基于fx2n-plc改造的thjdal-3型自动生产线控制系统设计本科论文(编辑修改稿)

基于fx2n-plc改造的thjdal-3型自动生产线控制系统设计本科论文(编辑修改稿)内容摘要：

桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 1 页 共 34 页 引言 随着社会的进步和科技水平的提高，人类控制活动的范围越来越广，控制的能力也原来越强。 特别是在现在的大工业生产过程中，为了保证正常的生产和工作条件或为了生产出更高质量、更高性能的产品，必须对某些物理量（如温度、压力、力矩、重量、流量、液位、电压、电流、位移、速度和转速等）进行精确 的控制，尽量使这些物理量保持在某个数值附近，或按特定的规律变化。 如在药品生产过程中，要控制温度保持恒定或按一定规律变化，以保证生产出高质量的药品。 为了满足这种控制上述物理量的需求，就必须对生产机械或设备进行及时的、适当的操作控制，以消除或减弱外界干扰对设备的影响。 这种操作控制，如用人工来执行就称为人工控制，如用自动装置来完成就称为自动控制，也成为自动化技术。 就目前发展看，自动化技术是综合利用了计算机技术、制造技术、控制技术、电子技术、通讯技术和管理科学等学科知识，采用设备集成和信息集成，实现了从规划设计、生产制造、管理销售等功能的自动化控制。 所涵盖内容从最底层的感应元件、传感器到执行机构、自动化监测系统等非常广泛，是现代化工业建立与发展的一个重要支柱技术，是关系到国民经济发展和人们生活改善的关键技术之一，也是本世纪工业发展的一项至关重要的关键技术，其地位的重要不言而喻。 自动控制的实现就是用合适的机械和电气设备来充当给定元件、测量元件、比较元件、放大元件、执行元件、以及校正元件等控制器的构成要素，并把这些机械和电气设备有机地、按逻辑地结合在一起，以实现自动检测、计算、判断、调节、控制的功能。 现代的生产工艺 对自动控制的要求越来越高，单纯使用机械或电气很难满足这种要求，实际上大部分的自控系统是由机械设备和电气元件相互配合来实现的，机械和电气之间有着密切的联系，既相互配合，有时又相互取代，而且又相互融合的趋势，即机电一体化。 当机械或电气都能实现某一功能时，要考虑价格、性能、可靠性、寿命、参数调整、维护维修等多种因素来进行选择。 一般来说，机械和电气相比，具有制造成本高、易磨损、不便于修改工艺参数、维护成本高等缺陷。 因此，随着电子电气技术的发展，越来越多的原先必须使用复杂机械结构的场合都逐步使用电气设备来取代机械 设备，特别是智能化的控制设备，如可编程控制器（ PLC）、工控计算机等出现后，电气设备在自动控制领域越来越多地起着核心作用，电气控制的地位正变得越来越重要。 1 课题的意义及设计方案论证 课题意义 随着 现代 科学技术的 不断快速 发展，自动 化 生产已 占据 了 现代 工业 的半壁江山。 当然，培养设计和操作自动产线的人才也是至关重要的。 学生在校园学到的只是理论知识，理论结合实际生产是关键，所以本次毕业设计选择一个最接近实际生产的实验设备 —— 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 2 页 共 34 页 THJDAL3 型自动生产线。 本课题的目的是将 THJDAL3型自动生产线现有 的控制系统改造为由三菱 FX2N型PLC控制。 通过基于该实训系统的使用、训练和培训，能充分锻炼 使用 者团队 的 协作能力、计划组织能力、 自动化生产线装配检修能力、成本与安全意识。 通过该系统的教学，可引导高校自动化类专业的教学发展以及改革的走向，促进了工学结合高等技能人员培养模式的创新和改革，培养出更多能适应企业需求的高素质、多技能的、自动化控制人才，同时为推动了时代及工业的可持续发展。 设计方案论证 实验室现有的 THJDAL3 型自动生产线设备 是通过西门子控制，而本次毕设要求将其改成用在学校学习的三菱 PLC 控制，利用已学的知识去解决一些没有学习的新知识，把所学知识融会贯通，灵活运用。 方案一：可用西门子 PLC 控制该系统， 西门子 PLC 是德国品牌，指令比较抽象，学习难度较大，但指令较少 ，容易记住指令。 西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单过程控制与通信控制西门子是强项，而要实现某些复杂的动作控制西门子是弱项，没有特别为某项功能开发的 指令， 虽然对 伺服或步进定位控制 可以实现 ， 但 是程序 量大 ，控制精度 相对较低。 若本系统利用现有的实验器材步进电机、伺服电机和变频器，根据学生在校所学的知识是难以完成的，参数设定需要的软件学校不 能提供和涉及的知识较深短时间难以掌握，另外，步进电机、伺服电机和变频器价格较贵，提高成本，操作麻烦。 方案二：可用三菱 PLC 控制该系统，三菱 PLC 是日系品牌，编程直观易懂学习起来比较轻松。 三菱 品牌具有针对 离散控制 以及 运动控制 的优点 ，三菱的指令丰富，有专用的定位指令，易于控制定位，要实现某些复杂的动作控制是三菱的强项。 而西门子在这块就较弱，没有专用的指令。 但是，三菱的模拟量模块价格昂贵，程序复杂， 相对西门的通信，三菱是处于弱势的。 另外，直流电机比步进电机、伺服电机和变频器便宜，节约成本。 作者在校学习的也是三菱 PLC，利用自己已学知识来解决问题。 综上所述，要根据不同的设备选用不同的控制方式，要合理的选用 PLC，用其长处，避其短处。 本次毕业设计的系统大部分是离散控制和运动控制，所以该系统选用方案二。 2 国内外研究现状 自 1969 年美国数字设备公司（ DEC）根据招标要求研制出世界上第一台可编程控制器 —— PLC（ DPD14 型），并成功地应用在通用汽车的生产线上，而后的 20 世纪 80 年代改革开放时期可编程控制器被引入我国，以可编程控制器代表的自动化设备在我国工业控制领域取得了很大的贡献。 跟国际同行业相比，我国的自动 化水平还显得不够成熟，在运用于开发方面尤其不足，对自动化技术的改造尚处于起步阶段，这与自动化水平成熟的发的国家差距明显。 因此，国家在本世纪头 20 年经济建设和改革的主要任务是基本实现工业化，大力推进信息化， 并进一步提出信息化是本国加快实现工业化和现代化的必然选择。 目前，对于不同品牌的 PLC 控制器而言，他们的共同趋势都是向小型微 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 3 页 共 34 页 型和巨型两个方向发展，功能越来越往两个方面：特殊功能模块，产品规格会系列会更多、更全，周边相关产品线也会越来越丰富；性价比越来越高，能更加恰当而不浪费地满足控制系统的要求。 近几年来，国 外兴起了工厂自动化（ Factory Autoimmunization，简称 EA）系统柔性制造系统（ Flexible Manufacture System,简称 FMS）及集散型控制系统（ Distributed Control System,简称 DCS）等发展得需要，但是在我国还鲜有这样的例子。 从这一现状可以看出，我国的自动化水平与国外技术还有一个明显的差距。 根据当今社会的发展来看，可编程控制器目前已应用于冶金、石油化工、汽车制造、机床、纺织、环保等行业，可就其发展趋势来看，在今后的发展和改革中，可编程控制器还将在生活、娱乐、交通等诸多与人们日常息息相关的领域占有一席之地，而且比重将会越来越高，占领的速度也会越来越快。 可见，在 21 世纪这个信息化、自动化、智能化的大时代，可编程控制器的前景会无限宽广，对自动化技术人才的需求也会不断增长，自动化专业也必将成为 21 世纪的一个新热门专业。 总之， PLC 已成为解决自动控制问题的最有效工具，必将越来越广泛地受到人们的关注。 3 毕业设计要求与产品的概述 毕业设计要求 可编程控制器 (PLC)是集计算机技术、自动控制技术和通信技术为一体的新型自动控制装置。 其性能优越 ，已被广泛应用于工业控制的各个领域，并已成为工业自动化的三大支柱 (PLC、工业机器人、 CAD/CAM)之一。 PLC 的应用已成为一个世界潮流，在不久的将来 PLC 技术在本国将得到更全面的推广和应用。 所以培养利用 PLC 控制自动生产线的人才迫在眉睫，为了让学生能更好的把在学校学到的理论知识应用到实际生产中，灵活运用所学知识，本次毕业设计要求学生对 THJDAL3 型自动生产线进行改造，提升学生融会贯通的能力。 THJDAL3 型自动生产线是实验室中购买的生产设备，它综合了液压与气压原理、PLC 技术、电器与控制技术、传 感器技术等多门课程的知识，属于一种较为典型的生产线设备，为了将其现有的控制系统改造为由三菱 FX2N 型 PLC 控制，本次毕业设计要求学生对其现有的控制系统进行调研，并根据其控制要求，做出总体设计方案，设计出该套系统的控制图纸和程序，并进行现场的调试。 产品概述 本系统是一种最为典型的机电与自动化产品，是为职业院校、职业教育培训机构而研制的，它适合机电一体化、电气自动化等相关专业的教学和培训。 它在接近工业生产制造现场基础上又针对教学及实训目的进行了专门设计，强化了自动化生产线的安装与调试能力。 该系统由六 部分组成，分别为：辊道传送上料机构、自动摆台机构、双工位井式上 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 4 页 共 34 页 料机构、搬运装配机构、加工冲压机构、搬运堆垛机构，完成工件上料、检测、搬运、加工、装配、分拣、堆垛入库等功能，产品图片如图 31所示。 涵盖了自动化类中机电一体化和电气自动化专业中所涉及的 PLC控制、变频调速、传感检测、气动、伺服电机驱动与调速、步进电机驱动与调速、机械结构安装与系统调试等内容。 通过基于该实训系统的使用、训练和培训，能充分锻炼 使用 者团队 的 协作能力、计划组织能力、 自动化生产线装配检修能力、成本与安全意识。 通过该系统的教学，可引导高校自 动化类专业的教学发展以及改革的走向，促进了工学结合高等技能人员培养模式的创新和改革，培养出更多能适应企业需求的高素质、多技能的、自动化控制人才，同时为推动了时代及我国工业的可持续发展。 图 31 产品图片 产品的特点 （ 1）本实训装置贴近工业现场要求，是典型的自动生产线，设备从选材、工艺、流程、结构、控制等各方面都从实际工业现场出发，考虑工学结合要求，有机融合了机械、电气、气动、传感器、交流电机变频调速、步进电机驱动控制、伺服电机驱动控制、PLC控制及工业通信网络等多种技术，能开展任务驱动的项目 教学法。 （ 2）整体结构采用开放式和拆装式，具有明显的动手拆装实训功能，可以拆装到各零部件及每颗细小的螺丝，能很好的服务于项目实训教学。 （ 3）用于教学，可按工作过程导向、工学结合的模式规划教学活动，可完成多种工业现场环境下的技能培训任务。 （ 4）该实训装置 PLC模块 I/O端子、变频器接线端子、各常用模块接线端子，均采用安全型插座，使用带安全插头的导线进行电路连接；各指令开关、光电开关、传感器 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 5 页 共 34 页 和指示元件的电路通过端子排进行连接。 插拔线连接电路与端子排连接电路相结合，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保 证电路连接的快速、安全和可靠。 系统框图 本系统主要完成工件的加工与传送 任务，通过 PLC 控制接收、处理数据，只要一旦有输入信号，经过 PLC 处理，就会在输出端有相应的输出。 本设计是基于 FX2N48MR型 PLC 控制为核心，采用模块化设计方法，有辊道传送上料机构、自动摆台机构、双工位井式上料机构、搬运装配机构、加工冲压机构、搬运堆垛机构等组成，系统原理框图如图 32 所示。 图 32 系统原理框图 4 设计项目及所需器材设备 设计项目 该系统涵盖的传感器数量很多，包括 电感式、光电式、光纤式以及色标 ，每种传感器都有其特性和原理，它们的作用及用法也不尽相同，它们共同协作时可使系统稳定可靠地工作。 学生可通过了解各类传感器在不同工作环境下的特性来加深对这些传感器的认识。 该装置上 使用了 大量的气动元件，包括多种电控气动阀、多种气动缸、气动夹爪、真空吸盘、真空发生器、过滤减速 阀等。 这使得学生在学习气动元件时，不仅能单独了解每一个分离元件，并且还可以通过多种气动元件相互组成的系统来学习 气动元件与其它元件之间是如何配合起来进行协调工作的。 自动 生产 线 的 6个部分 机构由三 台 PLC协同联动 控制，这使得自动化生产教学系统可以分成 相对应的 完全独立的工作机构，使 得多名学生 可以同时进行学习，而且每个学 系 统 启 动 FX2N48MR型 PLC 加工冲压机构 辊道传送上料机构 自动摆台机构 搬运堆垛机构 双工位井式上料机构 搬运装配机构 FX2N48MR型 PLC 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计（论文）说明书 第 6 页 共 34 页 生 都有 机会了解不同的部分。 电气控制电路设计 自。