MPS供料单元.docx
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MPS供料单元.docx
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MPS供料单元
先进控制技术综合训练
MPS供料单元下位PLC控制系统设计
课
程
设
计
姓名:
学号:
班级:
学院:
指导教师:
日期:
先进实验室训练任务书
2012年秋季学期
学生姓名
李丹
学号
09260232
专业方向
电气工程及其自动化
班级
基地二班
题目名称
MPS供料单元下位PLC控制系统设计
一、训练任务及要求
以STEP7为开发平台,设计一个PLC控制系统,使其能够对MPS供料单元进行实时动态控制,以保证完成相应的工艺要求。
要求:
1、熟悉MPS工艺流程,查阅相关科技文献,掌握控制、检测、通讯等技术要求;
2、完成MPS供料单元相关工艺流程所要求的顺序动作;
3、进行系统调试;
4、撰写实验训练说明书。
二、训练的主要内容
1、MPS中供料单元的生产工艺过程简介;
2、硬件组态,网络连接与配置;
3、根据工艺要求画出程序流程框图;
4、编写控制程序并加上必要的注释;
5、设计说明书(包括:
封面、目录、任务书、供料单元工艺简介、硬件组态、网络连接与配置、程序流程框图、程序清单、总结体会、参考文献等),全文要求逻辑严密、条理清晰,文字流畅,理论联系实际,符合科技写作规范。
三、设计进度
第一周:
星期一讨论设计题目
星期二至星期五了解工艺过程,学习相关软件
第二周:
星期一至星期二硬件组态、网络连接与配置
星期三至星期五绘制程序流程图、编写控制程序
第三周:
星期一至星期二系统调试
星期三至星期四撰写说明书
星期五答辩
指导教师签名:
摘要
本设计主要完成MPS供料单元下位PLC控制系统的设计,供料单元是MPS中的起始单元,起着向系统中其它单元提供原料的作用。
它的具体功能是:
按照需要将放置在料仓中的待加工工件(原料)自动地取出,并将其传送到第二个工作单元——检测单元。
本设计采用西门子S7-300,及相应的编程软件STEP7,综合应用各类传感器、网络通讯技术、控制技术等,通过硬件组态,实现模拟工业生产系统中的供料分站的计算机监控。
关键词:
MPS;PLC;计算机监控
目录
第1章:
绪论...........................................................................................6
1.1设计技术背景..............................................................................6
1.2设计主要内容和要求..................................................................6
1.3MPS供料单元简介......................................................................6
1.4设计的目的和意义......................................................................7
第2章:
MPS装置介绍............................................................................8
2.1下位控制系统...............................................................................8
2.1.1单片机控制...............................................................................8
2.1.2常规继电控制............................................................................82.1.3PLC控制....................................................................................8
第3章:
S7300简介.................................................................................10
3.1PLC型号的确定.........................................................................10
3.1.1SIEMENSES7-300PLC型号的确定......................................103.1.2PLC电源..................................................................................10
3.2传感器的分析选型......................................................................11
3.2.1对射式光电传感器...................................................................11
3.2.2漫射式光电开关.......................................................................11
3.2.3磁感应式接近开关工作原理.................................................12
3.2.4行程开关.................................................................................12
3.2.5真空检测传感器.......................................................................123.3执行器的分析选型.................................................................................12
3.3.1气缸.........................................................................................13
3.3.2电磁阀......................................................................................13
第4章:
加工单元的组成及程序设计.....................................................14
4.1STEP7介绍及编程简介..............................................................14
4.2工艺过程介绍..............................................................................144.3工艺流程图...................................................................................15
4.4主电路设计...................................................................................164.4.1硬件配置...................................................................................16
4.5编程...............................................................................................17
第五章STEP7中S7-300PLC的网络设置.............................................29
5.1新建项目.......................................................................................29
5.2建立PLC站...................................................................................29
第六章存在的问题及心得体会................................................................32
参考文献..........................................................................................................33
第一章绪论
1.1设计技术背景
MPS又称模块化生产加工系统,是FESTO公司结合现代工业特点开发研制的一套集机械,电子,通讯为一体的高度集成的机电一体化教学装置。
MPS由供料单元﹑检测单元﹑加工单元﹑Robot单元﹑成品分装单元等五个工作站组成,具有综合性﹑模块化及易扩充等特点,可由基础部分的简单功能及加工顺序逐步扩展到复杂的集成控制系统。
各个单元完成不同的功能,其中供料单元主要完成工件供给工作,检测单元主要对工件进行检测并将合格工件输送到加工单元;在加工单元,主要对工件打磨、钻孔等。
最后,在Robot单元将加工后的工件输送到存储单元,存储单元则根据产品的颜色、材质进行分类存储。
这5个单元分别由5台PLC控制,各单元执行组件的动作信息均来自于传感器,用PLC控制这些传感器信号就可以控制各单元的动作。
1.2设计主要内容和要求
以STEP7为开发平台,设计一个PLC控制系统,使其能够对MPS供料单元进行实时动态控制,以保证完成相应的工艺要求。
主要内容:
1、MPS中供料单元的生产工艺过程简介;
2、硬件组态,网络连接与配置;
3、根据工艺要求画出程序流程框图;
4、编写控制程序并加上必要的注释;
5、设计说明书(包括:
封面、目录、任务书、供料单元工艺简介、硬件组态、网络连接与配置、程序流程框图、程序清单、总结体会、参考文献等),全文要求逻辑严密、条理清晰,文字流畅,理论联系实际,符合科技写作规范。
要求:
1、熟悉MPS工艺流程,查阅相关科技文献,掌握控制、检测、通讯等技术要求;
2、完成MPS供料单元相关工艺流程所要求的顺序动作;
3、进行系统调试;
4、撰写实验训练说明书。
1.3MPS供料单元简介
供料单元的主要任务是为检测单元适时的提供物料,当物料用完时“料仓空指示灯”会亮,同时暂停工作,直至加入物料,重新开始工作。
供料单元的组成主要有储料仓、推料杆、摆动气缸及传感器等。
储料仓的作用是储存物料,在储料仓的下端有个光电传感器,用以检测是否料空。
推料杆的作用是适时的推出物料,并固定物料,等待摆动气缸送出。
摆动气缸是一个气动装置,其前端有个真空吸盘,用以将物料送往下一站。
在开始工作之前,先给气缸充气,当气体达到一定压力值后,开始启动机器。
先按下“复位”按钮,复位指示灯亮,机械手摆到提料位置,推料杆复位。
然后按下“开始”按钮,只有当料仓有料并且下站空的情况下,开始指示灯亮才会亮起,否则,按下“开始”按钮不起作用,这时应加入物料或者清空下站,重新按下“开始”按钮,摆动气缸摆到放料位置,推料杆推出工件,摆动气缸回到料仓位置,吸取工件,达到设定的真空度后,摆动气缸摆到下一站位置,放下工件,完成一次送料任务。
1.4设计的目的和意义
MPS是FESTO公司结合现代工业特点开发研制的模拟自动化生产过程,集机械,电子,通讯为一体高度集成的机电一体化教学装置,这套装置的设计目的旨在培养能够综合应用自动化领域相关知识的专业技术人才,将给授训者提供一个很好的锻炼平台以更好的理解和掌握自动化领域的相关专业知识。
具体可使受训者从下列几个方面得到提高:
一、对气动自动化的学习
本设计拟采用气动自动化控制技术作为MPS执行机构的控制方案,所以要求受训者要重视和加强对气动自动化控制技术相关知识的学习。
二、对PLC知识的学习
由于本设计下位控制器拟采用PLC控制,所以要求受训者学习PLC相关知识,包括PLC的选型、编程、调试等,所以将使受训者在PLC方面得到提高。
三、对自动化技术新的认识
本设计还将用到传感器、执行器等知识。
通过这个设计过程,必将使我们对自动化控制技术有一个总体的把握和全新的认识,对我们以后的学习和工作具有重要帮助。
第二章总体方案论证
2.1下位控制系统
下位控制系统是MPS供料单元控制系统的核心部分,它的性能直接决定着整个系统性能,它的稳定性直接决定这整个系统能否正常工作。
而目前市场上可用的下位控制器种类很多,常用的有单片机、电器控制及可编程控制器(PLC)等,由于技术,经济,系统大小等因素的影响,使用情况参差不齐,下面将对这几种控制器进行比较:
2.1.1单片机控制
单片机的全称是单片微型计算机,它是在一块芯片上集成CPU,存储器,输入/输出器件,时钟电路及各种应用系统所需的部件,如A/D转换器等。
它具有体积小,使用灵活方便,成本低,易于产业化,可在各种恶劣的环境下可靠运行等工作。
特别是在强大的面向对象控制的能力,使它在工业控制,智能仪表,外设控制,家用电器,机器人,军事装备等方面得到了广泛的应用,整个工业设备和工艺将进行一次以及普及应用微机为特征的技术改作。
然而,单片机使用的是汇编语言编程,编程难度大,在进行复杂逻辑控制时程序语句繁长,非专业人员不易掌握。
除此之外,一个单片机控制器一旦成型,将不易改动,更适合于一些特定功能的电气设备,而不适于做企业控制器。
2.1.2常规继电控制
常规继电控制就是利用继电器、电磁阀、空气开关、行程开关等一些传统的工业控制器件来实现对工矿企业设备的控制。
这种控制方法所用器件多,设备庞大,控制逻复杂,系统延时性大,稳定性差,不易集中管理。
所以适合于那些控制逻辑简单,被控对象少,对稳定性要求不是很高的控制系统。
传统的逻辑控制器被单片机等控制器代替。
2.1.3PLC控制
可编程控制器(PROGRAMMABLECONTROLLER,简称PC)。
为了与个人计算机的PC相区别,用PLC表示。
国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定:
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。
它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编过程控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
它的工作原理分两部分一部分是对系统进行管理,如诊断,差错,信息传送时钟,计时刷新等;另一部分就是根据用户程序执行输入输出操作,程序解释执行等。
与传统的控制器相比较,PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠
性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
所以,在工业控制领域中,PLC控制
技术的应用已经成为世界的潮流。
在这里从系统的可靠性,使用的方便性,价格的经济性等因素考虑,选择西门子S7-300中小型PLC。
S7-200是经济的微型PLC,它是串行模块结构,CPU集成,单机最大容量是256点;S7-400是面向制造和过程控制的强力PLC,它具有特别高的处理和通讯能力,系统响应快,实施性强,指出热插拔和在线修改I/O配置,避免重起,其单机可组态点数超过万点,所也对于这个系统来说,有些大材小用,成本也太高。
而S7-300模块化小型PLC系统,其单机容量为1K,能满足中等性能要求的应用。
所以,本设计中选择西门子S7-300系列的PLC。
第三章MPS供料单元软硬件选型
MPS供料单元的主要任务是适时的给检测单元供应物料,主要由下位PLC控制系统,传感器、执行器等辅助机构组成。
3.1PLC型号的确定
自1960第一台可编程控制器诞生以来,经历了30多年的发展,可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。
3.1.1SIEMENSES7-300PLC型号的确定
CPU模块:
S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。
CPU以梯形图LAD、功能块FBD或语句表STL进行编程。
依照设计要求,系统输入信号有3个按钮:
分别是复位﹑开始﹑停止﹑2个限位开关,2个磁感应式接近开关,1个有料检测信号,1个下站是否为空检测信号,物料提起和放下检测信号共计11个数字量输入信号。
输出信号有机械手左摆/右摆驱动信号﹑推料杆推出/返回驱动信号﹑工件吸住/放下驱动信号,3个按钮指示灯信号共有9个数字量输出信号。
不需模拟量模块,选择S7-300系列的CPU313-2DP,加上数字量输入模块SM321及输出模块SM322就可以满足要求,而且还有一定的裕量。
3.1.2PLC电源
PS307是西门子公司为S7-300专配的24V-DC电源。
PS307系列模块除输出额定电流不同外(有2A、5A、10A三种),其工作原理和各种参数都相同。
PS307可安装在S7-300的专用导轨上,除了给S7-300CPU供电外,也可给I/O模块提供负载电源。
S7-300的CPU有四种工作方式,通过可卸的专用钥匙控制:
(1)RUN-P:
可编程运行方式。
(2)RUN:
运行方式。
(3)STOP:
停机方式。
(4)MRES:
CPU清零用钥匙开关进行程序的清除,在开始一个新的编程工作时,我们需要将中央处理器进行清零处理。
它将很容易地通过操作CPU上的钥匙开关来实现。
为此我们必须进行以下的操作步骤:
1.接通PLC工作电源,并等待至CPU的自检测运行完成。
2.转动钥匙开关至MRES位置,并保持这个状态,直至STOP发光二极管从闪动转为常亮状态。
3.钥匙开关转至STOP位置并迅速转回MRES位置,保持这个状态,STOP发光二极管开始快速闪动。
4.STOP发光二极管的快速闪动,表示CPU已被清零。
5.松开钥匙开关,这时钥匙会自动返回STOP位置。
6.可编程控制器已被清零,并可以传输新的控制程序程序的下传只能是钥匙开关在STOP或RUN-P位置进行。
3.2传感器的分析选型
传感器是信息检测的必要工具,是生产自动化、科学测试、计量核算、监测诊断等系统中必不可少的基本环节。
通常是检测系统与被测量对象之间的接口,处于检测系统的输入端,其性能直接影响着整个检测系统,对检测精确度起着主要作用。
一般来讲,自动检测装置中最初感受被检测并将它转换为可用信号输出的器件叫传感器,在工程上也称为探测器、换能器、测量头。
传感器由敏感组件、转换组件和其它辅助部件组成。
本设计中,共需要七个传感器:
为了检测储料仓物料是否为空,以便把信号送回控制器,并在料空时报警,需要一个对射式光电传感器(光电开关);为了检测下站接料位置是否为空,需要一个漫反射式光电传感器;为了检测推料杆是否推料到位和推料后返回,分别需要两个电感传感器;为了检测真空吸盘将物料的提和放下,需要一个压力传感器;为了检测机械手臂左摆和右摆是否到位,则需要两个限位开关。
3.2.1对射式光电传感器
对射式光电开光是指光发射器与光接受器处于相对位置的光电接近开关。
对射式光电开关:
把物料作为被测物体,当物体通过传感器的光路时,光就会被遮断,光接受器接受不到发射器发出的光,则接近开关的“触点”不动作,视为有料状态;当光路上无物体遮蔽光线时,光接受器可以接受到发射器发出的光,接近开关的“触点”动作,输出信号将被改变,即为料空状态,信号被送回控制器,产生相应的控制作用。
另外,MPS中五个分站之间不是完全独立的去工作,他们之间需要协调工作,以至于不产生冲突现象。
比如当检测单元的物料没有被送走时,供料单元就应停止送料;当供料单元没有送来物料时,检测单元便无法工作。
3.2.2漫射式光电开关
漫反射光电接近开光是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而动作的,由于物体反射的光线为漫反射光,故该种传感器称为漫射式光电接近开关。
它的光发射器和接收器处于同一位置,且为一体化结构。
在工作时,光发射器始终发射检测光,当接近开关的前方一定距离内没有物体时,则没有光被反射到接收器,接近开关就处于常态而不工作;如果在接近开关的前方一定距离内出现物体,只有反射回来的强度足够,则接收器接受到足够的漫反射光后就会使接近开关动作而改变输出的状态。
漫反射供料单元开始供料前,需要确定检测单元接受物料的位置是否有料,以便决定供料单元是否送出物料。
可以使用反射式光电传感器,也可以使用漫射式光电传感器。
但使用反射式光电传感器需要安装专门的反射镜,而使用漫射式光电传感器,可以把物料本身看作是反射物,不但可以达到同样的控制目的,而且安装简单,使用方便。
3.2.3磁感应式接近开关工作原理
其基本工作原理是:
当磁性物质接近传感器时,传感器便会动作,并输出开关量信号。
在推料缸的两个极限位置分别装一个磁感应式接近开关,分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。
3.2.4行程开关
行程开关又称限位开关或位置开关,是一种根据运动部件的行程位置而切换电路工作状态的控制电器。
行程开关的动作原理与控制按钮相似,在机床设备中,事先将行程开关根据工艺要求安装在一定的行程位置上,部件在运行中,装在其上撞块压下行程开关顶杆,使行程开关的触点动作而实现电路的切换,达到控制运动部件行程位置的目的。
行程开关有两种类型:
直动式(按钮式)和旋转式,其结构基本相同,都是由操作机构,传动系统,触头系统和外壳组成,主要区别在传动系统。
直动式行程开关的结构,动作原理与按钮相似。
当运动机构的档铁压到行程开关的滚轮上时,传动杠杆连同转轴一起转动,凸轮撞动撞块使得常闭触头断开,常开触头闭合。
档铁移开后,复位弹簧使其复位。
本设计中,为了判断摆动气缸摆动时是否到位,选择两个欧姆龙限位开关。
3.2.5真空检测传感器
它是具有开关量输出的真空检测装置,当进气口的气压小于一定的负压(真空)值时,传感器动作,输出开关量为1,同时LED点亮,否则,输出信号为0,LED熄灭。
3.3执行器的分析选型
执行器在自动控制系统中的作用就是接受控制器输出的控制信号,改变操
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