柔性生产系统——提升与入库单元的设计.doc

毕业设计说明书课题名称： 柔性生产系统提升入库单元的设计 柔性生产系统提升与入库单元的设计摘 要随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。因此要提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本。柔性生产单元适合加工形状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件，而且具有很多优点：（1） 设备利用率高；（2）制品相对减少80%以上；（3）生产能力相对稳定；（4）加工产品质量高；（5）运行灵活；（6）产品的应变能力大本设计是柔性生产系统的工艺流程之一提升与入库单元：以我国目前应用广泛的德国西门子S7-200系列、mcgs组态软件和AutoCAD软件为主及相关硬件（参考硬件清单）为辅设计完成的。本设计单元的主要功能是将经过分检站的分检后将工件送入仓库，通过控制步进电机和伺服电机将不同颜色的工件和托盘送入各个仓库的各层，进行存放。 关键词：提升与入库单元 柔性生产 S7-226 Gentle produce system-promote with store in warehouse unit of designAlong with the development of science technique, the mankind society request the function and quality of product more and more Gao, product renewal change the period of generation more and more short, product of complications the degree also immediately increase Gao, tradition of large quantity quantity the mode of production was subjected to challenge.Therefore want exaltation manufacture industry of gentle with produce efficiency, make it under the premise that assurance product quality shorten a product production period, lower product cost.Gentle produce unit in keeping with process shape complications, process a work preface simple, process man-hour longer, the batch quantity small spare parts, and have a lot of advantage:(1) Equipments utilization Gao; (2)Product opposite decrease above 80%(3)Produce ability opposite stability; (4)Process product quality Gao;(5)Circulate vivid; (6)The contingency ability of the product is big This design is gentle produce system of one of the craft processes promote with storein warehouse unit:With our country currently application extensive of Germany Tai softwareand AutoCAD software of the Siemens S7-200 series, mcgs set is lord and related hardware(reference hardware detailed list) for assist design completion.The main function of this design unit is has been divide check station of cent check behind send the work piece into the warehouse, pass control step into electrical engineering and servo electrical engineering wont together color of work piece and tray send into each warehouse of each, carry on deposit.Key words: upgrade the storageanit flexible manufacturing system Siemens S7-200目 录第一章 柔性生产系统概述41.1 柔性生产系统的常规形式41.2柔性制造系统的发展趋势41.3柔性生产系统的组成51.4主要电气设备61.5系统功能71.6提升与入库单元的控制要求8第二章 MCGS的软件介绍102.1 MCGS(Monitor and Control Generated System，)的简介10第三章 监控界面的的设计123.1监控界面的的设计12第四章 提升与入库单元的调试254.1提升与入库单元程序调试说明25结 论26致 谢27参考文献27附 件28附件一：提升与入库单元电气控制图（见图）28第一章 柔性生产系统概述柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统，即Flexible Manufacturing System，英文缩写为FMS。1.1 柔性生产系统的常规形式柔性生产系统(FPS)。其原始形式是以通用机床按机群方式布置来进行生产，辅以成组技术规划，这种人工化的生产具有最大的柔性化程度。柔性制造系统(FMS)。FMS以数控设备(NC)、加工中心(MC)、柔性单元(FMC)和柔性生产系统为基本配置，通过自动化物流储运系统组成。柔性自动线(FTL)。FTL是FMS为了适应高生产率，在合理配置柔性系统后而发展和变异出来的一种生产线，是柔性技术向大批量生产发展的一种趋势。柔性加工线(FML)。随着设备、刀具及各种辅助技术的发展，柔性加工技术在大批量生产中的应用趋于成熟，FML线就是这种成熟意义上的适用于大批量、少品种柔性加工概念的一种制造手段。1.2柔性制造系统的发展趋势自从1954年美国麻省理工学院诞生第一台数字控制诞生后，1965年，英国的Molins公司首次提出的，它是在柔性制造的基础上，为适应市场需求多变和市场竞争激烈而产生的市场导向型的按需生产的先进生产方式，1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。同年，美国的怀特森斯特兰公司建成 Omniline I系统。日本、前苏联、德国等也都在60年代末至70年代初，先后开展了FMS的研制工作。70年代末期，柔性制造系统在技术上和数量上都有较大发展，80年代初期已进入实用阶段，其中以由35台设备组成的柔性制造系统为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。迄今为止，全世界有大量的柔性制造系统投入了应用，仅在日本就有175套完整的柔性制造系统。国际上以柔性制造系统生产的制成品已经占到全部制成品生产的75%以上，而且比率还在增加，几乎成了生产自动化之热点。FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措。目前反映工厂整体水平的FMS是第一代FMS，90年代此种状况仍将会持续下去，80年代中期以来，FMS获得迅猛发展，几乎成了生产自动化之热点。一方面是由于单项技术如NC加工中心、工业机器人、CAD/CAM、资源管理及高度技术等的发展，提供了可供集成一个整体系统的技术基础；另一方面，世界市场发生了重大变化，由过去传统、相对稳定的市场，发展为动态多变的市场，为了从市场中求生存、求发展，提高企业对市场需求的应变能力，人们开始探索新的生产方法和经营模式。近年来，FMS作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认，可以这样认为：FMS是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础，将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程，在计算机及其软件的支撑下，构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统，以实现全局动态最优化，总体高效益、高柔性，并进而赢得竞争全胜的智能制造系统。FMS作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技，为未来机构制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图，将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。1.3柔性生产系统的组成柔性生产系统以1个SIEMENS S7-300 PLC和 7个S7-200 PLC作为控制核心。S7-300为主站，7个S7-200 PLC作为从站，各站之间使用ProfiBus-DP总线进行通讯。S7-300主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据。7个从站分别完成对落料单元；喷涂烘干单元；加盖单元；顶销单元；检测单元及链条传送单元；成、废品分检单元及废品输送单元；提升单元及仓库单元的控制。系统的供电、启停等操作通过各站的操作面板进行控制。该系统共有联机、单机两种工作方式。在联机模式下，系统7个从站同时工作，对工件依次进行加工、检测、分检、入库等操作，各站间通过ProfiBus现场总线进行通讯，在主站的控制下实现相关的互锁、数据传送操作。此外，系统中的上位工控机使用SIEMENS WinCC监控软件对各从站的工作状态进行同步模拟。在单机模式下，各从站独立运行，站间没有数据传送。使用者可通过学习板进行外部接线，使用SIEMENS S7-200专用PPI电缆或ProfiBus总线将编写程序下载到PLC中，并监控程序运行。1.4主要电气设备提升与入库单元，如图1-1所示，由以下部件组成：1、S7-226 PLC 2、EM277 DP通信模块 3、Profibus-DP总线及连接器4、伺服电机及驱动器 5、步进电机及驱动器 6、三位短柄选择开关7、两位短柄选择开关 8、平头按钮 9、急停按钮 10、指示灯 11、传感器 12、电动机 13、继电器 14、电磁铁 15、学习板16、电源插座 图1-1 提升与入库单元1.5系统功能提升及高架仓库单元只有满足原点条件时，按下启动按钮后，设备才可能处于运行工作状态。见图1-2、图1-3.。成、废品分拣及废品输送单元的原点启动条件为： 传送带上工件检测位置处没有放置工件。图1-2 提升单元图1-3 高架仓库单元1.6提升与入库单元的控制要求该单元的设备动作根据系统的工作模式主要分为单机动作及联机动作两个部分。本设计主要是单机动作.1、单机动作该单元按照先放仓库1，后放仓库2；先底层后高层的顺序放置工件，每层放置一个放完7层后，从仓库1的第二层从新放置。当提升单元位于运行原点时，按下启动按钮，本站（运行）指示灯点亮，若该单元未碰到（7SQ2）或（7SQ5）两个限位开关时，则按照先步进后伺服的顺序发多段脉冲，先后启动步进电机和伺服电机，直至该单元碰到伺服原点和提升下限位。然后该单元的直流减速电机（M11）及仓库1的一层传送带电机（M12）启动，带动传送带旋转。当传感器（7SQ1）检测到工件到位时，直流减速电机（M11）停止运行。若工件需放到仓库2，则启动伺服电机，将提升单元向后水平拖到仓库2，否则根据工件被放置的层数发不同数量的脉冲启动步进电机，将提升单元的升降台垂直向上拖动。当升降台移动到相应的仓库的不同层时，该单元的直流减速电机(M11)及相应仓库相应层的传送带电机启动，带动传送带运行。当该层的工件检测传感器感应到工件到位时，该层的传送带延时通电0.5秒后与直流减速电机（M11）均断电。而后，启动步进电机，使提升单元位于仓库2，则启动伺服电机带动该单元水平向前运动到伺服原点（7SQ2）。而后，直流减速电机(M11)再次启动。2、报警动作当提升单元垂直向上或水平向后运行碰到伺服限位（7SQ3）或提升上限（7SQ4），则该单元有故障发生。若设备为单机模式，则该单元报警灯（LL33）点亮；若设备为联机模式，则本站的报警灯（LL33）、总站的报警灯（HL5）和警示器上报警灯（HL-S2）将点亮，且警示器将有蜂鸣声，报告故障。3、复位动作PLC内部清除当前工作状态。4、 启动自动回原点动作若提升单元没有位于第一层仓库的高度，则步进电机启动，带动提升单元垂直向下移动，直到撞到提升下限位的行程开关（7SQ5）。若提升单元的前后位置没有与仓库1平齐，则再启动伺服电机，带动提升单元水平向前移动，直到碰到伺服原点行程开关。第二章 MCGS的软件介绍2.1 MCGS(Monitor and Control Generated System，)的简介MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆仑通态自动化软件公司开发的一套基于Windows平台，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境是生成应用系统的工作环境，用户在组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作。运行环境是用户应用系统的运行环境，进行各种处理，完成组态设计的目标和功能。也就是，您在组态环境中根据您要达到的控制要求去设计，运行环境运行您设计好的组态工程。 MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成。主控窗口:是工程的主要窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。设备窗口:是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。也就是，您要在设备窗口中选择您所有连接的控制器(如PLC，变频器，仪表等)的型号，并设定您从设备中读取哪些变量(如PLC中的寄存器D0)。用户窗口:本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。也就是，您所要显示的控制界面。实时数据库:是工程各个部分的数据交换与处理中心。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。也就是，您要在实时数据库里定义一些变量与您所要控制的设备中的变量一一对应，以备您建立的各个用户窗口调用。当然也可以根据您的需要建立一些中间变量来存放计算的过渡值或是临时状态。运行策略:本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序(脚本程序)，选用各种功能构件。比如，当您做的监控界面有一段说明文字是根据PLC的两个输入点闭合的情况分别显示不同的内容，您就要在运行策略窗口做一个if.then判断。第三章 监控界面的的设计3.1监控界面的的设计首先打开mcgs软件，见图3-1。 图3-1 MCGS打开界面选择文件新建工程，见图3-2。图3-2 新建工程按新建窗口，新建一个窗口，见图3-3。图3-3新建窗口设置窗口属性，为窗口命名并设置窗口位置，见图3-4。图3-4设置窗口属性打开窗口用工具箱里面的标签输入所需要的文字，见图3-5。图3-5输入输入所需要的文字按照课题所需要的要求输入所有要表示的数据名称，见图3-6。图3-6输出所有数据名称所输入名称的属性设置，取消填充颜色和边线，见图3-7。图3-7名称的属性再利用标签设置显示区域，所设属性填充为白色输入输出为显示输出，见图3-8。图3-8显示区域的属性设置所设显示输出为表达式为仓库二4层类型为数值量输出，见图3-9。图3-9显示区域的显示输出设置然后利用工具箱里面的标准按钮设置按钮 填写按钮标题和颜色，见图3-10。图3-10设置按钮基本属性按钮的操作属性为数据对象值操作 按1松0选择对应按钮，见图3-11。图3-11按钮的操作属性设置启动停止键的基本属性和按钮一样 修改按钮标题和颜色，见图3-12。图3-12启动按钮的属性设置操作属性也是数据对象值操作 按1松0 选择启动的对应按钮，见图3-13。图3-13按钮操作属性设置最后完成此单元的动画页面，见图3-14。图3-14动画页面实时数据库的设置 按要求新增对象对仓库名称定义 选择对象类型，见图3-15。图3-15实时数据库设置对按钮进行对象定义 输入对象名称 设置对象类型为开关型，见图3-16。图3-16按钮的对象定义对启动按钮进行定义，见图3-17。图3-17启动按钮定义最后列出所有实时数据库数据对象，见图3-18。图3-18所有的数据库对象点击设备窗口进行设备窗口的设置，见图3-19。图3-19设备窗口进入设备窗口，点击工具箱，弹出设备工具箱，见图3-20。图3-20设备工具箱选用通用串口父设备按增加进行选定，见图3-21。图3-21选择设备选择增加设备PLC型号为西门子S7-200PPI并确认，见图3-22。图3-22选择PLC型号在设备工具箱里面双击通用串口夫设备和西门子S7-200PPI进行添加，见图3-23。图3-23添加设备对通用串口父设备进行属性编辑，见图3-24。图3-24串口属性设置对西门子S7-200PPI进行基本属性设置，见图3-25。图3-25对PLC属性设置对西门子S7-200PPI进行通道连接设置，见图3-26。图3-26对PLC通道连接设置第四章 提升与入库单元的调试4.1提升与入库单元程序调试说明1.MCGS组态软件操作控制面板，见图4-1。图4-1组态控制面板图（4-1）中有五个按钮其中红色工件，绿色工件，黄色工件分别表示所移动的各种工件，启动按钮和停止按钮分别控制系统的启动和停止。当按下红色按钮，表示有一个红色工件进过，然后在相应的仓库1层就会显示“1”随着工件数量的增加显示数目增多。2. 调试注意事项1）要注意电脑和PLC通讯的连接正确设置好COM口。2）要注意MCGS里各个点对应PLC里的IO口。3）要注意步进电机和伺服电机的回原点先后顺序：必须遵守先步进电机后伺服的规则。4）要注意步进电机和伺服电机发出一个脉冲后，丝杠移动的距离。5）要判别好每层存放工件的个数（每层最多存放6个），存放满之后则会启动自动回原点工作6）要实现报警功能：当提升单元垂直向上或水平后运行到伺服系统限位或提升上限，则该单元有故障发生。3. 调试分析 连接PLC和组态软件，然后通过运行组态软件，点击启动按钮，电机开始运动，然后按下红色按钮，表示一个红色工件经过系统，仓库二的第一层显示有一个工件。再点击绿色按钮，发现显示出现数字2，显示有两个工件，多次操作发现仓库放满后没有进入其他仓库，出现一些问题，经过检查，发现在对PLC的连接过程中出现错误。后经过老师指导完成调试。结 论本课题针对柔性生产系统提升与入库单元完成了系统上位机控制软件的组态设计，能够实现以下功能：提升单元将正品工件根据颜色的不同，分别将其放置到仓库单元的各层；上位机监控整个动作过程。由于整个柔性生产系统出了提升与入库单元还有落料单元、喷涂烘干单元、加盖单元、顶销单元、检测单元、链条传送单元、成、废品分拣单元及废品输送单元。要实现整个系统的功能还需要实现与其它单元的通信，这些工作由其它课题组完成。参考文献1戴仙金主编. 西门子S7-200系列PLC应用与开发. 中国水利水电出版社；2006;2廖常初主编. S7-200 PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2007.8;3骆德汉主编. 可编程序控制器与现场总线网络控制。北京：科学出版社，2005;4 .张普礼主编. 西门子有限公司自动化与驱动集团编.深入浅出西门子S7-200 PLC.1998;5蒋庆全.FMS的现状及发展J .机械工业自动化 北京：机械工业出版社，19996刘延林编著. 柔性制造自动化概念.武昌 ：华中科技大学出版社2000;7骆德汉主编.可编程控制器与现场总线网络控制.北京：科学出版社，2005;8张万忠编著. 可编程控制器入门与应用实例（西门子S7-200系列）.北京：中国电力出版社，2004;9台方主编.可编程序控制器应用教程.中国水利水电出版社2003;附 件附件一：提升与入库单元电气控制图（见图）第 28 页