基于plc控制的分拼夾具控制系統畢業論文(已修改)

　

【正文】 本科生畢業設計（論文）基于PLC控制的分拼夾具控制系統畢業論文目 錄第1章 緒 論 1 引言 1 本文的主要工作 2 本文的結構 2第2章 方案論證 3 系統的工藝流程 3 系統總體方案設計 4第3章 硬件設計 6 PLC的選擇 6 現場總線及總線分支模塊的選擇 8 現場總線的選擇 8 INTERBUS總線的網絡結構 9 INTERBUS的OSI層次 10 INTERBUS的幀結構 10 INTERBUS傳輸的可靠性 10 總線分支模塊的選擇 11 操作面板的設計 11 氣缸和傳感器信號線的選擇 13 電磁閥控制電路的設計 15 氣源處理器和電磁閥控制設計 15 氣電轉換控制 16 現場夾具控制電路的設計 17 電氣柜內元器件選擇及供電方案 21第4章 軟件設計 23 軟件設計方案及輸入輸出符號的地址分配 23 軟件設計方案 23 輸入輸出符號的地址分配 23 主程序流程圖 31 啟動條件與工位控制流程圖 33 氣缸動作控制流程圖 34第5章 系統調試 35第6章 結論 39參考文獻 40致 謝 41附 錄 Ⅰ 42附 錄 Ⅱ 49附 錄 Ⅲ 56II第1章 緒 論 引言近年來，中國的汽車工業發展飛速，汽車制造業已經成為我國國民經濟的支柱產業，與房地產業并駕齊驅拉動我國經濟的快速增長。眾所周知，汽車的整車生產能力取決于車身的制造，汽車的更新換代在很多程度上取決于車身技術的發展。汽車車身工程是目前世界汽車工業中研究最活躍、發展最迅速的一個領域。車身的焊接工業也是各汽車企業相互競爭的一個平臺，車身焊接被國內汽車制造企業視為車輛制造的四大工藝之一。車身的焊接工藝直接決定著汽車的安全性，直接關系到廣大汽車消費者的人身安全。早期，汽車生產流水線的自動控制系統基本上都是由繼電器控制裝置構成的。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產的發展，汽車型號更新的周期越來越短，繼電器控制裝置就需要經常的重新設計和安裝，阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一狀態，在1969年，美國數字設備公司研制出第一臺PLC，即可編程邏輯控制器，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。目前，我國的汽車生產線技術多數是采用國際標準，大多數汽車企業的車身焊接生產線都是用PLC來進行自動化的控制，在汽車焊接生產線中部分的使用機器人代替人工進行焊接以提高工作效率。相比之下，國外的焊接生產線已經全部使用機器人進行焊接生產。1111111111111111111111111111111111122222222222222222222222222223333333333333333333333333333在國外的汽車工業焊接總體趨勢傾向于柔性化發展。柔性生產線是一種技術復雜、高度自動化的系統，它將計算機和系統工程等技術有機的結合起來，理想而圓滿的解決了機械制造高度自動化和高柔性化之間的矛盾。隨著科學技術的發展，人類社會對產品的功能與質量的要求越來越高，產品更新換代的周期越來越短，產品的復雜程度也隨之增高，傳統的大批量生產方式受到了挑戰。隨著汽車產品更新換代的加快和個性化的需求汽車生產設備要適應這種多品種、輪番生產的特點對控制系統提出了程序可變的柔性控制要求。采用PLC控制系統可以通過改變程序而不改變硬件的條件下，便能改變生產工藝。特別是在汽車生產中起到決定汽車質量和生產效率的焊裝生產線上，采用PLC控制系統，可以更好的滿足柔性控制要求。 本文的主要工作本課題的主要工作是對上海大眾汽車POLO車型兩廂和三廂側圍焊裝分拼夾具的控制，通過PLC控制氣缸的打開和夾緊來實現分拼夾具對車身側圍的固定。本控制系統可以在自動狀態也可以在手動狀態，在自動方式下運行可以極大的提高生產效率，使生產更加穩定、高效。在手動方式下運行，可以更好的與實際情況相結合，針對具體情況可以具體操作。在課題中，對控制系統的軟、硬件分別進行了設計，在硬件部分主要考慮了PLC的選擇，合適的PLC可以更加經濟有效的控制整個系統的運行，其次是現場總線的選擇，現場總選不光完成系統的要求還要更好的避免工業現場的各種干擾，使各個模塊之間的通信安全穩定。為了保證生產線的安全性，在每個工位配置了一定數量的傳感器，保證了焊接工人的安全和生產線的安全運行。 本文的結構本文共分為五個部分：第一部分為緒論，總體介紹了課題的背景來源以及此系統設計開發的內容；第二部分為方案論證，設計分析了整個控制系統的方案及技術指標；第三部分為生產線控制系統的硬件設計，選擇PLC型號及分配I/O地址；選擇現場總線，介紹閥島、SWAC面板、現場總線耦合器和現場模塊等硬件設施；第四部分為生產線控制系統的軟件設計，設計啟動條件、工位運行和氣缸控制三部分的軟件流程圖；第五部分為生產線控制系統的現場調試與監控；第六部分為結論，對整個系統的開發設計及實現進行第2章 方案論證 系統的工藝流程本系統是上海大眾分場焊裝車間POLO工位的分拼夾具控制，本工位為POLO兩廂車型和POLO三廂車型共用一臺夾具，工人手動切換車型進行焊接，夾具上共有25個氣缸，由13組電磁閥控制，實際過程中每組電磁閥控制幾個氣缸由具體工藝決定。電磁閥編號由11開始，氣缸編號由小寫字母a開始，（例：11號電磁閥控制兩個氣缸，編號就為11a、11b），具體工藝時序如下：一．POLO兩廂車型，夾具回到準備狀態：夾緊氣缸11a、12a打開；伸縮氣缸20a伸出；伸縮氣缸21a縮回；拉桿氣缸23a縮回；夾緊氣缸23b打開；拉桿氣缸22a伸出，為放入工件做好準備。，感應式接近開關（ST11/ST11/2）檢測工件是否到位。，夾緊氣缸12a、12b伸出，13a夾緊，13b縮回，15a—15c、16a—16b和18a—18c夾緊，將工件夾緊固定。，15a—15c,16a—16b，18a—18c打開，12a—12c，13a打開，13b伸出，19a，20a縮回，夾具將工件松開，為取出工件做準備。，傳感器檢測工件離開后，19a和20a延時伸出，等待下一次放工件。二．POLO三廂車型，夾具回到準備狀態：拉桿氣缸22a縮回；夾緊氣缸11a—11b夾緊；伸縮氣缸21a伸出；伸縮氣缸20a縮回；拉桿氣缸23a伸出；夾緊氣缸23b夾緊，為放入工件做好準備。，感應式接近開關（ST11/ST11/ST11/ST11/4）檢測工件是否到位。，夾緊氣缸12a,12b伸出，12c夾緊，14a夾緊，15a—15c，16a16b，17a—17c夾緊，將工件夾緊固定。，15a—15c，16a—16b，17a—17c打開，夾緊氣缸12a，12b縮回，12c打開，14a打開，19a和21a縮回，夾具將工件松開，為取出工件做好準備。，傳感器檢測工件離開后，19a和21a延時伸出，等待下一次放工件。 系統總體方案設計本控制系統是對上海大眾POLO汽車兩廂和三廂車型側圍分拼夾具的控制。 車型手動切換工位夾具LAYOUT圖以上為夾具對POLO車型車身側圍的固定布置圖，也稱LAYOUT圖，POLO汽車分為兩廂和三廂車型，在本工位將實現的是工人手動對車型的轉換，當三廂車放在夾具上時，傳感器感應到工件，會選擇此車型的汽缸進行夾緊和打開的動作，當兩廂車型放在夾具上時，同樣會有傳感器感應到工件，相應的這個車型的氣缸會進行動作，AFO為工位的意思，120是本工位的編號，240和241是POLO兩廂和三廂車型的編號。由于本工位是手動工位，即工人手動放工件，然后觸雙手按鈕，按下雙手按鈕后氣缸上的夾具會按照時序夾緊，當工件被夾具固定住后，工人便可以開始焊接，當焊接結束后，工人再觸一次雙手按鈕，氣缸打開，工人將取走工件，在雙手按鈕的中間有個急停按鈕，當工位發生不安全狀況時工人按下急停按鈕，夾具的動作都會停止。本控制系統選擇菲尼克斯公司的ILC150型號的PLC作為控制器，菲尼克斯PLC自身帶有8點輸入和4點輸出模塊，在輸入輸出模塊后連接一個總線分支模塊，以便于連接INTERBUS總線；從電氣控制柜出來的INTERBUS總線首先連接到SWAC操作面板，SWAC操作面板是德國生產的一個帶燈按鈕的操作面板，型號有64點、128點、192點，按照本控制系統的工藝要求選擇64點SWAC。64點SWAC共有四行，沒行有16點，每個點的地址都是預先設置好的，因此可以直接用INTERBUS總線直接連接，并且供24V直流電。從SWAC操作面板出來的INTERBUS總線連接到現場總線耦合器上，只有通過現場總線耦合器才能將現場模塊連接到總線上。分拼夾具共由25個氣缸組成，根據工藝的要求選擇缸徑的大小，25個氣缸分為13組，由13組電磁閥控制，按照大眾標準，每組電磁閥最多只可以控制6個氣缸。每個氣缸上有兩根進氣管，通過氣路實現氣缸的夾緊和打開，下面的進氣孔為夾緊狀態，上面的進氣孔為氣缸的打開狀態。氣缸內部有兩個傳感器，一個感應夾緊狀態，另一個感應打開狀態，而每個氣缸上都有一根信號線，用來給傳感器供24 V直流電和向PLC輸送傳感器的打開或夾緊信號。由于夾具與PLC電氣控制柜的距離較遠，為了便于布線和節省資源，在夾具臺上放置4個現場輸入模塊，每個現場模塊有16點輸入，用INTERBUS總線將各個模塊連接到現場總線耦合器上。 分拼夾具控制系統整體框圖第3章 硬件設計 PLC的選擇本控制系統的控制器選擇菲尼克斯電氣公司的ILC 150 PLC，該控制器可用于直接集成在Inline自動化系統中，該緊湊型控制器為高度模塊化，可適應相關的應用場合需求。其集成性以太網確保了使用PC WORX自動化軟件進行復核IEC 61131的參數化和編程，可與OPC服務器同步交換數據與TCP/IP兼容設備進行通信。菲尼克斯ILC 150 ETH型號的PLC處理速度達到90us每千條指令（位控制數據類型），具有256千字節的程序存儲器和256千字節的數據存儲器，并且具有8千字節數據保存區，4M內部參數化存儲區，還有一個INTEBUS和ETHERNET接口還集成8通道數字量輸入和4通道數字量輸出。 菲尼克斯IL150型號PLC實物圖菲尼克斯PLC的編程環境為PC WORX，此軟件也由菲尼克斯公司生產，使用方便，不需要刻意的分配地址，只需要將符號和輸入輸出點進行鏈接就可以。菲尼克斯PLC自身帶有8點輸入和4點輸出，在PLC的最前面有單獨的供電模塊，只需要供24V直流電，輸入輸出模塊便可工作。在大眾標準里，通常用E表示輸入，在模塊上A6/+序號表示輸入模塊的個數；用A表示輸出，在模塊上用A7/+序號表示輸出模塊的個數；例：4A表示4點輸出，8E表示8點輸入。 菲尼克斯PLC結構圖圖中的A5/1表示PLC本身，后面連接的是一個供電模塊，A7/1表示第一個輸出模塊，4A表示4點數字量輸出點；A6/1表示第一個輸入模塊，8E表示8點數字量輸入點；A5/2是PLC自帶的總線分支模塊，通過這個模塊連接INTERBUS總線，將外部設備既省線又快捷的連接到PLC上。 PLC供電控制原理圖 現場總線及總線分支模塊的選擇 現場總線的選擇汽車制造業是典型的多工種、多工藝、多物料的大規模生產過程。同時隨著汽車行業之間競爭的日益激烈，各生產廠家都普遍面臨著：提高生產效率、降低生產成本、提高生產管理水平等種種壓力。對于汽車項目而言，無論是新建項目還是現有設備的擴展和改造，在規劃和設計控制系統時都應該有一個基本指導原則：采用最先進的自動化技術和產品，從而最大程度減小系統集成和調試時間、降低投資成本，方便生產運行階段的維護與工藝調整。提高各工藝設備系統的穩定性，減少故障停機時間保證計劃產量的實現。對汽車工業的控制系統的要求也有別于其他行業的自動控制系統，因為汽車焊裝工藝相對比較復雜，意味著汽車工業控制現場的一些典型特點：。 焊接的過程中充斥著焊渣和焊接飛濺，更換焊槍電極頭也有可能會有水流的噴射，這些對設備的防護等級提出了更高的要求。 焊接設備在焊接過程中的電磁干擾發射不僅會對電網造成污染，對連接在同一電網中的用電設備造成影響和損壞，對設備品質、網絡通信和信號傳輸都是重大的考驗。 每個工位夾具上都有相當多的電磁閥需要驅動，眾多的氣缸上的夾緊和松開到位的信號需要收集。這些信號相對很分散，采集點都處在夾具的不同部位。根據汽車焊裝車間對工藝的以上要求，本控制系統選擇菲尼克斯公司的INTERBUS總線為現場總線。INTERBUS總線是世界上最早的現場總線，由德國的PHOENIX CONTACT公司研發，由于該總線的廣泛應用和快速發展，已經先后成為德國的標準。INTERBUS可以這樣迅速的發展，是因為這個總線協議確實有它自己的特點。（雙絞線），兩個從站間距就可以達到400米，單主站最多可連接255個從站。恒定的傳輸速率500Kbps時，掃描4096個I/。總線采用獨特的環形組網形式和傳輸協議，它具備其他總線所沒有的準確的故障定位、詳實的故障信息。三種傳輸媒介在從站間可以混合使用，有效數據傳輸效率高達52%。即插即用，無需設定地址，無需終端電阻。這里很多特性都是INTERBUS所獨有的，這些特性在很多工藝場合可以體現出它獨有的優勢，也正是因為這樣，INTERBUS總線協議才能成為世界汽車行業最受歡迎的總線。本控制系統選擇INTERBUS作為總線的原因還有總線的拓撲結構非常的靈活，可以任意的接分支，分支上面還可以再接若干分支，一直可以拓撲16層。汽車工業很多工藝都會用到懸掛和滾床，利用這種靈活的分支技術，就避免了一根總線繞到底的情況，既提高了網絡的穩定性，又節省了總線電纜。還可以從邏輯上對每個分支進行單獨控制。較長的傳輸距離和靈活的拓撲結構也使用戶在進行網絡規劃時非常的寬松、靈活和方便。使用其他總線協議往往在距離、站數、站點分布這方面會有一些技術束縛，INTERBUS可以讓用戶解脫出來。因此，本控制系統選擇INTERBUS作