气动自动生产线加工系统的电路及控制设计.doc

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1、随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，国内外对自动生产线技术的研究非常重视，已经进行了大量研究，自动化工业发展极快。自动化生产线融合了气动技术、传感器技术、PLC技术、计算机及网络通讯技术等众多学科于一身，增强我们对机电一体化专业知识应用的感性认识，并提高解决综合问题的能力。本文以自动生产线的加工系统为例，对模块化生产系统开发过程中控制系统开发的相关技术进行了研究。确定了以SIEMENS S7-200 PLC为核心的控制系统，完成了加工系统总体功能设计与分解以及各个模块的功能设计与分解，完成了系统加工模块工艺流程的详细设计、PLC程序设计、为模块之间的协调工作设计了合理的

2、传递信息，完成了各个模块的联机工作工艺流程详细设计。关键字：PLC；生产线；加工系统；自动化ABSTRACTWith the rapid development of electronic and information technology, especially with the advent of computers and the widespread application, the domestic and foreign research on automatic production line technology very seriously, has conducted e

3、xtensive research, the rapid development of industrial automation. Automatic production line for fusion of many disciplines of pneumatic technology, sensor technology, PLC technology, computer and network communication technology to a body, enhance our sense of the electromechanical integration prof

4、essional knowledge application, and improve the comprehensive ability to solve problems.In this paper, the processing system of automatic production line as an example, the technology associated control system for the development of production in the process of developing the system studied module.

5、A control system based on SIEMENS S7-200 PLC as the core was determined, the overall function of processing system design and design of each module and function decomposition and decomposition, to complete the detailed design, the processing module of the system is the process of PLC programming, to

6、 coordinate the work between the modules designed to transfer information reasonable, completes the on-line process the detailed design of each module.Keywords: PLC; production line; processing system; automation目 录第一章 绪论11.1自动化技术的现状与发展11.2可编程序控制器的现状与发展11.3本论文主要内容21.4本章小结3第二章 加工系统总体功能设计与分解42.2加工系统总体

7、功能设计与分解42.3加工控制系统72.4本章小结10第三章 系统工艺流程设计113.1加工系统控制要求113.2系统I/0布置113.3加工系统工艺流程详细设计133.4本章小结16第四章 控制程序编制与调试174.1程序编制174.2程序仿真194.3本章小结21总结与展望22致 谢23参考文献24附录25 三江学院2013届本科生毕业设计（论文）第一章 绪论1.1自动化技术的现状与发展随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，国内外对自动化生产线技术的研究非常重视，已经进行了大量的研究，自动化工业发展极快。虽然我国对自动化生产线技术的研究十分重视，近年来已在研究和应用上

8、作了大量工作。但是由于：（1）工业企业效益不好，就投资类需求看出，我国还没有很好的完成工业化任务；（2）微电子技术落后，不能很好支撑工控的发展。工控要配套的集成电路、电力电子器件，关键外部设备和系统软件等基本依靠进口，致使工控产品开发周期较长；（3）我国的工控人才整体水平不高，而工控产品开发和推广应用对人才要求较高（即懂机又懂电，即懂工控硬软件又懂应用工业工艺的复合人才）。这些情况都导致了国内自动化生产线市场几乎被日本和德国垄断，如西门子，三菱，川崎，本田等等，国内能独立生产自动化生产线的基本没有，针对在当今我国工业自动化水平还比较低，大量企业的机器设备还需要工人进行手工操作，这些情况已经成为

9、制约我国科技和生产力进步的沉重枷锁。所以，采用各种办法加速我国传统企业的自动化改造，大力发展我国自动化技术已经成为当务之急。在这种情况下，向大众普及自动化技术知识，宣传自动化技术是十分必要的。1.2可编程序控制器的现状与发展第一台可编程控制器（PLC）的设计规范是美国通用汽车公司提出的，当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘，在保留了继电器控制系统的简单易懂。操作方便、价格便宜等优点的基础上，同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后，美国数字设备公司（DEC）于1969年研制成第

10、一台PLC，型号为PDP-14，投入通用汽车公司的生产线控制中，取得了令人满意的效果，从此开创了PLC的新纪元。在短时间内，PLC在其他工业部门也得到应用。到20世纪70年代初，食品、金属和制造等工业部门相继使用PLC代替继电器控制设备，迈出其实用化阶段的第一步。70年代中期，由于大规模集成电路的出现，使8位微处理器和位片处理器相继问世，在逻辑运算功能的基础上，增加了数值运算、闭环控制，提高了运算速1度，扩大了输入输出规模。在这个时期，日本、西德（原）和法国相继研制出自己的PLC，我国在1974年也开始研制。70年代末由于超大规模集成电路的出现，使PLC向大规模、高速性能方向发展，形成了多种系

11、列化产品。进入八九十年代后，PLC的软硬件功能进一步得到加强，PLC已发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统，能与其他设备通信，生成报表，调度产出，可诊断自身故障及机器故障。PLC未来的发展不仅依赖于对新产品的开发，还在于PLC与其他工业控制设备和工厂管理技术的综合。无疑，PLC将在今后的工业自动化中扮演重要角色。在未来的工业生产中，PLC技术和机器人、 CAD/CAM将成为实现工业生产自动化的三大支柱。目前PLC朝以下几个方向发展：（1）大型网络化：主要朝DCS方向发展，网络化和强通信能力是PLC发展的一个主要的方面，向下与多个智能装置相连，向上与工业计算机等相连构成特殊的控制任务。（2

12、）多功能：为了适应特殊功能的需要，连续推出多种智能模块，如模拟量输入输出、回路控制、通信控制、机械运动控制、高速技术、中断输入等。PLC应用越来越广泛，对自动化生产线技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件，使其开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展。根据近几年的资料表明，国外的自动生产线中60%都采用PLC来完成，在先进工业国家中PLC已成为自动化控制的标准设备，应用几乎覆盖了所有工业企业。可编程序控制器已经广泛用于各行各业，用可编程序控制器设计自动控制系统已成为世界潮流。在我们国家，可编程序控制器的应用范围不断扩大，正处于方兴未艾之势。1.3本论文主要内容1.3.1

13、本课题研究目的本论文的研究目的是解决自动生产线加工系统研制开发过程中所涉及到的系统总体功能设计与分解、系统模块功能设计与分解、工艺流程详细设计、PLC程序设计等关键控制技术，开发出一条集工业总线技术、机械传动与执行机构技术、PLC控制技术、电气控制技术、传感器技术于一体的自动生产线加工系统，为生产加工系统的开发设计提供了技术上的探索和有益的借鉴。1.3.2本课题研究任务本论文涉及的主要研究任务包括：（1）系统总体功能设计与分解。在分析系统工作原理的基础上，确定生产加工系统的总体功能，并对总体功能进行分解，确定系统的组成模块。（2）各个模块的功能设计与分解。在确定了系统的总体功能以及组成模块的基

14、础上，对各个组成模块的功能进行设计和分解，为进行各个模块控制器的开发、工艺流程的详细设计、程序流程的详细设计奠定基础。（3）加工系统工艺流程详细设计。完成加工系统的多功能工艺流程的设计，包括详细的工艺流程设计、程序流程设计、PLC程序设计。1.4本章小结本章分析了自动化技术的现状与发展状况，分析了可编程序控制器的现状与发展；论述了本课题的目的，明确了本课程的研究内容，为下面论文做好了规划。第二章 加工系统总体功能设计与分解2.1加工系统工作原理在加工系统中，工件将在旋转平台上被加工及检测。本系统设计了六个旋转板，四个工位，工位的轮换由直流电机驱动旋转平台转动实现。平台的定位由传感器结合程序实现

15、，光电式传感器检测平台的位置。多个工位可以同时完成多个工件的加工检测，工件在平台平行地完成工件的检测及加工。由带电感式传感器的电磁执行装置来检测工件是否合格的孔深，在进行钻孔加工时，电磁执行件夹紧工件，加工完的工件通过电动推杆传送到下一个工作站。加工系统主要由旋转工作台模块、检测模块、钻孔模块、等组成。光电式传感器固定在加工模块的铝合金底板上，在第一个工位的下方。当工作台转到第一个工位时，由于工作台在各个工位处均留有圆孔，如果第一工位上没有工件，光电式传感器发出的光线将直接穿过圆孔，而不被遮挡，即没有反射光线返回给传感器，则传感器的输出信号为“0”，如果此时该工位上放有工件，则孔被工件挡住，工

16、件将光线反射给传感器，则传感器的输出信号为“1”，利用光电传感器信号的变化即可判断是否有工件放在了1号工位上。工件放置到1号工位后，如果2号位的工件加工完毕，3号位的工件检测完毕且4号位工件被推到下一站时，工作台转动一个工位，这样1号工位的工件被送到2号工位用于检测，2号工位的工件被送到3号工位加工，3号工位的工件被送到4号工位取走，4号位工件被取走。2.2加工系统总体功能设计与分解在加工系统中，工件将在旋转平台上被检测及加工。本系统设计了六个旋转板，其中有四个工位，工位的轮换由直流电机驱动旋转平台转动实现。平台的定位由传感器结合程序实现，光电式传感器检测平台的位置。多个工位可以同时完成多个工

17、件的检测加工，工件在平台并行地完成钻孔的检测及加工。检测系统检测合格的工件通过滑槽被输送到工作平台的1号位，由带光电式传感器来检测工件是否有放置在正确的位置，在2号位进行工件检测，利用电磁柱塞来检测工件的孔是否向上。检测完的工件需要传输至3号位进行对工件材质的判断后再对金属工件进行钻孔加工，在进行钻孔加工时，夹紧执行机构夹紧工件，以实现工件的定位夹紧。结构如图2-1所示：1号位2号位3号位4号位图2-1 加工系统图由此加工系统主要设计了三个模块:旋转工作台模块、检测模块、钻孔加工模块。l)旋转工作台模块旋转工作台模块主要由旋转工作台、工作台固定底盘、传动齿轮、直流电机、定位凸轮、电感式接近开关

18、传感器、漫反射光电传感器、支架等组成。旋转工作台模块结构如图2-2所示：图2-2 旋转工作台模块在工作台上有6个旋转板，用于存放工件，每个工位的下方都有一个圆孔，用于光电传感器对工件进行识别。直流电动机用于驱动工作台转动，它通过一对齿轮减速后将动力传递到工作台。通过工作台的转动实现各个工位上工件的流动。电感式接近开关传感器用于判断工作台的转动位置，以便于进行定位控制。对于工作台的6个旋转板，分别有6个金属的定位凸块与之相对应，各个凸块与工作台相对固定。当凸块接近电感式接近开关时，就会使电感式接近开关动作。该信号可以用来判断工作台是否转动到了工位。光电式传感器固定在加工系统的铝合金底板上，在第一

19、个工位的下方。当工作台转到第一个工位时，由于工作台在各个工位处均留有圆孔，如果第一工位上没有工件，关电式传感器发出的光线将直接穿过圆孔，而不被遮挡，即没有反射光线返回给传感器，则传感器的输出信号为“0”，如果此时该工位上放有工件，则孔被工件挡住，工件将光线反射给传感器，则传感器的输出信号为“1”，利用光电传感器信号的变化即可判断是否有工件放在了1号工位。2)检测模块检测模块主要用于实现对加工件的检测，检测系统主要由光电式传感器、电磁柱塞（检测装置）及电感传感器组成。检测模块的结构如图2-3所示： 图2-3 检测模块图其工作原理是:在检测工件时，电磁柱塞能下降到位，则认为工件合格，若电磁柱塞不能

20、下降到位，则认为工件不合格，电磁柱塞的位置是通过安装在下端的电感传感器来判断的。3)钻孔模块钻孔模块的结构如图2-4所示。它一般由钻孔电机、钻孔装置、夹紧装置、钻孔模块支架等组成。图2-4 钻孔模块图钻孔模块实现的是钻孔加工过程，该钻孔模块用于工件孔的加工。电力设备保留了工件夹紧，送料及钻孔电机返回的行动影响通过与线性驱动齿轴的手段。一个电子齿轮驱动线性轴和中继电路用于启动马达, 该钻机马达使用24伏直流电并且速度不可调。最终位置传感器的方式是通过行程开关的手段，接近极限开关引起的轴的线性运动的方向逆转。2.3加工控制系统2.3.1西门子S7-200简介SIMATIC系列PLC适用于各行各业，

21、各种场合中的检测、检测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面：*极高的可靠性*极丰富的指令集*易于掌握*便捷的操作*丰富的内置集成功能*实时特性*强劲的通讯能力*丰富的扩展模块S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械

22、、中央空调、电梯控制、运动系统。2.3.2传感器和电源选用在加工系统中，各个模块的输入信号大部分为传感器信号，传感器信号也是控制系统进行控制的主要依据。执行机构的起停控制、动作顺序均是以此为依据，传感器检测点的设置合理与否，也直接决定了系统控制流程与控制策略的合理性及实现的难易程度，因而再次系统中我们选用了光电传感器和电感式传感器。光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转化成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转化成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器，光电检测方法具有精度高、反应快、非接触

23、等优点，而且可测参数多，传感器的机构简单，形式灵活多样，因此，光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，在由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。电感式传感器具有一下特点：（1）机构简单，传感器无活动点触点，因此工作可靠寿命长。（2）灵敏度和分辨率高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。（3）线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达0.05%-0.1%。同时，这种传感器能实

24、现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。加工系统使用的是单相交流电源AC220V,而连接到传感器和变送器执行器的执行驱动电压需要的是DC24V，所以这里要变频器，并加上电容进行滤波处理。2.3.3控制系统软件STEP7-Micro/WINSTEP7是用于SIMATIC可编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是SIMATIC工业软件的组成部分。有下列版本的STEP7标准软件包：1)用于SIMATIC S7-200 上简单单站应用的STEP7-Micro/DOS和STEP7-Micro/WIN。STEP7-Mi

25、cro/WIN 是西门子公司专为 SIMATIC S7-200 系列可编程序控制器研制开发的编程软件，它是基于Windows的应用软件，功能强大，即可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态。STEP7-Micro/WIN编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发，其主要实现以下功能。(1)在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时，计算机与PLC断开连接，此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、调试和系统组态等，但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。(2)在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用

26、户程序和组态数据等。(3)在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后，梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线，语句表的错误行前自动画上红色叉，且在错误处加上红色波浪线。(4)对用户程序进行文档管理，加密处理等。(5)设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。2)用于使用带有各种功能SIMATIC S7-300 /ST-400、SIMATIC M7-300/M7-400和SIMATICC7的STEP7标准软件包。STEP7标准软件包运行在WindowS95/98/2000/NT下，与Windows的图形和面向对象的操作原则相匹配，支持自动控制任务创建的

27、各个阶段。STEP7标准软件包提供的主要应用工具如下：(1)SIMATIC管理器用于集中管理一个自动化控制项目，可以方便地浏览SIMATIC S7，SIMATIC M7，SIMATICC7的所有工具软件和数据，编辑数据所需要的工具在启动SIMATIC管理器时自动调入。(2)符号编辑器用于定义符号名称、数据类型和注释全局变量，管理所有的共事符号。符号编辑器的功能是：定义符号名称和过程信号的注释；进行功能分类；与其他Windows程序的交换。(3)硬件组态用于对自动化系统进行硬件配置和参数赋值。硬件组态工具的功能是：进行自动化系统的配置，从编程元素目录中选择硬件模板。分配到机架中期望的插槽；对分布

28、式I/0的配置与集中I/0的配置方式相同，同时支持通道专用I/0；进行I/0参数的属性设置，如启动特性和扫描时间可在菜单帮助下调整、支持多次计算；输入的数据存储在CPU的系统数据块中；进行硬件模板的参数设置，可以从屏幕上定义所有模板的可调参数，而不必通过DIP开关设置，当CPU上电时，自动进行硬件模板的参数设置，在更换模板时无需做另一次参数设置；进行功能模板（FM）和通信处理器（CP）的参数设置，对每个FM和CF模板提供专用的屏幕格式与则（有专门的软件包），为防止输入错误的数据，在参数设置屏幕中只能输入允许的数据。(4)通信组态用于定义经MPI连接的自动化组件之间，使用NETPR0时间驱动的周

29、期性数传送，或定义用MPI、PROFIBUS、工业以太网进行的事件驱动数据传送。通信组态工具的能是：组态的连接和显示；通过MPI进行的由时间驱动的循环数据传送；定义由事件驱动的数据如通信连接，从集成块库中选择通信块；用编程语言（如LAD）对所选通信块进行参数设置。(5)硬件诊断用于提供PLC的工作状态概况，快速浏览CPU数据和用户程序在运行中的故障原因。硬件诊断工具的功能是：快速直接读取信息文本；显示模板的一般信息，如模板的订货号、版本号、模板的状态；显示模板的故障。如集中F0和DP子站的通道故障；用户程序运行中的故障原因；显示循环周期：显示占用和未占用的存储区；MPI的容量和利用率；显示性能

30、数据。如可能的输入/输出点数、位存储器、计数器、定时器和块。(6)编程语言可以使用梯形图（LAD）,语句表（STL）、功能块图（FBD），编程语言。还可以根据控制任务的需要，选择其他的编程语言和组态工具，如连续期能图CFC、标准控制语言SCL、顺序控制流程图S7-GRAPH、状态图57-HIGraph、高级语言S7SLC和M7-Pro/C+等。2.4本章小结本章在分析了生产加工系统原理的基础上，确定了生产加工系统总体功能，并对总体功能进行了分解，确定了系统的组成模块。同时对加工系统控制器开发过程中用到的相关技术、工具、软硬件系统、传感器进行了分析。本章的研究内容是后续工作的基础和保障，是进行加

31、工系统设计开发的依据。第三章 系统工艺流程设计3.1加工系统控制要求加工系统是FESTO公司MPS自动生产线中唯一只使用电气驱动器的工作系统。该系统主要由PLC、控制面板、继电器、旋转工作台、检测装置、钻孔装置、夹紧装置、推杆、各类传感器等组成。加工系统的主要作用是对工件进行孔深检测，然后对工件进行钻孔加工，并将加工过的工件送到下个站。上电时要求按复位按钮，点亮允许复位指示灯，各工件部件应回到初始状态（推杆退回、钻孔装置上升、工作台电机控制继电器释放）。按复位按钮工作部件回到初始位置后应点亮允许启动指示灯，按启动健工作系统开始工作。工作系统开始工作后，如果下个工位处于空闲状态且本工位工件输入位

32、置有工件，则旋转工作台转动。旋转工作台转动过程中，如果定位传感器动作，则旋转工作台停止准备进行孔深检测及钻孔。如果检测工位有工件，则执行孔深检测；钻孔工位有工件，则执行钻孔。如果2个工位都，则同时进行孔深检测、钻孔操作，同时结束本次工作循环。3.2系统I/0布置3.2.1输入信号设置在加工模块的控制系统中，输入信号是所有动作执行的主要依据，不同的输入信号将决定不同的执行动作，输入信号设置是否合理，将直接决定整个控制系统工艺流程的优劣，也直接决定了控制流程实现的难易程度，在该系统中输入信号主要分为两类:1)开关即按钮控制信号该种类型的信号主要实现系统的启动、停机、复位、紧急停车功能。其中启动信号

33、用来实现系统的启动，使得系统在满足初始条件时进入工作状态。停机信号用来停止系统的工作状态，跟急停功能不一样的是，按下停止按钮后，系统不会立刻停止运行，而是完成正在执行的循环的所有动作之后，也就是完成整个工件的工艺流程之后，系统才会停止动作。加工模块PLC的按钮信号地址分配情况如表3-1所示：表3-1 加工系统PLC的按钮信号地址分配情况：序号地址元件符号元件名称元件用途信号特征1I0.0启动按钮开关启动设备信号为1表示按钮按下2I0.1停止按钮开关停止设备信号为1表示按钮按下3I0.2复位按钮开关初始化设备信号为1表示按钮按下4I0.3急停按钮开关紧急停车信号为1表示按钮按下2)传感器信号该种

34、类型的信号主要来自传感器，包括转台等执行机构的位置传感器，以及每个工位用于判断是否有工件的光电传感器。加工模块PLC的按钮信号地址分配情况如表3-2：表3-2 加工系统PLC的按钮信号地址分配情况：序号地址元件符号元件名称元件用途信号特征5I1.03B1光电式传感器判断1号位有无工件信号为l表示1号工位有工件信号为0表示1号工位有工件6I1.13B2光电式传感器判断2号位有无工件信号为l表示2号工位有工件信号为0表示2号工位有工件7I1.23B3电感式传感器判断电磁柱塞的位置信号为1表示电磁柱塞在下限位11I1.33B4光电式传感器判断工作台是否到位信号为l表示工作台到位信号为0表示工作台没有

35、到8I1.43B5电感式传感器判断工件的材质信号为1表示工件是金属材质9I1.53B6行程开关判断钻孔装置的位置信号为1表示钻孔装置在上限位10I1.63B7行程开关判断钻孔装置的位置信号为1表示钻孔装置在下限位12I1.73B8光电传感器判断3号位有无工件信号为1表示3号位有工件3.2.2输出信号设置输出信号主要用于控制电磁阀和继电器动作，以达到控制各种执行机构的目的，当输出信号为1时，相应的电磁阀动作，从而达到控制相应的执行机构的目的。在加工模块中需要控制的执行机构包括:工作台电机、钻孔电机、夹紧装置、检测装置。加工模块PLC的输出控制信号地址分配情况如表3-3：表3-3 加工系统PLC的

36、输出控制信号地址分配情况：序号地址元件符号元件名称元件用途信号特征13Q0.03K1继电器控制工作台电机M1信号为1控制工作台电机M1转动14Q0.13Y1电磁阀控制电磁柱塞动作信号为1控制电磁柱塞下降信号为0控制电磁柱塞上升15Q0.23K2继电器控制钻孔电机M2信号为1控制钻孔电机M2转动16Q0.33K3继电器控制上升/下降电机M3控制M3正转17Q0.43K4继电器控制上升/下降电机M3控制M3反转18Q0.53Y2电磁阀控制夹紧装置动作信号为1控制夹紧装置伸出信号为0控制夹紧装置退回19Q0.63Y3电磁阀控制推杆动作信号为1控制推杆推动20Q1.0H_Work允许启动指示灯允许启动

37、信号为1允许启动信号为0不允许启动21Q1.1H_Reset允许复位指示灯允许复位信号为1允许复位信号为0不允许复位22Q1.2H_Waster允许急停指示灯允许急停信号为1时是允许急停信号为0时是不允许急停3.3加工系统工艺流程详细设计3.3.1加工系统自动工艺流程详细设计自动连续控制：主要用于实现工件的自动连续生产，可以实现工件某一道工序的循环执行，在设备满足正常启动的情况下，只需要按下启动按钮，设备就会按照预先设计好的工作流程自动连续循环运行，可以实现产品某一道工序的批量加工。1）启动初始条件的设定为了保证设备运行的安全，在程序正式启动前加工系统首先需要确认该系统是否满足启动条件。为了避

38、免工作初始阶段出现执行机构互相干涉或碰撞的情况发生，在其正式进入工作过程之前，首先要确保该系统的所有执行机构都要处于初始状，主要包括以下几个方面：（1）旋转工作台处于正确位置；（2）检测装置处于上端位置；（3）钻孔装置处于最上端位置；（4）3号位用于固定工件的夹紧装置处于退回位置；只有当上述条件都满足时，加工系统才会进入到真正的工作阶段，否则将不会执行任何动作，如果条件不满足，需要先对其进行复位，复位功能的作用以及设计和实现过程将在后面的章节中详细的进行介绍。2）检测结果的判断检测模块用于检测工件孔的深度是否合格，根据设计将深度小于设定深度的工件定为不合格，对于检测模块来说，当孔的深度小于设定

39、深度时，在设定的时间内，检测装置向下运动时将无法运动到最下端，这样安装在检测装置下端的电感传感器将不工作，不会有信号输出。如果孔深度合格，在设定的时间内，检测装置向下运动时将以运动到最下端，这样安装在检测装置下端的电感传感器会工作有信号输出。自动功能主要实现的是多个工件的工艺流程，该工艺流程较为复杂。自动功能的详细工艺流程如图3-1所示：图3-1 自动功能的流程图3.3.2加工系统急停工艺流程详细设计急停控制是一种安全保护控制功能。当设备在运行过程中出现了某种危险情况，危及到人身安全、设备安全或生产安全的时候，应当能够通过人为的干预使设备立即停止运行。这种控制功能应该是随时可以实现的。它不同于

40、“停止”的控制功能，在“急停”指令发出后，所有执行机构无论其运行状态、运行位置如何，都有立即停止运行，并保持不动。对于不同的工作站来说，因为其所实现的功能不同，其急停所要实现的功能也有所不同。对于加工系统来说，其执行机构主要有以下几种:驱动旋转工作台转动的直流电机；2号位用于检测的电磁柱塞；3号位用于夹紧工件的夹紧装置;3号位用于钻孔的钻孔电机；4号位用于推工件的推杆。当按下急停按钮时，上述执行机构应该都保持静止不动。急停功能的详细工艺流程如图3-2所示：所有继电器复位检测装置保持急停钻孔电机停转钻孔装置保持夹紧装置保持结束Q0.0RQ0.1RQ0.2RQ0.3RQ0.4R按下急停按钮I0.3

41、工作台电机停转检测装置保持夹紧装置保持钻孔电机停转钻孔装置保持图3-2 急停功能流程图3.3.3加工系统复位工艺流程详细设计复位控制是当生产设备的执行机构由于某种原因不满足运行初始条件时，就需要有这样一个控制功能:通过简单的操作(如按下复位按钮)就能使设备复位到能够满足运行的初始状态。造成设备不满足初始条件的原因可能有:调试操作后、在“急停”危险情况消除后、人为调整了执行机构的位置等。对于不同的工作站来说，因为其所实现的功能不同，其复位控制所要实现的功能也有所不同。对于加工系统来说，其执行机构主要有以下几种:驱动旋转工作台转动流电机; 2号位用于检测的检测装置；3号位用于钻孔的钻孔装置;3号位

42、用于夹紧工件的夹紧装置。当按下复位按钮时，上述执行机构都保持回到初始位置。所有执行机构都要处于初始状态，主要包括以下几个方面：1)旋转工作台处于正确位置；2)钻孔装置处于最上端位置；考虑到复位过程的安全性，各个执行机构复位的顺序并不是任意的，而是需要按一定的先后顺序来进行。例如复位操作时既要3号位用于固定工件的夹紧装置退回始位置，又需要旋转工作台转动到正确位置，此时必须要先将夹紧装置退回到初始位后，才能将工作台转动到正确位置，否则机会发生夹紧装置与工作台的碰撞，可能将行机构给破坏发生危险。为此首先应该将检测装置、钻孔装置、夹紧装置回复到初始置之后，再将旋转工作台复位到初始位置。复位功能的详细工

43、艺流程如图3-3所示；图3-3 复位功能的流程图3.4本章小结本章详细设计了加工系统的多功能工艺流程，首先完成了加工系统I/0点的布置，这是进行工艺流程详细设计的基础。接下来结合检测点的布置情况完成了加工模块的自动、急停、复位工艺流程详细设计，并运用顺序控制设计方法完成了相应工艺流程的程序流程设计，根据程序流程可以利用软件编程进行调试。第四章 控制程序编制与调试4.1程序编制4.1.1STEP 7-Micro/WIN简介STEP 7-Micro/WIN是专门为S7-200设计的、在个人计算机上运行的编程软件，它的功能强大、使用方便、简单易学。图4-1是V2.1版编程软件的界面：图4-1 STE

44、P 7-Micro/WIN的工作界面STEP7编程软件用于SIMATIC S7,M7,C7和基于PC的WINAC，是供它们编程、监控和参数设置的标准工具。STEP 7具有以下功能:硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。4.1.2程序的编制在PLC程序编制中，较为常用的是顺序控制。它也叫功能表图设计法，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间的顺序，在生产过程中各个执行机构自动而有秩序的进行操作。功能表图是一种用来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形，它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。这是一种先进的设计

45、方法，很容易被初学者接受，对于有经验的工程师也会提高设计的效率，对于复杂系统，可以节约6090的设计时间。程序的调试修改阅读也很方便。顺序控制设计法的最基本思想是将系统的一个工作周期划分为若干各顺序相连的阶段，这些阶段称为步(Step)，然后用编程元件(例如存储器位M)来代表各步。步是根据输出量的ONOFF状态的变化来划分的，在任何一步内各输出量的状态不变，但是相邻两步输出量总状态是不同的，步的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件，它可以是外部的输入信号，也可以是PLC部产生的信号，还可能是若干个信号的与、或、非的逻辑组合。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件，让它们的状态按一定的顺序变化，然后用代表各步的编程元件去控制PLC的各个输出位。下面是加工系统的顺序功能图（见图4-2），可以根据顺序功能图写出程序，程序请见附件。图4-2 顺序功能图4.2程序仿真4.2.1仿真软件的简介1）S7-200仿真软件很多读者苦于做实验用的PLC，缺乏实验的条件，编写程序后无法检验实验是否正确，编程能力很难提高。PLC的仿真软件是解决这一问题的理想工具。西门子的S7-300/400PLC有功能强大的仿真软件PLCSIM。近年来在网上流行一种S7-200的仿真软件，在Google