【文章內(nèi)容簡介】 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）說明書 第 1 頁 共 34 頁 引言 隨著社會的進(jìn)步和科技水平的提高，人類控制活動的范圍越來越廣，控制的能力也原來越強(qiáng)。特別是在現(xiàn)在的大工業(yè)生產(chǎn)過程中，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?，以消除或減弱外界干擾對設(shè)備的影響。這種操作控制，如用人工來執(zhí)行就稱為人工控制，如用自動裝置來完成就稱為自動控制，也成為自動化技術(shù)。 就目前發(fā)展看，自動化技術(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，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)、自動化監(jiān)測系統(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。 自動控制的實(shí)現(xiàn)就是用合適的機(jī)械和電氣設(shè)備來充當(dāng)給定元件、測量元件、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)自動檢測、計(jì)算、判斷、調(diào)節(jié)、控制的功能。 現(xiàn)代的生產(chǎn)工藝 對自動控制的要求越來越高，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，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)維修等多種因素來進(jìn)行選擇。一般來說，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，越來越多的原先必須使用復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的場合都逐步使用電氣設(shè)備來取代機(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)備在自動控制領(lǐng)域越來越多地起著核心作用，電氣控制的地位正變得越來越重要。 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 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，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）說明書 第 2 頁 共 34 頁 THJDAL3 型自動生產(chǎn)線。 本課題的目的是將 THJDAL3型自動生產(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、 自動化生產(chǎn)線裝配檢修能力、成本與安全意識。通過該系統(tǒng)的教學(xué)，可引導(dǎo)高校自動化類專業(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、自動化控制人才，同時(shí)為推動了時(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 型自動生產(chǎn)線設(shè)備 是通過西門子控制，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)的知識去解決一些沒有學(xué)習(xí)的新知識，把所學(xué)知識融會貫通，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，程序簡單過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)雜的動作控制西門子是弱項(xiàng)，沒有特別為某項(xiàng)功能開發(fā)的 指令， 雖然對 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)起來比較輕松。三菱 品牌具有針對 離散控制 以及 運(yùn)動控制 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)雜的動作控制是三菱的強(qiáng)項(xiàng) 。 而西門子在這塊就較弱，沒有專用的指令 。 但是，三菱的模擬量模塊價(jià)格昂貴，程序復(fù)雜， 相對西門的通信，三菱是處于弱勢的 。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)知識來解決問題。 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)動控制，所以該系統(tǒng)選用方案二。 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自 1969 年美國數(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，以可編程控制器代表的自動化設(shè)備在我國工業(yè)控制領(lǐng)域取得了很大的貢獻(xiàn)。跟國際同行業(yè)相比，我國的自動 化水平還顯得不夠成熟，在運(yùn)用于開發(fā)方面尤其不足，對自動化技術(shù)的改造尚處于起步階段，這與自動化水平成熟的發(fā)的國家差距明顯。因此，國家在本世紀(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加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化的必然選擇 。目前，對于不同品牌的 PLC 控制器而言，他們的共同趨勢都是向小型微 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）說明書 第 3 頁 共 34 頁 型和巨型兩個(gè)方向發(fā)展，功能越來越往兩個(gè)方面：特殊功能模塊，產(chǎn)品規(guī)格會系列會更多、更全，周邊相關(guān)產(chǎn)品線也會越來越豐富；性價(jià)比越來越高，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，國 外興起了工廠自動化（ Factory Autoimmunization，簡稱 EA）系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)（ Flexible Manufacture System,簡稱 FMS）及集散型控制系統(tǒng)（ Distributed Control System,簡稱 DCS）等發(fā)展得需要，但是在我國還鮮有這樣的例子。從這一現(xiàn)狀可以看出，我國的自動化水平與國外技術(shù)還有一個(gè)明顯的差距。 根據(jù)當(dāng)今社會的發(fā)展來看，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)展趨勢來看，在今后的發(fā)展和改革中，可編程控制器還將在生活、娛樂、交通等諸多與人們?nèi)粘Ｏ⑾⑾嚓P(guān)的領(lǐng)域占有一席之地，而且比重將會越來越高，占領(lǐng)的速度也會越來越快。可見，在 21 世紀(jì)這個(gè)信息化、自動化、智能化的大時(shí)代，可編程控制器的前景會無限寬廣，對自動化技術(shù)人才的需求也會不斷增長，自動化專業(yè)也必將成為 21 世紀(jì)的一個(gè)新熱門專業(yè)。 總之， PLC 已成為解決自動控制問題的最有效工具，必將越來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)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。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 PLC 技術(shù)在本國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)到的理論知識應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，靈活運(yùn)用所學(xué)知識，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求學(xué)生對 THJDAL3 型自動生產(chǎn)線進(jìn)行改造，提升學(xué)生融會貫通的能力。 THJDAL3 型自動生產(chǎn)線是實(shí)驗(yàn)室中購買的生產(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，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)場基礎(chǔ)上又針對教學(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)、自動擺臺機(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）說明書 第 4 頁 共 34 頁 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、搬運(yùn)、加工、裝配、分揀、堆垛入庫等功能，產(chǎn)品圖片如圖 31所示。涵蓋了自動化類中機(jī)電一體化和電氣自動化專業(yè)中所涉及的 PLC控制、變頻調(diào)速、傳感檢測、氣動、伺服電機(jī)驅(qū)動與調(diào)速、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動與調(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、 自動化生產(chǎn)線裝配檢修能力、成本與安全意識。通過該系統(tǒng)的教學(xué)，可引導(dǎo)高校自 動化類專業(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、自動化控制人才，同時(shí)為推動了時(shí)代及我國工業(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)場要求，是典型的自動生產(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、傳感器、交流電機(jī)變頻調(diào)速、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制、伺服電機(jī)驅(qū)動控制、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)，可按工作過程導(dǎo)向、工學(xué)結(jié)合的模式規(guī)劃教學(xué)活動，可完成多種工業(yè)現(xiàn)場環(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）說明書 第 5 頁 共 34 頁 和指示元件的電路通過端子排進(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 PLC 控制接收、處理數(shù)據(jù)，只要一旦有輸入信號，經(jīng)過 PLC 處理，就會在輸出端有相應(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)、自動擺臺機(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)生可通過了解各類傳感器在不同工作環(huán)境下的特性來加深對這些傳感器的認(rèn)識。 該裝置上 使用了 大量的氣動元件，包括多種電控氣動閥、多種氣動缸、氣動夾爪、真空吸盤、真空發(fā)生器、過濾減速 閥等。 這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)氣動元件時(shí)，不僅能單獨(dú)了解每一個(gè)分離元件，并且還可以通過多種氣動元件相互組成的系統(tǒng)來學(xué)習(xí) 氣動元件與其它元件之間是如何配合起來進(jìn)行協(xié)調(diào)工作的 。 自動 生產(chǎn) 線 的 6個(gè)部分 機(jī)構(gòu)由三 臺 PLC協(xié)同聯(lián)動 控制，這使得自動化生產(chǎn)教學(xué)系統(tǒng)可以分成 相對應(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 FX2N48MR型 PLC 加工沖壓機(jī)構(gòu) 輥道傳送上料機(jī)構(gòu) 自動擺臺機(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）說明書 第 6 頁 共 34 頁 生 都有 機(jī)會了解不同的部分 。 電氣控制電路設(shè)計(jì) 自