基于plc控制的分拼夾具控制系統(tǒng)畢業(yè)論文(文件)

　

【正文】 路徑或INTERBUS設(shè)備。 INTERBUS的幀結(jié)構(gòu) INTERBUS傳輸?shù)目煽啃訧NTERBUS的數(shù)據(jù)通過RS485屏蔽雙絞線以查分信號(hào)傳輸，可以通過交換專門的的狀態(tài)信息檢索來檢查兩個(gè)設(shè)備之間的連接狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生電纜斷裂或接觸不良時(shí)將產(chǎn)生相應(yīng)的錯(cuò)誤信息。有兩種幀類型ID幀和數(shù)據(jù)周期幀。INTERBUS的數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)全雙工，集總幀（sunmmationframe）的傳送，同時(shí)對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn)。本地總線網(wǎng)絡(luò)連接到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上，網(wǎng)絡(luò)上的總線終端BT（BUS Terminal)上的BK模塊負(fù)責(zé)將遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為本地網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，BK模塊同時(shí)給內(nèi)部的I/O模塊電路供電。因此，本控制系統(tǒng)選擇INTERBUS作為現(xiàn)場(chǎng)總線，傳輸媒介選擇銅線，在PLC后面接有一個(gè)總線分支模塊，然后用INTERBUS總線將SWAC操作面板、閥島和現(xiàn)場(chǎng)模塊連接起來。汽車工業(yè)很多工藝都會(huì)用到懸掛和滾床，利用這種靈活的分支技術(shù)，就避免了一根總線繞到底的情況，既提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，又節(jié)省了總線電纜。三種傳輸媒介在從站間可以混合使用，有效數(shù)據(jù)傳輸效率高達(dá)52%。INTERBUS可以這樣迅速的發(fā)展，是因?yàn)檫@個(gè)總線協(xié)議確實(shí)有它自己的特點(diǎn)。這些信號(hào)相對(duì)很分散，采集點(diǎn)都處在夾具的不同部位。 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(huì)有水流的噴射，這些對(duì)設(shè)備的防護(hù)等級(jí)提出了更高的要求。同時(shí)隨著汽車行業(yè)之間競(jìng)爭的日益激烈，各生產(chǎn)廠家都普遍面臨著：提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)管理水平等種種壓力。菲尼克斯PLC自身帶有8點(diǎn)輸入和4點(diǎn)輸出，在PLC的最前面有單獨(dú)的供電模塊，只需要供24V直流電，輸入輸出模塊便可工作。 分拼夾具控制系統(tǒng)整體框圖第3章 硬件設(shè)計(jì) PLC的選擇本控制系統(tǒng)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(dòng)化系統(tǒng)中，該緊湊型控制器為高度模塊化，可適應(yīng)相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)合需求。分拼夾具共由25個(gè)氣缸組成，根據(jù)工藝的要求選擇缸徑的大小，25個(gè)氣缸分為13組，由13組電磁閥控制，按照大眾標(biāo)準(zhǔn)，每組電磁閥最多只可以控制6個(gè)氣缸。由于本工位是手動(dòng)工位，即工人手動(dòng)放工件，然后觸雙手按鈕，按下雙手按鈕后氣缸上的夾具會(huì)按照時(shí)序夾緊，當(dāng)工件被夾具固定住后，工人便可以開始焊接，當(dāng)焊接結(jié)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(gè)急停按鈕，當(dāng)工位發(fā)生不安全狀況時(shí)工人按下急停按鈕，夾具的動(dòng)作都會(huì)停止。，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(zhǔn)備。二．POLO三廂車型，夾具回到準(zhǔn)備狀態(tài)：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(zhǔn)備。，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。為了保證生產(chǎn)線的安全性，在每個(gè)工位配置了一定數(shù)量的傳感器，保證了焊接工人的安全和生產(chǎn)線的安全運(yùn)行。 本文的主要工作本課題的主要工作是對(duì)上海大眾汽車POLO車型兩廂和三廂側(cè)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(shí)現(xiàn)分拼夾具對(duì)車身側(cè)圍的固定。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。目前，我國的汽車生產(chǎn)線技術(shù)多數(shù)是采用國際標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)汽車企業(yè)的車身焊接生產(chǎn)線都是用PLC來進(jìn)行自動(dòng)化的控制，在汽車焊接生產(chǎn)線中部分的使用機(jī)器人代替人工進(jìn)行焊接以提高工作效率。早期，汽車生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。眾所周知，汽車的整車生產(chǎn)能力取決于車身的制造，汽車的更新?lián)Q代在很多程度上取決于車身技術(shù)的發(fā)展。汽車車身工程是目前世界汽車工業(yè)中研究最活躍、發(fā)展最迅速的一個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。相比之下，國外的焊接生產(chǎn)線已經(jīng)全部使用機(jī)器人進(jìn)行焊接生產(chǎn)。隨著汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和個(gè)性化的需求汽車生產(chǎn)設(shè)備要適應(yīng)這種多品種、輪番生產(chǎn)的特點(diǎn)對(duì)控制系統(tǒng)提出了程序可變的柔性控制要求。本控制系統(tǒng)可以在自動(dòng)狀態(tài)也可以在手動(dòng)狀態(tài)，在自動(dòng)方式下運(yùn)行可以極大的提高生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)更加穩(wěn)定、高效。 本文的結(jié)構(gòu)本文共分為五個(gè)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(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的內(nèi)容；第二部分為方案論證，設(shè)計(jì)分析了整個(gè)控制系統(tǒng)的方案及技術(shù)指標(biāo)；第三部分為生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，選擇PLC型號(hào)及分配I/O地址；選擇現(xiàn)場(chǎng)總線，介紹閥島、SWAC面板、現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器和現(xiàn)場(chǎng)模塊等硬件設(shè)施；第四部分為生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)啟動(dòng)條件、工位運(yùn)行和氣缸控制三部分的軟件流程圖；第五部分為生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與監(jiān)控；第六部分為結(jié)論，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行第2章 方案論證 系統(tǒng)的工藝流程本系統(tǒng)是上海大眾分場(chǎng)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(tái)夾具，工人手動(dòng)切換車型進(jìn)行焊接，夾具上共有25個(gè)氣缸，由13組電磁閥控制，實(shí)際過程中每組電磁閥控制幾個(gè)氣缸由具體工藝決定。，感應(yīng)式接近開關(guān)（ST11/ST11/ST11/ST11/4）檢測(cè)工件是否到位。，傳感器檢測(cè)工件離開后，19a和21a延時(shí)伸出，等待下一次放工件。本控制系統(tǒng)選擇菲尼克斯公司的ILC150型號(hào)的PLC作為控制器，菲尼克斯PLC自身帶有8點(diǎn)輸入和4點(diǎn)輸出模塊，在輸入輸出模塊后連接一個(gè)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(chǎn)的一個(gè)帶燈按鈕的操作面板，型號(hào)有64點(diǎn)、128點(diǎn)、192點(diǎn)，按照本控制系統(tǒng)的工藝要求選擇64點(diǎn)SWAC。每個(gè)氣缸上有兩根進(jìn)氣管，通過氣路實(shí)現(xiàn)氣缸的夾緊和打開，下面的進(jìn)氣孔為夾緊狀態(tài)，上面的進(jìn)氣孔為氣缸的打開狀態(tài)。其集成性以太網(wǎng)確保了使用PC WORX自動(dòng)化軟件進(jìn)行復(fù)核IEC 61131的參數(shù)化和編程，可與OPC服務(wù)器同步交換數(shù)據(jù)與TCP/IP兼容設(shè)備進(jìn)行通信。在大眾標(biāo)準(zhǔn)里，通常用E表示輸入，在模塊上A6/+序號(hào)表示輸入模塊的個(gè)數(shù)；用A表示輸出，在模塊上用A7/+序號(hào)表示輸出模塊的個(gè)數(shù)；例：4A表示4點(diǎn)輸出，8E表示8點(diǎn)輸入。對(duì)于汽車項(xiàng)目而言，無論是新建項(xiàng)目還是現(xiàn)有設(shè)備的擴(kuò)展和改造，在規(guī)劃和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)都應(yīng)該有一個(gè)基本指導(dǎo)原則：采用最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品，從而最大程度減小系統(tǒng)集成和調(diào)試時(shí)間、降低投資成本，方便生產(chǎn)運(yùn)行階段的維護(hù)與工藝調(diào)整。 焊接設(shè)備在焊接過程中的電磁干擾發(fā)射不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染，對(duì)連接在同一電網(wǎng)中的用電設(shè)備造成影響和損壞，對(duì)設(shè)備品質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)通信和信號(hào)傳輸都是重大的考驗(yàn)。（雙絞線），兩個(gè)從站間距就可以達(dá)到400米，單主站最多可連接255個(gè)從站。即插即用，無需設(shè)定地址，無需終端電阻。還可以從邏輯上對(duì)每個(gè)分支進(jìn)行單獨(dú)控制。 INTERBUS總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)INTERBUS總線包括遠(yuǎn)程總線網(wǎng)絡(luò)和本地總線網(wǎng)絡(luò)。 INTERBUS總線上的主要設(shè)備有總線終端BT（BUS Terminal)上的BK模塊、I/O模塊和安裝在PC或PLC等上位主設(shè)備中的總線控制板。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)診斷網(wǎng)絡(luò)故障的位置，并支持高速數(shù)字量、模擬量和clientsever類型的信息傳送。ID幀在INTERBUS總線系統(tǒng)初始化時(shí)須讀取，以產(chǎn)生過程映像。在系統(tǒng)重置時(shí)總線控制板將執(zhí)行相應(yīng)的測(cè)試程序以逐段檢查總線的功能。 總線分支模塊的選擇根據(jù)工藝的要求，菲尼克斯的PLC自身帶有的輸入輸出點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入輸出點(diǎn)很多，如果選擇輸入和輸出擴(kuò)展模塊很麻煩，而且接線非常多，對(duì)于電氣柜的美觀和資源都是一種消耗，所以在上一部分我們選擇了INTERBUS總線進(jìn)行電氣柜與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的連接，但是由于菲尼克斯的PLC無法直接連接INTERBUS總線，因此在PLC的輸入模塊后接一個(gè)總線分支模塊，INTERBUS總線內(nèi)部的信號(hào)線可以直接接到總線分支模塊的點(diǎn)上，這樣就實(shí)現(xiàn)了總線與PLC的連接。 SWAC操作面板實(shí)物圖本次設(shè)計(jì)，應(yīng)用64位的SWAC面板，其主要功能如下：（1）定義六個(gè)（若少于八個(gè)，要預(yù)留，一個(gè)電磁閥最多可控制八個(gè)氣缸）氣缸狀態(tài)指示燈，顯示氣缸的工作狀態(tài)，打開或夾緊到位為常亮狀態(tài)，反之，為閃爍狀態(tài)。如果在SWAC面板上，有不止一個(gè)控制閥指示燈閃爍，要依次按下指示燈閃爍的按鈕，檢查是哪個(gè)閥控制的氣缸出現(xiàn)問題。 SWAC操作面板供電控制原理圖 氣缸和傳感器信號(hào)線的選擇由于氣缸的打開和夾緊動(dòng)作都要由傳感器檢測(cè)是否到位，而每個(gè)FESTO氣缸內(nèi)部都自帶兩個(gè)傳感器，一個(gè)用來感應(yīng)氣缸打開到位，一個(gè)用來感應(yīng)氣缸夾緊到位，這個(gè)到位信號(hào)就要由信號(hào)線來傳送到現(xiàn)場(chǎng)模塊，進(jìn)而進(jìn)入INTERBUS總線，傳送到PLC中。 這5個(gè)芯的線分為棕色、藍(lán)色、白色、黑色和花色，其中棕色對(duì)應(yīng)1號(hào)孔的位置，藍(lán)色對(duì)應(yīng)2號(hào)孔的位置，白色對(duì)應(yīng)3號(hào)孔的位置，黑色對(duì)應(yīng)4號(hào)孔的位置，花色為接地線，0V，對(duì)應(yīng)中間5號(hào)孔的位置。 TURCK 接近開關(guān)（傳感器）接近開關(guān)中，裝有一種對(duì)接近物體有感知能力的原件。其次，接近開關(guān)也起了車型選擇的作用，因?yàn)榻咏_關(guān)放置在夾具的特定位置，不同車型的夾具放置的位置各不同。 在本設(shè)計(jì)中，在氣源處理器后有一個(gè)可以接13組電磁閥的閥島，將13組電磁閥統(tǒng)一連接到閥島上，電磁閥作為PLC的輸出信號(hào)，要將信號(hào)連接到PLC中，也需要前面提到過的菲尼克斯信號(hào)線，因此將信號(hào)線直接連接到閥島上即可。雙手按鈕內(nèi)部有與按鈕配套的氣動(dòng)閥，再由氣動(dòng)閥引出三根氣管，標(biāo)號(hào)分別為3。 現(xiàn)場(chǎng)夾具控制電路的設(shè)計(jì)由于在汽車焊裝生產(chǎn)線上，夾具臺(tái)與PLC電氣控制柜的距離較遠(yuǎn)，而且由于輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量有限，為了節(jié)省線，前面選擇了INTERBUS總線，那么每個(gè)氣缸上都有夾緊和打開兩個(gè)信號(hào)要傳送到PLC中，這就需要一個(gè)媒介，在這里選擇一種具有16點(diǎn)輸入的現(xiàn)場(chǎng)模塊，將每個(gè)氣缸上的信號(hào)線接到現(xiàn)場(chǎng)模塊上，通過INTERBUS總線將每個(gè)模塊串聯(lián)起來，這樣就構(gòu)成了一條網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)模塊只需供24V電壓就可以。 在本文的第二章已經(jīng)介紹過關(guān)于氣缸的命名原則，根據(jù)上海大眾汽車的電氣標(biāo)準(zhǔn)，氣缸命名從11開始，后面加小寫字母，從小寫字母a開始，每組電磁閥最多可以控制6個(gè)氣缸的夾緊和打開。對(duì)于第一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊即X13，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將7個(gè)氣缸連接到這個(gè)模塊上，這7個(gè)氣缸分別為13a、15a、12c、116a、18a和12b。 電氣柜內(nèi)元器件選擇及供電方案電氣柜內(nèi)的供電全部為24V弱電，每組供電前都要加一個(gè)空氣開關(guān)，起到電流的保護(hù)作用，當(dāng)電流過大時(shí)，空氣開關(guān)會(huì)斷開，根據(jù)不同負(fù)載的要求，要選擇不同額定電流的空氣開關(guān)。柜內(nèi)的供電全部為24V直流電，從現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)一的電源箱供給，但是為了安全起見，有些設(shè)計(jì)到硬件安全回路的要用另一回路供電，按照大眾標(biāo)準(zhǔn)，供電分為三級(jí)：i、j、m，i級(jí)電為第一級(jí)，即最低級(jí)供電，不涉及到任何安全問題；j級(jí)電為第二級(jí)，一般當(dāng)i級(jí)供電之后，j級(jí)電才能供給；m級(jí)電是最高級(jí)供電，本控制系統(tǒng)的繼電器就是供給m級(jí)電，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備發(fā)生安全問題時(shí)，工人按雙手按鈕，m級(jí)電就會(huì)斷掉，一般j級(jí)供電后，m級(jí)才會(huì)得電。后面并排放置了8個(gè)空氣開關(guān)，按照上海大眾的標(biāo)準(zhǔn)，空氣開關(guān)取名為F開頭，序列號(hào)從1依次往后，在空氣開關(guān)后面放置一個(gè)繼電器，負(fù)責(zé)工位的安全作用。從PLC開始，PLC有8點(diǎn)輸入4點(diǎn)輸出；SWAC面板上的按鈕是輸入點(diǎn)，燈是輸出點(diǎn)；閥島上連接的是輸出點(diǎn)；現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器以及現(xiàn)場(chǎng)模塊是輸入點(diǎn)。 現(xiàn)場(chǎng)總線耦合器地址定義輸入符號(hào)地址符號(hào)意義ST11_1IN1兩種車型共用，工件放到夾具上，傳感器感應(yīng)到信號(hào)ST11_2IN2兩種車型共用，工件放到夾具上，傳感器感應(yīng)到信號(hào)ST11_3IN3三廂車型專用，當(dāng)工件放到夾具上，感應(yīng)到工件有信號(hào)ST11_4IN4三廂車型專用，當(dāng)工件放到夾具上，感應(yīng)到工件有信號(hào)，連接方式為串聯(lián)方式，在現(xiàn)場(chǎng)總線分支模塊之后，就可以連接現(xiàn)場(chǎng)模塊，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊共有16個(gè)輸入點(diǎn)，而每個(gè)氣缸上的信號(hào)線里面偶有兩個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)為打開到位輸入信號(hào)，另一個(gè)為夾緊到位輸入信號(hào)，因此每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模塊最多可以連接8個(gè)氣缸信號(hào)線。當(dāng)總線無誤時(shí)，就會(huì)滿足急停、雙手按鈕、選擇手自動(dòng)、E2鑰匙和柱燈的啟動(dòng)條件，相應(yīng)的線圈就會(huì)得電。 氣缸動(dòng)作控制流程圖第5章 系統(tǒng)調(diào)試本文在前面進(jìn)行了硬件的設(shè)計(jì)和元器件的選擇以及對(duì)軟件的設(shè)計(jì)，接下來的工作就要進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試以及應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 IP設(shè)置圖 本機(jī)與PLC通信圖（2）在設(shè)置好IP和進(jìn)行通信之后，要進(jìn)行組態(tài)，在設(shè)備類別中找到現(xiàn)場(chǎng)硬件的型號(hào)，然后將設(shè)備類別中的型號(hào)直接用鼠標(biāo)拖到總線結(jié)構(gòu)中去即可。2．調(diào)試步驟。在調(diào)試過程中，本工位在電氣控制柜的柜內(nèi)有三處連線錯(cuò)誤，兩處是氣電轉(zhuǎn)換器的連線錯(cuò)誤，本該將兩個(gè)氣電轉(zhuǎn)換器一個(gè)連接到急停繼電器上，一個(gè)連接到PLC的輸入模塊上，但是在接線時(shí)，都接到了輸入模塊上。其次，在本工位，還有一部分輸入點(diǎn)是氣缸傳感器信號(hào)，氣缸打開和夾緊到位都有一個(gè)對(duì)PLC的反饋信號(hào)，這個(gè)信號(hào)前面講到了，是連接在現(xiàn)場(chǎng)模塊上，在調(diào)試過程中，在沒有提供氣路的前提下，氣缸是可以手動(dòng)打開和夾緊的，用手打開氣缸上的夾具，如果打開到位，氣缸上的傳感器燈就會(huì)亮，綠燈亮是代表傳感器已經(jīng)供電，可以正常使用，紅燈亮代表氣缸夾緊到位，黃燈亮代表氣缸打開到位。 （4）所有手動(dòng)部分都調(diào)試好后，就可以將SWAC操作面板上的按鈕打到自動(dòng)，讓程序自動(dòng)執(zhí)行，在執(zhí)行過程中，也出現(xiàn)了焊點(diǎn)焊接的不實(shí)，出現(xiàn)了虛焊的現(xiàn)象，這些問題有時(shí)避免不了，不影響整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行，因此就沒有進(jìn)行處理。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我受益良