模拟生产线电气控制系统设计加工装配工作站
目录
1 绪论 1
1.1 模拟生产线技术的发展概况 1
1.2 PLC在生产线中应用 2
1.3 PLC的优点 2
1.4 本课题研究的内容 4
2 系统总体设计 4
2.1 模拟生产线布局 4
2.3 模拟生产线各站的基本功能 5
2.4 模拟生产线的总体控制方案 6
2.5 本章小结 7
3 控制系统设计 7
3.1 电气控制设计 7
3.2 控制面板 7
3.3 安装布置 8
3.4 本章小结 9
4 工作站控制系统设计 10
4.1 上料检测站控制系统设计 12
4.2 搬运工作站控制系统设计 17
4.3 加工工作站控制系统设计 21
4.4 装站控制系统设计 25
4.5 安装搬运站控制系统设计 28
4.6 本章小结 30
5调试 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
1 绪论
1.1 模拟生产线技术的发展概况
产品在生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线称为生产线。
模拟（自动）生产线主要由三大部分组成：基本设备、运输储存装置和控制系统，如图1-1所示。
图1-1自动生产线组成
基本设备
基本设备主要有自动生产机、其他自动机及工艺设备。而自动生产机包括执行机构、动力及传动机构和控制装置 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。执行机构可以完成辅助操作和自动化操作的系统。动力及传动机构主要是为生产机供应动力来源，同时将动力和运动传送给执行元件与辅助元件。控制装置的功能控制模拟生产机的各种传动。
运输储存装置
运输储存装置主要由输送装置、分流合流及转向装置、储存装置及机械手组成，是模拟生产线中必不可少的辅助装置。
控制系统
控制系统由两部分组成：一是全线工作循环控制装置，它利用确定的工作循环控制自动生产机和运输储存装置工作；二是信号及检测系统，它主要包括数量检查装置、质量检查质量装置、安全保护装置和现实记录装置，实现信号采集、检测及其他辅助控制功能。
1.2 PLC在生产线中应用
随着生产规模的逐步扩大，市场竞争日趋激烈，继电器控制系统越来越难以适应工业生产的需要。这迫使人们研究新型工业控制系统。
1969年，世界上第一台可编程控制器在美国诞生。在那时候可编程控制器只能完成顺序控制。
20世纪70年代到80年代，微处理器技术增加了一些功能如函数运算、浮点运算、查表等，使可编程控制器进行逻辑控制和模拟量控制。
上世纪80年代末，随着大规模集成电路的迅速发展，可编程逻辑控制器由16位和32位微处理器组成，这一方面得到了惊人的发展，在性能价格比、设计与概念等方面有了重大的突破。可编程序控制器不仅控制速度快、计数功能强而且能增强网络通信能力，是一种专为工业环境而设计的电子系统，因此，它是在其内部存储执行的时间计数和计数操作，顺序控制，逻辑操作的顺序。
PLC最初是针对工业顺序发展而研制的。经过40多年的迅速发展，PLC不仅能进行开关量控制，而且能够进行位置控制和模拟量控制。特别是可编程控制器的网络通信技术的发展，从集中控制发展到多层次分布式控制系统，从单机控制到多机控制。现在PLC已经遍布全国各地的经济领域，今后可编程控制器（PLC）控制系统将朝着小型化、网络化、兼容性和标准化的方向发展。
1.3 PLC的优点
PLC是一种可编程序逻辑控制器。可编程序逻辑控制器的基本功能是对监视现场的输入，现场输出设备的接通与断开根据控制逻辑来控制。可编程序逻辑控制器可以控制不同的设备用来满足模拟生产线控制需要。
可编程逻辑控制器是一种专为工业使用而设计的控制器。这种控制方式其特点就是把计算机的功能和计算机的大多数优点与操作方便、简单易懂的继电器-接触器控制系统结合起来了，这是一种适应工业环境能力很强的控制装置，同时还使用了梯形图为基础编程语言以及模块化的软件结构。同时，拥有相对简单的外围电路，并且其控制精度高、稳定性好抗干扰性强、高的工作效率、制造成本低。这一系列的控制器已经成为各种控制应用的解决方案。PLC控制系统与继电器控制系统的比较如表1-1所示。
（1）通用性强，使用方便：由于市场上已经形成模块化和系列化的PLC配件系统。在用户的选择上，提供了一个全方位的硬件选项。在硬件方面，用户只需确定可编程控制器的硬件配置及其外部连接。PLC还能自动检查程序错误，找到问题进行相应的修改。
（2）功能强，适用范围广：可编程控制器不仅有定时、逻辑运算、顺序控制、计数等功能，而且还有模/数、数/模转换，数据处理与数值运算等功能。
（3）编程简单，易学易用：一些简单的梯形图便能用编程软件编 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
出正确的程序。
（4）体积小、质量轻，易于实现机电一体化：机构紧凑、体积小、坚固、质量轻、功耗低这些PLC的设计特点，很好的抗振性及环境适应性的能力也是其不可或缺的。因此，它是很容易安装在机器内的可编程控制器，在机械和电气设备，是一个理想的控制装置。
（5）安装调试简单，维护方便：当仿真调试成功时，可以在现场的可编程控制器控制系统中进行在线调试，方便和安全地完成产品的调试，同时也大大缩短了应用程序的设计和调试周期。
项目继电器控制PLC控制
控制功能的实现通过继电器接线通过编制程序
对工艺变更的适应性改变继电器接线修改程序
控制速度触电机械动作较慢电子器件速度快
安装调试连线多，调试麻烦安装容易，调试方便
可靠性触电多，可靠性差PLC内部无触电
寿命长短
可扩展性难容易
维护工作量大，故障不易查找有I/O指标和自诊断，维护方便
表1-1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较
1.4 本课题研究的内容
本课题通过传感器应用技术、气动控制技术、机械控制技术、PLC控制技术的应用，模拟生产线各个工序，从而实现生产线的实验室再现。
2 系统总体设计
模拟生产线是一种产品能够实现自动化的体系。采用了一套能够自动进行检测、加工、搬运、安装的机器设备,组成了自动化的、高度连续的模拟生产线,用来实现工件的生产,从而提高了加工质量、提高了工作效率、降低了工件成本,它不仅是机械制造业技术水平的标志,而且是机械制造业发展与竞争的基础。
模块化是将复杂系统分解为一系列相互独立的具有特定功能的模块。模块化系统不仅仅可以大大缩短产品研发时间、降低产品成本、提供相应的新产品，在能够满足使用者需求的同时，为企业带来经济利益。
图3-3安转布置
3.4 本章小结
1 绪论 1
1.1 模拟生产线技术的发展概况 1
1.2 PLC在生产线中应用 2
1.3 PLC的优点 2
1.4 本课题研究的内容 4
2 系统总体设计 4
2.1 模拟生产线布局 4
2.3 模拟生产线各站的基本功能 5
2.4 模拟生产线的总体控制方案 6
2.5 本章小结 7
3 控制系统设计 7
3.1 电气控制设计 7
3.2 控制面板 7
3.3 安装布置 8
3.4 本章小结 9
4 工作站控制系统设计 10
4.1 上料检测站控制系统设计 12
4.2 搬运工作站控制系统设计 17
4.3 加工工作站控制系统设计 21
4.4 装站控制系统设计 25
4.5 安装搬运站控制系统设计 28
4.6 本章小结 30
5调试 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
1 绪论
1.1 模拟生产线技术的发展概况
产品在生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产活动所构成的路线称为生产线。
模拟（自动）生产线主要由三大部分组成：基本设备、运输储存装置和控制系统，如图1-1所示。
图1-1自动生产线组成
基本设备
基本设备主要有自动生产机、其他自动机及工艺设备。而自动生产机包括执行机构、动力及传动机构和控制装置 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。执行机构可以完成辅助操作和自动化操作的系统。动力及传动机构主要是为生产机供应动力来源，同时将动力和运动传送给执行元件与辅助元件。控制装置的功能控制模拟生产机的各种传动。
运输储存装置
运输储存装置主要由输送装置、分流合流及转向装置、储存装置及机械手组成，是模拟生产线中必不可少的辅助装置。
控制系统
控制系统由两部分组成：一是全线工作循环控制装置，它利用确定的工作循环控制自动生产机和运输储存装置工作；二是信号及检测系统，它主要包括数量检查装置、质量检查质量装置、安全保护装置和现实记录装置，实现信号采集、检测及其他辅助控制功能。
1.2 PLC在生产线中应用
随着生产规模的逐步扩大，市场竞争日趋激烈，继电器控制系统越来越难以适应工业生产的需要。这迫使人们研究新型工业控制系统。
1969年，世界上第一台可编程控制器在美国诞生。在那时候可编程控制器只能完成顺序控制。
20世纪70年代到80年代，微处理器技术增加了一些功能如函数运算、浮点运算、查表等，使可编程控制器进行逻辑控制和模拟量控制。
上世纪80年代末，随着大规模集成电路的迅速发展，可编程逻辑控制器由16位和32位微处理器组成，这一方面得到了惊人的发展，在性能价格比、设计与概念等方面有了重大的突破。可编程序控制器不仅控制速度快、计数功能强而且能增强网络通信能力，是一种专为工业环境而设计的电子系统，因此，它是在其内部存储执行的时间计数和计数操作，顺序控制，逻辑操作的顺序。
PLC最初是针对工业顺序发展而研制的。经过40多年的迅速发展，PLC不仅能进行开关量控制，而且能够进行位置控制和模拟量控制。特别是可编程控制器的网络通信技术的发展，从集中控制发展到多层次分布式控制系统，从单机控制到多机控制。现在PLC已经遍布全国各地的经济领域，今后可编程控制器（PLC）控制系统将朝着小型化、网络化、兼容性和标准化的方向发展。
1.3 PLC的优点
PLC是一种可编程序逻辑控制器。可编程序逻辑控制器的基本功能是对监视现场的输入，现场输出设备的接通与断开根据控制逻辑来控制。可编程序逻辑控制器可以控制不同的设备用来满足模拟生产线控制需要。
可编程逻辑控制器是一种专为工业使用而设计的控制器。这种控制方式其特点就是把计算机的功能和计算机的大多数优点与操作方便、简单易懂的继电器-接触器控制系统结合起来了，这是一种适应工业环境能力很强的控制装置，同时还使用了梯形图为基础编程语言以及模块化的软件结构。同时，拥有相对简单的外围电路，并且其控制精度高、稳定性好抗干扰性强、高的工作效率、制造成本低。这一系列的控制器已经成为各种控制应用的解决方案。PLC控制系统与继电器控制系统的比较如表1-1所示。
（1）通用性强，使用方便：由于市场上已经形成模块化和系列化的PLC配件系统。在用户的选择上，提供了一个全方位的硬件选项。在硬件方面，用户只需确定可编程控制器的硬件配置及其外部连接。PLC还能自动检查程序错误，找到问题进行相应的修改。
（2）功能强，适用范围广：可编程控制器不仅有定时、逻辑运算、顺序控制、计数等功能，而且还有模/数、数/模转换，数据处理与数值运算等功能。
（3）编程简单，易学易用：一些简单的梯形图便能用编程软件编 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
出正确的程序。
（4）体积小、质量轻，易于实现机电一体化：机构紧凑、体积小、坚固、质量轻、功耗低这些PLC的设计特点，很好的抗振性及环境适应性的能力也是其不可或缺的。因此，它是很容易安装在机器内的可编程控制器，在机械和电气设备，是一个理想的控制装置。
（5）安装调试简单，维护方便：当仿真调试成功时，可以在现场的可编程控制器控制系统中进行在线调试，方便和安全地完成产品的调试，同时也大大缩短了应用程序的设计和调试周期。
项目继电器控制PLC控制
控制功能的实现通过继电器接线通过编制程序
对工艺变更的适应性改变继电器接线修改程序
控制速度触电机械动作较慢电子器件速度快
安装调试连线多，调试麻烦安装容易，调试方便
可靠性触电多，可靠性差PLC内部无触电
寿命长短
可扩展性难容易
维护工作量大，故障不易查找有I/O指标和自诊断，维护方便
表1-1 PLC控制系统与继电器控制系统的比较
1.4 本课题研究的内容
本课题通过传感器应用技术、气动控制技术、机械控制技术、PLC控制技术的应用，模拟生产线各个工序，从而实现生产线的实验室再现。
2 系统总体设计
模拟生产线是一种产品能够实现自动化的体系。采用了一套能够自动进行检测、加工、搬运、安装的机器设备,组成了自动化的、高度连续的模拟生产线,用来实现工件的生产,从而提高了加工质量、提高了工作效率、降低了工件成本,它不仅是机械制造业技术水平的标志,而且是机械制造业发展与竞争的基础。
模块化是将复杂系统分解为一系列相互独立的具有特定功能的模块。模块化系统不仅仅可以大大缩短产品研发时间、降低产品成本、提供相应的新产品，在能够满足使用者需求的同时，为企业带来经济利益。
图3-3安转布置
3.4 本章小结
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