毕业设计MES网络型模块式柔性自动化生产线安装与分类站Word格式.docx
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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:
1、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。
2、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。
3、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。
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。
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、关于安装站和分类站的分析
1、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、电气设计和电气原理图设计
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
I0。
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。
机械手左摆
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
7
上电
Q0.4
运输台出货
I1.0
开始按钮
5
运输台卸货
I1。
1
复位按钮
Q0.6
吸气阀吸合
2
调试按钮
Q1.0
开始灯
I1.3
手动/自动
Q1。
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
Y轴限位开关
X轴限位开关
4
接近开关
光耦01
光耦00
光耦02
光耦03
电磁阀
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.
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
2、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
3、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
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
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％50HZ
3、转速2880r/min
4、最大气压1.3MPa
气动阀
CDJ2B10-60-B
2、压力：
0.7MPa和1.0Mpa
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
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