自动化生产线的安装与调试毕业设计Word文档下载推荐.docx

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自动化生产线的安装与调试

二、主要技术指标：

1、采用GXDeveloperVersion7.0软件编程与调试程序；

2、选择好合适的软硬件，规划出控制硬件基本原理图；

3、利用梯形图编写程序完成安装与调试；

4、对程序进行调试，以满足应用系统的需要；

三、工作内容和要求：

根据生产线的控制要求对生产线的设备、电气线路、电路连接进行正确的安装与连接来满足生产线的控制要求，还有对电气控制线路的设计以及利用RS-485网络完成各个PLC之间的通讯，利用GXDeveloperVersion7.0来编写程序与调试，通过这些工作完成自动化生产线的安装与调试

四、主要参考文献：

1、三菱可编程控制器FX通讯用户手册

2、朱梅朱光力，液压与气动技术西安电子科技大学出版社

3、吕景泉，自动化生产线安装与调试中国铁道出版社

4、高勤，可编程控制器原理及应用（三菱机型）电子工业出版社

5、谭维瑜，电机与电气控制机械工业出版社

6、吴旗，传感器与自动检测技术高等教育出版社

学生（签名）年月日

指导教师（签名）年月日

教研室主任（签名）年月日

系主任（签名）年月日

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目

一、选题的背景和意义：

目前，国内的生产线大多还停留在低水平阶段，都还是一些常用的接触器、继电器、按钮、开关来控制，这些常规的控制自动化程度，低动态控制精度差，已经满足不了如今日益发展的工艺技术要求。

而利用PLC来控制生产线是解决上述问题的有效途径和方法。

国内的一些企业的流水线改成自动化生产线，这样大大的提高了企业的生产效率也提高了产品的质量，从而企业的经济效益也随之提高，这样国家的经济水平也会有很大的提高。

二、课题研究的主要内容：

本课题研究，就是用PLC来控制生产线自动的完成供料、加工、装配、分拣和搬运的5各个工作环节的工作，并且各个工作环节之间均设置一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通信实现互连，构成分布式的控制系统。

三、主要研究（设计）方法论述：

先根据课题的基本要求设想此生产线具备五个单元的基本功能建立个大体的框架，选择好合适的硬件，规划出控制硬件基本原理图，合理分配好PLC的输入口与输出口；

分析可能存在的不同种情况，画出大概软件流程设计，再逐一完成各个单元程序的编写，编写玩程序后可以现在计算机中用GXDeveloperVersion7.0先仿真使其基本达到预期的效果，然后放到硬件上进行进一步的调试处理各个PLC之间的通讯，达到主站与从站之间通讯稳定可靠。

注意：

在加载程序前，要对硬件进行检查。

四、设计（论文）进度安排：

时间（第周）

工作内容

第一周

选定课题，分析工作原理完成硬件设计

第二周

搜集资料完成软硬件的原理图

第三周

分别画出各站点的流程图

第四周

完成程序的编写

第五周

调试安装并修改程序

五、指导教师意见：

　　　　　　　　　　　　指导教师签名：

年月日

六、系部意见：

　　　　　　　　　　　系主任签名：

摘要…………………………………………………………………………6

第一章生产线的功能及基本介绍

1.1自动化生产线装置的简介……………………………………………7

1.1.1自动化生产线的整体实物图…………………………………..7

1.1.2自动化生产线设备俯视图……………………………………..8

1.1.3自动化生产线的概述及特点…………………………………..9

1.2自动化生产线装置的组成及功能…………………………………10

1.2.1搬运站…………………………………………………………10

1.2.2供料站…………………………………………………………11

1.2.3加工站…………………………………………………………12

1.2.4装配站…………………………………………………………13

1.2.5分拣站…………………………………………………………14

第二章可编程控制器的基本概况

2.1可编程控制器的产生和特点………………………………………15

2.2可编程控制器的应用及发展………………………………………16第三章生产线中的电机的的工作原理

3.1步进电机的基本概述…………………………………………………17

3.2步进电机的工作原理…………………………………………………18

3.3步进电机驱动器………………………………………………………29

3.4伺服电机的工作原理…………………………………………………20

3.5变频器的工作原理与优点……………………………………………21

第四章三菱PLC之间N:

N通讯及部分PLC程序

4.1三菱FX系列PLCN:

N通信……………………………………………23

4.2组建N:

N网络通讯……………………………………………………25

结论……………………………………………………………………………………46

参考文献……………………………………………………………………………27

摘要

党的十六大提出，走我国新型工业化发展的道路，必须坚持“以信息化带动工业化、以工业化促进信息化”，而且要达到“科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势”等五个具体目标，这表明我国要基本实现工业化，不仅要采用机械化和电气化，而且要充分利用自动化和信息化，。

应此，以自动化技术为代表的先进生产技术，将在我国产业化结构、推动调整传统产业化，实现经济及社会持续协调发展中，发挥极其重要的作用。

从二十世纪20年代开始，随着汽车、滚动轴承、小型电动机和缝纫机等工业发展，机械制造中开始出现自动线，最早出现的是组合机床自动线。

在此之前，首先是在汽车工业中出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。

第二次世界大战后，在工业发达国家的机械制造业中，自动线的数目出现了急剧增加。

　采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；

产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。

在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，有显著的经济效益。

关键词：

PLC自动生产线自动控制

ABSTRACT

NationalCongressPartyputforward,taketheroadofnewindustrializationinChina,wemustadheretothe"

informationtechnologytostimulateindustrialization,promotionofinformationtechnology"

butalsotoachieve"

hightechnology,goodeconomicreturns,lowresourceconsumption,lessenvironmentalpollution,humanresources,"

thefivespecificobjectives,whichindicatesthatourcountrywillbasicallyaccomplishindustrialization,notonlytoadoptmechanizationandelectrification,butalsotomakefulluseofautomationandinformatization.Inresponsetothis,automatedtechnologyastherepresentativeofadvancedproductiontechnology,willbeinourindustrialstructure,promotetheadjustmentoftraditionalindustries,sustainedandcoordinatedeconomicandsocialdevelopment,playanimportantrole.

20yearsfromthetwentiethcenturybegan,withthecar,rollingbearings,smallmotorsandsewingmachines,industrialdevelopment,machinerymanufacturingautomaticproductionlinestartedtoappear,theearliestisthecombinationofmachinetoolsautomaticproductionline.Priortothis,firstappearedintheautomobileindustryassemblylineandsemi-automaticproductionline,andthendevelopedintoautomaticlines.AfterWorldWarII,theindustrializedcountriesofthemachinerymanufacturingindustry,thenumberofautomaticlinehasseenadramaticincrease.

Automaticlineforproductionoftheproductshouldbelargeenoughtoyield;

productdesignandtechnologyshouldbeadvanced,stable,reliable,andremainbasicallyunchangedinthelongerperiod.Inlargenumbers,theuseofautomatedmassproductionlinestoincreaselaborproductivity,stability,andimproveproductquality,improveworkingconditions,SuJianproductionarea,lowerproductioncosts,shortenproductioncycles,ensuretheproductionofbalance,havesignificanteconomicbenefits.

Keywords:

PLCautomaticproductionlinecontrol

1.1自动化生产线的简介

1.1.1自动化生产线的整体实物图片

1.1.2自动化生产线的整体俯视图

1.1.3自动化生产线的概述及特点

该生产线是一种最为典型的机电一体化装置，是为为了机电一体化、自动化等相关专业的教学和培训。

该装置采用型材结构，其上安装有井式供料、切削加工、多工位装配、气动机械手搬运、皮带传送分拣等工作站及相应的电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器及交流电机模块、步进电机驱动模块、伺服电机驱动模块和各种工业传感器等控制检测单元。

系统采用PLC工业网络通信技术实现系统联动，真实再现工业自动生产线中的供料、检测、搬运、切削加工、装配、输送、分拣过程。

它在接近工业生产制造现场的基础上又针对教学及实训目的进行了专门设计，强化了自动化生产线的安装与调试能力，能较好地满足工学结合。

更好的来满足机电一体化、自动化专业的学生的实训与模拟工业制造的现场条件。

通过该生产线的模拟学习，能较好地锻炼我们自身的团队协作能力、自动线拆装与调试能力、工程实施能力和安全意识。

满足机电一体化和自动化技术专业的核心能力训练要求，突出强调技术的综合运用。

该生产线装置最贴近工业现场要求，是典型的自动生产线，设备从选材、工艺、流程、结构、控制等各方面都从实际工业现场出发，考虑工学结合要求，有机融合了机械、电气、气动、传感器、交流电机变频调速、步进电机驱动控制、伺服电机驱动控制、PLC控制及工业通信网络等多种技术，能开展任务驱动的项目教学法。

整体结构采用开放式和拆装式，具有明显的动手拆装实训功能，可以拆装到各零部件及每颗细小的螺丝，能很好的锻炼我们自己的动手能力这样可以更好的来适应以后的工作；

该设备还具有很强的重组性能可以根据不同的需求对不同的模块进行组合从而实现目的，用于教学，可按工作过程导向、工学结合的模式规划教学活动，可完成多种工业现场环境下的技能培训任务，特别适合我们自动化专业及机电一体化专业的学生学习和研究。

该装置PLC模块I/O端子、变频器接线端子、各常用模块接线端子，均采用安全型插座，使用带安全插头的导线进行电路连接；

各指令开关、光电开关、传感器和指示元件的电路通过端子排进行连接。

插拔线连接电路与端子排连接电路相结合，保证电路连接的快速、安全和可靠。

1.2自动线装置组成及功能

该装置总共由供料站、加工站、装配站、成品分拣站、搬运站、电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器模块、步进电机驱动器模块、各种传感器、警示灯、电磁阀和I/O接口板等组成，完成工件上料、加工、装配、分拣、输送等功能。

整体结构采用开放式和拆装式设计，可以对各零件、部件、单元、直至整体机构进行零部件拆装、调试、运行。

在这一条自动生产线上面机械部分的动作全部靠的是气动，这样一来电磁阀是必可少的装置了，其实电磁阀就是利用电来控制气路的通与断，从而使得达到我们要求的动作。

电磁阀也是通过PLC来控制的，当PLC给电磁阀一个信号，电磁阀就动作，对应的汽缸也动作。

在这每一个站旁边都是要通过PLC主机来控制的。

在这次设计中生产线的核心器件PLC分别用的是三菱的FX3U-48MT、FX3U-16MR、FX3U-16MT、FX3U-48MT和FX3U-16MR。

总体的控制要求将供料单元料仓内的白色待装配零件送往装配单元的物料台进行装配。

把装配单元料仓内的白色或黑色的小圆柱零件嵌入到物料台的待装配零件中，完成装配后的成品送往加工站。

⑶在加工单元完成对工件的一次压紧加工，然后送往分拣单元。

通过分拣机构，从1号滑槽应输出满足套件关系的工件（每个白色工件搭配一个黑色工件组合成一组套件）。

分拣时不满足套件关系的工件从2号滑槽输出作为散件。

从1号滑槽输出的套件达到指定数量时，一批生产任务完成，系统停止工作

1.2.1搬运站组成及功能

一、搬运站

主要由步进电机驱动器、直线导轨、四自由度搬运机械手、定位开关、行程开关、支架、机械零部件构成。

主要完成工件的搬运。

在搬运部分中有一个重要的部分那就是步进电机驱动器，他是用来控制三相步进电机的，在这个部分中用到了很多一些磁性传感器，这些传感器都是用来检测气缸的到位情况，当气缸的动作到了要求的位置之后，传感器会给PLC发出一个信号。

其中的原点开关时给PLC提供原点信号的，左右还各有一个极限开关，这是为了保护硬件的机械结构不会因为有时候的误动作而被破坏，当任何一轴运行过头，碰到极限开关时，断开步进电机控信号公共端，使步进电机停止运行，这样更好的保护了机械架构不受损。

1.2.2供料站组成及功能

由井式工件库、推料气缸、物料台、光电传感器、磁性传感器、电磁阀、支架、机械零部件构成。

主要完成将放置在工件库中待加工工件推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其它站。

供料站主要的任务就是提供生产所必要的原料，这里主要是放入两种黑白不同颜色的工件，工件库物料的由于没有是用光电传感器来检测的，当工件库有物料时给PLC提供输入信号。

物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节，调节检测范围1～9cm。

这里也是同样的用到了磁性传感器是用于气缸的位置检测，当检测到气缸准确到位后给PLC发出一个到位信号。

1.2.3加工站组成及功能

由物料台、物料夹紧装置、龙门式二维运动装置、主轴电机、刀具以及相应的传感器、磁性开关、电磁阀、步进电机及驱动器、滚珠丝杆、支架、机械零部件构成。

主要完成工件模拟钻孔、切屑加工，这个站主要的组成部分如上图所示。

在这一部分中有一个不同点就是它的运动时二维的通过步进电机及驱动器来完成，这里的光电传感器，磁性传感器，电磁阀的功能基本上和前面的功能一样的，不过这里的行程开关和上面的优点不一样了，它有X轴Y轴装有六个行程开关，其中两个给PLC提供两轴的原点信号，另外四个用于硬件保护，当任何一轴运行过头，碰到行程开关时断开步进电机控信号公共端。

还有滚珠丝杆是用来带动气动手指沿Y轴移动，同步轮同步带是用于带动主轴沿X轴移动并实现它们的精确定位。

1.2.4装配站组成及功能

由井式供料单元、三工位旋转工作台、平面轴承、冲压装配单元、光电传感器、电感传感器、磁性开关、电磁阀、交流伺服电机及驱动器、警示灯、支架、机械零部件构成。

主要完成工件紧合装配。

在这一单元中用到了伺服电机及驱动器是用于控制三工位旋转工作台。

根据PLC发出的脉冲数量实现三工位旋转工作台精确定位。

这里的小工件库也是采用的井式的也采用光电传感器功能和前面的一样的，这里特别的用到了一个电感传感器是用于检测工作台是否回到原点，检测距离4mm±

20%，它的作用是当一个工件完成了之后检测工作台是否到了原点的位置如果检测到已经到了原点的位置了那就进行先一步动作，反之不能动作。

还用到了警示灯是用于指示系统工作状态和工件库工件是否缺料，只要在触摸控制面板上触动气动按钮那系统就开始工作这时候绿灯亮，当按下停止按钮那就红灯亮，如果缺料了那就亮黄灯，必须加入小工件了。

这里的顶料气缸、挡料气缸工作原理和供料站的基本一样的。

1.2.5分拣站组成及功能

由传送带、变频器、三相交流减速电机、旋转气缸、磁性开关、电磁阀、调压过滤器、光电传感器、光纤传感器、对射传感器、支架、机械零部件构成。

主要完成来料检测、分类、入库。

该装置到最后主来的产品是有两种不同的颜色的，所以这个分拣单元在这条自动线上面是必可少的一部分，到最后必须把产品分门别类的分好。

这里光电传感器用于检测入料口是否有物料。

当入料口有物料时给PLC提供输入信号通过PLC的输出信号来控制下一步的动作。

还有光纤传感器是根据不同颜色材料反射光强度的不同来区分不同的工件。

当工件为白色时第一个光纤传感器检测到信号；

当工件为黑色时第二个光纤传感器检测到信号。

光纤传感器的检测距离可通过光纤放大器的旋钮调节。

检测工件是否到物料槽，当检测到有物料到达物料槽时给PLC提供信号是通过对射光电传感器还有一个旋转汽缸它的功能就是把黑色的工件放入到第二个槽中，它的旋转角度是68°

第二章可编程控制器的基本概况

2.1可编程控制器的产生和特点

在此次自动化生产线的设计中选用的都是三菱机型的PLC，可编程控制器（PrgrammableController）简称PC，为了避免和通用计算机的简称PC混淆，在很多书中对可编程控制器仍沿用PLC的简称。

1968年美国的汽车工业（通用汽车公司）首先提出了可编程控制器的概念，1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界第一台PLC，这时的可编程控制器只能用于执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能，所以称为可编程序控制器（PrgrammableLogicalContrller，PLC）。

PLC最早用以取代汽车生产线上的继电器控制系统，随即扩展到食品的加工，制造、冶金等工业部门。

1971年日本引进了这项生产技术，并开始生产自己的PLC。

1973年欧洲的一些国家也研制生产自己的PLC。

进入20世纪70年代后，半导体及微机技术的发展，PLC微处理后作为中央处理器，输出/输出和外围的继电器都采用了很多集成电路，使得PLC有了多项优点和各种各样的系列产品、型号。

成为了新型的工业自动化设备。

1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

　　“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。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”

在如今的应用中PLC的特点也是非常的突出的可靠性高，抗干扰能力强PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/10~1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，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。

硬件配套齐全，功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。

PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC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，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易，并且越来越简单易学了。

2.2可编程控制器的应用及发展

可编程逻辑控制器，又称可编程控制器，有过多种定义。

可以看作是一种经过特殊设计的工业计算机，整个的设计原则就是简单与实用。

1968年，通用汽车公司的液压部门为了消除既复杂又昂贵的继电器控制系统，确立了第一个可编程控制器的招标指标。

该设计规格需要固态系统和电脑技术，