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自动化生产线安装与调试毕业论文
自动化生产线安装与调试毕业论文
三门峡职业技术学院
论文题目：
自动化生产线的调试与维护
专业：
机电工程学院
班级：
机电一体化5班
姓名：
王杰
学号：
1208010711
文献……………………………………………………………………………………………………………
第一章嵌入式组态技术在自动化生产线中的应用
1.1MCGS嵌入版
MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基础上开发的，专门应用于嵌入式计算机监控系统的组态软件，MCGS嵌入版包括组态环境和运行环境两部分，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。
适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。
通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。
此外MCGS嵌入版还带有一个模拟运行环境，用于对组态后的工程进行模拟测试，方便用户对组态过程的调试。
1.2MCGS嵌入版组态软件的构成
MCGS嵌入式体系结构分为组态环境、模拟运行环境和运行环境三部分。
组态环境和模拟运行环境相当于一套完整的工具软件，可以在PC机上运行。
用户可根据实际需要裁减其中内容。
它帮助用户设计和构造自己的组态工程并进行功能测试。
运行环境则是一个独立的运行系统，它按照组态工程中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。
运行环境本身没有任何意义，必须与组态工程一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。
一旦组态工作完成，并且将组态好的工程通过串口或以太网下载到下位机的运行环境中，组态工程就可以离开组态环境而独立运行在下位机上。
从而实现了控制系统的可靠性、实时性、确定性和安全性。
由MCGS嵌入版生成的用户应用系统，其结构由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五个部分构成，如图1.2所示。
图1.2MCGS的构成
窗口是屏幕中的一块空间，是一个“容器”，直接提供给用户使用。
在窗口内，用户可以放置不同的构件，创建图形对象并调整画面的布局，组态配置不同的参数以完成不同的功能。
在MCGS嵌入版中，每个应用系统只能有一个主控窗口和一个设备窗口，但可以有多个用户窗口和多个运行策略，实时数据库中也可以有多个数据对象。
MCGS嵌入版用主控窗口、设备窗口和用户窗口来构成一个应用系统的人机交互图形界面，组态配置各种不同类型和功能的对象或构件，同时可以对实时数据进行可视化处理。
1.2.1实时数据库
实时数据库相当于一个数据处理中心，同时也起到公用数据交换区的作用。
MCGS嵌入版使用自建文件系统中的实时数据库来管理所有实时数据。
从外部设备采集来的实时数据送入实时数据库，系统其它部分操作的数据也来自于实时数据库。
实时数据库自动完成对实时数据的报警处理和存盘处理，同时它还根据需要把有关信息以事件的方式发送给系统的其它部分，以便触发相关事件，进行实时处理。
因此，实时数据库所存储的单元，不单单是变量的数值，还包括变量的特征参数（属性）及对该变量的操作方法（报警属性、报警处理和存盘处理等）。
这种将数值、属性、方法封装在一起的数据我们称之为数据对象。
实时数据库采用面向对象的技术，为其它部分提供服务，提供了系统各个功能部件的数据共享。
1.2.2主控窗口
主控窗口确定了工业控制中工程作业的总体轮廓，以及运行流程、特性参数和启动特性等项内容，是应用系统的主框架。
1.2.3设备窗口
设备窗口专门用来放置不同类型和功能的设备构件，实现对外部设备的操作和控制。
设备窗口通过设备构件把外部设备的数据采集进来，送入实时数据库，或把实时数据库中的数据输出到外部设备。
一个应用系统只有一个设备窗口，运行时，系统自动打开设备窗口，管理和调度所有设备构件正常工作，并在后台独立运行。
注意，对用户来说，设备窗口在运行时是不可见的。
1.2.4用户窗口
用户窗口中可以放置三种不同类型的图形对象：
图元、图符和动画构件。
图元和图符对象为用户提供了一套完善的设计制作图形画面和定义动画的方法。
动画构件对应于不同的动画功能，它们是从工程实践经验中总结出的常用的动画显示与操作模块，用户可以直接使用。
通过在用户窗口内放置不同的图形对象，搭制多个用户窗口，用户可以构造各种复杂的图形界面，用不同的方式实现数据和流程的“可视化”。
1.2.5运行策略
运行策略本身是系统提供的一个框架，其里面放置有策略条件构件和策略构件组成的“策略行”，通过对运行策略的定义，使系统能够按照设定的顺序和条件操作实时数据库、控制用户窗口的打开、关闭并确定设备构件的工作状态等，从而实现对外部设备工作过程的精确控制。
一个应用系统有三个固定的运行策略：
启动策略、循环策略和退出策略，同时允许用户创建或定义最多512个用户策略。
启动策略在应用系统开始运行时调用，退出策略在应用系统退出运行时调用，循环策略由系统在运行过程中定时循环调用，用户策略供系统中的其它部件调用。
第二章自动化生产线设备
2.1自动化生产线（YL-335B）的基本组成
亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。
其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。
各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。
分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。
位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。
在YL-335B设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。
传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。
在控制方面，YL-335B采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。
用户可根据需要选择不同厂家的PLC及其所支持的RS485通信模式，组建成一个小型的PLC网络。
小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。
另一方面，掌握基于RS485串行通信的PLC网络技术，将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。
1、供料单元的基本功能：
供料单元是YL-335B中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。
具体的功能是：
按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。
2、加工单元的基本功能：
把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。
3、装配单元的基本功能：
完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。
4、分拣单元的基本功能：
完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。
如图3.5所示分拣单元实物的全貌。
5、输送单元的基本功能：
该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。
直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视实训目的而定。
YL-335B的标准配置为伺服电机。
2.2YL-335B的电气控制
2.2.1YL-335B工作单元的结构特点
YL-335B设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。
每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。
因此，工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。
YL-335B的解决方案是：
机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。
PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。
两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。
装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC24V电源的+24V端，底层端子用以连接DC24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。
PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。
底层端子用以连接DC24V电源的+24V端和0V端。
装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连结。
其中25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。
2.2.2YL-335B的控制系统
YL-335B的每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。
1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。
按钮指示灯模块如图3.9所示。
模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。
模块盒上器件包括：
⑴指示灯（24VDC）：
黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。
⑵主令器件：
绿色常开按钮SB1一只
红色常开按钮SB2一只
选择开关SA（一对转换触点）
急停按钮QS（一个常闭触点）
2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于采用三菱FX系列PLC的设备，YL-335B的标准配置是采用了基于RS485串行通信的N：
N通信方式。
图3.10YL-335B的通信网络
各工作站PLC配置如下：
⑴输送单元：
FX1N-40MT主单元，共24点输入，16点晶体管输出。
⑵供料单元：
FX2N-32MR主单元，共16点输入，16点继电器输出。
⑶加工单元：
FX2N-32MR主单元，共16点输入，16点继电器输出。
⑷装配单元：
FX2N-48MR主单元，共24点输入，24点继电器输出。
⑸分拣单元：
FX2N-32MR主单元，共16点输入，16点继电器输出。
3、人机界面
系统运行的主令信号（复位、启动、停止等）通过触模屏人机界面给出。
同时，人机界面上也显示系统运行的各种状态信息。
人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。
使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。
使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数，降低生产的成本，同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。
YL-335B采用了昆仑通态（MCGS）TPC7062KS触摸屏作为它的人机界面。
TPC7062KS是一款以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。
该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率4096×4096），同时还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.NET（中文版）和MCGS嵌入式组态软件（运行版）。
2.3自动化生产线工艺流程介绍
2.3.1供料站的工作流程
供料站接收到系统发来的供料指令后，如果出料台上没有工件，即进行把工件推到出料台上的操作。
工件推出到出料台后，应向系统发出出料台上有工件信号。
若供料站的料仓内没有工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号。
当系统发来的启动信号被复位时，工作站在完成本工作周期后退出运行状态。
2.3.2装配站的工作流程
①启动后，如果回转台上的左料盘内没有小园柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。
②如果回转台上的右料盘内有小园柱零件且装配台上有待装配工件，开始执行装配过程。
执行装配机械手抓取小园柱零件，放入待装配工件中的操作。
装入动作完成后，向系统发出装配完成信号。
③完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。
2.3.3加工站的工作流程
加工站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。
当加工台上有工件且被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。
冲压动作完成且加工台返回待料位置后，向系统发出加工完成信号。
如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。
2.3.4输送站的工作流程
输送站接收到人机界面发来的启动指令后，即把启动指令发往各从站。
在接收到供料站的“出料台上有工件”信号后，输送站抓取机械手装置应执行抓取供料站工件的操作。
动作完成后，伺服电机驱动机械手装置以不小于300mm/s的速度移动到装配站装配台的正前方，把工件放到装配站的装配台上。
接收到装配完成信号后，机械手装置应抓取已装配的工件，然后从装配站向加工站运送工件，到达加工站的加工台正前方，把工件放到加工台上。
机械手装置的运动速度要求与②相同。
接收到加工完成信号后，机械手装置应执行抓取已压紧工件的操作。
抓取动作完成后，机械手臂逆时针旋转90°，然后伺服电机驱动机械手装置移动到分拣站进料口。
执行在传送带进料口上方把工件放下的操作。
机械手装置的运动速度要求与②相同。
机械手装置完成放下工件的操作并缩回到位后，手臂应顺时针旋转90°，等待下一次搬运工作。
2.3.5分拣站的工作流程：
分拣站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。
当输送站机械手装置放下工件、缩回到位后，分拣站的变频器即启动，驱动传动电动机人机界面所指定的变频器运行频率的速度，把工件带入检测区进行芯件嵌入高度检测和芯件颜色检测。
进行芯件嵌入高度检测时允许传送带停车，停车时间可根据检测装置的特性自行确定。
成品工件按芯件嵌入高度分为两类：
①若芯件端面与杯形工件端面之间的高度差值在±0.5毫米以内为第一类成品。
②若芯件端面凸出杯形工件端面大于0.5毫米且小于1.5毫米，为第二类成品。
③不在上述两类成品范围内的工件为废品。
满足套件关系的第一类成品工件（每个白色芯工件和一个黑色芯工件搭配组合成一组套件，不考虑二个工件的排列顺序）到达1号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸1动作把工件推出；满足套件关系的第二类成品工件（每个白色芯工件和一个黑色芯工件搭配组合成一组套件，不考虑二个工件的排列顺序）到达2号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸2动作把工件推出。
不满足上述套件关系的工件和废品工件到达3号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸3动作把工件推出。
从分拣站1号滑槽和2号滑槽输出的总套件数达到指定数量时，一批生产任务完成，系统发出停止运行指令。
2.4三菱FX系列PLCN:
N通信
2.4.1三菱FX系列PLCN:
N通信网络的特性
FX系列PLC支持以下5种类型的通讯：
（1）N：
N网络：
用FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等PLC进行的数据传输可建立在N：
N的基础上，使用这种网络，能链接小规模系统中的数据。
它适合于数量不超过8个的PLC（FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N）之间的互连。
（2）并行链接：
这种网络采用100个辅助继电器和10个数据寄存器在1：
1的基础上来完成数据传输。
（3）计算机链接（用专用协议进行数据传输）：
用RS485（422）单元进行的数据传输在1：
n（16）的基础上完成。
（4）无协议通讯（用RS指令进行数据传输）：
用各种RS232单元，包括个人计算机、条形码阅读器和打印机，来进行数据通讯，可通过无协议通讯完成，这种通讯使用RS指令或者一个FX2N-232IF特殊功能模块。
（5）可选编程端口：
对于FX2N、FX2NC、FX1N、FX1S系列的PLC，当该端口连接在FX1N-232BD、FX0N-232ADP、FX1N-232BD、FX2N-422BD上时，可以和外围设备（编程工具、数据访问单元、电气操作终端等）互连。
采用三菱FX系列PLC的YL—335B系统选用N：
N网络实现各工作站的数据通讯，本节只介绍N:
N通信网络的基本特性和组网方法，有关其他通讯类型，请参阅“FX通信用户手册”。
N：
N网络建立在RS485传输标准上，网络中必须有一台PLC为主站，其他PLC为从站，网络中站点的总数不超过8个。
图3.11所示是YL-335A的N：
N网络配置。
图3.11YL-335A系统中N：
N通信网络的配置
系统中使用的RS485通信接口板为FX2N-485-BD和FX1N-485-BD，最大延伸距离50m，网络的站点数为5个。
N:
N网络的通信协议是固定的：
通信方式采用半双工通讯，波特率（BPS）固定为38400BPS；数据长度、奇偶校验、停止位、标题字符、终结字符以及和校验等也均是固定的。
N:
N网络是采用广播方式进行通信的：
网络中每一站点都指定一个用特殊辅助继电器和特殊数据寄存器组成的链接存储区，各个站点链接存储区地址编号都是相同的。
各站点向自己站点链接存储区中规定的数据发送区写入数据。
网络上任何1台PLC中的发送区的状态会反映到网络中的其他PLC，因此，数据可供通过PLC链接连接起来的所有PLC共享，且所有单元的数据都能同时完成更新。
2.4.2安装和连接N:
N通信网络
网络安装前，应断开电源。
各站PLC应插上485-BD通信板。
它的LED显示/端子排列如图3.12所示。
图2.12485-BD板显示/端子排列
YL-335B系统的N：
N链接网络，各站点间用屏蔽双绞线相连，如图3.13所示，接线时须注意终端站要接上110欧姆的终端电阻（485BD板附件）。
图2.13335APLC链接网络连接
进行网络连接时应注意：
1、图3.13中，R为终端电阻。
在端子RDA和RDB之间连接终端电阻（110欧姆）
2、将端子SG连接到可编程控制器主体的每个端子，而主体用100欧姆或更小的电阻接地。
3、屏蔽双绞线的线径应在英制AWG26～16范围，否则由于端子可能接触不良，不能确保正常的通信。
连线时宜用压接工具把电缆插入端子，如果连接不稳定，则通讯会出现错误。
如果网络上各站点PLC已完成网络参数的设置，则在完成网络连接后，再接通各PLC工作电源，可以看到，各站通信板上的SDLED和RDLED指示灯两者都出现点亮/熄灭交替的闪烁状态，说明N：
N网络已经组建成功。
如果RDLED指示灯处于点亮/熄灭的闪烁状态，而SDLED没有（根本不亮），这时须检查站点编号的设置、传输速率（波特率）和从站的总数目。
2.4.3组建N:
N通信网络
1、网络组建的基本概念和过程
FX系列PLCN:
N通信网络的组建主要是对各站点PLC用编程方式设置网络参数实现的。
FX系列PLC规定了与N：
N网络相关的标志位（特殊辅助继电器）和存储网络参数和网络状态的特殊数据寄存器。
当PLC为FX1N或FX2N（C）时，N：
N网络的相关标志（特殊辅助继电器）如表3.15所示，相关特殊数据寄存器如表3.16所示。
表3.15特殊辅助继电器
特性
辅助继电器
名称
描述
响应类型
R
M8038
N：
N网络参数设置
用来设置N：
N网络参数
M，L
R
M8183
主站点的通信错误
当主站点产生通信错误时ON
L
R
M8184～M8190
从站点的通信错误
当从站点产生通信错误时ON
M，L
R
M8191
数据通信
当与其他站点通信时ON
M，L
表3.16特殊数据寄存器
特性
数据寄存器
名称
描述
响应类型
R
D8173
站点号
存储它自己的站点号
M，L
R
D8174
从站点总数
存储从站点的总数
M，L
R
D8175
刷新范围
存储刷新范围
M，L
W
D8176
站点号设置
设置它自己的站点号
M，L
W
D8177
从站点总数设置
设置从站点总数
M
W
D8178
刷新范围设置
设置刷新范围模式号
M
W/R
D8179
重试次数设置
设置重试次数
M
W/R
D8180
通信超时设置
设置通信超时
M
R
D8201
当前网络扫描时间
存储当前网络扫描时间
M，L
R
D8202
最大网络扫描时间
存储最大网络扫描时间
M，L
R
D8203
主站点通信错误数目
存储主站点通信错误数目
L
R
D8204～D8210
从站点通信错误数目
存储从站点通信错误数目
M，L
R
D8211
主站点通信错误代码
存储主站点通信错误代码
L
R
D8201～D8218
从站点通信错误代码
存储从站点通信错误代码
M，L
在表2.15中，特殊辅助继电器M8038（N：
N网络参数设置继电器，只读）用来设置N：
N网络参数。
对于主站点，用编程方法设置网络参数，就是在程序开始的第0步（LDM8038），向特殊数据寄存器D8176～D8180写入相应的参数，仅此而已。
对于从站点，则更为简单，只须在第0步（LDM8038）向D8176写入站点号即可。
例如，图2.17给出了设置输送站（主站）网络参数的程序。
图2.17主站点网络参数设置程序
上述程序说明如下：
⑴编程时注意，必须确保把以上程序作为N：
N网络参数设定程序从第0步开始写入，在不属于上述程序的任何指令或设备执行时结束。
这程序段不需要执行，只须把其编入此位置时，它自动变为有效。
⑵特殊数据寄存器D8178用作设置刷新范围，刷新范围指的是各站点的链接存储区。
对于从站点，此设定不需要。
根据网络中信息交换的数据量不同，可选择如表3.19（模式0），表3.20（模式1）和表3.21（模式2）三种刷新模式。
在每种模式下使用的元件被N：
N网络所有站点所占用。
表3.19模式0站号与字元件对应表表3.20模式1站号与位、字元件对应表
站点号
元件
站点号
元件
位软元件（M）
字软元件（D）
位软元件（M）
字软元件（D）
0点
4点
32点
4点
第0号
—
D0～D3
第0号
M1000～M1031
D0～D3
第1号
—
D10～D13
第1号
M1064～M1095
D10～D13
第2号
—
D20～D23
第2号
M1128～M1159
D20～D23
第3号
—
D30～D33
第3号
M1192～M1223
D30～D33
第4号
—
D40～D43
第4号
M1256～M1287
D40～D43
第5号
—
D50～D53
第5号
M1320～M1351
D50～D53
第6号
—
D60～D63
第6号
M1384～M1415
D60～D63
第7号
—
D70～D73
第7号
M1448～M1479
D70～D73
表2.21模式2站号与位、字元件对应表
站点号
元件
位软元件（M）
字软元件（D）
64点
4点
第0号
M1000～M1063
D0～D3
第1号
M1064～M1127
D10～D13
第2号
M1128～M1191
D20～D23
第3号
M119
升级会员 