這是與 SIMATIC S7-1200 完美整合的一個關(guān)鍵因素。 插入HMI設(shè)備后，將打開HMI設(shè)備向?qū)АＤ稍谄渲辛⒓炊x以下屬性，例如：圖形、報警、用戶管理、語言和字體。下圖顯示了HMI設(shè)備向?qū)У膶嵗涸陧椖恳晥D項目樹中，雙擊HMI設(shè)備的“畫面”項下的“添加新畫面”可以添加新的畫面，雙擊項目樹中的畫面名稱可以打開畫面編輯器，可以對畫面進(jìn)行編輯。 打開畫面1，添加一個IO域到畫面中，選中IO域，在屬性對話框“常規(guī)”項下，設(shè)置其連接的過程變量為建立的過程變量“HMI_變量_1”，其它保持不變。 （四）、

39、以太通信主態(tài)主站、從站和人機交換之間的通信是通過工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通信的，三個部分通過一臺交換機，選用RJ45的雙絞線連接起來，組成一個簡單的工業(yè)以太網(wǎng)。S7-1200的PROFINNET物理接口支持10/100Mb/s的RJ45口、電纜交叉自適應(yīng)。KTP 600所集成的是一塊基于TCP/IP協(xié)議的10M標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)芯片。 ETHERNET通信是S7-1200 PLC與S7-1200 PLC之間的以太網(wǎng)通信?？梢酝ㄟ^TCP或ISO on TPC協(xié)議來完成。使用的通信指令是在雙方CPU中調(diào)用T-block (TSEND_ C_ C，TRCV_ C_ C，TCON，TDISCON，TSEND_ C,TR

40、CV_ C）指令來實現(xiàn)。第五章 系統(tǒng)硬件開發(fā)設(shè)一、硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)水位自動控制系統(tǒng)由PLC（核心控制部件）、PLC擴展模塊、傳送帶、傳送電機、上料裝置、旋轉(zhuǎn)編碼器、水平推料桿、翻轉(zhuǎn)機械手、四工位龍門機械手、集料器等部分組成。如圖2-0自動化生產(chǎn)線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。二、控制系統(tǒng)I/O地址分配主站輸入信號序號PLC輸入點信號名稱1I0.2啟動2I0.4停止3I0.5復(fù)位4I0.6急停5I0.7自動模式6I2.0手動模式7I2.1單周8I2.2連續(xù)9I1.0絲桿左限位10I1.11#工位11I1.22#工位12I1.3絲桿右限位13I2.4吸盤上限位14I2.5吸盤下限位15I3.1輸送帶后端傳感器輸出

41、信號1Q0.0絲桿脈沖2Q0.1絲桿方向3Q0.2吸盤上升4Q0.3吸盤下降5Q0.4吸盤放6Q0.5吸盤吸7Q2.4停止指示燈（紅燈）8Q2.5運行指示燈（綠燈）9Q2.6報警蜂鳴器從站第六章 系統(tǒng)軟件控制設(shè)計一、控制要求（一）上電系統(tǒng)上電，兩層信號指示燈的紅燈亮，各執(zhí)行機構(gòu)保持上電前狀態(tài)。（二）工作模式生產(chǎn)線有三種操作模式：原點回歸、手動操作、自動運行。（三）原點回歸緊急停機、故障停機或設(shè)備檢修調(diào)整后，各執(zhí)行機構(gòu)可能不處于工作原點，系統(tǒng)上電后需進(jìn)行原點回歸操作。選擇“原點回歸”工作模式，按觸摸屏“原點回歸”按鈕，各執(zhí)行機構(gòu)返回原點位置： ² 上料裝置推料氣缸活塞桿內(nèi)縮。²

42、; 水平推桿氣缸活塞桿內(nèi)縮。² 翻轉(zhuǎn)機械手原點位置：垂直升降氣缸活塞桿內(nèi)縮；氣動手指水平放置并且手指處于張開狀態(tài)。² 龍門機械手：水平氣缸位于“A”工位；垂直氣缸活塞桿內(nèi)縮。（四）手動操作選擇“手動操作”工作模式，可在觸摸屏上分別對各執(zhí)行機構(gòu)的運動進(jìn)行控制。（五）自動運行選擇“自動運行”工作模式。A、按觸摸屏“啟動”按鈕，系統(tǒng)檢測上料裝置、水平推桿、翻轉(zhuǎn)機械手、龍門機械手各執(zhí)行機構(gòu)的原點位置。原點位置滿足執(zhí)行步驟B，不滿足系統(tǒng)自動停機，人機界面報警信息區(qū)顯示“請原點回歸后再啟動”。B、上料裝置有物料執(zhí)行步驟C，若無料人機界面報警信息區(qū)顯示“請放入工件”并等待10秒。期間若有工件放入則繼續(xù)執(zhí)行步驟C，若無則等待時間到自動停機。C、上料裝置推出工件，傳送帶高速運行。非金屬工件經(jīng)水平推桿推至集料器1，金屬工件在經(jīng)過翻轉(zhuǎn)機械手處理后所有工件都開口朝下，到達(dá)傳送帶尾部時經(jīng)龍門機械手進(jìn)行分揀，白色金屬工件放置集料器2，黑色金屬工件放置