EAPS柔性生产线控制系统设计-机械设计制造及其自动化毕业论文.doc
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1、昌理工学院本科生毕业论文2013届本科生毕业论文 学 号:090202010143成 绩: 院 部: 机电工程系 专 业: 机械设计制造及其自动化 姓 名: 胡小荣 指导教师: 刘耀元 二一三年四月毕业论文诚信声明本人郑重声明:所呈交的毕业论文 EAPS100柔性生产线控制系统设计 是本人在指导老师的指导下,独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果,均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。 作者签名: 年 月 日摘 要近20 年来,气动技术的运用领域快速拓宽,特别是在各种自动化生产线上得 到广泛应用 电气可编程控制技术与气动技术相结合, 使
2、整个系统自动化程度更高, 控制方式更灵活,性能更加可靠;气动机械手、柔性自动生产线的迅速发展,对气 动技术提出了更多更高的要求;微电子技术的入,促进了电气比例伺服技术的发 展,现代控制理论的发展,使气动技术从开关控制进入闭环比例伺服控制,控制精 度不断提高;由于气动脉宽调制技术具有结构简单、抗污染能力强和成本低廉等特 点,国内外都在大力开发研究目前,电机在控制系统中的应用越来越广泛,由此凸现了电机控制的重要性。本文简单介绍了步进电机背景、现状以及未来的发展趋势,以及步进电机的各种控制方法及细分控制原理。通过分析步进电机控制的相关控制方法并以此为基础对本次设计有一个总体的规划,同时分析本次设计的
3、重点以及难点,找出解决方法,最终得到整体的设计模块流程,完成本次设计。机械工业是国民的装备部, 是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消 费品的产业。 机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的 重要标志。因此,世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一 (张志献,2002)。新世纪,生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。 现代工业中生产过程的机械化, 自动化已成为突出的主题。 然而在机械工业中,加工、装配等生产是不连续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来,不仅费时而且效率不高。同时人的劳动强度非常大,有时还会 出现失误及伤害。显然
4、这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。【关键词】:柔性生产 气动机械手 机械工业化 自动化Abstract外文摘要内容与中文摘要对应:he advantages of PLC control(控制优势 PLC 的控制优势)Any control system goes through four stages from conception to a working plant. A PLC system brings advantages at each stage. The first stage is design; the required plant is studied a
5、nd the control strategies decided. With conventional systems design must be complete before construction can start. With a PLC system all that is needed is a possibly vague idea of the size of the machine and the I/O requirements (how many inputs and outputs). The input and output cards are cheap at
6、 this stage, so a healthy spare capacity can be built in to allow for the inevitable omissions and future developments. Next comes construction. With conventional schemes, every job is a one-off with inevitable delays and costs. A PLC system is simply bolted together from standard parts. During this
7、 time the writing of the PLC program is started (or at least the detailed program specification is written). The next stage is installation, a tedious and expensive business as sensors, actuators, limit switches and operator controls are cabled. A distributed PLC system using serial links and prebui
8、lt and tested desks can simplify installation and bring huge cost benefits. The majority of the PLC program is written at this stage. Finally comes commissioning, and this is where the real advantages are found. No plant ever works first time. Human nature being what it is, there will be some oversi
9、ghts. Changes to conventional systems are time con summing and expensive. Provided the designer of the PLC system has built in spare memory capacity, spare I/O and a few spare cores in multicourse cables, most changes can be made quickly and relatively cheaply. An added bonus is that all changes are
10、 recorded in the PLCs program and commissioning modifications do not go unrecorded, as is often the case in conventional systems. There is an additional fifth stage, maintenance, which starts once the plant is working and is handed over to production. All plants have faults, and most tend to spend t
11、he majority of their time in some form of failure mode. A PLC system provides a very powerful tool for assisting with fault diagnosis.外文文献翻译: 外文文献翻译:控制优势 PLC 的控制优势任何控制系统从概念到进入工厂工作都要经历四个阶段。PLC系统在每一个阶段都有优势。第一阶段是设计,对工厂的需要进行研究和制定控制策略,传统的运行平台的设计和制造必须在设计进行前完成。PLC 系统仅仅需要的是一个模糊的关于机器的可能大小的想法和 I/O 数量的要求(多少输入和
12、输出接口)。在这个阶段输 入和输出芯片十分便宜,所以可以内置一个很健全的备用容量,它允许用来补充 遗漏项目和为未来的扩充做准备。 其次是设计。传统的方案是,每一项工作都是“一次成型”这不可避免的造 成了工程拖延和增加成本。一个的 PLC 系统使用最简单的标准件螺栓连接在一 起。在这样的连接下开始编写 PLC 程序(或者至少是写入详细的程序规范) 。 下一阶段是安装, 安装是一种繁琐和昂贵的工作, 例如安装传感器、 执行器、 限制开关系统和主机的连接。分布式 PLC 系统使用串行链路式的预编译,测试界 面可以简化安装它带来了巨大的成本优势。PLC 的程序多数在这个阶段完成。 最后是调试,而这正是
13、 PLC 真正的优势被发掘的部分。没有任何设备在第一 次就正常工作。人性就是这样,总会有一些疏漏。与传统的系统变动情况的耗时 和昂贵相比,PLC 的设计师提供了系的内置备用内存容量、备用 I/O 和一些备用 多芯电缆线,多数的变动能迅速和相对便宜的完成。另外一个好处是,所有的变 化 PLC 都有记录,程序的调试和修改不会因为没有被记录而遗失,这是一个经常 发生在常规系统中的问题。 还有一个额外的第五阶段,维护,一旦启动工作,并移交生产就产生了维护 的问题。所有设备都有缺点,大多数设备在错误的模式中度过了它们的大部分的 时间。 PLC 系统提供了一个非常强大的工具帮助诊断故障。【关键词】:PLC
14、控制系统 目 录第1章 柔性生产控制技术简介(小4号、黑体,行距1.5倍) 1.1柔性生产技术概况 1.2 柔性生产设备控制系统 1.3 PLC控制技术 第2章 步进电机及控制 2.1 步进电动机结构及工作原理 2.2 PLC控制步进电机硬件 2.3 PLC控制步进电机程序 第3章传感器及气动技术3.1 传感器技术 3.2 气动元件 3.3 气动回路 第4章EAPS100柔性生产线PLC控制4.1 设备介绍 4.2 PLC硬件接线 4.3 器件清单 第5章 PLC软件设计5.1 流程图和梯形图 5.2传感器与PCL连接5.3 指令表 第6章 PLC软件调试 6.1软件介绍 6.2 程序调试 6
15、.3 人机界面 第7章 设计小结 参考文献 附 录致 谢 第1章 柔性生产控制技术简介1.1柔性生产技术概况1.1.1 EAPS100柔性加工系统EAPS100柔性生产加工系统是深圳科莱德公司引进德国技术研制的新一代自动化生产线实训设备,是一套完全工业级的自动化生产制造系统,包括plc,步进电动机,机械手,变频电动机,传感器,伺服电动机,同步电动机,机械运输结构等主要元件。整个生产线能够实现工件上料,冲压,清洗,组装,存储等多种复杂功能。图1-1是EAPS100柔性生产加工系统外形图 (图1-1)1.1.2柔性制造技术 性制造技术也称柔性集成制造技术,是现代先进制造技术的统称。柔性制造技术集自
16、动化技术、信息技术和制作加工技术于一体,把以往工厂企业中相互孤立的工程设计、制造、经营管理等过程,在计算机及其软件和数据库的支持下,构成一个覆盖整个企业的有机系统1.2 柔性生产设备控制系统1.2.1柔性生产设备图1-2 上料单元上料单元是整套系统的起始单元,自动将工件送到环型流水线进入下一工序加工。图1-3 上料单元电气柜布局 图1-4 组装单元组装单元为系统的第三单元,该单元是将工件放入工件盒中。图1-5 环型流水线电气柜布局1.2.2 柔性控制系统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
17、挑战。为了同时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,是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡,柔性自动化系统便应运而生。1.2.3柔性控制系统发展趋势柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计和辅助制造系统相结合,利用原有产品系列的典型工艺资料,组合设计不同模块,构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化,特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中,柔性制造系统只是它的一个组成部分。1.3 PLC控制技术可编程控制器(Programma
18、ble Logic controller ,简称PLC)是以微处理器为基础,综合了计算机技术与自动化技术而开发的新一代工业控制器。它具有可靠性高、适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点,已成为解决自动控制问题的最有效工具,是当前先进工业自动化的三大支拄之一。 PLC是工控系统最重要的核心组件,是整个系统的大脑。PLC的出现,是其以往的继电器连接控制,成为过去的时代。可编程控制器一体积小功能强大所著称,他不但可以很容易的完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、技术控制、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制。特别是现
19、在,由于信息、网络时代的到来,扩展了PLC的功能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业。PLC更高层次的发展,需要不断努力来实现。PLC的实现已经改变了很多工控设备,为了更多的工控设备得到改善,发展PLC技术是重要途径之一。可编程控制器作为一种通用的工业控制器,他可以用于所有的工业领域。当前国内外已经广泛的将可编程控制器成功的应用到机械、冶金、石油、化工、纺织、交通、电力、军事等各领域,并且获得了可观的技术经济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平。第2章 步进电机及控制2.1 步进电动机结构及工作原理2.1.1步进电动机的简介步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线
20、位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。结构示意图如2-1所示(图2-1)2.2 PLC控制步进电机硬件步进电机不是直接通过PLC驱动,而是用专业的步进驱动器驱动,PLC只要给步进驱动器提供脉冲信号和方向信号
21、就可以了2.2.1 步进电机驱动器(1)步进电机驱动器。对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。本设计选用第三种方案,用PMM8713三相或四相步进电机的脉冲分配器、SI-7300A两相或四相功率驱动器,组成四相步进电机功率驱动电路,以提高集成度和可靠性其工作原理如图2.2所示(图2-2)(2)步进电机驱动器接线示意图如图2-3所示(图2-3)(3)PLC与步进驱动器的连接为方便接线,系统只将步进驱动器“脉冲信号+”和“方向控制信号+”引到了控制台的面板,而“脉冲信号+”和“方向控制信号+”直接接到了开关电源的负极上。如图2-4所
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