柔性制造生产线系统设计报告付祥东资料.docx
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柔性制造生产线系统设计报告付祥东资料
工业过程自动控制设计
工件下料
设计题目：
工件下料
学号：
21106061016
姓名：
付祥东
院系：
机电工程学院
班级：
11自动化1班
指导教师：
陈佩军
摘要
柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统（FlexibleManufacturingSystem），英文缩写为FMS。
加工设备
加工设备主要采用加工中心和数控车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。
中、大批量少品种生产中所用的FMS，常采用可更换主轴箱的加工中心，以获得更高的生产效率。
储存和搬运
储存和搬运系统搬运的的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的桁道式立体仓库。
毛坯一般先由工人装入托盘上的夹具中，并储存在自动仓库中的特定区域内，然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。
固定轨道式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的FMS，自动引导台车搬送物料的顺序则与设备排列位置无关，具有较大灵活性。
工业机器人可在有限的范围内为1－4台机床输送和装卸工件，对于较大的工件常利用托盘自动交换装置（简称APC）来传送，也可采用在轨道上行走的机器人，同时完成工件的传送和装卸。
磨损了的刀具可以逐个从刀库中取出更换，也可由备用的子刀库取代装满待换刀具的刀库。
车床卡盘的卡爪、特种夹具和专用加工中心的主轴箱也可以自动更换。
切屑运送和处理系统是保证FMS连续正常工作的必要条件，一般根据切屑的形状、排除量和处理要求来选择经济的结构方案。
信息控制
FMS信息控制系统的结构组成形式很多，但一般多采用群控方式的递阶系统。
第一级为各个工艺设备的计算机数控装置（CNC），实现各的口工过程的控制；第二级为群控计算机，负责把来自第三级计算机的生产计划和数控指令等信息，分配给第一级中有关设备的数控装置，同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机；第三级是FMS的主计算机（控制计算机），其功能是制订生产作业计划，实施FMS运行状态的管理，及各种数据的管理；第四级是全厂的管理计算机。
性能完善的软件是实现FMS功能的基础，除支持计算机工作的系统软件外，数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，大体上包括控制软件（控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统）、计划管理软件（调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等）和数据管理软件（仿真、检索和各种数据库）等。
柔性制造系统是指适用于多品种、中小批量生产的具有高柔性且自动化程度高的制造系统。
柔性是FMS的最大特点,即系统内部对外部环境的适应能力。
自动化是指将手工操作减至最低,仍至最后完全取消。
FMS标志着传统的机械制造行业进入了一个发展变革的新时代,自其诞生以来就显示出强大的生命力。
它克服了传统的刚性自动线只适用于大量生产的局限性,表现出了对多品种、中小批量生产制造自动化的适应能力。
随着社会对产品多样化、低制造成本、短制造周期要求的日趋迫切,由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的进步,柔性制造技术发展迅猛并日臻成熟。
第一章子系统的工艺流程概述
本站点位于整个系统的首位，以1个 S7-200 PLC 作为控制核心，通过使用ProfiBus-DP 总线接收总控平台SIEMENS S7-300 PLC的通信信息来完成与其它站点的协同运行。
系统的供电、启停等操作通过各站的操作面板进行控制。
该站点共有手动、自动及学习三种工作方式。
在手动模式下，本站自带的S7-200PLC独立对本站进行控制，完成从检测到托盘进站，电机带动齿轮及皮带使底盒下落，当底盒落入托盘后，传送托盘和底盒进入下一个站点的一系列动作。
在自动模式下，柔性生产线实验系统中所有从站同时工作，所有站的启/停等动作由主站协调控制，本站根据工件检测情况通过ProfiBus-DP总线向主站传送数据，为主站协调它站动作提供必要的信息。
本站点为光机电一体化设备，系统集成了可靠的传感、控制、通信、动力输送、组合机械、安全防护器件，提供对传感器应用、PLC控制系统设计、工业以太网通信、电机拖动、机械设计与分析等方面的实训内容。
工件下料单元是通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿轮带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带翔下站运行。
第二章硬件设计
2.1控制系统的原理（附加电气原理图）
图一：
工件下料单元结构原理图
2.2设备分类及其选型
器件
型号
个数
单价/元
总价/元
电机
GPG-05SC/3GN20K
2
111
222
profibus-dp总线及其连接器
1
161
161
S7-200CN
西门子PLC
CPU226
216-2BD23-OXBO
1
1780
1780
EM277
277-0AA22-OXAO
1
775
775
俩位短柄选择开关
1
5
5
按钮
LA38-11D
6
6.5
39
指示塔灯
邦纳81861
1
345
345
电磁铁
1
85
85
继电器
J5uuc68A-2Z
1
15
15
接近开关
LT7-B25-3F1
1
6.6
6.6
电容式接近开关
南京施科
1
50
50
表一：
设备分类及其选型
2.3设备接线图
A:
接插模块B:
步进驱动器C:
传感器D:
电磁阀E:
挡料电磁铁F:
风扇
J:
继电器K:
磁性开关H:
加热丝L:
警示灯M:
电机P:
变频器
Q:
伺服驱动器R:
电位器S:
微动开关SP:
开关电源V:
调压模块
X:
吸盘
图二：
工件下料单元CPU226接线图
表二：
工件下料单元I/O分配图
2.4小结
电源、按钮、PLC、变频器的连接端子全部用安全插座引出，可以根据实验需要用安全电缆快速构建各种控制回路。
常用模块可以任意互换、搭配使用。
各传感器、电磁换向阀、电机的引线全部接到安全插座上，学生可以根据需要灵活运用，用快速安全电缆的连接到按钮、PLC、变频器模块上，安全、快速。
物料输送机构由交流电机和同步传送带组成主要完成将工件输送到分拣区。
传送带的传动动力是由三相交流减速电机提供，电动机将动力传给与之连接的联轴器，通过联轴器的键传给轴，轴与带轮采用过盈配合，即可带动带轮转动，带轮带动其上的传送带传动。
对轴的固定问题，采用滚动轴承的原理。
滚动轴承外圈固定，轴承内圈与轴过盈配合连接即可保证转动和固定问题。
传送带传动后带动从动轮转动，而从动轮部分的滑动轴承外圈与从动轮一起转动，其固定则是其中间的轴两端分别开有孔，通过螺钉穿过将其固定在工作台的连接件上。
光电式传感器中必须采用一定的光学元件，并按照一些光学定律和原理构成各种各样的波，光学元件有各种反射镜和透镜。
有一些基本的光电传感器检测的是光强的变化。
一般地讲，它检测的是传感器自己的光源发射出来的光线，或者检测的并不是传感器自己的光源发射出来的光线。
光线的类型以及检测的方法有很多种，不同的传感器使用的光线和检测方法是不同的。
实验台电路的设计中，充分考虑了系统的安全性、可靠性。
系统电源带漏电保护、直流电源带有短路保护、过流保护。
所有接线端子均为快速安全插座，电缆为快速安全电缆，保证设备和人身安全。
第三章软件设计
3.1PLC程序的设计（附加程序流程图）
图三：
工件下料单元程序流程图
3.2PLC程序的调试
3.3上位机组态控制系统的设计（附加程序流程图）
图二：
工件下料单元组态设计图
3.4上位机系统的调试
3.5小结
PLC调试是所有部分中最难得一部分，需要注意很多问题，多个输出触点的结果覆盖，以及程序执行的先后顺序和定时器以及计数器的设置，都会影响程序执行的结果，从而改变下料单元动作。
第四章心得体会
4.1结论
通过本次的学习让我的学习能力有了很大的提高，在任务设计中让我对自动化生产线有所了解。
一方面自动化生产线包括诸多方面的知识如：
机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；另一方面对于模拟的一个自动化生产线的工作流程有个基本概念。
一个自动化生产线的基本组成部分有传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地把这些独立部分融合在一起。
在这次设计中应用PLC技术，它是一门实践性很强的专业课程，PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且通过这次课程设计使我运用了课堂上的理论与实际相结合重要性，既要从理论中分析问题，又要从实际中解决问题发现才是根本。
所以把所学的理论知识与实践相结合起来，才能真正的学学以至用。
4.2结束语
本课题的圆满完成特别感谢陈佩军老师详细的指导。
陈老师严谨的治学态度，和思考问题的全面性给我在设计过程中有了多方面的设计思路中，也提前判断设计中可能出现的问题作了详细的分析，从而使我少走很多弯路节省了很多时间。
老师的高深的学术水平，科学的思维方法和深入浅出的讲解更准确更形象的把设计中的知识传输给我。
再次感谢指导老师的帮助永远是我学习的榜样，在此向他致以衷心的感谢。
同时感谢我的同组同学,在圆满完成课题设计的过程中给予我毅力上的鼓励，在资料的收集中给我提供了很多路径，在设计安装中也提出多种参考意见，以至我能够顺利的完成。
附录1（组态程序）
if（总电源==1）
{if（启动1==1）
{
流动条件=1;
if（测量2>=0&&测量2<=480）
{测量2=测量2+20;流动条件1=0;}
if（测量2>=470&&测量1<=544）
{测量2=544;流动条件1=0;}
if（测量2>=544）
{
流动条件1=1;
测量4=595;
测量1=测量1+20;
}
}
}
if（总电源==0）
{
流动条件=0;
流动条件1=0;
}
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