PLC流水线毕业设计.docx
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PLC流水线毕业设计
前言
加强学生创新意识、合作精神、实践能力培养，是当前高等教育教学改革的重要内容之一。
以竞赛为载体，推动大学生的课外科技活动，将对深入开展高等学校教学改革，促进学生基础知识教育与综合能力培养、理论与实践的有机结合等方面起到积极地推动作用。
图表索引
1及工艺过程描述
1.1设备描述
YL-325自动生产线由供料、加工、分拣和搬运等4个工作单元组成，采用CC-LINK总线构成分布式的控制系统。
其中，供料和加工单元合用一台Q系列PLC承担他们的本单元控制任务，连结CC-LINK主站模块，构成CC-LINK网络的主站；分建站和搬运站各用FX-1N,FX-2N系列PLC担任其本单元控制任务，并通过FX2N-32CCL从站模块连接到CC-LINK网络上。
系统运行的主令信号主要连接到主站单元PLC的GT1055触摸屏提供，触摸屏上尚显示系统运行的状态信息。
1.2工艺流程
自动生产线目标：
将供料单元料仓内的待加工工件送往加工单元的物料台以便进行加工。
待加工工件时嵌入了白色或黑色的小圆柱体的白色塑料工件。
工件的加工是指对嵌入的小圆柱体进一步压紧，通过在加工单元对工件的一次冲压完成。
（把嵌入白色小圆柱的塑料工件简称白色工件，嵌入黑色的小圆柱体的塑料工件简称黑色工件。
加工完成的工件送往分拣单元。
通过分拣机构，从1号滑槽应输出白色工件，从2号工件输出黑色工件。
从滑槽输出的工件数达指定数时，生产任务完成，系统停止工作。
1.2.1单站下运行方式
（一）单站方式下的运行要求
单站方式运行时，各工作站的工作方式选择开关应置于单站位置，且仅当它们均处于停止状态时切换工作方式到联机方式才有效。
⒈供料与加工站的单站运行任务
⑴本站PLC上电后，若各气动执行元件处于指定的初始位置，且供料单元料仓内有足够的待加工工件，则正常工作指示灯常亮，表示设备准备好。
否则，该指示灯以
1Hz频率闪烁。
⑵若设备准备好，按下启动按钮，供料和加工单元均启动，本站运行指示灯常亮。
启动后，若供料单元的出货台上没有工件，则应把工件推到出货台上。
出货台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。
供料单元各部件的具体工作顺序，请自行设计，但应保证推料过程的可靠性。
⑶人工取出供料单元出货台上的工件后，把工件放到加工单元物料台上。
加工站物料台的物料检测传感器检测到工件后，执行把工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的压紧加工，然后把加工好的工件重新送回物料台。
人工取出该工件后，本站一个工作周期结束。
若没有停止信号，则进行下一工作周期操作。
⑷若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，运行指示灯熄灭。
⑸若在运行中供料单元的料仓内工件不足，则工作站继续工作，但正常工作指示灯以1Hz的频率闪烁，运行指示灯保持常亮。
若料仓内没有工件，则正常工作指示灯和运行指示灯均以2Hz频率闪烁。
工作站在完成本周期任务后停止。
除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。
⒉分拣站的单站运行任务
⑴本站PLC上电后，若各气动执行元件处于指定的初始位置，则正常工作指示灯常亮，表示设备准备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。
⑵若设备准备好，按下启动按钮，工作站启动，运行指示灯常亮。
启动后，若分拣站进料口的光电传感器检测到物料，则变频器启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz的速度，把工件带入分拣区进行分拣。
分拣原则是：
从1号滑槽中间应推出白色工件，从2号滑槽应推出黑色工件。
推出时电机应停止运转。
当分拣气缸活塞杆推出工件并返回后后，一个工作周期结束。
仅当工件被推出后且没有停止信号时，才允许向进料口人工重新下料。
⑶若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，工作站停止工作，运行指示灯熄灭。
⒊输送站的单站运行任务
输送站单站运行一个功能测试任务，这时，连接到PLC的2个按钮分别作为启动按钮和放料确认按钮。
⑴上电复位
输送单元在通电后，即执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。
在复位
过程中，正常工作指示灯以1Hz的频率闪烁。
输送站机械手装置回到原点位置，且输送单元各个气缸的初始位置满足如下要求：
抓取机械手升降气缸处于下降位置；伸缩气缸处于缩回状态；气爪处于松开状态。
则复位完成，正常工作指示灯常亮。
按下起动按钮，系统启动，正常工作指示灯和运行指示灯常亮。
当工件放到供料单元出货台上后，按一下放料确认按钮，开始功能测试过程。
⑵功能测试过程
①抓取机械手装置从供料单元出货台抓取工件，抓取工件的具体操作顺序，请自行设计。
②抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置向加工站移动，移动速度不小于300mm/s。
③机械手装置移动到加工站物料台的正前方后停止，然后把工件放到加工站物料台上。
抓取机械手装置在加工站放下工件的顺序请自行设计。
④放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取加工站工件的操作。
抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。
。
⑤抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置从加工单元向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。
⑥放下工件动作完成后，执行返回原点的操作。
伺服电机驱动机械手装置不小于100mm/s的速度返回，到达近点后以10mm/s的速度低速返回原点停止。
⑦当抓取机械手装置返回原点后，一个测试周期结束。
如果要再次测试，则需重新按一次启动按钮。
1.2.2联机运行方式
联机方式运行时，各工作站的工作方式选择开关应置于联机位置。
1、系统正常的运行过程：
⑴系统复位及启动
系统在上电，CC-Link网络正常后开始工作。
触摸人机界面上的复位按钮，执行复位操作，在复位过程中，绿色警示灯以2Hz的频率闪烁。
红色和黄色灯均熄灭。
复位过程包括：
使输送站机械手装置回到原点位置和检查各工作站是否处于初始状态。
各工作站初始状态是指：
①各工作单元均处于初始位置。
②供料单元料仓内有足够的待加工工件。
③输送站的紧急停止按钮未按下。
当输送站机械手装置回到原点位置，且各工作站均处于初始状态，则复位完成，绿色警示灯常亮，表示允许启动系统。
这时若触摸人机界面上的启动按钮，系统启动，绿色和黄色警示灯均常亮。
⑵供料站的运行
系统启动后，若供料站的出货台上没有工件，则应把工件推到出货台上，并向系统发出出货台上有工件信号。
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。
出货台上的工件被输送站机械手取出后，若系统仍然需要推出工件进行加工，则进行下一次推出工件操作。
供料单元各部件的具体工作顺序，与单站方式工作时相同。
⑶输送站运行1
当工件推到供料站出货台后，输送站抓取机械手装置应执行抓取供料站工件的操作。
抓取工件的具体操作顺序，与单站方式工作时相同。
抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到加工站物料台的正前方。
然后把工件放到加工站物料台上。
其动作顺序与单站方式相同。
⑷加工站运行
加工站物料台的物料检测传感器检测到工件后，执行把工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的压紧加工，然后把加工好的工件重新送回物料台。
操作结束，向系统发出压紧加工完成信号。
⑸输送站运行2
系统接收到加工完成信号后，输送站机械手应执行抓取工件的操作。
接着再执行把工件运送到分拣站，在分拣站传送带上方入料口把工件放下，然后返回原点的操作。
以上操作的控制过程，请自行设计。
⑹分拣站运行
输送站机械手装置放下工件并返回后，分拣站的变频器启动，驱动传动电动机以频率为50%最高运行频率（最高运行频率通过人机界面指定）的速度，把工件带入分拣区进行分拣。
分拣原则是：
从1号滑槽中间应推出白色工件，从2号滑槽应推出黑色工件。
每当分拣气缸活塞杆推出工件并返回后，应向系统发出分拣完成信号。
⑺系统的一个工作周期及正常停止
仅当分拣站完成一次分拣操作，并且输送站机械手装置回到原点，系统的一个工作周期才认为结束。
如果在出料斜槽推出的工件数未达到指定值，系统在暂停1秒后，开始下一工作周期。
在系统运行过程中，若触摸人机界面上的停止按钮，则在完成本周期工作后，系统工作结束。
警示灯中黄色灯熄灭，绿色灯仍保持常亮。
系统工作结束后若再按下启动按钮，则系统又重新开始工作。
2、非正常工作情况
⑴如果发生来自供料站的“工件不足够”的预报警信号，警示灯中红色灯以1Hz的频率闪烁，绿色和黄色灯保持常亮。
系统继续工作。
⑵如果发生“工件没有”的报警信号，警示灯中红色灯以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁；黄色灯熄灭，绿色灯保持常亮。
这时若供料站物料台上已推出工件，系统继续运行，直至完成该工作周期尚未完成的工作。
当该工作周期工作结束，系统将停止工作，除非“工件没有”的报警信号消失，否则系统不能自动或手动再启动。
⑷系统工作过程中按下输送站的急停按钮，则对策如下：
①警示灯中红色灯常亮，黄色灯和绿色灯熄灭。
在急停复位后，警示灯恢复正常工作显示。
②输送站机构立即停止工作。
急停复位后，应从急停前的断点开始继续运行。
但如果急停前输送站机械手装置正在移动，则急停复位后应首先返回原点，然后再向急停前的目标地点移动。
2硬件部分
2.1I/O分配表
2.1.1输送站
表21
输入
输出
X0
气动手爪夹紧检测
Y0
脉冲
X1
机械手伸出检测
Y2
脉冲清零输出
X2
机械手缩回检测
Y4
方向
X3
机械手抬升检测
Y10
机械手夹紧电磁阀
X4
机械手下降检测
Y11
机械手松开电磁阀
X5
原点传感器
Y12
机械手伸出电磁阀
X7
左限位
Y13
机械手抬升电磁阀
X10
右限位
Y15
黄色指示灯
X24
绿色按钮
Y16
绿色指示灯
X25
红色按钮
Y17
红色指示灯
X26
转换开关
X27
急停开关
2.1.2分拣站
表22
输入
输出
X0
物料台物料检测
Y0
推料一电磁阀
X1
推料二传感器
Y1
推料二电磁阀
X2
推料一传感器
Y4
STF（变频）
X3
推料一到位
Y25
黄色指示灯
X4
推料二到位
Y26
绿色指示灯
X24
绿色按钮
Y27
红色指示灯
X25
红色按钮
X26
转换开关
2.1.3供料加工站
表23
输入
输出
X0
顶料到位
Y20
顶料电磁阀
X1
顶料复位
Y21
推料电磁阀
X2
推料到位
X3
推料复位
X4
物料台物料检测
X5
物料不足检测
X6
物料有无检测
X7
金属检测
X10
物料台物料检测
Y25
伸缩电磁阀
X11
物料台夹紧检测
Y26
夹紧电磁阀
X12
物料台伸出检测
Y27
加工电磁阀
X13
物料台到位检测
Y2A
黄色指示灯
X14
加工压头上限
Y2B
绿色指示灯
X15
加工压头下限
Y2C
红色指示灯
X1C
绿色按钮
Y2D
绿色警示灯
X1D
红色按钮
Y2E
黄色警示灯
X1E
转换开关
Y2F
红色警示灯
X1F
急停开关
2.2接线图
2.2.1输送站
图21
2.2.2分拣站
图22
2.2.3供料加工站
图23
2.2.4CC-LINK网络
2.3QPLC
2.3.1概述
Q系列PLC是三菱公司从原A系列PLC基础上发展过来的中、大型PLC系列产品，Q系列PLC采用了模块化的结构形式，系列产品的组成与规模灵活可变，最大输入输出点数达到4096点；最大程序存储器容量可达252K步，采用扩展存储器后可以达到32M；基本指令的处理速度可以达到34ns；其性能水平居世界领先地位，可以适合各种中等复杂机械、自动生产线的控制场合。
Q系列PLC的基本组成包括电源模块、CPU模块、基板、I/O模块等。
通过扩展基板与I/O模块可以增加I/O点数，通过扩展储存器卡可增加程序储存器容量，通过各种特殊功能模块可提高PLC的性能，扩大PLC的应用范围。
Q系列PLC可以实现多CPU模块在同一基板上的安装，CPU模块间可以通过自动刷新来进行定期通信或通过特殊指令进行瞬时通信，以提高系统的处理速度。
特殊设计的过程控制CPU模块与高分辨率的模拟量输入/输出模块，可以适合各类过程控制的需要。
最大可以控制32轴的高速运动控制CPU模块，可以满足各种运动控制的需要。
2.4FX系列
2.4.1概述
FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。
其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。
它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构
2.4.2FX1N特点
FX1N的运算速度比FX0N快.
FX0N（已停产）:
1.6us/基本指令FX1N:
0.55~0.7us/基本指令
FX1N的程序容量及软元件数量比FX0N多.
FX0N（已停产）:
2K步FX1N:
8K步
基本单元（24/40/60）有继电器或晶体管输出
最多可以扩展到128点
内置2路最高100kHz的高速脉冲输出功能（晶体管输出型）.
可以连接FX2N系列的特殊功能模块
备有多种功能扩展板供使用
2.4.3FX2N特点
基本单元（16/32/48/64/80/128）有继电器或晶体管输出.
最多可以扩展到256点.
高速的运算速度:
0.08us/基本指令.
內置8K步RAM存储器（最大可扩展到16K步）.
内置2路最高20kHz的高速脉冲输出功能（晶体管输出型）.
2.5FX特殊模块
2.5.1概述
在本次设备中，选择使用了FX0N-3A模拟特殊功能块。
FX0N-3A模拟特殊功能块有两个输入通道和一个输出通道。
输入通道接受模拟信号并将模拟信号转换成数字值。
输出通道采用数字值并输出等量模拟信号。
FX0N-3A的最大分辨率为8位。
在输入、输出基础上选择的电压或电流由用户接线方式决定。
FX0N-3A的可以连接到FX2N,FX2NC,FX1N,FX0N系列的可编程控制器上的。
所以数据传输和参数设置都是通过到应用到PLC中TO/FROM指令，通过FX-3N的软件控制调节。
PLC和FX0N-3A之间的通信由光耦器保护。
FX0N-3A之间在PLC扩展母线上占有8个I/O，8个I/O点可以分配给输入和输出。
2.5.2缓冲存储分配
图24
2.5.3校准方法
输入校准
输入校准程序
图25
校准偏置
运行前面详细程序。
确保X2为ON。
使用选择发生器或模拟输出生成偏置电压、电流（符合要选择的模拟运行范围）.调节A/DOFFSET电位器，直到数字值1读入D00为止。
图26
校准增益
运行前面详细程序，确保X2O为ON。
使用选择的发生器或模拟输出生成增益电压、电流。
调节A/DGAIN电位计。
直到数字值250读入D00为止
图27
2）输出校准程序
图28
a.校准偏置
运行前面的详细程序。
确保X00为ON,X01为OFF。
调节D/AOFFSET电位器，直到选择的仪表显示适当的偏置电压、电流。
图29
b.校准增益
运行前面详细程序。
确保X0为OFF，X01为ON。
调节D/AGAIN电位计，知道选择的仪表显示适当的增益电压/电流。
图210
2.6伺服电机和伺服放大器
2.6.1概述
三菱通用交流伺服MR-ESuper具有位置控制和内部速度控制两种模式。
可以通过改变控制模式执行操作，如位置/内部速度控制。
因此，能够在广泛的领域应用，例如机床和通用工业机械的精确定位和平滑速度控制。
该新系列具有RS-232C或RS-422串行通讯功能，安装于个人电脑的MRConfigurator（伺服设置软件）能够进行参数设置、试运行、状态显示监视、增益调整等。
采用实时自动调整，能够根据机器特性自动调整伺服增益。
MR-ESuper伺服电机装有增量位置编码器，分辨率131072脉冲/转以确保高精度定位。
（1）位置控制模式
最大1Mpps高速度脉冲串用于控制电机的速度和方向，并进行131072脉冲/rev分辨率的精确定位。
位置平滑功能提供适用于机器的两种不同模式选择，因此在位置指令突变时能够更平滑地启动/停止。
通过伺服放大器中的箱位电路施加转矩限制以防止电机在突然加减速或过载时产生的过电流损坏伺服放大器主电路中的晶体管。
此转矩限制值可通过参数设定为任意值。
（2）内部速度控制模式
由参数组成的内部速度指令（最大7速度）对伺服电机的转速和方向进行平滑控制。
另外，对于速度指令，它还具有进行加减速时的常数设定和停止时的伺服锁定功能。
2.6.2伺服放大器与伺服电机的组合
表24
2.6.3伺服参数设置
表25
伺服参数设置表
序号
参数
设置数值
功能和含义
参数编号
参数名称
1
P19
参数写入禁止
000E
基本参数、扩展参数1、2可以参照和写入。
设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。
2
P2
ATU（自动调谐）
0103
3
P3
电子齿轮比分子（CMX）
32768
电机带绝对编码器，131072P/r
4
P4
电子齿轮比分母（CDV）
2500
5
P21
指令脉冲选择
0001
带符号的脉冲串、正逻辑。
设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。
6
P41
输入信号自动ON选择
0111
反行程终端、正行程终端、伺服使能在伺服内部自动为ON。
设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。
2.7变频器
2.7.1概述
本次采用FR-E500系列变频器，他具有通过先进磁通矢量控制实现200%/0.5Hz的高转矩（3.7K以下）；先进的自动调谐功能凭借三菱独有的离线自动调谐功能，即使在电机不运转的情况下，也可完成高精度调谐，以在运行时最大限度的发挥电机性能；提高了短时间过载能力（200%3秒）；转矩限制、电流限制功能；提供了USB接口；适用于所有网络参数单元；可安装各种内置选件可选择适合用途的控制端子。
2.7.2参数设置
表26
伺服参数设置表格
参数
功能和含义
序号
参数编号
参数名称
设置数值
1
P19
参数写入禁止
000E
基本参数、扩展参数1、2可以参照和写入。
设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。
2
P2
ATU（自动调谐）
0103
3
P3
电子齿轮比分子（CMX）
32768
电机带绝对编码器，131072P/r
4
P4
电子齿轮比分母（CDV）
2500
5
P21
指令脉冲选择
0001
带符号的脉冲串、正逻辑。
设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。
6
P41
输入信号自动ON选择
0111
反行程终端、正行程终端、伺服使能在伺服内部自动为ON。
设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。
2.8CC-LINK网
2.8.1概述
CC—Link（Control&CommurlicationLink，控制与通信链路系统），是三菱电机新近推出的开放式现场总线，其数据容量大，通信速度多级可选择，而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。
CC—Link是一个以设备层为主的网络，一般情况下，CC—Link整个一层网络可由1个主站和64个从站组成。
网络中的主站由PLC担当，从站可以是远程I／O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。
且可实现从CC—Link到AS—I总线的联接。
CC—Link具有高速的数据传输速度，最高可达10Mb／s。
CC—Link的底层通信协议遵循RS485，一般情况下，CC—Link主要采用广播一轮询的方式进行通信，CC—Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。
2.8.2通讯原理
CC—Link的通信形式可分为2种方式：
循环通讯和瞬时传送。
循环通讯意味着不停地进行数据交换。
各种类型的数据交换即远程输入RX，远程输出RY和远程寄存器RWr，RWw。
一个从站可传递的数据容量依赖于所占据的虚拟站数。
占据一个从站意味着适合32位RX和／或RY，并以每4个字进行重定向。
如果一个装置占据两个虚拟站，那么它的数据容量就扩大了一倍。
除了循环通信，CC—Link还提供主站、本地站及智能装置站之间传递信息的瞬时传送功能。
信息从主站传递到从站，信息数据将以150B为单位分割，并以每批150B传递。
若从从站传递到主站或其他从站，每批信息数据最大为34B。
瞬时传送需要由专用指令FROM／TO来完成，瞬时传送不会影响循环通信的时间。
限于篇幅，本文只介绍了主站与远程设备站之间的通信关系，其通信关系如图1所示。
主站与远程设备站之间的通信原理如下：
（1）PLC系统电源接通时，PLCCPU中的网络参数传送到主站，CC—Link系统自动启动；
（2）远程设备站的远程输入RX自动储存在主站的“远程输入RX”缓冲存储器中；
（3）储存在“远程输入RX”缓冲存储器中的输入状态储存到用自动刷新参数设置的CPU软元件中；
（4）用自动刷新参数设置的CPU软元件开／关数据存储在“远程输出RY”缓冲存储器中；
（5）根据“远程输出RY”缓冲存储器中存储的输出状态，远程输出RY自动设定为开／关（每次链接扫描的时候）；
（6）用自动刷新参数设置的CPU软元件的传送数据存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中；
（7）存储在“远程寄存器RWw”缓冲存储器中的数据自动送到每个远程设备站的远程寄存器RWw中；
（8）远程设备站的远程寄存器RWr的数据自动存储在主站的“远程寄存器RWr”缓冲存储器中；
（9）存储在“远程寄存器RWr”缓冲存储器中的远程设备站的远程寄存器RWr数据存储在用自动刷新参数设置的CPU软元件中。
2.9触摸屏
2.9.1概述
这是人机界面出现以后最初的使用方式，用于代替各种开关和指示灯。
目前一般用于FA设备领域的各种机械装置。
传统的操作面板上装有按钮开关和指示灯，作为显示部分和操作部分使用。
人机界面可以将这种操作面板的功能电子化，具有显示
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