畢業設計(論文)_組態軟件MCGS的MPS搬運分揀單元監控系統的設計_百度文

目 錄

第一章 緒論 …………………………………………………….…（1）

1.1 MPS模塊化生產培訓系統的應用 …………………… ……（1）

1.2 課題背景及設計思想…………………………………………（1）

第二章 系統控制要求…………………………………………..……（3）

第三章 硬件設計………………………………………………..……（4）

3.1. 自動機與自動線的構成…………………………………………（4）

3.2 模塊化生產加工系統…………………………………………（4）

3.3 氣動技術………………………………………………………..（5）

第四章用PLC對MPS搬運分揀單元監控系統設計……………………（6）

4.1 用PLC對MPS搬運分揀單元監控系統設計……………………（6）

4.2 用PLC對MPS搬運分揀單元監控系統設計……………………（7）

第五章 MPS搬運分揀站組態監控 ………………………………… …（16）

5.1組態動畫的設計…………………………………………….. ……(16)

5.2組態數據庫的建立................................ ......(17)

5.3組態腳本程序的建立…………………………………………… (18)

第六章 結論………………………………………………………………..(21)

致謝……………………………………………………..………（22）

參考文獻…………………………………………………………（23）

第一章 緒論

1.1 MPS模塊化生產培訓系統的應用

MPS模塊化自動生產系統是用于學習各種專業知識和多種技術技能的

一套培訓設備。這套設備所有元件均為工廠實際使用的工業級產品。通過這

套設備可對學校和工廠的專業技術人員進行模擬工廠環境的技術培訓。

MPS模塊化生產系統是一套采用先進技術、能模擬實際工業生產中大量復

雜控制過程的教學培訓裝置。該教學系統集電氣技術、PLC編程、傳感器、

氣動等技術為一體，主要用于電氣自動控制安裝、調試、維修的技術人員的

培訓。它具有模塊化、綜合性和易擴充性等特點。該MPS模塊加工系統采

用現代氣動技術及計算機控制技術，對生產線進行模塊化及標準化，可對不

同的生產裝配線配備不同的標準化MPS氣動模塊，組成大型的加工、裝配

生產線。模塊包括：物料輸送，工件裝夾，機械加工，質量檢測，產品分檢

等。模塊間通過現場總線互相通訊，可大大縮短設計、加工、安裝及調試周

期。

1.2 課題背景及設計思想

復雜和加工精度高的零件的要求，隨著計算機技術的的迅速發展，在實

際生產中，由于大量存在一些以開關量控制為主的不復雜的中小型程序控制

設備。 在日新月異的今天，繼電接觸式控制系統控制機床已經不能滿足加

工形狀制過程，并且生產工藝及流程經常變化，則需靈活的改變控制程序，

以使機床或生產過程按預定的條件和順序自動地運行或執行。這種以預先規

定好的時間或條件為依據，按預先規定好的動作次序，對控制過程各階段順

序地進行自動控制，稱為順序控制。能完成順序控制的裝置稱為順序控制器。

繼電接觸式順序控制器滿足不了程序經常改變的控制要求。美國DEC公司于

1969年將計算機中的程序存儲技術引入順序控制器，研制出世界上第一臺可

編程序邏輯控制器PDP-14，簡稱為PLC。由于電子技術和微型計算機的迅

速發展，70年代末期，各廠家又將微電腦技術和大規模集成電路引入可編程

序控制器（PLC），發展了計算機軟件的優勢，PLC的設計以工業控制為目標，

因而具有功率級輸出、接線簡單、通用性強、編程容易、抗干擾能力強、工

作可靠等一系列優點。PLC的一個發展方向是微型、簡易、廉價，以圖取代

傳統的繼電器控制；而它的另一個發展方向是大容量、高速、高性能，對打

規模復雜控制系統能進行綜合控制。因此由PLC發展為當今的可編程序控制

器，經歷10余年的發展，PLC進入實用階段。國外許多廠家都在開發和生

產美國DEC公司的PLC系列化產品。可編程序控制器已獲得了廣泛的應用，

而且推動了工業技術革命的進展。

第二章 系統控制要求

設計條件：要求利用組態軟件MCGS設計滿足控制要求的MPS搬運分揀單元

監控系統。

MPS搬運分揀單元的運行過程如下：

當設備接通電源與氣源，PLC運行后，首先執行復位動作，夾爪打開，

抬臂上抬到位，兩個直線氣缸驅動擺臂左轉到最左端。進入工作運行模式，

按啟動按鈕，擺臂下降夾取工件，抬起后轉安裝工位，擺臂下降后釋放大工

件，然后上抬等待小工件的安裝（用計時器模擬安裝好的信號），有信號后擺

臂再次下降夾取工件，上抬后轉輸出工位；等待輸出信號，按下啟動按鈕，

擺臂下，放開工件，上抬后擺臂轉左工位，再次等待下一個工件信號。

第三章 硬件設計

3.1自動機與自動線的構成

1) 控制系統

2) 氣壓傳動控制系統

3) 工業機械手

4) 檢測裝置

5）控制系統

3.2模塊化生產加工系統（MPS）

模塊化生產加工系統（MPS，Modular Production System）是模擬活塞自

動送料、檢測、搬運、加工、安裝、安裝搬運、分類存儲的全過程，MPS體

現了機電一體化的技術實際應用。MPS設備是一套開放式的設備，用戶可根

據生產需要選擇設備組成單元的數量、類型，最少時一個單元亦可自成一個

獨立的控制系統，而由多個單元組成的生產系統可以體現自動生產線的控制

特點。MPS系統的實物圖如圖8-1所示。

圖3-1 MPS系統的實物圖

3.3氣動技術

氣動技術是實現工業自動化的重要手段 。氣壓傳動的介質來自于空氣 ,

環境污染小 ,工程實現容易 ,以氣壓傳動是一種易于推廣普及的實現工業自

動化的應用技術 。氣動技術在機械 、化工 、電子 、電氣 、紡織 食品 、

包裝 、印刷 、輕工 、汽車等各個制造行業 ,尤其在各種自動化生產裝備和

生產線中得到了廣泛的應用 ,極大地提高了制造業的生產效率和產品質量 。

氣動系統的應用 ,引起了世界各國產業界的普遍重視 ,氣動行業已成為工業

國家發展速度最快的行業之一

第四章用PLC對MPS搬運分揀單元監控系統設計

4.1用PLC對MPS搬運分揀單元監控系統設計

4.1.1設計條件：

要求采用西門子PLC作為控制器，以氣動元件作為執行元件，設計MPS

系統安裝搬運站單元，并實現其動作控制要求。

4.1.2安裝搬運單元的功能

安裝搬運單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過程，同時能提

供一個安裝工位，實現大、小工件的組裝。

4.1.3安裝搬運單元的結構組成

安裝搬運單元主要由I/O接線端口、提取模塊、直線轉圓周運動裝置、工

件平臺、氣源處理組件等部件組成。

1). I/O接線端口

它是該工作單元與PLC之間進行通訊的線路聯接端口。該工作單元中的

所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電

纜線連接到PLC上。

2). 料盤模塊

該模塊實際上也是一個“氣動機械手”，主要是由一個直線氣缸（上下擺

動）、擺臂和氣動夾爪等組成。

擺臂相當于氣動機械手的“手臂”，只是在這時不能伸縮，只能上下擺動，

它由一個安裝在下方的直線氣缸驅動，再擺臂的前端安裝有一個氣動夾爪，

用于提取工件。

3). 直線轉圓周運動裝置

提取模塊的左右移動及旋轉由兩個直線氣缸所控制，它通過一定的機械轉

換裝置，在實現直線運動的同時還能提供圓周運動，這樣在本單元上可提供

四個工位，分別在左工位（提取共建）、左上工位（安裝工位）、右上工委（未

用）和右工位（輸出工位）。

4.) 工件平臺

工件平臺安裝在安裝工位上，用于實現大、小工件的組成

4.2用PLC對MPS搬運分揀單元監控系統設計

4.2.1氣動設計

氣動，是以壓縮空氣為工作介質來傳遞和控制信號，控制和驅動各種機械設

備，以實現生產過程機械化、自動化。一個完整的氣動自動化系統由氣源裝

置、控制元件、執行元件、輔助元件、檢測元件及控制器組成氣動回路：

元件：雙作用氣缸4個 三位五通閥2個

雙電控二位五通1個 單電控二位五通1個

4.2.2電氣控制圖：

動作順序：開始——升降缸下降——手指夾緊——升降缸上降升——擺動缸

順時針擺動（等待信號）——二次擺動——循環開始

4.2.3流程圖

初始步

Q0.0 Q0.2 Q0.4

M4.0

I2.4

M4.1

開始 M4.2

I2.0

手臂下Q0.6 M4.3

I0.5

夾緊工件Q0.5 M4.4

I0.4=0 T40

手臂抬起Q0.6

M4.5

I0.6=0

手臂左轉向工件Q0.3 M4.6

I0.2

手臂下Q0.6

M4.7

I0.5

夾緊臂放開工件 M3.0

I0.4

手臂抬起Q0.6=0 M3.1

I0.6=0

安裝小工件

M3.2

手臂下Q0.1 M3.3

I0.5

夾緊工件

M3.4

T40=0.5 I0.4=0 T40

手臂抬起

M3.5

I0.5

手臂放下工件 M3.6

I0.0

手臂釋放工件 M3.7

I0.0

手臂下 M2.0

I0.5

夾臂釋放 M2.1

I0.4

手臂抬起 M2.2

I0.6

手臂轉向工位 M2.3

返回 M2.4

4.2.4搬運分揀站梯形圖如下

：

第五章MPS搬運分揀站組態監控

5.1 組態動畫的設計

首先進入MCGS組態環境，根據設計的題目和要求，新建一個組態窗口，

將窗口屬性的名稱改為搬運分揀站的組態監控。如下圖：

雙擊打開窗口，打開工具欄，將單次品檢測元的平面圖畫在窗口里保存，

如

下圖所示：（注意，在畫圖時合理布局，以確保在運行時能全面看到監控過

程）：

5.2 組態數據庫的建立

下面開始建立實時數據庫，數據要對應上面組態動畫的各各動作，如下圖

在組態環境下點擊實時數據庫再點擊新增對象加入數據，將對象屬性更改，

將名稱改為上面各各動作的對應選項，再將動畫中的對象進行動畫連接，和

實時數據庫對應連接。

如下圖加入實時數據：

5.3 組態腳本程序的建立

MCGS的腳本程序是為了實現某些多分支流程的控制及操作處理，因此

只包括了幾種最簡單的語句：賦值語句、條件語句、退出語句和注釋語句。

所有的腳本程序都可以由這四種語句組成，當需要在一個程序行中包含多

條語句時，各條語句之間須用“：”分開，程序行也可以是沒有任何語句的空

行。大多數情況下，一個程序只包含一條語句，賦值程序行中根據需要可在

一行上放置多條語句。

如下圖所示，在窗口中點擊運行策略：

然后點擊循環策略，彈出如下圖所示的窗口：

再點擊主菜單中的如下圖所示：

再雙擊策略行的最后方框改為腳本程序，打開編輯，如下圖所示：

最后打開腳本編輯器，進行程序編寫，和實時數據庫對應連接，就可以控

制組態動畫。

腳本程序設計：

第六章 結論

通過此次對組態軟件MCGS的MPS搬運分揀單元監控系統的設計，我們

完成了其所需要滿足的控制要求，實現了其在自動化中的應用。在設計中我

們采用了許多電氣及氣動控制元件，如按鈕、指示燈、氣缸、換向閥等。通

過控制機械手抓取釋放工件來完成搬運過程及采用傳感器完成分揀動作來實

現自動生產化的控制。

對工件搬運分揀的同時，我們掌握了組態軟件的使用及PLC的結構特點

電氣控制越來越不能滿足加工的需要，因此采取PLC控制成為了當代MPS

控制的理想形式。另外PLC還具有功率級輸出、接線簡單、通用性強、工作

可靠等一系列的優點，它的發展方向是微型、簡單、價廉，以圖取代傳統的

繼電器控制，而它的另一個發展方向是大容量、高速、高性能，對大規模復

雜控制系統能進行綜合控制。通過這次設計使我了解了MPS搬運分揀單元

的工作原理，同時也進一步了解了PLC的控制原理。

通過組態軟件的運行實現對MPS搬運分揀單元的控制，完全可以取代傳

統的手動控制。將MCGS 應用于自動化生產線中，是生產具有可視可控性，

將MCGS與PLC相連，易于操作。二者相互配合在許多加工領域已經投入

了使用，使之成為當今自動生產線的理想形式。

致 謝

經過很長一段時間的準備，今天終于可以順利的完成畢業設計最后的謝辭

了，這篇謝辭的完成，表示可以進行畢業答辯了，這也是為三年的學習生涯

以及大學生活劃下完美的句號。

畢業設計的完成，不僅在于不斷的搜索和整理，更主要的是在三年中學習

知識的積累，所以我在此首先重點感謝三年來教授我們每門課程的老師們，

正因為他們嚴謹的作風和樸實的教學，才能最終讓我們走向碩果的終點。在

此特別感謝我們組的指導老師趙建偉老師，他在我們做畢業設計期間作出了

很大的努力，爭取讓組里的每一位同學精益求精的完成論文，提高答辯質量，

這是論文可以順利完成的最重要的原因。同學們的關心和幫助是我的動力，

在我知識的缺憾上給予我很大的幫助，使得設計從剛開始的迷茫到越來越完

善，最終幫助我完整的寫完了畢業設計。

參考文獻

〔1〕張文明，劉志軍主編。《組態軟件控制技術》

〔2〕張宏生，朱紹祥. 可編程序控制器. 機床雜志，1987～1988

〔3〕廖常初編著，《可編程序控制系統應用技術》，重慶大學出版社，1992

年7月.

〔4〕耿文學主編. 可編程控制器應用技術手冊. 北京：科學技術文獻出版社，

1996