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1、指 导 教 师： 李明颖 评 阅 教 师： 丁金华 注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。摘 要可编程控制器（PLC）作为以自动控制技术为基础通信技术发展起来的新一代工业控制装置，目前已被广泛应用于各个领域。凭借其优越的性能，PLC问世以后得到快速发展。本论文理论与实践相结合，详细阐述了PLC在自动化生产线领域中的应用，首先通过对MPS05模块化自动化生产线-III站的各个动作的了解来设计加工的过程，然后按照加工的要求来设计梯形图，最后调试和应用。以达到了解自动化生产线在现代生活中的重要性。在设计过程中包括PLC机型的选择，I/O端口的分配，I/O硬件接线图的绘制，PLC梯形图程序的设

2、计。对PLC控制MPS05模块化自动化生产线的工作过程作了详细阐述，论述了采用PLC的控制系统来设计生产线的好处。关键字：可编程控制器 ；自动化 ；生产线AbstractPLC is gradually developed into a new generation industrial control device, which is based on basic communication control technology as automatic control technology. At present, it has been widely used in various fi

3、elds. Because of its superior performance. PLC develops at a very fast speed since it came out.The thesis is blended with theory and practice, which illustrates concretely the application of the PLC in automatic production line. First it is designed and processed by understanding each motion of MPS0

4、5 module automatic production line-III station. Then, design echelon chart according to the requirements of processing. Debugging and application are the last two steps. The aim is to know the importance of the automatic production line in module life. It includes the option of the PLC model number

5、the allocation of the I/O ports, the drawing of the I/O hardware wiring diagram, the design of the PLC ladder chart program. There are some concrete introductions for the working process of the MPS05 modularization automatic production line which is control by the PLC, and it also expounds, the adva

6、ntages of designing production line by using PLC control system.The keywords: Programmable logic control ；automation ；production line引 言随着自动化生产线的问世，人们的生活得到了极大的改变。特别是PLC在工业领域等诸多领域得到了广泛的应用。在人们的的日产生活中，PLC的应用也体现在很多方面。目前，随着生产力的发张和科学技术的进步，人们对现今的自动化技术提出了更新的要求。在实际的生产中，由于手动或者半自动的设备需求耗费大量的人力或者物力，在现代生产中已经不能满足人

7、们的需求，所以自动化的发展就成了当下社会发展的主要技术之一。在自动化技术中，由于PLC具有可靠性高、通用性强、程序设计简单交以及便于安装调试等优点1，在自动化生长线中国得到了广泛应用。PLC在自动化技术中的应用也被越来越多人所关注。MPS05模块化自动化生产线设计主要有机械部分、电气部分和软件编程部分的设计2。机械部分的设计一般比较稳定，所以自动化生产线的主要部分还是在电气部分和软件编写的部分。在电气部分，气源的输入给自动化生产线的运动提供了动作的能量，所以气缸以及气阀的选择成为了重要的任务，好的气阀可以达到更高的精度。而软件编程部分尤为重要，它需要给生产线下达运动的指令，作用相当于人的大脑，

8、可见其重要性。本文通过对MPS05模块化自动化生产线的设计，使得人们更够更加了解自动化在现在生活中的意义，以及PLC在自动化中的作用。对未来自动化技术的发展提供了可靠的依据。第一章 自动化生产线简介二十世纪初期，汽车工业在为了扩大生产，加快生产的同时减少工人的劳动力，逐渐出现了流水生产线和半自动生产线，随后发展成为自动线。等到20年代，由于工业革命的需求，机械制造业开始出现自动化生产线，最早出现的是组合机床自动线3。20世纪40年代， 因为第二次世界大战的爆发，为了能够解决火力控制系统和飞机自动导航系统等军事技术问题，各国科学家设计出各种精密的自动调节装置开创可防空火力系统和控制这一新的科学领

9、域。随着第二次世界大战的结束，工业在发达国家的机械制造业中得到了发展，自动化生产线在工业中得到广泛的发展与应用，并且围绕着高速飞行、核反应堆等设备的发展出现了新的控制问题，非线性系统、时滞系统、脉冲几采样系统、时变系统、分布参数系统和有随机信号输入的系统的控制问题的深入研究4。在20世纪50年代，经典控制理论也有了新的发张。与此同时，在工业上已广泛应用PID调节器，并用电子模拟计算机来设计自动控制系统。20世纪50年代研制出了电动单元组合仪表，这些全都为工业自动化提供了必不可少的技术工具，并使得构成和设计自动控制系统更简便、更工程化了。20世纪60年代，美、英等国的科学家们注意到人工智能的所有

10、技术和机器人结合起来，研制出智能机器人5。智能机器人会在工业生产、核电站设备检查及维修、海洋调查、水下石油开采、宇宙探测等方面大显身手6。从20世纪至今，自动化技术得到了巨大的发展。自动化是新的技术革命的一个重要方面。自动化技术的研究、应用和推广，对人类的生产、生活的方式将产生深远影响。 MPS模块化自动化生产线 MPS模块化自动化生产线实训系统，结合了现代工业生产制造技术并在此基础上又针对教学进行了专门的设计，强化了各种控制技术和工程实践能力,是气电完美结合的典型实训设备7。 系统包含了多种控制技术，适合相关专业学生进行工程实践、课程设计等，适用于广大中、高职院校等进行自动化方向的培训和教学

11、等场合。 该设备整体采用模块式结构设计，主体采用工业铝型材构建而成，配有工业标准接线端子和不锈钢按钮控制面板，整体美观大方。执行机构驱动和控制使用DC24V电源，在实践操作中保证了安全性。主要特点：灵活性：该设备以其模块化大大的提高了其灵活性，更贴近现实生产实际过程。综合性：该设备综合了现代实际生产中较流行的较先进的各种很实用的技术知识点，其中包括PLC控制编程技术，电气控制技术，气动应用技术，传感器技术，机器人应用技术等几大主要知识点8。易扩展性：由于采用了模块化的设计，学生可以发挥自己的创新思维，实现对设备的扩展改造9。第二章 模块化自动化生产线III站的概述III站控制要求根据自动化生产

12、线的设计要求，对于MPS05模块化自动化生产线-III站的控制系统提出如下的要求：,检测各工作机构的状态,控制各工作机构处于初始位置。，通过传感器监测待加工工件是否存在并开始加工。,加工参数显示,系统检测。、加工效率和安全可靠性。 模块化自动化生产线III站的总体设计自动化生产线所需要的结构共分为三部分，分别是机械结构、电气结构、还有软件部分。 自动化生产线结构III站的结构III站作为自动化模块化生产线的加工站，对于机械部分的要求相对较高，机械结构相对负责，精度要求极高，与电气部分的连接更是尤为重要。 机械控制设计与机械设计需要紧密配合，以取得最好的效果。 III站整体机械图 III站的工作

13、系统模拟图，按下上电按钮，上电灯亮，表示系统可以运行。在单站情况下，按下开始按钮，系统开始运行，人工将工件放置在工位I上，工位下方的传感器检测到工件的存在，夹紧气缸自动夹紧工件，并给步进电机一个信号使分度转盘自动旋转90度到工位II。然后三轴气缸伸出，加工电机旋转并拧紧螺丝。加工完成后电机停止旋转，气缸自动缩回。然后分度转盘再次旋转90度，到达工位III，工位III下方的传感器检-测到工件的存在后夹紧气缸自动解锁，拿下工件后一个循环结束。在联网的状态下，由二站将工件传送到工位I上，加工结束，由四站的机械手将工件取走即可。 工作系统模拟图第三章 控制系统的硬件设计 控制系统设计的基本步骤在开始设

14、计之前，要详细了解哪些信号需输入控制器、是模拟量还是数字量、采用什么方式等工艺过程和控制要求。：根据自己的需要或者设备的运动需求确定电气控制方案。根据所需要的输入输出点选择合适的输入输出软件，然后根据输入输出选择合适的控制器。明确输入设备与控制器输入点的对应关系，输出执行元件与各输出点之间的关系，合理的分配I/O点。（梯形图）的编制：完成I/O点分配后，就可以根据自己的需要或者设备自动化的运动动作设计自己的程序，设计程序需要根据设备的功能来考虑，思路要严谨，程序的质量将会影响设备运行的可靠性和稳定性。对编好的程序进行模拟调试，以防止因编程考虑不周导致设备运行时会出现的问题。联机调试可以发现程序

15、的错误和不足，进行及时改正，调试前应该进行周密的计划，避免盲目地修改程序。保存编好的程序，并写出详细的明细表，绘制电气原理图及主要电路图，编写控制系统说明书等。 控制器的选择可编程控制器，是指以计算机技术为基础的新型工业控制技术。目前已被广泛应用于各个领域。可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制而设计制造的，早期的可编程控制器被称为可编程逻辑控制器。后来的可编程控制器以微处理器为核心，功能不仅限于逻辑控制，所以又将其称为Programmable Controller，简称PLC10。PLC的应用广泛、功能强大，是现代工业自动化的主要设备之一。PLC在现代工业中使用十分广泛，随着科技的不

16、断发展，其功能也越来越多，不仅仅用于逻辑控制。越来越多的生产厂家生产出性能优越的PLC。PLC已经应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。所以MPS05模块化自动化生产线选择PLC来实现控制功能。本设备三站选用西门子可编程控制器S7-1200型PLC，CPU型号为1214C。PLC自带两路模拟量输入，集成PROFINET接口11，使得编程、调试过程以及控制器和人机界面的通信可以全面地使用工业以太网技术；同时集成高级功能，如脉冲输出、高速计数、运动控制等。SIMATIC S7-1200 小型控制器是S7-200的替代品，它的设计具

17、备可扩展性和灵活性，使其能够精确完成自动化任务对控制器的复杂要求。CPU本体可以通过嵌入输入/输出信号板完成灵活扩展，信号板嵌入在CPU模块的前端，可以提供两个数字量输入/数字量输出接口或者一个模拟量输出12。 S7-1200图样 编程软件选择编程设备一般在计算机上运行，主要作用是对PLC的开发应用，测试运行、检测CPU的工作状态，以及根据个人需求运动来编写所需程序。不同的PLC需要用不同的编程软件来编写程序，例如本次设计选择了S7-1200的PLC ，所以编程软件为TIA 博途STEP 7 V13，博途软件可对S7-1200，S7-300，S7-1500，S7-400，及西门子触摸屏进行编程

18、组态，是西门子公司近几年新推出的一款多功能编程软件,比较适合入门级的使用13。自动化模块化生产线III站所使用的气动执行包括普通气缸和三轴气缸两种，三轴气缸选择的是SMC气缸MGPL25-50薄型带导杆三轴气缸，三轴气缸在精度以及安全上都要好于普通气缸。气缸工作时比较电磁阀安装在工作台导轨上，方便接线、接管调试。本设备使用到的气动控制元件包括两位五通单电控电磁阀、两位五通双电控电磁阀。 步进驱动器根据设计的要求，分度装盘在旋转运输工件的精度，选择步进电机作为分度转盘的旋转电机，因为步进电机相对比伺服电机价格便宜，而且满足设计的需要，本次设计所采用的是富兴DC2405M两相混合式步进电机，至于步

19、进驱动器，则是选择了两相四线细分驱动器适用机型：4A以下 42-86系列两相混合式步进电机，DB 2相4线，工作电压6-36V， ,15档细分，可通过拨码开关进行设置，最高128细分14。，为步进驱动器。III站PLC的符号分配表 I/O分配表输入输出符号分配表（I/O）名称输入点（I）作用输出点（Q）开始步进DU复位步进DR特殊1#伸手动/自动2#伸单站/联网加工电机停止步进释放上电开始灯复位灯1#缩特殊灯停止灯2#缩左位检测右位检测定位检测自动化模块化生产线III站一共用了14个输入点，输入信号I包括7个按钮的输入点，4个气缸的反馈信号，以及3个传感器的反馈信号。输出信号Q包括控制步进电机

20、的3个信号，控制气缸的2个信号，一个加工电机的信号以及4个按钮灯的输出信号。I/。III站PLC的输入输出接线图，是III站的I/O点接线原理图。 输入输出原理图III站步进驱动器接线原理，是步进驱动器的接线原理图， 是步进信号，。 步进电机接线图 III站气动回路图模块化自动化生产线，包括步进电机，三轴气缸TCL，夹紧气缸PB等结构。 气动回路图第四章 模块化自动化生产线III站的程序设计III站的程序流程简介，按下上电按钮，上电灯亮，设备可以工作。按下复位按钮，分度转盘旋转，当定位检测传感器检测有信号，分度转盘停止。放置工件，按下开始按钮，开始灯亮，左检测传感器检测到有信号，气动分度盘转动

21、，当定位检测传感器再次检测到信号存在，分度转盘停止旋转，夹紧气缸伸出固定工件，夹紧气缸伸出后将信号传递给三轴气缸，三轴气缸伸出，电动螺丝刀模拟加工，当扭矩达到标定值时，电机停止加工，三轴气缸缩回。夹紧气缸与三轴气缸都缩回时，将信号传递给分度转盘，分度转盘旋转，当定位传感器再次检测到信号存在，分度转盘停止旋转，右位置检测传感器检测是否有信号存在，如果有发信息给下一站前来取料，如果没有信号，工位停止不动。待下一工位将工件搬运走后，重复以上所述动作。 程序流程图 模块化自动化生产线III站OB1主程序块设计，按下对应的按钮，对应的常开触点接通，相对的临时线圈有信号，对应的按钮灯点亮。 按钮程序、10

22、 是利用接通延时指令形成电流的脉冲信号，所对应的作用是当机器待加工时，开始灯连续闪烁以提示按下开始按钮。 延时脉冲程序，按下复位按钮，当定位检测传感器不在位置时，分度转盘旋转到定位处，并将步进驱动器信号清空，等待加工。 复位程序，当夹紧气缸和三轴气缸处于原位，定位传感器有信号，形成初始化信号。 初始化程序，在初始化状态下，按下开始按钮，或者由II站给III站一个工件到位信号，工件开始加工，并将1的地址传给临时变量MW40。 初始化完成，将MW40的地址与1进行比较，如果相等则进入块_1， 接通，并将0地址传给临时变量MW50。 与FC1比较程序，将MW40的地址与3进行比较，如果相等则进入块4

23、， 接通。 与FC4比较程序，将MW40的地址与2进行比较，如果相等则进入块_5，在三轴气缸伸出的时候，. 接通。 与FC5比较程序，直接调用块_3，程序20用到的是MOV移动指令，意思是在联网状态下将Tag_27的地址给Tag_28，Tag_29的地址给Tag_30。 FC3的调用程序，程序24、25、26 是对临时变量的调用。 临时点的调用程序III站 FC1函数块设计，定位检测存在，步进电机旋转， FC1程序III站 FC3函数块设计，将脉冲信号传给步进驱动器，让步进电机连续转动。 FC3程序III站FC4函数块设计，定位检测为1时，。 FC4程序III站FC5函数块设计，加工开始分度装

24、盘旋转90度后，定位检测传感器有信号，并且三轴气缸无动作时，夹紧气缸夹紧，然后三轴气缸置位，同时加工电机旋转，开始加工。加工结束后，电机停止旋转，将三轴气缸和夹紧气缸复位，同时将3作为地址传给MW40. FC5程序结论 本篇论文详细介绍了自动化生厂线的背景，现状以及发展前景及对现在人们生活的影响，在论述了自动化生产线概况的基础上，又介绍了PLC的基本组成、特点以及工作原理，并对PLC仿真系统整体设计过程进行了详尽的论述。此次设计的意义是为了带动学生学习自动化编程的热情，所以为了顺应当下的发展，采用了西门子的PLC，本文采用西门子S7-1200小型PLC。S7-1200的PLC自带两路模拟量输入

25、，集成PROFINET接口，使得编程、调试过程以及控制器和人机界面的通信可以全面地使用PROFINET工业以太网技术9；同时集成高级功能，如高速计数、脉冲输出、运动控制、设计具备可扩展性和灵活性等特点，使其能够精确完成自动化任务对控制器的复杂要求。但是因为时间有限，所设计的设备可能会有不足的地方，在自动化部分可能还有一些不完善的地方，恳请谅解。参考文献1M.2M.3M.北京：4Bolton, W. NewnesProgrammable Logic ControllersMNewnes,2009,85M.6M：国防工业出版社，20087Benmakhlouf S M,Khator S K.Sma

26、rt lift:control design andperformance. 19938M.广州：9R青岛：青岛海洋大学，198810M.11J. 12J. 13李杨、J. 14M.附录致谢时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在此我向我的指导老师李明颖以及教过我的所有老师表示衷心的感谢，谢谢你们四年的辛勤栽培，谢谢你们在教学的同时更多的是传授我们做人的道理，谢谢四年里面你们孜孜不倦的教诲！四年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这四年来我遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过四年的大学生活。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。最后要感谢的是我的父母，他们在我的背后默默支持我走上机械这条道路，且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望。