基于PLC自动生产线的项目可行性研究报告.docx
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基于PLC自动生产线的项目可行性研究报告
基于PLC自动生产线的项目可行性研究报告
摘要
随着计算机在控制应用领域技术的不断提升和进步，可编程控制器件的应用已普及成为自动化技术的重要组成部分之一。
自动生产线的核心是一种控制装置，该装置能够实现一个相对较高的水平自动化。
PLC中控制单元在生产线的运行中扮演一个决定性的角色。
如何设计PLC成为控制生产线效率的一个关键因素。
可编程控制器最先出现在美国，1968年，美国的通用汽车公司（GM）提出了研制一种新型控制器的要求，并从用户的角度提出新一代控制器应具备十大条件。
生产线可以实现更多的自动化、智能化,并且得到很高的生产效率。
关键字：
PLC,自动化，生产线
引言
自动生产线以流水线的基础实现产品生产过程自动化的一种机器体系。
它可以实现加工，检测，运输等步骤的高度连续化工作，从而达到提高工作效率，降低生产的成本的目的。
PLC控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的主要对控制功能作必要地修改只需改变软件指令即可使硬件软件化。
可编程序控制器采用易学易懂的梯形图语言它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型形成一套独具风格的以继电器梯形图为基础的形象编程语言梯形图使用的符号和定义与常规的继电器展开图完全一致电气操作人员使用起来得心应手不存在计算机技术与传统电气控制技术之间的专业“鸿沟”。
在了解PLC简要工作原理和它的编程技术之后就可结合实际需要进行应用设计进而将PLC用于实际控制系统中。
1PLC应用现状
1.1工艺过程
为了全程控制整个生产线，本系统设置了主站作为总控制台，负责指挥调度整个装配生产线，保证其连续运行。
主站的总控制的主要作用就是控制系统，调度，监视系统的运行情况。
生产线的设计工序复杂，具体采用机械传动，电器控制实现现代化的传输装配过程。
自动化生产线的设计可以分为如下五个部分：
总站单元，下料单元，加盖单元，穿销单元，检测单元，分拣单元。
它们之间的联系如下图所示：
图1-2自动化生产线的控制顺序
图1-2控制系统组成框图
1.2研究意义
本研究的自动生产线实验平台是在铝合金导轨式实训台上由下料、加盖、穿销、检测、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构采用气动驱动、变频器驱动和步进电机位置控制等技术，实验平台的控制方式采用各个工作单元均是一台独立的PLC控制，本实验平台综合采用传感器应用技术。
在本实验平台上可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使使用者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，力求达到缩短理论教学与实际应用之间的距离。
本课题研究的自动生产线实验平台的设计，采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性方便根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合，安装和调试，达到模拟生产性功能。
2单元器件的简单介绍
2.1传感器
传感器的基本原理
传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需的有用信息的装置。
它获取的信息可以是各种物理量。
传感器的核心部件是敏感元件，它是传感器中用来感知外界信息，并转换成有用信号的元件。
本套系统中用到的传感器大体上分为光电式传感器、光纤式传感器、电感式传感器、电容式传感器等。
（1）电感式接近开关
代号：
151685
代码:
SMTO-1-PS-S-LED-24-C
短路强度:
是
测量原则:
磁阻
切换元件功能:
常开触点
开关输出:
PNP
电连接:
M8x1;3针;插头
SMTO为电感式接近传感器功能：
SMT,SMTO（感应式）SMT型电感式传感器含有振荡回路。
当有磁场接近时回路中的电流会发生变化并产生一个开关信号。
SMT型接近式传感器主要用于能够处
理开关信号的设备，譬如连接至控制器。
（2）电容式传感器
电容传感器是无接触式位置传感器，所有进入它电场中的物质都将影响它的电场，这种变化通过内部电路转换为输出电信号。
它具有高稳定性、温漂较低的特点，他的检测对象为金属和非金属（玻璃、木料、油类、水及塑料制品等）。
系统中用到的电容式传感器为加工站的PART_AV、B1、B2，用来检测旋转指示盘上是否有工件，如上图所示。
电容式接近传感器带有LED显示和电子接口，安装在一个聚合物结构的安装座上，通过3针插座连接。
图3-1电容式传感器
（3）电磁阀代号：
161414代码：
CPV10-M1H-5LS-M7
驱动类型：
电气的
设计结构：
活塞滑块
复位类型:
空气弹簧
先导类型:
由先导控制
阀功能:
5/2;单稳态
外形紧凑、功能强大，流量从400到1600升/分钟，重量轻，安装空间小，CPV阀岛可安装在气动驱动器附近，可确保缩短响应时间，提高效率。
图3-2电磁阀
2.2S7-3OOPLC
S7-300（PLC）是德国西门子公司在S5系列PLC的基础上于1995年陆续推出的性价比较高的PLC系统。
其中，S7-300由于其系统的优良特性，近年来被广泛应用于专用机床、纺织机械、
装机械、通用机械等方面；在控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业等诸多领域也被广泛使用。
S7-300提供了多种性能的CPU和丰富且带有许多功能的I/O扩展模块，具有高电磁兼容性和抗冲击性，使其具有很高的工业环境适应性。
因此八个站的PLC均为单机作业，也不需要扩展功能模块，PLC之间也没必要网络通讯。
所以每个站的PLC只由最基本的中央处理单元（CPU）、电源模块（PC）、信号模块（SM）组成。
图3-3S7—200的外形结构
由图示可知，虽然PLC的外观与通用计算机有较大差别，但在内部结构上，PLC只是像一台增强了I／0功能的可与控制对象方便连接的计算机。
在系统结构上，PLc的基本组成包括硬件与软件两部分。
3各单元控制系统的设计
3.1PLC对下料单元的控制
下料单元是整个生产线的起点，下料单元的主要功能是为后面各站的加工过程提供工件。
供料站由以下几部分组成：
工件仓模块、检测模块、气动推杆模块、吸工件模块、旋转模块、控制面板、工作平台、手推车台、PLC模块。
图4-1下料单元实物图
图4-2下料单元控制流程图
下料单元I/O分配表
表4-1单元I/O分配表
形式
序号
名称
PLC地址
编号
地址设置
输入
1
工件检测
I0.0
S2
EM277总线模块设置的站号为：
8
与总站通讯的地址为：
2～3
2
托盘检测
I0.1
S1
3
料槽底层工件检测
I0.2
S3
4
手动/自动按钮
I2.0
SA
5
启动按钮
I2.1
SB1
6
停止按钮
I2.2
SB2
7
急停按钮
I2.3
SB3
8
复位按钮
I2.4
SB4
输出
1
下料电机
Q0.0
M2
2
绿色指示灯
Q0.1
HL2
3
直流电磁吸铁
Q0.2
KM
4
传送电机
Q0.3
M1
5
转角电机
Q0.4
M3
6
红色指示灯
Q0.5
HL1
7
蜂鸣器报警
Q1.6
HA1
8
蜂鸣器报警
Q1.7
HA2
发送地址
V2.0----V3.7（200PLC—→300PLC）
接收地址
V0.0----V1.7（200PLC←—300PLC）
下料单元梯形图
3.2PLC对加盖单元的控制
PLC通过继电器控制电机正反转，减速机摆臂动作从料槽中取上盖，转180度后，接触到放件控制板时，复位弹簧松开，，上盖自动重掉入工件主体内，3秒后，摆臂执行返回原位动作。
图4-3加盖单元的实物图
加盖单元控制流程图
图4-4加盖单元控制流程图
加盖单元I/O分配表
表4-2加盖单元I/O分配表
形式
序号
名称
PLC地址
编号
地址设置
输入
1
上盖检测
I0.0
S2
EM277总线模块设置的站号为：
12
与总站通讯的地址为：
4～5
2
托盘检测
I0.1
S1
3
取件限位（复位）
I0.2
SQ1
4
放件限位（至位）
I0.3
SQ2
5
手动/自动按钮
I2.0
SA
6
启动按钮
I2.1
SB1
7
停止按钮
I2.2
SB2
8
急停按钮
I2.3
SB3
9
复位按钮
I2.4
SB4
输出
1
电机取件
Q0.0
KM1
2
电机放件
Q0.1
KM2
3
绿色指示灯
Q0.2
HL2
4
直流电磁吸铁
Q0.3
YM
5
传送电机
Q0.4
M2
6
红色指示灯
Q0.5
HL1
7
蜂鸣器报警
Q1.6
HA1
8
蜂鸣器报警
Q1.7
HA2
发送地址
V2.0----V3.7（200PLC—→300PLC）
接收地址
V0.0----V1.7（200PLC←—300PLC）
加盖单元梯形图
3.3穿销单元控制要求
初始状态：
传送电机停止；销钉气缸处于原位，限位杆竖起禁行；指示灯熄灭。
图4-5穿销单元实物图
穿销单元运行的过程
1.托盘载工件到达定位口，托盘传感器发出检测信号，确认无销钉，绿色指示灯亮，红色指示灯灭，3秒后，销钉气缸执行装销钉动作。
2.销钉气缸发出至位检测信号，结束推进，2秒后自动退回。
3.气缸复位，3秒后，止动气缸动作使限位杆落下将托盘放行。
4.放行3秒后，限位杆竖起处禁行状态，绿色指示灯灭，红色指示灯亮。
系统回复初始状态。
穿销单元控制流程图
图4-6穿销单元控制流程图
穿销单元梯形图
4S7-300PLC硬件组态及编程
系统的软件设计主要是在STEP7环境下完成。
STEP7是西门子公司为SIMATICS7系列PLC提供的，支持用户开发应用程序的软件包。
通过本章的学习，要基本基本掌握STEP7编程软件的使用，能够用至少一种编程语言（指令表、梯形图、功能块图以及GRAPH语言）进行简单的编程，学会程序的编译、调试及仿真运行，并能在某一站上模拟实际控制单元的工作。
该软件支持多种编程语言，指令表、梯形图、功能块图以及GRAPH语言。
编程环境是SIMATICManager（管理器），该管理器下主要可以完成以下工作：
建立一个用户开发项目；硬件组态；修改硬件默认地址；定义符号表；选择程序组织方式，在组织块中进行编程；编译并保存程序，如需要打开仿真器仿真；建立PC机与PLC地在线连接，下载程序到可编程序控制器；监控运行。
4.1设计流程
1新建一个项目
2完成选型，本系统为CPU315-2DP类型
3选择组织块OB1，且选用梯形图编程方式-LAD
4、在块选择下拉框中点击组织块OB1，然后选择梯形图的编程方式LAD
图5-3择组织块OB1
5、在对话框中给新建项目并命名
图5-4新建项目
6、点击TEST1下拉菜单，选择SIMATIC300Station，并双击/或右键点HardwareOPENOBJECT，打开硬件组态界面。
图5-5硬件组态画面
7、配置电源的模块
图5-6配置3
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