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正文內(nèi)容

基于fx2n-plc改造的thjdal-3型自動(dòng)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科論文(編輯修改稿)

2024-07-03 15:26 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 第 1 頁(yè) 共 34 頁(yè) 引言 隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技水平的提高,人類控制活動(dòng)的范圍越來(lái)越廣,控制的能力也原來(lái)越強(qiáng)。特別是在現(xiàn)在的大工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,為了保證正常的生產(chǎn)和工作條件或?yàn)榱松a(chǎn)出更高質(zhì)量、更高性能的產(chǎn)品,必須對(duì)某些物理量(如溫度、壓力、力矩、重量、流量、液位、電壓、電流、位移、速度和轉(zhuǎn)速等)進(jìn)行精確 的控制,盡量使這些物理量保持在某個(gè)數(shù)值附近,或按特定的規(guī)律變化。如在藥品生產(chǎn)過(guò)程中,要控制溫度保持恒定或按一定規(guī)律變化,以保證生產(chǎn)出高質(zhì)量的藥品。為了滿足這種控制上述物理量的需求,就必須對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的、適當(dāng)?shù)牟僮骺刂疲韵驕p弱外界干擾對(duì)設(shè)備的影響。這種操作控制,如用人工來(lái)執(zhí)行就稱為人工控制,如用自動(dòng)裝置來(lái)完成就稱為自動(dòng)控制,也成為自動(dòng)化技術(shù)。 就目前發(fā)展看,自動(dòng)化技術(shù)是綜合利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)和管理科學(xué)等學(xué)科知識(shí),采用設(shè)備集成和信息集成,實(shí)現(xiàn)了從規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、管理銷售等功能的自動(dòng)化控制。所涵蓋內(nèi)容從最底層的感應(yīng)元件、傳感器到執(zhí)行機(jī)構(gòu)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等非常廣泛,是現(xiàn)代化工業(yè)建立與發(fā)展的一個(gè)重要支柱技術(shù),是關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活改善的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是本世紀(jì)工業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)至關(guān)重要的關(guān)鍵技術(shù),其地位的重要不言而喻。 自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)就是用合適的機(jī)械和電氣設(shè)備來(lái)充當(dāng)給定元件、測(cè)量元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件、以及校正元件等控制器的構(gòu)成要素,并把這些機(jī)械和電氣設(shè)備有機(jī)地、按邏輯地結(jié)合在一起,以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算、判斷、調(diào)節(jié)、控制的功能。 現(xiàn)代的生產(chǎn)工藝 對(duì)自動(dòng)控制的要求越來(lái)越高,單純使用機(jī)械或電氣很難滿足這種要求,實(shí)際上大部分的自控系統(tǒng)是由機(jī)械設(shè)備和電氣元件相互配合來(lái)實(shí)現(xiàn)的,機(jī)械和電氣之間有著密切的聯(lián)系,既相互配合,有時(shí)又相互取代,而且又相互融合的趨勢(shì),即機(jī)電一體化。 當(dāng)機(jī)械或電氣都能實(shí)現(xiàn)某一功能時(shí),要考慮價(jià)格、性能、可靠性、壽命、參數(shù)調(diào)整、維護(hù)維修等多種因素來(lái)進(jìn)行選擇。一般來(lái)說(shuō),機(jī)械和電氣相比,具有制造成本高、易磨損、不便于修改工藝參數(shù)、維護(hù)成本高等缺陷。 因此,隨著電子電氣技術(shù)的發(fā)展,越來(lái)越多的原先必須使用復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的場(chǎng)合都逐步使用電氣設(shè)備來(lái)取代機(jī)械 設(shè)備,特別是智能化的控制設(shè)備,如可編程控制器( PLC)、工控計(jì)算機(jī)等出現(xiàn)后,電氣設(shè)備在自動(dòng)控制領(lǐng)域越來(lái)越多地起著核心作用,電氣控制的地位正變得越來(lái)越重要。 1 課題的意義及設(shè)計(jì)方案論證 課題意義 隨著 現(xiàn)代 科學(xué)技術(shù)的 不斷快速 發(fā)展,自動(dòng) 化 生產(chǎn)已 占據(jù) 了 現(xiàn)代 工業(yè) 的半壁江山 。當(dāng)然,培養(yǎng)設(shè)計(jì)和操作自動(dòng)產(chǎn)線的人才也是至關(guān)重要的。學(xué)生在校園學(xué)到的只是理論知識(shí),理論結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)是關(guān)鍵,所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇一個(gè)最接近實(shí)際生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 —— 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 第 2 頁(yè) 共 34 頁(yè) THJDAL3 型自動(dòng)生產(chǎn)線。 本課題的目的是將 THJDAL3型自動(dòng)生產(chǎn)線現(xiàn)有 的控制系統(tǒng)改造為由三菱 FX2N型PLC控制。 通過(guò)基于該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的使用、訓(xùn)練和培訓(xùn),能充分鍛煉 使用 者團(tuán)隊(duì) 的 協(xié)作能力、計(jì)劃組織能力、 自動(dòng)化生產(chǎn)線裝配檢修能力、成本與安全意識(shí)。通過(guò)該系統(tǒng)的教學(xué),可引導(dǎo)高校自動(dòng)化類專業(yè)的教學(xué)發(fā)展以及改革的走向,促進(jìn)了工學(xué)結(jié)合高等技能人員培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和改革,培養(yǎng)出更多能適應(yīng)企業(yè)需求的高素質(zhì)、多技能的、自動(dòng)化控制人才,同時(shí)為推動(dòng)了時(shí)代及工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 設(shè)計(jì)方案論證 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的 THJDAL3 型自動(dòng)生產(chǎn)線設(shè)備 是通過(guò)西門子控制,而本次畢設(shè)要求將其改成用在學(xué)校學(xué)習(xí)的三菱 PLC 控制,利用已學(xué)的知識(shí)去解決一些沒(méi)有學(xué)習(xí)的新知識(shí),把所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通,靈活運(yùn)用。 方案一:可用西門子 PLC 控制該系統(tǒng), 西門子 PLC 是德國(guó)品牌,指令比較抽象,學(xué)習(xí)難度較大,但指令較少 ,容易記住指令。西門子的模擬量模塊價(jià)格便宜,程序簡(jiǎn)單過(guò)程控制與通信控制西門子是強(qiáng)項(xiàng),而要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制西門子是弱項(xiàng),沒(méi)有特別為某項(xiàng)功能開發(fā)的 指令, 雖然對(duì) 伺服或步進(jìn)定位控制 可以實(shí)現(xiàn) , 但 是程序 量大 ,控制精度 相對(duì)較低 。若本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器,根據(jù)學(xué)生在校所學(xué)的知識(shí)是難以完成的,參數(shù)設(shè)定需要的軟件學(xué)校不 能提供和涉及的知識(shí)較深短時(shí)間難以掌握,另外,步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器價(jià)格較貴,提高成本,操作麻煩。 方案二:可用三菱 PLC 控制該系統(tǒng),三菱 PLC 是日系品牌,編程直觀易懂學(xué)習(xí)起來(lái)比較輕松。三菱 品牌具有針對(duì) 離散控制 以及 運(yùn)動(dòng)控制 的優(yōu)點(diǎn) ,三菱的指令豐富,有專用的定位指令,易于控制定位,要實(shí)現(xiàn)某些復(fù)雜的動(dòng)作控制是三菱的強(qiáng)項(xiàng) 。 而西門子在這塊就較弱,沒(méi)有專用的指令 。 但是,三菱的模擬量模塊價(jià)格昂貴,程序復(fù)雜, 相對(duì)西門的通信,三菱是處于弱勢(shì)的 。另外,直流電機(jī)比步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)和變頻器便宜,節(jié)約成本。作者在校學(xué)習(xí)的也是三菱 PLC,利用自己已學(xué)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。 綜上所述,要根據(jù)不同的設(shè)備選用不同的控制方式,要合理的選用 PLC,用其長(zhǎng)處,避其短處。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)大部分是離散控制和運(yùn)動(dòng)控制,所以該系統(tǒng)選用方案二。 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司( DEC)根據(jù)招標(biāo)要求研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器 —— PLC( DPD14 型),并成功地應(yīng)用在通用汽車的生產(chǎn)線上,而后的 20 世紀(jì) 80 年代改革開放時(shí)期可編程控制器被引入我國(guó),以可編程控制器代表的自動(dòng)化設(shè)備在我國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域取得了很大的貢獻(xiàn)。跟國(guó)際同行業(yè)相比,我國(guó)的自動(dòng) 化水平還顯得不夠成熟,在運(yùn)用于開發(fā)方面尤其不足,對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的改造尚處于起步階段,這與自動(dòng)化水平成熟的發(fā)的國(guó)家差距明顯。因此,國(guó)家在本世紀(jì)頭 20 年經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改革的主要任務(wù)是基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化,大力推進(jìn)信息化, 并進(jìn)一步提出信息化是本國(guó)加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇 。目前,對(duì)于不同品牌的 PLC 控制器而言,他們的共同趨勢(shì)都是向小型微 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 第 3 頁(yè) 共 34 頁(yè) 型和巨型兩個(gè)方向發(fā)展,功能越來(lái)越往兩個(gè)方面:特殊功能模塊,產(chǎn)品規(guī)格會(huì)系列會(huì)更多、更全,周邊相關(guān)產(chǎn)品線也會(huì)越來(lái)越豐富;性價(jià)比越來(lái)越高,能更加恰當(dāng)而不浪費(fèi)地滿足控制系統(tǒng)的要求。 近幾年來(lái),國(guó) 外興起了工廠自動(dòng)化( Factory Autoimmunization,簡(jiǎn)稱 EA)系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)( Flexible Manufacture System,簡(jiǎn)稱 FMS)及集散型控制系統(tǒng)( Distributed Control System,簡(jiǎn)稱 DCS)等發(fā)展得需要,但是在我國(guó)還鮮有這樣的例子。從這一現(xiàn)狀可以看出,我國(guó)的自動(dòng)化水平與國(guó)外技術(shù)還有一個(gè)明顯的差距。 根據(jù)當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展來(lái)看,可編程控制器目前已應(yīng)用于冶金、石油化工、汽車制造、機(jī)床、紡織、環(huán)保等行業(yè),可就其發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,在今后的發(fā)展和改革中,可編程控制器還將在生活、娛樂(lè)、交通等諸多與人們?nèi)粘O⑾⑾嚓P(guān)的領(lǐng)域占有一席之地,而且比重將會(huì)越來(lái)越高,占領(lǐng)的速度也會(huì)越來(lái)越快??梢?,在 21 世紀(jì)這個(gè)信息化、自動(dòng)化、智能化的大時(shí)代,可編程控制器的前景會(huì)無(wú)限寬廣,對(duì)自動(dòng)化技術(shù)人才的需求也會(huì)不斷增長(zhǎng),自動(dòng)化專業(yè)也必將成為 21 世紀(jì)的一個(gè)新熱門專業(yè)。 總之, PLC 已成為解決自動(dòng)控制問(wèn)題的最有效工具,必將越來(lái)越廣泛地受到人們的關(guān)注。 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求與產(chǎn)品的概述 畢業(yè)設(shè)計(jì)要求 可編程控制器 (PLC)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越 ,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域,并已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱 (PLC、工業(yè)機(jī)器人、 CAD/CAM)之一。 PLC 的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流,在不久的將來(lái) PLC 技術(shù)在本國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。所以培養(yǎng)利用 PLC 控制自動(dòng)生產(chǎn)線的人才迫在眉睫,為了讓學(xué)生能更好的把在學(xué)校學(xué)到的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中,靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí),本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生對(duì) THJDAL3 型自動(dòng)生產(chǎn)線進(jìn)行改造,提升學(xué)生融會(huì)貫通的能力。 THJDAL3 型自動(dòng)生產(chǎn)線是實(shí)驗(yàn)室中購(gòu)買的生產(chǎn)設(shè)備,它綜合了液壓與氣壓原理、PLC 技術(shù)、電器與控制技術(shù)、傳 感器技術(shù)等多門課程的知識(shí),屬于一種較為典型的生產(chǎn)線設(shè)備,為了將其現(xiàn)有的控制系統(tǒng)改造為由三菱 FX2N 型 PLC 控制,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生對(duì)其現(xiàn)有的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研,并根據(jù)其控制要求,做出總體設(shè)計(jì)方案,設(shè)計(jì)出該套系統(tǒng)的控制圖紙和程序,并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試。 產(chǎn)品概述 本系統(tǒng)是一種最為典型的機(jī)電與自動(dòng)化產(chǎn)品,是為職業(yè)院校、職業(yè)教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)而研制的,它適合機(jī)電一體化、電氣自動(dòng)化等相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和培訓(xùn)。它在接近工業(yè)生產(chǎn)制造現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)上又針對(duì)教學(xué)及實(shí)訓(xùn)目的進(jìn)行了專門設(shè)計(jì),強(qiáng)化了自動(dòng)化生產(chǎn)線的安裝與調(diào)試能力。 該系統(tǒng)由六 部分組成,分別為:輥道傳送上料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)擺臺(tái)機(jī)構(gòu)、雙工位井式上 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 第 4 頁(yè) 共 34 頁(yè) 料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)裝配機(jī)構(gòu)、加工沖壓機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)堆垛機(jī)構(gòu),完成工件上料、檢測(cè)、搬運(yùn)、加工、裝配、分揀、堆垛入庫(kù)等功能,產(chǎn)品圖片如圖 31所示。涵蓋了自動(dòng)化類中機(jī)電一體化和電氣自動(dòng)化專業(yè)中所涉及的 PLC控制、變頻調(diào)速、傳感檢測(cè)、氣動(dòng)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與調(diào)速、機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝與系統(tǒng)調(diào)試等內(nèi)容。通過(guò)基于該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的使用、訓(xùn)練和培訓(xùn),能充分鍛煉 使用 者團(tuán)隊(duì) 的 協(xié)作能力、計(jì)劃組織能力、 自動(dòng)化生產(chǎn)線裝配檢修能力、成本與安全意識(shí)。通過(guò)該系統(tǒng)的教學(xué),可引導(dǎo)高校自 動(dòng)化類專業(yè)的教學(xué)發(fā)展以及改革的走向,促進(jìn)了工學(xué)結(jié)合高等技能人員培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和改革,培養(yǎng)出更多能適應(yīng)企業(yè)需求的高素質(zhì)、多技能的、自動(dòng)化控制人才,同時(shí)為推動(dòng)了時(shí)代及我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 圖 31 產(chǎn)品圖片 產(chǎn)品的特點(diǎn) ( 1)本實(shí)訓(xùn)裝置貼近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求,是典型的自動(dòng)生產(chǎn)線,設(shè)備從選材、工藝、流程、結(jié)構(gòu)、控制等各方面都從實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出發(fā),考慮工學(xué)結(jié)合要求,有機(jī)融合了機(jī)械、電氣、氣動(dòng)、傳感器、交流電機(jī)變頻調(diào)速、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制、PLC控制及工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)等多種技術(shù),能開展任務(wù)驅(qū)動(dòng)的項(xiàng)目 教學(xué)法。 ( 2)整體結(jié)構(gòu)采用開放式和拆裝式,具有明顯的動(dòng)手拆裝實(shí)訓(xùn)功能,可以拆裝到各零部件及每顆細(xì)小的螺絲,能很好的服務(wù)于項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)教學(xué)。 ( 3)用于教學(xué),可按工作過(guò)程導(dǎo)向、工學(xué)結(jié)合的模式規(guī)劃教學(xué)活動(dòng),可完成多種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的技能培訓(xùn)任務(wù)。 ( 4)該實(shí)訓(xùn)裝置 PLC模塊 I/O端子、變頻器接線端子、各常用模塊接線端子,均采用安全型插座,使用帶安全插頭的導(dǎo)線進(jìn)行電路連接;各指令開關(guān)、光電開關(guān)、傳感器 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 第 5 頁(yè) 共 34 頁(yè) 和指示元件的電路通過(guò)端子排進(jìn)行連接。插拔線連接電路與端子排連接電路相結(jié)合,既保證學(xué)生基本技能的訓(xùn)練、形成和鞏固,又保 證電路連接的快速、安全和可靠。 系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng)主要完成工件的加工與傳送 任務(wù),通過(guò) PLC 控制接收、處理數(shù)據(jù),只要一旦有輸入信號(hào),經(jīng)過(guò) PLC 處理,就會(huì)在輸出端有相應(yīng)的輸出。本設(shè)計(jì)是基于 FX2N48MR型 PLC 控制為核心,采用模塊化設(shè)計(jì)方法,有輥道傳送上料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)擺臺(tái)機(jī)構(gòu)、雙工位井式上料機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)裝配機(jī)構(gòu)、加工沖壓機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)堆垛機(jī)構(gòu)等組成,系統(tǒng)原理框圖如圖 32 所示。 圖 32 系統(tǒng)原理框圖 4 設(shè)計(jì)項(xiàng)目及所需器材設(shè)備 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 該系統(tǒng)涵蓋的傳感器數(shù)量很多,包括 電感式、光電式、光纖式以及色標(biāo) ,每種傳感器都有其特性和原理,它們的作用及用法也不盡相同,它們共同協(xié)作時(shí)可使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。學(xué)生可通過(guò)了解各類傳感器在不同工作環(huán)境下的特性來(lái)加深對(duì)這些傳感器的認(rèn)識(shí)。 該裝置上 使用了 大量的氣動(dòng)元件,包括多種電控氣動(dòng)閥、多種氣動(dòng)缸、氣動(dòng)夾爪、真空吸盤、真空發(fā)生器、過(guò)濾減速 閥等。 這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)氣動(dòng)元件時(shí),不僅能單獨(dú)了解每一個(gè)分離元件,并且還可以通過(guò)多種氣動(dòng)元件相互組成的系統(tǒng)來(lái)學(xué)習(xí) 氣動(dòng)元件與其它元件之間是如何配合起來(lái)進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的 。 自動(dòng) 生產(chǎn) 線 的 6個(gè)部分 機(jī)構(gòu)由三 臺(tái) PLC協(xié)同聯(lián)動(dòng) 控制,這使得自動(dòng)化生產(chǎn)教學(xué)系統(tǒng)可以分成 相對(duì)應(yīng)的 完全獨(dú)立的工作機(jī)構(gòu),使 得多名學(xué)生 可以同時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí),而且每個(gè)學(xué) 系 統(tǒng) 啟 動(dòng) FX2N48MR型 PLC 加工沖壓機(jī)構(gòu) 輥道傳送上料機(jī)構(gòu) 自動(dòng)擺臺(tái)機(jī)構(gòu) 搬運(yùn)堆垛機(jī)構(gòu) 雙工位井式上料機(jī)構(gòu) 搬運(yùn)裝配機(jī)構(gòu) FX2N48MR型 PLC 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書 第 6 頁(yè) 共 34 頁(yè) 生 都有 機(jī)會(huì)了解不同的部分 。 電氣控制電路設(shè)計(jì) 自
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