装配流水线控制系统的设计

长沙学院专业综合设计说明书

长沙学院课程设计鉴定表

目录

1.系统功能与要求

2.系统元器件选型

3.系统端口配置

4.硬件电路设计

5.程序设计

6.调试与结论

装配流水线控制系统的设计

1.系统功能与要求

1 设计任务

通过毕业设计了解PLC控制的企业装配流水线基本原理以及工作流程，设计PLC控制实现的模拟装配流水线系统，控制多工位装入、多工位装配、单工位入库等操作。

⑴以自动化实验中心综合实训室的网络型可编程序控制器实训平台为研究对象，了解控制对象结构组成，熟悉控制对象实际工作流程，确定受控对象与PLC间关系，估计程序步数；

⑵运行框图、硬件接线图绘制；

⑶画出PLC控制的梯形图；

⑷编制出语句表；

⑸输入指令并修改更正程序；

⑹调试运行并反复设计验证；

⑺整理设计思路、总结设计成果。

1.2 装配流水线的基本介绍

1.2.1 装配流水线的起源

20世纪初,美国人亨利.福特首先采用了流水线生产方法,在他的工厂内,专业化地将分工分的非常细,仅仅一个生产单元的工序竟然达到了7882种,为了提高工人的劳动效率,福特反复试验,确定了一条装配线上所需要的工人,以及每道工序之间的距离。这样里来,每个汽车底盘的装配时间就从12小时28分缩短到1小时33分。大量生产的主要生产组织方式为流水生产，其基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统，即流水生产线。最典型的流水生产线是汽车转配生产线。流水生产线是为特定的产品和预定的生产大纲所设计的；生产作业计划的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出规定。

1.2.2 装配流水线的概述

在大量生产中,为了提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件,不仅要求机床能自动的对工件进行加工,而且要求工件的装卸、工件的工序间的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进行。因此,把设备按工件的加工工序顺序依次排列,用自动输送装置将他们联成一个整体,并用控制系统将各个部分的动作协调起来,使其按照规定的动作自动的进行工作,这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。

流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。输送线的传输方式有同步传输的/（强制式）也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。

流水线是劳动者为了方便生产将生产对象人为的通过外界设备将其按照一定的线路顺序通过各个操作点，以及用一定的速度来重复连续的完成生产过程。装配流水线把劳动对象和专业化生产专业的有效的结合在一起的一种生产方式。它具有以下特征：

⑴工作地点的专业化程度非常高；

⑵具有明显的规律性；

⑶每条生产线的生产水平相似；

⑷生产过程封闭、不可逆；

⑸有很强的连续性。

1.2.3 装配流水线的发展

1.现代流水生产起源于1914年—1920年的福特制。福特制的主要内容：

⑴在科学组织生产的前提下谋求高效率和低成本。因而实施产品、零件的标准化、设备和工具的专用化以及工作场所的专业化。唯一最佳的“单一产品原则”。

⑵创造了流水线的生产方法，建立了传送带式的流水生产线。

2.内容和形式上的变化

⑴内容上：产品的装配、零件的机械加工、锻压、铸造、热处理、电镀、焊接、油漆以及包装等。

⑵形式上：单一产品流水线——可变流水线——混合流水线——成组流水线——半自动流水线——自动化流水线

1.2.4 装配流水线生产的形式

1.按生产对象的移动方式：固定流水向线和移动流水线

固定流水线：是指生产对象位置固定,生产工人携带工具沿着顺序排列的生产对象移动.主要用于不便运输的大型制品的生产,如重型机械、飞机、船舶等的装配；移动流水线：生产对象移动，工人和设备及工具位置固定的流水线。这是常用的流水线的组织方式。

2.按生产对象的数目：单品种流水线和多品种流水线

单品种流水线：又称不变流水线，是指流水线上只固定生产一种制品。要求制品的数量足够大，以保证流水线上的设备有足够的负荷；多品种流水线：将结构、工艺相似的两种以上制品，统一组织到一条流水线上生产。

3.按产品的轮换方式：可变流水线、成组流水线和混合流水线

可变流水线：集中轮番地生产固定在流水线上的几个对象，当某一制品的批制造任务完成后，相应地调整设备和工艺装备，然后再开始另一种制品的生产；成组流水线：固定在流水线上的几种制品不是成批轮番地生产，而是在一定时间内同时或顺序地进行生产，在变换品种时基本上不需要重新调整设备和工艺装备；混合流水线：是在流水线上同时生产多个品种，各品种均匀混合流送，组织相间性的投产。一般多用于装配阶段生产。

4.按连续程度：连续流水线和间断流水线

连续流水线：制品从投入到产出在工序间是连续进行的没有等待和间断时间；间断流水线：由于各道工序的劳动量不等或不成整数倍关系，生产对象在工序间会出现等待停歇现象，生产过程是不完全连续的。

5.按节奏性程度：强制节拍流水线、自由节拍流水线和粗略节拍流水线

强制节拍流水线:要求准确地按节拍出产制品；自由节拍流水线: 不严格要求按节拍出产制品,但要求工作地在规定的时间间隔内的生产率应符合节拍要求；粗略节拍流水线: 各个工序的加工时间与节拍相差很大,为充分地利用人力、物力，只要求流水线每经过一个合理的时间间隔，生产等量的制品，而每道工序并不按节拍进行生产。

6.按机械化程度：手工流水线、机械化流水线和自动线

1.2.5 装配流水线生产的组织条件

1.品种稳定单一，产量足够大，长期供货，单位劳动量大，保证设备足够负荷。

2.产品结构和工艺相对稳定：

⑴先进性；

⑵良好的工艺性和互换性；

⑶标准化程度高。

3.工艺过程既可划分为简单的工序，又可以相互合并。

4.原材料和协作件的标准化、规格化，且按时供应。

5.机器设备始终处于完好状态，严格执行计划预修制度。

6.工作必须符合质量标准。

7.厂房和生产面积适合安装流水线。

1.3 PLC控制饮料装瓶流水线的优势

1.生产效率高

相对于传统的饮料装瓶流水线，由PLC控制的装瓶流水线其电气部分由PLC控制。这一电气控制系统能很快的发现生产线上的问题和不足，PLC灵活的可编程性能很快的对程序进行改进。PLC中大量使用了软继电器，使得外部接线更加简单，更容易维护。因此，使用了PLC控制的饮料装瓶流水线的生产效率更高，更好地为企业创造利润。

2.卫生条件好

由于饮料的装瓶、盖盖、贴签到成品入库都可以用流水线来完成。这样可以创造一个相对封闭的生产环境和减少人工操作。为饮料装瓶创造了一个很好的卫生条件。

3.安全性提高

由于PLC的稳定性好，这样就降低了生产过程中的事故的发生。同时由于饮料从装瓶到入库全由机器完成，进一步降低了员工在生产线上发生事故的概率，更好地保护了员工的人身安全和企业的财产安全。

1.4 传感器的基本介绍及选择

1.4.1 传感器的概念与组成

概念：传感器是一种以一定精度把被测量转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量的测量装置。其中包含了以下几方面的含义：

⑴传感器是测量装置，能完成检测任务；

⑵它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；

⑶它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；

⑷输出与输入间有对应关系，且有一定的精确度。

图1.1 传感器的组成

敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。

转换电路：将上述电路参数接入转换电路，便可转换成点亮输出。

实际上，有些传感器很简单，有些则较为复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶传感器。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器。有些传感器，转换元件不止一个，需经过若干次转换。

1.4.2 传感器的选择

由于本次设计是以饮料装瓶的装配为例。在实际生产过程中，接触到的基本上塑料制品，所以我选择光敏传感器。

在自动化流水线生产过程中，要用到很多传感器来监视和控制生产过程中的不同状态。使生产线处在正常工作状态或者最佳工作状态。

本次设计用到的传感器主要用在饮料瓶到达操作工位或仓库时，通过传感器给PLC一个反馈信号使传送带停止运行。操作工位和入库感应上用到的传感器可以使用光敏传感器，

光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可（即光敏传感器对于物体的存在进行反映，不管部件的移动与否，只要处在光敏传感器检测范围内，它都会做出一个输出信号）。

光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。

2.系统元器件选型

2.1 可编程控制器概述

2.1.1 PLC的产生

上世纪60年代，在没有可编程控制器以前，在大部分工业生产中是以继电器控制来实现各种功能，传统的继电器系统主要有一下几个优点结构比较简单，易于操作，价格便宜等，在工业领域中应用甚广，于此同时继电器控制系统也有以下缺点体积比较大，动作速度比较慢，耗电量多，寿命短，更有接线复杂，更改困难等。继电器控制系统对当时的生产力发展中起到了巨大的作用，在工业生产过程中，大量开关量顺序控制被使用，它按照逻辑条件（即实现编制好的程序）进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，以及大量离散量的数据采集。在PLC没有出现以前，这些功能是通过继电器控制系统来实现的。

世界上公认的第一台PLC（即PDD-14）是美国数字设备公司（DEC）于1969年根据美国通用汽车公司的要求研制成功的。

背景：1968年，美国通用汽车公司（GM）为了增强产品在市场上的竞争力，适应汽车型号的不断更新和生产工艺不断变化的需要，实现汽车的多品种、小批量生产和不断翻新汽车品牌的目的。通用汽车公司（GM）希望有一种可编程序的逻辑控制器来取代传统继电器控制装置的要求，这种控制器能做到尽可能减少设计中的错误和用尽可能少的电气控制装置以及电气接线，以减少重复设计率，更好的适应当代生产的需要，以减少故障，降低生产成本和缩短生产周期。

设计思想：将传统的继电器的控制技术和现代计算机信息处理技术有效的结合起来，以满足工业