【正文】 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC控制的分拼夾具控制系統(tǒng)畢業(yè)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(jié)構(gòu) 2第2章 方案論證 3 系統(tǒng)的工藝流程 3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 4第3章 硬件設(shè)計 6 PLC的選擇 6 現(xiàn)場總線及總線分支模塊的選擇 8 現(xiàn)場總線的選擇 8 INTERBUS總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 9 INTERBUS的OSI層次 10 INTERBUS的幀結(jié)構(gòu) 10 INTERBUS傳輸?shù)目煽啃?10 總線分支模塊的選擇 11 操作面板的設(shè)計 11 氣缸和傳感器信號線的選擇 13 電磁閥控制電路的設(shè)計 15 氣源處理器和電磁閥控制設(shè)計 15 氣電轉(zhuǎn)換控制 16 現(xiàn)場夾具控制電路的設(shè)計 17 電氣柜內(nèi)元器件選擇及供電方案 21第4章 軟件設(shè)計 23 軟件設(shè)計方案及輸入輸出符號的地址分配 23 軟件設(shè)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(tǒng)調(diào)試 35第6章 結(jié)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(yè)發(fā)展飛速，汽車制造業(yè)已經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，與房地產(chǎn)業(yè)并駕齊驅(qū)拉動我國經(jīng)濟的快速增長。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)展最迅速的一個領(lǐng)域。車身的焊接工業(yè)也是各汽車企業(yè)相互競爭的一個平臺，車身焊接被國內(nèi)汽車制造企業(yè)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(guān)系到廣大汽車消費者的人身安全。早期，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)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(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)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(jīng)常的重新設(shè)計和安裝，阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一狀態(tài)，在1969年，美國數(shù)字設(shè)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(chǎn)線技術(shù)多數(shù)是采用國際標準，大多數(shù)汽車企業(yè)的車身焊接生產(chǎn)線都是用PLC來進行自動化的控制，在汽車焊接生產(chǎn)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(chǎn)線已經(jīng)全部使用機器人進行焊接生產(chǎn)。1111111111111111111111111111111111122222222222222222222222222223333333333333333333333333333在國外的汽車工業(yè)焊接總體趨勢傾向于柔性化發(fā)展。柔性生產(chǎn)線是一種技術(shù)復(fù)雜、高度自動化的系統(tǒng)，它將計算機和系統(tǒng)工程等技術(shù)有機的結(jié)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(shù)的發(fā)展，人類社會對產(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)。隨著汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快和個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)的特點對控制系統(tǒng)提出了程序可變的柔性控制要求。采用PLC控制系統(tǒng)可以通過改變程序而不改變硬件的條件下，便能改變生產(chǎn)工藝。特別是在汽車生產(chǎn)中起到?jīng)Q定汽車質(zhì)量和生產(chǎn)效率的焊裝生產(chǎn)線上，采用PLC控制系統(tǒng)，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(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現(xiàn)分拼夾具對車身側(cè)圍的固定。本控制系統(tǒng)可以在自動狀態(tài)也可以在手動狀態(tài)，在自動方式下運行可以極大的提高生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)更加穩(wěn)定、高效。在手動方式下運行，可以更好的與實際情況相結(jié)合，針對具體情況可以具體操作。在課題中，對控制系統(tǒng)的軟、硬件分別進行了設(shè)計，在硬件部分主要考慮了PLC的選擇，合適的PLC可以更加經(jīng)濟有效的控制整個系統(tǒng)的運行，其次是現(xiàn)場總線的選擇，現(xiàn)場總選不光完成系統(tǒng)的要求還要更好的避免工業(yè)現(xiàn)場的各種干擾，使各個模塊之間的通信安全穩(wěn)定。為了保證生產(chǎn)線的安全性，在每個工位配置了一定數(shù)量的傳感器，保證了焊接工人的安全和生產(chǎn)線的安全運行。 本文的結(jié)構(gòu)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(tǒng)設(shè)計開發(fā)的內(nèi)容；第二部分為方案論證，設(shè)計分析了整個控制系統(tǒng)的方案及技術(shù)指標；第三部分為生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，選擇PLC型號及分配I/O地址；選擇現(xiàn)場總線，介紹閥島、SWAC面板、現(xiàn)場總線耦合器和現(xiàn)場模塊等硬件設(shè)施；第四部分為生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，設(shè)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(chǎn)線控制系統(tǒng)的現(xiàn)場調(diào)試與監(jiān)控；第六部分為結(jié)論，對整個系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計及實現(xiàn)進行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(tài)：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(yīng)式接近開關(guān)（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(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，為放入工件做好準備。，感應(yīng)式接近開關(guān)（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(tǒng)總體方案設(shè)計本控制系統(tǒng)是對上海大眾POLO汽車兩廂和三廂車型側(cè)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(cè)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(xiàn)的是工人手動對車型的轉(zhuǎn)換，當三廂車放在夾具上時，傳感器感應(yīng)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(yīng)到工件，相應(yīng)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(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急停按鈕，當工位發(fā)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(tǒng)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(chǎn)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(tǒng)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(yù)先設(shè)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(xiàn)場總線耦合器上，只有通過現(xiàn)場總線耦合器才能將現(xiàn)場模塊連接到總線上。分拼夾具共由25個氣缸組成，根據(jù)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(xiàn)氣缸的夾緊和打開，下面的進氣孔為夾緊狀態(tài)，上面的進氣孔為氣缸的打開狀態(tài)。氣缸內(nèi)部有兩個傳感器，一個感應(yīng)夾緊狀態(tài)，另一個感應(yīng)打開狀態(tài)，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(jié)省資源，在夾具臺上放置4個現(xiàn)場輸入模塊，每個現(xiàn)場模塊有16點輸入，用INTERBUS總線將各個模塊連接到現(xiàn)場總線耦合器上。 分拼夾具控制系統(tǒng)整體框圖第3章 硬件設(shè)計 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)用場合需求。其集成性以太網(wǎng)確保了使用PC WORX自動化軟件進行復(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(shù)據(jù)類型），具有256千字節(jié)的程序存儲器和256千字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，并且具有8千字節(jié)數(shù)據(jù)保存區(qū)，4M內(nèi)部參數(shù)化存儲區(qū)，還有一個INTEBUS和ETHERNET接口還集成8通道數(shù)字量輸入和4通道數(shù)字量輸出。 菲尼克斯IL150型號PLC實物圖菲尼克斯PLC的編程環(huán)境為PC WORX，此軟件也由菲尼克斯公司生產(chǎn)，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(shù)；用A表示輸出，在模塊上用A7/+序號表示輸出模塊的個數(shù)；例：4A表示4點輸出，8E表示8點輸入。 菲尼克斯PLC結(jié)構(gòu)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(shù)字量輸出點；A6/1表示第一個輸入模塊，8E表示8點數(shù)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(shè)備既省線又快捷的連接到PLC上。 PLC供電控制原理圖 現(xiàn)場總線及總線分支模塊的選擇 現(xiàn)場總線的選擇汽車制造業(yè)是典型的多工種、多工藝、多物料的大規(guī)模生產(chǎn)過程。同時隨著汽車行業(yè)之間競爭的日益激烈，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。對于汽車項目而言，無論是新建項目還是現(xiàn)有設(shè)備的擴展和改造，在規(guī)劃和設(shè)計控制系統(tǒng)時都應(yīng)該有一個基本指導原則：采用最先進的自動化技術(shù)和產(chǎn)品，從而最大程度減小系統(tǒng)集成和調(diào)試時間、降低投資成本，方便生產(chǎn)運行階段的維護與工藝調(diào)整。提高各工藝設(shè)備系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少故障停機時間保證計劃產(chǎn)量的實現(xiàn)。對汽車工業(yè)的控制系統(tǒng)的要求也有別于其他行業(yè)的自動控制系統(tǒng)，因為汽車焊裝工藝相對比較復(fù)雜，意味著汽車工業(yè)控制現(xiàn)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(shè)備的防護等級提出了更高的要求。 焊接設(shè)備在焊接過程中的電磁干擾發(fā)射不僅會對電網(wǎng)造成污染，對連接在同一電網(wǎng)中的用電設(shè)備造成影響和損壞，對設(shè)備品質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)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(qū)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(jù)汽車焊裝車間對工藝的以上要求，本控制系統(tǒng)選擇菲尼克斯公司的INTERBUS總線為現(xiàn)場總線。INTERBUS總線是世界上最早的現(xiàn)場總線，由德國的PHOENIX CONTACT公司研發(fā)，由于該總線的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，已經(jīng)先后成為德國的標準。INTERBUS可以這樣迅速的發(fā)展，是因為這個總線協(xié)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/?？偩€采用獨特的環(huán)形組網(wǎng)形式和傳輸協(xié)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(shù)據(jù)傳輸效率高達52%。即插即用，無需設(shè)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(xiàn)出它獨有的優(yōu)勢，也正是因為這樣，INTERBUS總線協(xié)議才能成為世界汽車行業(yè)最受歡迎的總線。本控制系統(tǒng)選擇INTERBUS作為總線的原因還有總線的拓撲結(jié)構(gòu)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(yè)很多工藝都會用到懸掛和滾床，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。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(jié)構(gòu)也使用戶在進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時非常的寬松、靈活和方便。使用其他總線協(xié)議往往在距離、站數(shù)、站點分布這方面會有一些技術(shù)束縛，INTERBUS可以讓用戶解脫出來。因此，本控制系統(tǒng)選擇INTERBUS作