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1、 摘 要传统的机械设备大多数都是以机械为主，是电气、液压和气动控制的机械设备。随着我国现代化的发展，产业结构的升级，机械设备已经逐步的由手动操作变为自动控制操作。自动化控制系统装置在工业产品的制造和加工过程中得到了越来越广泛的运用，其总的趋势朝着更加开放，集成，标准的方向发展。可编程控制编辑器（PLC）是以微处理器为核心，综合计算机技术，通信等技术发展起来的一种新型工业化自动控制装置。目前，可编程控制器已经成为工业自动化领域中应用最广泛的控制装置，其应用的深度和广度已经成为衡量一个国家工业先进与自动化程度高低的重要标志。 本次的毕业设计分为四章，本文主要研究了基于GE自动生产线物料搬运控制系统
2、的设计；系统控制部分的设计等。该系统的核心部分为自动生产线的控制系统，其控制系统主要是以可控制编程器（PLC）为基础进行集成控制的。关键词：PLC ；控制系统；GEABSTRACT The traditional mechanical equipment and products on the mechanical give priority to, is of electric, hydraulic, and pneumatic control of mechanical equipment. Along with the development of our countrys modern
3、ization, the upgrading of industrial structure, mechanical equipment have been gradually by manual operation into automatic control. Automatic control system device in the industrial products manufacturing and processing process are getting more and more widely applied, its total trend toward is a m
4、ore open, integrated, standard direction. Programmable control editor (PLC) is the microprocessor as the core, comprehensive computer technology, automatic technology, the communication technology developed a kind of new type of industrial automatic control device. At present, the programmable contr
5、oller has become the industry automatic field application of most control device, its application in depth and the breadth has become the measure of a country with advanced industrial automation level of the important symbol.The graduation design is divided into four chapters, this paper mainly stud
6、ies the automatic production line based on GE materials handling the design of control system; System of control part of the design, etc. The core of the system of the automatic production line control system, the control system is mainly by can control programming is the basis of integrated control
7、.Keywords: PLC; Control system；GE 目 录第一章 引言 51.1 物流搬运发展过程的回顾 51.2 论文的设计原理 5第二章 机械设备的简介 62.1 双轴位置控制装置的结构 62.2.1 机械运动部分 62.2.2 电气部分 82.2.3 气动回路 11第三章 ME软件和硬件的简介 143.1 Proficy Machine Edition概念 143.2 GE Fanuc新一代的触摸屏产品 143.3 工业以太网通讯 143.4 输入梯形图程序 153.5 上传/下降 15第四章 系统的运行 164.1 系统的工艺流程 164.2 双轴位置控制系统参考程序
8、19总结参考文献插图清单图2-1 双轴位置控制实训装置 6图2-2 丝杠部件总装图 6图2-3 滚珠丝杠机构零部件指示图 7图2-4 丝杠部件分解图 7图2-5 Z轴气缸与工件抓取机构图 8图2-6 总电源开关 9图2-7 开关电源 9图2-8 中间继电器 10图2-9 直流电机实物图 10图2-10 控制盒 11图2-11 双轴位置控制装置气路连接图 12图2-12 过滤减压阀 12图2-13 电磁阀图 13图2-14真空发生器图 13图3-1 程序编辑画面 15图4-1加工工位示意图 17表格清单表4-1 双轴位置控制系统I/O地址分配表 18 第一章 引言1.1 物流搬运发展过程的回顾自
9、从有文明以来，物料搬运就已经成为人类活动的重要组成部分。在古代的中国，为修筑举世闻名的万里长城，物流搬运显得更加重要。拉丁文献中也描述了罗马军队在军需物资供应中遇到的物料搬运问题。经过长期的发展，现在已经展现出非常好的前景。人力搬运的初期，物料搬运纯属体力劳作，完全依靠人力的扛、抬、背、搬等。尽管现在依靠体力搬运物料的现象依然存在，但是两者已经不属于同一范畴。以前，工作环境恶劣，风险大，人员的安全得不到保证，更重要的是效率低下。尽管如此，它在促进人类文明发展中的作用却功不可没。在机械化搬运时期时，人们开始借助机械装置来帮助自己来实现物料的搬运。比如现在很常见的叉车，可以叉起、移动、卸下许多重物
10、，工作效率也大为增加，借助输送设备可运送和分选货物；旋转货架和转盘也用于货物存储，使存取方便，节省时间。由于借助机械设备可以将物料堆码得更高，从而增大了单位面积的存储量。从十九世纪中期至二十世纪中期，以上机械系统是物料搬运的主导技术。从二十世纪中期至今，现代物流搬运系统已经由具有一定智能的物流设备和计算机物流管理和控制系统组成，体现出了智能化的发展趋势。任何一种物流设备都必须接受物流系统计算机的管理控制，接受计算机发出的指令，完成其规定的动作。现代物流设备是在计算机科学和电子技术的基础上，结合传统的机械学科发展来的机电一体化的设备。1.2 论文的设计原理本次论文就是实现对物料搬运控制系统的设计
11、，我立足于学校的GE Fanuc自动化系统集成实验室中的设备，研究设计了基于GE实验室中的设备双轴位置控制系统的自动物料搬运系统。双轴位置控制装置在理解和掌握气动应用和位置控制原理的基础上，通过工业以太网实现其与可控制编程器（PLC）的通讯，以实现对机械设备的自动控制。 第二章 机械设备的简介2.1 双轴位置控制装置的结构本设备由机械运动、电气控制回路、气动控制回路三部分组成，将机械、电气及气动有机组合在一起，实现点位控制的系统。图2-1为双轴位置控制实训装置。图2-1 双轴位置控制实训装置2.1.1 机械运动部分主要由X轴、Y轴的滚珠丝杠机构及Z轴的升降（气缸）与工件抓取机构所组成。2.1.
12、1.1滚珠丝杠机构滚珠丝杠机构是双轴位置控制设备的关键部件，丝杠部分总装图，如图2-2、图2-3与图2-4所示。图2-2 丝杠部件总装图54287613910111312 图2-3 滚珠丝杠机构零部件指示图图2-4 丝杠部件分解图a)电机组件b)电机组件固定座c)弹性联轴器 d)前端支撑块e)导柱f）滑座g）箱式轴承h）后端支撑块i）滚珠丝杠副j）丝杠螺母副k）限位开关o）限位开关固定座p）限位开关2.1.1.2 Z轴的升降（气缸）与工件抓取机构Z轴通过工厂自动化常用的气动双作用气缸和气动真空吸盘来控制取放工件。Z轴方向的运动通过一个双作用气缸来实现。真空吸盘安装在双作用气缸的前端，通过电磁阀
13、来控制气路通断，从来控制Z轴的升降和真空吸盘来吸取释放工件。如图2-5所示图2-5 Z轴气缸与工件抓取机构图2.1.2 电气部分 双轴位置控制设备的电气部分主要由小型断路器、开关电源、继电器、直流电机、控制盒及接线端子等器件所组成。2.1.2.1 空气开关外接电源接入设备由 图2-6总电源开关控制总电源的通断。图2-6 总电源开关2.1.2.2 开关电源由图2-7总电源开关 另外一路接入交流220V电源供给 图2-7 开关电源。图2-7 开关电源2.1.2.3 中间继电器由图开关电源 输出的直流24V分别接入 图2-8 中间继电器的线圈和常开点上，由中间继电器的常开点单独控制 图2-8 X轴电
14、机完成X轴的运动。 图2-8 中间继电器2.1.2.4 X轴、Y轴丝杠机构驱动电机X轴和Y轴丝杠机构分别由两个电机驱动，电机通过弹性联轴器与丝杆相连并带动丝杆转动，如图2-9所示。 图2-9 直流电机实物图2.1.2.5 控制箱控制立体库运动的操作控制盒，如图2-10所示。图2-10 控制盒START开始（启动）MANUAL自动/手动切换Z-AXIS-Z轴升降STOP停止FUNCION功能键HAND吸盘吸取/放开RESET复位EMERGENCY STOP紧急停止POWER电源指示灯2.1.3 气动回路双轴位置控制设备的气动部分主要由过滤减压阀、真空发生器、电磁阀组、标准气缸、真空吸盘、节流阀及
15、气管等所组成。图2-11双轴位置控制装置气路连接图。 图2-11 双轴位置控制装置气路连接图2.1.3.1 过滤减压阀气压传动，往往使用空气压缩机将空气压缩后存储至专用的存储单元，我通常称之为气源。空气中难免会有油污、水蒸气等等一些杂质在空气压缩的过程被吸入压缩机当中混合在气源中。为了设备更好的发挥性能，我们在气源接入设备之前安装了空气过滤器，保证较清洁的空气接入设备当中。如图2-12所示 空气过滤器。图2-12 过滤减压阀2.1.3.2 电磁阀由中间继电器的常开点单独控制 图2-13电磁阀的通断，使Z轴气缸升降、吸盘吸取或释放工件。图2-13 电磁阀图2.1.3.3 真空发生器压缩空气进气管
16、真空管真空发生器：真空发生器产生真空的原理和传统真空泵是不一样的。它是让压缩空气在泵体内形成高速气流，大家知道，气体的流动速度越高，当地的气体压力就越低（从柏努利方程可以得出），因此就具有越强的抽吸能力。真空发生器就是利用这种原理制成的。 正因为如此，在同等真空抽气量的情况下，真空发生器体积小，基本不用维护，真正的无油，是一种既可靠效率又高的真空泵。 真空发生器分单级真空发生器和多级真空发生器两类，在消耗相同压缩空气的条件下，多级真空发生器在标准大气下的真空抽气量一般是单级真空发生器的好几倍，因此，多级真空发生器是真正高效率的真空泵。 真空发生器的使用环境要求很简单，只要有压缩空气源，就可以使
17、用真空发生器。图2-14所示。消声器 图2-14真空发生器图第三章 ME软件和硬件的简介3.1 Proficy Machine Edition概念Proficy Machine Edition 是一个高级的软件开发环境和机器层面自动化维护环境。它能由一个编程人员实现人机界面、运动控制和执行逻辑的开发。GE Fanuc的Proficy Machine Edition 是一个适用于人机界面开发、运动控制及控制应用的通用开发环境。Proficy Machine Edition提供一个统一的用户界面，全程拖放的编辑功能，及支持项目需要的多目标组件的编辑功能。3.2 GE Fanuc新一代的触摸屏产品3
18、.2.1 QuickPanel View/Control的概述QuickPanel View/Control集成了操作员接口和控制功能，采用了Proficy Machine Edition用于界面和程序的开发，可靠性很好。无论是其擅长的网络环境还是单机单元，QuickPanel View/Control都是工厂级人机界面和控制的理想方案。它带来的不仅是一个高清晰度的触摸屏幕，还有I/O选项的操作界面。通过选择多种标准接口和扩展总线，可以和大多数工业设备连接。3.2.2 QuickPanel View/Control的功能1.具有HMI功能2.数字记录功能3.多种语言支持4.仿真功能5.在线监视
19、和故障诊断6.远程监视功能7.上载QuickPanel项目3.3 工业以太网通讯3.3.1工业以太网的概述以太网通讯已经得到了广泛的运用和普及，它有高速和互联互通的技术优势，使其成为世界上工业控制领域通讯的标准和未来通讯的发展趋势。GE Fanuc的自动化产品很好的支持工业以太网通讯，可以用于控制层设备之间，控制层与远程I/O之间，控制层与人机界面HMI/触摸屏的通讯。3.3.2 工业以太网通讯的设置RX3i的PLC，PC和HMI是采用工业以太网通信的，在首次使用、更换工程或丢失配置信息后，以太网通讯模块的配置信息须重设，即设置临时IP，并将此IP写入RX3i，供临时通讯使用。然后可通过写入硬
20、件配置信息的方法设置“永久”IP，在RX3i保护电池未失效，或将硬件配置信息写入RX3i的Flash后，断电也可保留硬件配置信息包括此“永久”IP信息。在设置的时候一定要注意将三者的IP设置在同一号码段处。PLC的IP地址就是该通用底板上的通信模块网卡地址。注意:要设定IP 地址时，必须知道以太网接口的MAC 地址。3.4 输入梯形图程序梯形图LD（Ladder Diagram）编辑器用于创建梯形图语言的程序。它以梯形逻辑显示PLC程序执行过程。在Machine Edition软件中输入梯形图程序步骤如下：在Developer PLC 编程软件依次点击浏览器的ProjectPAC Target
21、 Logic， MAIN为主程序，窗口界面如图所示.根据程序的设计，在工具栏或工具箱中中找到需要的指令，放到相应的位置，在输入地址号，如地址号为I00001，只需键入1I，按回车键即可。 图3-1 程序编辑画面3.5 上传/下降把PLC参数，程序等在计算机上编辑好了以后，需要将内容写入到PLC的内存中。也可以将PLC内存中原有的参数，程序读取出来供阅读。这就需要用到上传和下载功能。程序下载的步骤如下：点击工具栏中的编译程序，检查当前标签内容是否有语法错误，检查无误后。设置临时IP，建立临时通讯，在设定临时IP时，一定要分清PLC、PC和触摸屏三者间的IP，要在同一IP段，而且两两不可以重复。在
22、Navigator 下选中target1,单击鼠标右键，在下拉菜单中选择Properties,在出现的Inspector的对话框中，设置通信模式，在Physical Port中设置成ETHERNET，在IP Address设置原通信模块ETM001中设置的IP地址，如图3.8.1所示。点击工具栏上的按钮，建立通讯，如果设置正确，则在状态栏窗口显示Connect to Device，表明两者已经连接上，如果不能完成软硬件之间的联系，则应查明原因，重新进行设置重新连接。点击按钮，是PLC在线模式，在点击下载按钮，出现下载内容选择对话框。初次下载，应将硬件配置及程序一起下载进去，点击OK。下载后，如
23、正确无误，Target1前面的由灰变绿，屏幕下方出现Programmer ,Stop Disabled ,Config EQ,Logic EQ,表明当前的RX3i配置与程序的硬件配置吻合，内部逻辑与程序中的逻辑吻合。此时将CPU的转换开关打到运行状态，即可控制外部的设备。第四章 系统的运行4.1 系统的工艺流程该系统示意图如图所示为九个加工工位示意图。 图4-1加工工位示意图系统可以根据实际需要，定义不同的加工流程。这里我们假设平台在1号仓位处为初始位置，即1号位为工件加工起始点，加工的过程中，工件由入口，先途经7号加工位，然后经9号加工位，再经3号加工位，最后搬运平台空回入口，等待下一加工循
24、环。具体操作如下：4.1.1 工艺流程在初始位置，按Start键，开始加工。1号位置：气缸下降吸盘启动气缸上升移至7号加工位。7号位置：气缸下降吸盘释放气缸上升气缸下降吸盘启动气缸上升移至9号加工位。9号位置：气缸下降吸盘释放气缸上升气缸下降吸盘启动气缸上升移至3号加工位。1号位置：气缸下降吸盘释放气缸上升回归至入口1号加工位。4.1.2 复位要求在非加工过程时，按下Reset键，将吸盘释放，气缸上升，移动到入口处，等待Start键的加工开始。4.1.3 紧急停止在任何情况下，按下EMG键，所有动作将停止，保持“暂停”。4.1.4 停止功能在工件搬运过程中，按下Stop键，必须将当前的工件搬运
25、完成，即放在出口处，回归入口，停止搬运。4.1.5 手动操作需配置手动调试功能，通过Manual键让进入手动调试状态。其中要控制移动平台左右移动、前后移动，气缸升降、吸盘启动释放动作。4.1.6 双轴位置控制系统I/O地址分配表双轴位置控制系统控制输入量有20个，输出量有8个。双轴位置控制系统I/O地址如表6-1所示。表4-1 双轴位置控制系统I/O地址分配表输入点输出点地址功能说明位号地址功能说明位号 1启动按钮SB41启动指示SB4 2停止按钮SB52停止指示SB5 3复位按钮SB63复位指示SB6 4急停按钮ES14X轴正转控制KA1 5气压检测S15X轴反转控制KA2 6X轴检测S26Y轴正转控制KA37Y轴检测S37Y轴反转控制KA4 10Z轴上检测B510Z轴上升控制Y1 11Z轴下检测B611Z轴下降控制Y2 12X轴极限左B112气爪吸取Y3 13X轴极限右B213气爪释放Y4 14Y轴极限前B315Y轴极限后B44.2 双轴位置控制系统参考程序主程序吸取子程序 释放子程序 开始子程序 复位子程序 总结 总结
