装配流水线的PLC控制设计.docx
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装配流水线的PLC控制设计
航空制造工程学院
学科科技前沿
题目：
装配流水线设计
班级学号：
11031534
学生姓名：
钟理
指导教师：
高延峰
二O一四年六月
摘要本设计以当今自动化水平越来越高的现状。
装配流水线在生产过程中代替人力发挥出越来越重要的作用。
以此为背景从它的概念和特点出发，提出了装配流水线生产上的问题和不足，如：
生产不平衡、效率低、现场管理混乱等。
各企业通过调整装配作业指导、运用工序同期化和加强现场管理等方法来改善这些问题。
对装配生产流水线进行改进，最终达到使整个装配线趋于平衡、装配效率有效提高和提高现场管理的目的。
PLC是现代通用的工业控制计算机。
其接口容易，同时PLC的编程语言简单易懂很容易被不管是否有电路基础的用户都能很快上手和掌握。
在各个领域都得到广泛的应用，特别是工业自动化领域。
装配流水线是现在企业批量生产和扩大发展中不可或缺的的生产方式。
目前，PLC在装配流水线上应用广泛。
而本设计是在电脑上模拟控制整个装配流水线的流程，以现在较为流行的PLC（可编程控制器）为基础来实现装配流水线的控制功能。
本次设计我以饮料装瓶为例。
其程序是通过PLC控制8盏LD灯的闪烁来模拟饮料装配流水线的传送、装瓶、盖盖、贴签和成品入库。
在程序设计中，我使用了大量的置位与复位指令，并运用比较指令来选择不同的操作工位，结合传感器使饮料瓶到达装配工位时停止传送。
经过多次的程序设计和模拟仿真，程序已能实现移位、三工位装配和单工位入库等操作。
关键词：
装配流水线；PLC；控制系统
Abstract
Nowadays,thisdesignoccupiesimportantpositioninautomationlevel.Theassemblylinetoreplacehumanintheprocessofproductionplayinganincreasinglyimportantrole,asthebackground.
Proceedingfromitsconceptandcharacteristic，ItPutsforwardtheproblemsandtheinsufficiencyintheassemblylineofproduction.Suchas:
productionimbalance,theefficiencyislow,thesitemanagementconfusion,etc.Inordertosolvetheseproblems,wecantakemeasureslikeadjustingtheassemblingworkinstruction，synchronizationinusingprocess,strengtheningthesitemanagement.Makingimprovementoftheassemblyproductionline,canfinallymakethewholeassemblylineinequilibrium,andeffectivelyimprovetheassemblyefficiencyandenhancethesitemanagement.
PLCisthecontrolcomputerofmoderngeneralindustrial.Itsinterfaceiseasy,meanwhiletheprogramminglanguageofPLCissimpleandcanbeeasilyunderstandandquicklyhandcuffedandmasterwhethertheusershavecircuitbasisornot.Ineveryfielditiswidelyused,especiallyinindustrialautomation.
Assemblylineistheindispensablemodeofproductioninenterpriseofexpandingandbatchproduction.Atpresent,thePLCiswidelyusedintheassemblyline.Whilethisdesignonthecomputerwhichiscontrollingtheentireprocessintheassemblyline,withcurrentrelativelypopularPLC（programmablecontroller）asthebasisforrealizingsimulationcontrolfunctionoftheassemblyline.Aftermanyprogramdesignandsimulation,itcanbasicallyachievetherequiredfunctions.
Thisdesignsmewiththebeveragebottleforexample.Itsprocedureistheflickerthatcontrols8LDlightsthroughPLCtoimitatethetransmissionofthebeverageassemblesflowingwaterline,bottle,covercover,sticklabelandfinishedproducttostoreinwarehouse.Intheprogramdesign,Iusedtoingreatquantitiesplacewithresetinstruction,andmakeuseoftocompareinstructiontochoosedifferentoperationwork,stoptransmissionwhilecombiningtospreadafeelingmachinetomakebeveragebottlearrivetoassembleawork.Imitatereallyaftermanyprogramdesignsandemulation,theprocedurecanalreadycarryouttomoveand3toassembleandlisttheworkstoreinwarehouseetc.operation.
Keywords:
assemblyline;PLC;Controlsystem.
前言
本设计的目的是通过对装配流水线的PLC控制设计，进一步熟悉PLC的概念、特点和控制原理。
在设计过程中，我以饮料装瓶流水线的生产为对象，使我的设计更有针对性。
装配流水线是将人和机器有效的结合起来，更加充分的发挥了机器设备的灵活性和稳定性，同时节约了人力资源，提高了效率。
装配流水线包括了输送系统、随行夹具、在线专机、检测设备等。
他们的有机组合广泛的满足了产品的装配要求。
在现代装配流水线的传输方式中主要有两种，分别是同步传输（强制式）和非同步传输（柔韧式），在生产过程中根据配置选择，实现手工装配或半自动装配。
装配流水线是现在企业批量生产和扩大发展中不可或缺的。
本次设计我主要是实现装配流水线的半自动装配。
当然随着装配流水线的发展，日渐成熟和新的技术的应用，但在生产上也会出现问题，如：
生产不平衡、效率低、生产事故的出现、现场管理混乱等。
本次设计是在电脑上控制整个装配流水线的流程，以现今较为流行的PLC（可编程控制器）为基础来实现装配流水线的模拟控制功能。
PLC在装配流水线中的应用，使其更具可靠性、安全性和灵活性。
PLC是现代通用的工业控制计算机。
其接口容易，同时PLC的编程语言简单易懂很容易被不管是否有电路基础的用户所上手和掌握。
在各个领域都得到广泛的应用，特别是工业自动化领域。
本次设计我选用的PLC是三菱公司的FX2N系列。
研究这个课题的意义在于通过设计和调试，让我更好的熟悉PLC并加强我的实际动手能力。
第1章装配流水线及传感器的基本介绍
1.1装配流水线的基本介绍
1.1.1装配流水线的起源
20世纪初,美国人亨利.福特首先采用了流水线生产方法,在他的工厂内,专业化地将分工分的非常细,仅仅一个生产单元的工序竟然达到了7882种,为了提高工人的劳动效率,福特反复试验,确定了一条装配线上所需要的工人,以及每道工序之间的距离。
这样里来,每个汽车底盘的装配时间就从12小时28分缩短到1小时33分。
大量生产的主要生产组织方式为流水生产，其基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统，即流水生产线。
最典型的流水生产线是汽车转配生产线。
流水生产线是为特定的产品和预定的生产大纲所设计的；生产作业计划的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出规定。
1.1.2装配流水线的概述
在大量生产中,为了提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件,不仅要求机床能自动的对工件进行加工,而且要求工件的装卸、工件的工序间的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进行。
因此,把设备按工件的加工工序顺序依次排列,用自动输送装置将他们联成一个整体,并用控制系统将各个部分的动作协调起来,使其按照规定的动作自动的进行工作,这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。
流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。
输送线的传输方式有同步传输的/（强制式）也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。
输送线在企业的批量生产中不可或缺。
流水线是劳动者为了方便生产将生产对象人为的通过外界设备将其按照一定的线路顺序通过各个操作点，以及用一定的速度来重复连续的完成生产过程。
装配流水线把劳动对象和专业化生产专业的有效的结合在一起的一种生产方式。
它具有以下特征：
⑴工作地点的专业化程度非常高；
⑵具有明显的规律性；
⑶每条生产线的生产水平相似；
⑷生产过程封闭、不可逆；
⑸有很强的连续性。
1.2PLC控制饮料装瓶流水线的优势
1.生产效率高
相对于传统的饮料装瓶流水线，由PLC控制的装瓶流水线其电气部分由PLC控制。
这一电气控制系统能很快的发现生产线上的问题和不足，PLC灵活的可编程性能很快的对程序进行改进。
PLC中大量使用了软继电器，使得外部接线更加简单，更容易维护。
因此，使用了PLC控制的饮料装瓶流水线的生产效率更高，更好地为企业创造利润。
2.卫生条件好
由于饮料的装瓶、盖盖、贴签到成品入库都可以用流水线来完成。
这样可以创造一个相对封闭的生产环境和减少人工操作。
为饮料装瓶创造了一个很好的卫生条件。
3.安全性提高
由于PLC的稳定性好，这样就降低了生产过程中的事故的发生。
同时由于饮料从装瓶到入库全由机器完成，进一步降低了员工在生产线上发生事故的概率，更好地保护了员工的人身安全和企业的财产安全。
1.3传感器的基本介绍及选择
1.3.1传感器的概念与组成
概念：
传感器是一种以一定精度把被测量转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量的测量装置。
其中包含了以下几方面的含义：
⑴传感器是测量装置，能完成检测任务；
⑵它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；
⑶它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；
⑷输出与输入间有对应关系，且有一定的精确度。
组成：
传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路3部分组成，框图如下：
敏感元件
转换元件
转换电路
被测量
电量
图1.1传感器的组成
敏感元件：
直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
转换元件：
敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。
转换电路：
将上述电路参数接入转换电路，便可转换成点亮输出。
实际上，有些传感器很简单，有些则较为复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。
最简单的传感器由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶传感器。
有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器。
有些传感器，转换元件不止一个，需经过若干次转换。
1.3.2传感器的选择
由于本次设计是以饮料装瓶的装配为例。
在实际生产过程中，接触到的基本上塑料制品，所以我选择光敏传感器。
在自动化流水线生产过程中，要用到很多传感器来监视和控制生产过程中的不同状态。
使生产线处在正常工作状态或者最佳工作状态。
本次设计用到的传感器主要用在饮料瓶到达操作工位或仓库时，通过传感器给PLC一个反馈信号使传送带停止运行。
操作工位和入库感应上用到的传感器可以使用光敏传感器，
第2章PLC的基础知识及选型
2.1可编程控制器概述
2.1.1PLC的产生
上世纪60年代，在没有可编程控制器以前，在大部分工业生产中是以继电器控制来实现各种功能，传统的继电器系统主要有一下几个优点结构比较简单，易于操作，价格便宜等，在工业领域中应用甚广，于此同时继电器控制系统也有以下缺点体积比较大，动作速度比较慢，耗电量多，寿命短，更有接线复杂，更改困难等。
继电器控制系统对当时的生产力发展中起到了巨大的作用， 在工业生产过程中，大量开关量顺序控制被使用，它按照逻辑条件（即实现编制好的程序）进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，以及大量离散量的数据采集。
在PLC没有出现以前，这些功能是通过继电器控制系统来实现的。
世界上公认的第一台PLC（即PDD-14）是美国数字设备公司（DEC）于1969年根据美国通用汽车公司的要求研制成功的。
背景：
1968年，美国通用汽车公司（GM）为了增强产品在市场上的竞争力，适应汽车型号的不断更新和生产工艺不断变化的需要，实现汽车的多品种、小批量生产和不断翻新汽车品牌的目的。
通用汽车公司（GM）希望有一种可编程序的逻辑控制器来取代传统继电器控制装置的要求，这种控制器能做到尽可能减少设计中的错误和用尽可能少的电气控制装置以及电气接线，以减少重复设计率，更好的适应当代生产的需要，以减少故障，降低生产成本和缩短生产周期。
2.2PLC的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
可靠性作为电气控制设备的重要性能。
PLC也不例外，为了让PLC的可靠性更高，很多厂家都做了一下措施：
⑴在PLC内部电路中，一般将其电路集成化，在生产过程中，应严格的按需要的工艺制造，并运用现在流行的功能模块，将其电路模块化以及加入抗干扰功能，让其拥有更好的可靠性。
⑵在PLC的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经少了很多。
这也使PLC的故障率大大的降低，同时很大程度上使PLC的可靠性大大的提高。
⑶PLC中设置了一些自我诊断、警戒报警和可恢复等功能，在PLC出现故障时能及时的发现，若发生一些小故障也能自我恢复等。
用户可以通过PLC的应用软件将外部器件的故障诊断程序编入PLC，使整个PLC控制系统中的其他电路和电气设备都能得到有效和及时的保护。
这也使PLC具有极高的可靠性。
⑷在工作方式上，PLC采用了周期扫描、集中采样、集中输出等工作方式极高了自身的扛干扰能力。
2.配套和功能齐全，适应性强
PLC发展到今天，各个生产厂家也形成了各自不同大小规模的系列化产品。
这些产品能有效的满足市场中不同规模的工业自动化控制场合。
由于PLC本身具有很强的数据运算能力和速度以及可编程控制器的网络通信能力的提高，所以它能适应不同的工业自动化控制领域。
3.简单易学，方便易用，受到工程技术人员的好评
作为现代通用的工业自动化控制计算机。
PLC的汇编语言相对于计算机更简单易学，使用起来也很方便以及接口简单很容易被熟悉电气知识的和不熟悉的用户所掌握。
它可以用相对于继电器少很多的接线和开关量就能实现传统继电器控制系统的功能。
为用户打开了方便之门。
2.3PLC的组成及其工作原理
2.3.1PLC的组成
PLC的组成：
PLC的种类很多，其基本功能和指令也有差异，但是其基本结构和工作原理则大同小异。
一般由CPU板、I/O接口电路、存储器、扩展接口、电源、显示面板等硬件组成。
其硬件简化框图如下：
CPU
模块
输
入
模块
输出模块
编程装置
按钮
选择开关
限位开关
电源
接触器
电磁阀
指示灯
电源
可编程序控制器
图2.1PLC硬件简化图
2.7PLC选型
本次设计我选用的是日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC。
三菱公司作为日本生产PLC的主要厂家之一。
该公司生产的FX2N系列的机型，属于高性能叠装式机型，是目前三菱公司最先进的PLC产品，FX2N系列PLC具有数十种编程元件，能满足本次设计。
FX2N系列PLC编程元件的编号分为两部分：
第一部分是代表功能的字母。
如输入继电器用“X”表示、输出继电器用“Y”表示。
第二部分为数字，数字为该类型器件的序号。
根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择我们实验室的FX2N-32MR型来满足控制系统的要求。
图2.3FX2N系列PLC
2.7.1FX2N系列PLC的功能及基本性能
FX2N系列是FX系列PLC家族中最为先进的一个系列。
由于FX2N系列具备如下特点：
最大范围的包容了标准特点、程式执行更加快速、全面补充了网络通信功能、更适合世界各国不同的电源和更好的满足了单个需要的大量特殊的功能模块，它可以为你的工厂工业自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
其中为很多特殊功能是为实际运用而开发的，通过这些特殊功能满足了工业生产范围内的不同需求，如模拟I/O、计数器。
网络和数据通信可以连接到了世界上最流行的开放式网络（DeviceNet）或者采用传感器层次的网络解决用户的通信需要。
其他功能如下表：
表2.1FX2N功能表
内置24V的直流电源
24V、400mA直流电源可用于外围设备，如传感器或其它元件。
快速断开端子模块
因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，即使接着电缆也可以更换单元。
时钟功能和小时表功能
在所有的FX2NPLC中都有实时时钟标准。
时间设置和比较指令易于操作。
小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。
持续扫描功能
为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。
输入滤波器调节功能
可以用输入滤波器平整输入信号（在基本单元中x000到x017）。
注解记录功能
元件注解可以记录在程序寄存器中。
在线程序编辑
在线改变程序不会损失工作时间或停止生产运转。
RUN/STOP开关
面板上运行/停止开关易于操作。
远程维护
远处的编程软件可以通过调制解调器通信来监测、上载或卸载程序和数据
密码保护
使用一个八位数字密码保护您的程序。
2.7.2FX2N系列适用范围
FX2N系列在自动化控制系统中充分地发挥了其强大的功能。
它的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制系统到更复杂的自动化控制系统。
PLC的应用领域非常的广泛，它覆盖了所有与自动化检测和控制相关的工业及民用领域，如各种机床、机械、电力设施、民用设施、中央空调、电梯控制、运动系统、环境保护设备等。
第3章装配流水线的PLC控制程序设计部分
3.1设计任务
通过毕业设计了解PLC控制的企业装配流水线基本原理以及工作流程，设计PLC控制实现的模拟装配流水线系统，控制多工位装入、多工位装配、单工位入库等操作。
⑴以自动化实验中心综合实训室的网络型可编程序控制器实训平台为研究对象，了解控制对象结构组成，熟悉控制对象实际工作流程，确定受控对象与PLC间关系，估计程序步数；
⑵运行框图、硬件接线图绘制；
⑶画出PLC控制的梯形图；
⑷编制出语句表；
⑸输入指令并修改更正程序；
⑹调试运行并反复设计验证；
⑺整理设计思路、总结设计成果。
3.1.1装配流水线的PLC控制系统的工作原理
本次设计主要目的是实现饮料装瓶流水线。
通过PLC程序控制流水线的电气部分，实现饮料瓶的传送、装瓶、盖盖、贴签和入库、单周期或连续循环的功能。
当饮料瓶被传送到操作工位或者仓库时，通过光敏传感器反馈给PLC一个信号，促使传送带停止运行。
此次装配流水线的工作流程图如下:
原始位置
等待
操作一（装瓶）111
操作二（盖盖）2
成品入库
操作三（贴签）3
单周期
连续循环
移位
启动
图3.1装配流水线的工作流程图
3.1.2控制要求
本次设计的装配流水线有传送、装瓶、盖盖、贴签和成品入库生产线操作工序，用8盏灯来模拟；并有启动、移位和复位按钮进行操作。
采用FX2N系列PLC进行控制，实现手动和自动的装瓶流水线工序控制。
⑴按下启动按钮后，按以下规律显示：
D→E→A→D→F→B→D→G→C→D→H→D→E→A→D→F→B→D→G→C→D→H→D→E……循环，G表示用来传送的加工物品以及传送的方向，每次亮1秒；D、E、F分别表示传感器，每个灯每次亮1秒；A是操作1，B是操作2，C是操作3，H是仓库，每个灯每次都点亮3秒，表示其操作所需的时间；（注：
饮料灌注量为固定值）
⑵按下移动按钮后，传送带开始移动（移动指示灯G点亮，每次点亮1秒熄灭）；
⑶按下复位按钮后，系统复位，只有再次按下启动按钮后，系统才能再次启动。
装配流水线的模拟控制图如下所示：
操作1A
操作2B
操作3C
仓库H
复位
移动
启动
ABCDEFGHV+COM
传感器1E
传送带D
传感器2F
传感器3G
图3.2装配流水线模拟控制图
3.2硬件设计
3.2.1输入/输出端口配置
表3.1I/O端口分配表
输入
输出
设备
端口编号
设备
端口编号
启动按钮
X0
A
Y0操作1
移动按钮
X1
B
Y1操作2
复位按钮
X2
C
Y2操作3
D
Y3传送
E
Y4传感器1
F
Y5传感器2
G
Y6传感器3
H
Y7入库
3.2.2PLC的外部接线图
此次设计的外部接线图如图3.3所示。
左
升级会员 