基于PLC控制的自动供料及加工系统设计

设计说明（论文）摘要：一、设计题目基于PLC控制的自动供料及加工系统的设计（PLC在自动生产线中的应用）二、题目来源亚龙自动生产线AL335型号实验实训装置的使用三、设计的目的1）掌握自动供料及加工系统的工作原理、工作过程以及其控制操作方式。

2）掌握电气控制元件的选择与计算方法。

3）掌握电气控制系统的设计方法。

4）掌握用PLC改造电气设备的方法选择。

5）掌握PLC控制的设计方法以及编程方法。

6）掌握系统调试方法以及故障检测及排除方法。

四、设计要求结合所学内容根据要求选择合适型号的PLC，用于实施系统的PLC控制操作。

1）完成系统的电气控制线路的设计、调试任务，能够按照要求实施电气控制操作。

2）完成PLC对自动供料及加工系统实施控制操作的设计任务，并进行程序编写以及调试，按照要求完成各项控制操作。

注意：（1）机械手各项动作的先后顺序。

（2）各种动作间联锁关系。

（3）相关动作的工作状态指示。

3）能够进行现场组态监控操作。

五、完成的任务（1）完成电气元器件的选择，电气控制线路的设计，位置分布图及安装接线图的设计及绘制。

（电气绘图软件的使用，如PCschematic 7.0，或AOTCAD2008电气绘图软件）（2）选择PLC型号,分配I/O端口，设计I/O电路、选择元件，绘制梯形图、编织语句表。

（3）组态软件的选择、应用，系统设计、程序编写及通讯调试工作的完成。

目录第1章绪论 (6)1.1 设计的目的和要求 (6)1.2 亚龙自动生产线概述 (6)第2章生产线简介 (9)2.1 生产线基本情况 (9)第3章电器元件、设备的选择 (11)3.1 PLC机型的选择 (11)3.2 传感器 (12)3.3 电磁阀 (14)第4章控制系统的软硬件设计 (15)4.1 控制系统的硬件设计 (15)4.2 控制系统的软件设计 (30)第5章设计小结 (38)参考文献 (40)毕业设计（论文）说明书专用纸第1章绪论1.1 设计目的及要求目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，因此PLC在控制领域取得广泛应用。

在现代工业控制中，PLC和组态都是非常重要的技术，掌握这项技术，对我们从事机电的人来说是非常必要的。

这次我们毕业设计的题目是：“基于PLC控制的自动供料及加工系统的设计”。

在这次毕业设计中，我们小组4人，我负责硬件的部分，其他3人分别负责组态、软件和调试。

这次毕业设计的主要目的是培养我们的一种对PLC的认知方法。

掌握自动供料及加工系统的工作原理、工作过程以及其控制操作方式、PLC控制的设计、编程方法、系统调试、故障检测及排除方法。

这次毕业设计，是对我们三年来所学有关机电知识的强化，使我们对机电一体化设备的控制有更深一步的理解，加深PLC,传感器,电磁阀,气缸等电气设备的认识.。

培养了我们的思维和动手能力，为我们以后的工作和学习打下基础。

1.2亚龙生产线概述亚龙生产线实训考核设备由安装在铝合金导轨式实训台商的送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元等5个单元组成。

其中，每一个单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。

各个单元的执行机构大部分以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精确的位置控制，该驱动具有长行程、多定位点的特性，是一个典型的一维位置控制系统。

分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三项异步电动机的交流传动装置。

位置控制和变频控制技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。

在设备商应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体第6页共40页毕业设计（论文）说明书专用纸通过的状态、物体的颜色及材质等。

传感器技术是机电一体化技术的关键技术，是现代工业实现高度自动化的前提之一。

在控制方面,采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案。

即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布控制方式。

用户可根据需要选择不同厂家的PLC及其所支持的RS485通信模式，组建成一个小型的PLC网络。

小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动化生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相单的份额。

另一方面掌握基于RS485串行通信的PLC网络技术将为进一步学习现场总线技术、工业以太网络技术等打下良好的基础。

一、整个生产线各个单元的基本功能如下：1、供料单元的基本功能：按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送出到物料台上，以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。

2、加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。

3、装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的黑白或白色小圆柱工件嵌入到以加工的工件中的装配过程。

4、分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的以加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的滑槽分流出来的功能。

5、输送单元的基本功能：该单元具有精确定位到指定单元的物料台，在物料太上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。

二、设备的特点如下：设备中的各工作单元均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安装，控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。

其中，输送单元采用了最为灵活的拆装式模块结构：组成该单元的按钮/指示灯模块、电源模块、PLC模块、步进电机驱动器模块等放在抽屉式模块放置架上；模块之间、模块与实训台上接第7页共40页毕业设计（论文）说明书专用纸线端子排之间的连接方式采用安全导线连接，最大限度满足了综合性实训的要求。

整个生产线所使用的PLC均为西门子S7-200系列的PLC。

第8页共40页毕业设计（论文）说明书专用纸第2章生产线简介2.1自动生产线的结构和工作过程生产线包括下料、加工、装配、搬运、分拣等工作站（图1-1），构成一个典型的机电一体化设备的机械平台；采用RS485串行通讯方式实现分布式的控制，从而组成自动加工、装配生产线，真实呈现自动生产线的加工过程。

图1-1各工作单元的结构和功能如下：1供料单元供料站主要由料仓及料槽、顶料气缸、推料气缸和物料台以及相应的传感器、电磁阀构成;2加工单元加工站主要由物料台、夹紧机械手、物料台伸出/缩回气缸、加工（冲压）第9页共40页毕业设计（论文）说明书专用纸气缸以及相应的传感器、电磁阀构成;3装配单元装配站主要有供料单元、旋转送料单元、机械手装配单元、放料台以及相应的传感器、电磁阀构成;4分拣单元分拣站主要有传送带、变频器、三相电机、推料气缸、电磁阀和定位光电传感器及区分黑白两种颜色的光纤传感器构成;5搬运单元搬运站主要有步进电机、步进驱动器、线性导轨、四自由度搬运机械手、电磁阀和原点定位开关构成。

第10页共40页毕业设计（论文）说明书专用纸第3章电器元件、设备的选择3.1 PLC机型的选择根据被控对象对PLC控制系统的功能要求，可进行PLC型号的选定。

进行PLC 选型时，基本原则是满足控制系统的功能需要，同时要兼顾维修，备件的通用性。

对开关量控制的系统，当控制速度要求不高时，一般的小型PLC都可以满足要求，如对小型泵的顺序控制，单台机械的自动控制等。

当控制速度要求较高，输出有高速脉冲信号等情况时，要考虑输入/输出点的形式，最好采用晶体管形式输出。

对带有部分模拟量控制的应用系统，如工业生产中经常遇到的温度，压力、流量、液位等连续量的控制，应选择具有所需功能的PLC主机，还要根据需要选择相应的模块，配接相应的传感器、变频器和驱动装置。

输入/输出的点数可以衡量PLC规模的大小。

准确统计被控对象的输入信号和输出信号总点数并考虑今后系统的调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%~20%的备用点数，多数小型PLC为整体式，具有体积小、价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。

模块式结构的PLC 采用主机模块与输入模块、功能模块组合使用的方法，比整体式方便灵活，维修更换模块，判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多，控制要求复杂的系统。

此外还应考虑用户存储器的容量，PLC的处理速度是否能满足实时控制的要求，编程器与外围设备的选择等。

根据实际需要供料单元设有顶料到位传感器、顶料复位传感器、推料到位传感器、推料复位传感器、物料不够检测传感器、物料有无检测传感器、物料台物料检测传感器，外加一个启/停按钮共8个输入点，而自动加工单元应设有物台物料检测传感器、料台夹紧检测传感器、料台伸出到位传感器、料台缩回到位传感器、加工压头上限传感器、加工压头下限传感器、急停按钮、启/停按钮共8个输入点。

供料单元设有顶料电磁阀和推料电磁阀2点继电器输出，加工单元设第11页共40页毕业设计（论文）说明书专用纸有夹紧电磁阀、料台伸缩电磁阀、加工压头电磁阀3点继电器输出。

由此可见供料单元和加工单元都选用西门子S7-222主单元（8点输入和6点继电器输出）即可。

3.2 传感器供料单元顶料缸两端分别安装两个磁感应接近开关，用以检测顶料活塞杆顶料到位和顶料复位；物料有无检测、物料不够检测和物料台物料检测都选用漫射式光电接近开关。

加工单元夹紧缸安装一个磁感应接近开关，料台伸缩缸分别安装两个磁感应接近开关，加工缸也分别安装两个磁感应接近开关；物台物料检测选用分别安装两个磁感应接近开关。

磁感应接近开关的工作原理是：当磁性物质接近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。

而在供料单元和加工单元的气缸活塞杆上都分别安装有磁性物质，这样以来在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别识别气缸运动的两个极限位置。

在PLC的自动控制中，就可以利用该信号判断料缸的运动状态或所处位置。

在传感器上设有LED显示用于显示传感器的信号状态，供调试时使用。

传感器动作时，输出信号“1”，LED亮；传感器不动作时，输出信号为“0”，LED不亮。

传感器的安装位置可以调整的，如图3-1所示。

第12页共40页毕业设计（论文）说明书专用纸图3-1磁感应接近开关漫射式光电接近开关的工作原理是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的。

在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有被测物，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关前方一定距离内有被测物，只要反射回来的光强度足够，则接收器收到足够的漫射光使接近开关动作而改变输出的状态。

图3-2为漫射式光电接近开关的工作原理图：图3-2漫射式光电接近开关的工作原理图这样，供料单元中料仓有无储料或储料是否充足就可用两个漫射式光电接近开关的信号状态反映出来。