装配流水线控制系统的设计分解

长沙学院专业综合设计说明书

长沙学院课程设计鉴定表

目录

1.系统功能与要求

2.系统元器件选型

3.系统端口配置

4.硬件电路设计

5.程序设计

6.调试与结论

装配流水线控制系统的设计

1.系统功能与要求

1 设计任务

通过毕业设计了解PLC控制的企业装配流水线基本原理以及工作流程，设计PLC控制实现的模拟装配流水线系统，控制多工位装入、多工位装配、单工位入库等操作。

⑴以自动化实验中心综合实训室的网络型可编程序控制器实训平台为研究对象，了解控制对象结构组成，熟悉控制对象实际工作流程，确定受控对象与PLC间关系，估计程序步数；

⑵运行框图、硬件接线图绘制；

⑶画出PLC控制的梯形图；

⑷编制出语句表；

⑸输入指令并修改更正程序；

⑹调试运行并反复设计验证；

⑺整理设计思路、总结设计成果。

1.2 装配流水线的基本介绍

1.2.1 装配流水线的起源

20世纪初,美国人亨利.福特首先采用了流水线生产方法,在他的工厂内,专业化地将分工分的非常细,仅仅一个生产单元的工序竟然达到了7882种,为了提高工人的劳动效率,福特反复试验,确定了一条装配线上所需要的工人,以及每道工序之间的距离。这样里来,每个汽车底盘的装配时间就从12小时28分缩短到1小时33分。大量生产的主要生产组织方式为流水生产，其基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统，即流水生产线。最典型的流水生产线是汽车转配生产线。流水生产线是为特定的产品和预定的生产大纲所设计的；生产作业计划的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出规定。

1.2.2 装配流水线的概述

在大量生产中,为了提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件,不仅要求机床能自动的对工件进行加工,而且要求工件的装卸、工件的工序间的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进行。因此,把设备按工件的加工工序顺序依次排列,用自动输送装置将他们联成一个整体,并用控制系统将各个部分的动作协调起来,使其按照规定的动作自动的进行工作,这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。

流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。输送线的传输方式有同步传输的/（强制式）也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。

流水线是劳动者为了方便生产将生产对象人为的通过外界设备将其按照一定的线路顺序通过各个操作点，以及用一定的速度来重复连续的完成生产过程。装配流水线把劳动对象和专业化生产专业的有效的结合在一起的一种生产方式。它具有以下特征：

⑴工作地点的专业化程度非常高；

⑵具有明显的规律性；

⑶每条生产线的生产水平相似；

⑷生产过程封闭、不可逆；

⑸有很强的连续性。

1.2.3 装配流水线的发展

1.现代流水生产起源于1914年—1920年的福特制。福特制的主要内容：

⑴在科学组织生产的前提下谋求高效率和低成本。因而实施产品、零件的标准化、设备和工具的专用化以及工作场所的专业化。唯一最佳的“单一产品原则”。

⑵创造了流水线的生产方法，建立了传送带式的流水生产线。

2.内容和形式上的变化

⑴内容上：产品的装配、零件的机械加工、锻压、铸造、热处理、电镀、焊接、油漆以及包装等。

⑵形式上：单一产品流水线——可变流水线——混合流水线——成组流水线——半自动流水线——自动化流水线

1.2.4 装配流水线生产的形式

1.按生产对象的移动方式：固定流水向线和移动流水线

固定流水线：是指生产对象位置固定,生产工人携带工具沿着顺序排列的生产对象移动.主要用于不便运输的大型制品的生产,如重型机械、飞机、船舶等的装配；移动流水线：生产对象移动，工人和设备及工具位置固定的流水线。这是常用的流水线的组织方式。

2.按生产对象的数目：单品种流水线和多品种流水线

单品种流水线：又称不变流水线，是指流水线上只固定生产一种制品。要求制品的数量足够大，以保证流水线上的设备有足够的负荷；多品种流水线：将结构、工艺相似的两种以上制品，统一组织到一条流水线上生产。

3.按产品的轮换方式：可变流水线、成组流水线和混合流水线

可变流水线：集中轮番地生产固定在流水线上的几个对象，当某一制品的批制造任务完成后，相应地调整设备和工艺装备，然后再开始另一种制品的生产；成组流水线：固定在流水线上的几种制品不是成批轮番地生产，而是在一定时间内同时或顺序地进行生产，在变换品种时基本上不需要重新调整设备和工艺装备；混合流水线：是在流水线上同时生产多个品种，各品种均匀混合流送，组织相间性的投产。一般多用于装配阶段生产。

4.按连续程度：连续流水线和间断流水线

连续流水线：制品从投入到产出在工序间是连续进行的没有等待和间断时间；间断流水线：由于各道工序的劳动量不等或不成整数倍关系，生产对象在工序间会出现等待停歇现象，生产过程是不完全连续的。

5.按节奏性程度：强制节拍流水线、自由节拍流水线和粗略节拍流水线

强制节拍流水线:要求准确地按节拍出产制品；自由节拍流水线: 不严格要求按节拍出产制品,但要求工作地在规定的时间间隔内的生产率应符合节拍要求；粗略节拍流水线: 各个工序的加工时间与节拍相差很大,为充分地利用人力、物力，只要求流水线每经过一个合理的时间间隔，生产等量的制品，而每道工序并不按节拍进行生产。

6.按机械化程度：手工流水线、机械化流水线和自动线

1.2.5 装配流水线生产的组织条件

1.品种稳定单一，产量足够大，长期供货，单位劳动量大，保证设备足够负荷。

2.产品结构和工艺相对稳定：

⑴先进性；

⑵良好的工艺性和互换性；

⑶标准化程度高。

3.工艺过程既可划分为简单的工序，又可以相互合并。

4.原材料和协作件的标准化、规格化，且按时供应。

5.机器设备始终处于完好状态，严格执行计划预修制度。

6.工作必须符合质量标准。

7.厂房和生产面积适合安装流水线。

1.3 PLC控制饮料装瓶流水线的优势

1.生产效率高

相对于传统的饮料装瓶流水线，由PLC控制的装瓶流水线其电气部分由PLC控制。这一电气控制系统能很快的发现生产线上的问题和不足，PLC灵活的可编程性能很快的对程序进行改进。PLC中大量使用了软继电器，使得外部接线更加简单，更容易维护。因此，使用了PLC控制的饮料装瓶流水线的生产效率更高，更好地为企业创造利润。

2.卫生条件好

由于饮料的装瓶、盖盖、贴签到成品入库都可以用流水线来完成。这样可以创造一个相对封闭的生产环境和减少人工操作。为饮料装瓶创造了一个很好的卫生条件。

3.安全性提高

由于PLC的稳定性好，这样就降低了生产过程中的事故的发生。同时由于饮料从装瓶到入库全由机器完成，进一步降低了员工在生产线上发生事故的概率，更好地保护了员工的人身安全和企业的财产安全。

1.4 传感器的基本介绍及选择

1.4.1 传感器的概念与组成

概念：传感器是一种以一定精度把被测量转换为与之有确定关系、便于应用的某种物理量的测量装置。其中包含了以下几方面的含义：

⑴传感器是测量装置，能完成检测任务；

⑵它的输入量是某一被测量，如物理量、化学量、生物量等；

⑶它的输出是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；

⑷输出与输入间有对应关系，且有一定的精确度。

组成：传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路3部分组成，框图如下：

图1.1 传感器的组成

敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。

转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成电路参数。

转换电路：将上述电路参数接入转换电路，便可转换成点亮输出。

实际上，有些传感器很简单，有些则较为复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。最简单的传感器由一个敏感元件组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶传感器。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器。有些传感器，转换元件不止一个，需经过若干次转换。

1.4.2 传感器的选择

由于本次设计是以饮料装瓶的装配为例。在实际生产过程中，接触到的基本上塑料制品，所以我选择光敏传感器。

在自动化流水线生产过程中，要用到很多传感器来监视和控制生产过程中的不同状态。使生产线处在正常工作状态或者最佳工作状态。

本次设计用到的传感器主要用在饮料瓶到达操作工位或仓库时，通过传感器给PLC一个反馈信号使传送带停止运行。操作工位和入库感应上用到的传感器可以使用光敏传感器，

光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可（即光敏传感器对于物体的存在进行反映，不管部件的移动与否，只要处在光敏传感器检测范围内，它都会做出一个输出信号）。

光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。

2.系统元器件选型

2.1 可编程控制器概述

2.1.1 PLC的产生

上世纪60年代，在没有可编程控制器以前，在大部分工业生产中是以继电器控制来实现各种功能，传统的继电器系统主要有一下几个优点结构比较简单，易于操作，价格便宜等，在工业领域中应用甚广，于此同时继电器控制系统也有以下缺点体积比较大，动作速度比较慢，耗电量多，寿命短，更有接线复杂，更改困难等。继电器控制系统对当时的生产力发展中起到了巨大的作用，在工业生产过程中，大量开关量顺序控制被使用，它按照逻辑条件（即实现编制好的程序）进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，以及大量离散量的数据采集。在PLC没有出现以前，这些功能是通过继电器控制系统来实现的。

世界上公认的第一台PLC（即PDD-14）是美国数字设备公司（DEC）于1969年根据美国通用汽车公司的要求研制成功的。

背景：1968年，美国通用汽车公司（GM）为了增强产品在市场上的竞争力，适应汽车型号的不断更新和生产工艺不断变化的需要，实现汽车的多品种、小批量生产和不断翻新汽车品牌的目的。通用汽车公司（GM）希望有一种可编程序的逻辑控制器来取代传统继电器控制装置的要求，这种控制器能做到尽可能减少设计中的错误和用尽可能少的电气控制装置以及电气接线，以减少重复设计率，更好的适应当代生产的需要，以减少故障，降低生产成本和缩短生产周期。

设计思想：将传统的继电器的控制技术和现代计算机信息处理技术有效的结合起来，以满足工业

生产的需要。

⑴传统的继电器控制系统有其本身的优点，如：简单易懂、操作方便、价格便宜；但是也有其的缺点，如体积大、可靠性低、接线复杂、不易查找、更改和排除故障，对不断变化生产工艺的适应性差；

⑵计算机功能强大、有复杂的逻辑能力、运算能力、灵活、通用性好，但用计算机来编程其困难程度很大；

所以就有了将两者有点有效的结合起来，来实现生产的需要的想法，从而产生了现代的可编程控制器。PLC吸取继电器和计算机两者的优点，实现了将控制系统面向控制过程、面向客户，在不同环境下适应性强、操作方便、体积小、可靠性高，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。

GM对汽车流水线控制系统提出的具体要求，归纳起来是：

⑴编程简单易懂，可在现场修改和调试程序；

⑵维护方便，采用插入式模块结构；

⑶可靠性高于继电器控制系统；

⑷体积比继电器控制装置小；

⑸数据可直接送入管理计算机；

⑹成本可与继电器控制系统竞争；

⑺可直接用115V交流电压输入；

⑻输出量为115V、2A以上，能直接驱动电磁阀、接触器等；

⑼通用性强，易于扩展；

⑽用户程序存储器容量至少4kB。

2.1.2 PLC的定义

随着个人计算机（简称PC）的出现和发展起来，为了方便和反映可编程控制器的功能特点以及区别个人计算机，将可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），不过现在仍常常将PLC简称PC。

在PLC的发展过程中，PLC的定义有好几种。其中国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

2.2 PLC的特点

1.可靠性高，抗干扰能力强

可靠性作为电气控制设备的重要性能。PLC也不例外，为了让PLC的可靠性更高，很多厂家都做了一下措施：

⑴在PLC内部电路中，一般将其电路集成化，在生产过程中，应严格的按需要的工艺制造，并运用现在流行的功能模块，将其电路模块化以及加入抗干扰功能，让其拥有更好的可靠性。

⑵在PLC的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经少了很多。这也使PLC的故障率大大的降低，同时很大程度上使PLC的可靠性大大的提高。

⑶PLC中设置了一些自我诊断、警戒报警和可恢复等功能，在PLC出现故障时能及时的发现，若发生一些小故障也能自我恢复等。用户可以通过PLC的应用软件将外部器件的故障诊断程序编入PLC，使整个PLC控制系统中的其他电路和电气设备都能得到有效和及时的保护。这也使PLC具有极高的可靠性。

⑷在工作方式上，PLC 采用了周期扫描、集中采样、集中输出等工作方式极高了自身的扛干扰能力。 2.配套和功能齐全，适应性强

PLC 发展到今天，各个生产厂家也形成了各自不同大小规模的系列化产品。这些产品能有效的满足市场中不同规模的工业自动化控制场合。由于PLC 本身具有很强的数据运算能力和速度以及可编程控制器的网络通信能力的提高，所以它能适应不同的工业自动化控制领域。 3.简单易学，方便易用，受到工程技术人员的好评

作为现代通用的工业自动化控制计算机。PLC 的汇编语言相对于计算机更简单易学，使用起来也很方便以及接口简单很容易被熟悉电气知识的和不熟悉的用户所掌握。它可以用相对于继电器少很多的接线和开关量就能实现传统继电器控制系统的功能。为用户打开了方便之门。 4.系统的设计和建造工作量小，容易改造、方便维护

由于PLC 出色的程序汇编使控制设备的外部接线和开关量大大的减少，这不仅缩短了控制系统的设计周期和外部设备的组成时间，也使电气设备的故障维修和维护容易起来。特别是通过PLC 控制其电气部分，在同一个控制系统中改变程序来改变生产过程成为了可能。这给小企业带来了充分的灵活性，十分适合多品种和小批量的生产场合。 5.体积小，重量轻，能耗低

由于半导体集成电路的应用，PLC 的体积相对很小。如超小型PLC ，其新出产的品种底部尺寸小于100mm ，重量小于150g ，功耗仅数瓦。由于体积小，很容易装进机械内部，是机电一体化的理想装置。

2.3 PLC 的组成及其工作原理 2.

3.1 PLC 的组成

PLC 的组成：PLC 的种类很多，其基本功能和指令也有差异，但是其基本结构和工作原理则大同小异。一般由CPU 板、I/O 接口电路、存储器、扩展接口、电源、显示面板等硬件组成。其硬件简化框图如下：

图2.1 PLC 硬件简化图

1．中央处理单元（CPU ）

中央处理单元（CPU ）是PLC 的核心组成部分，在PLC 系统中它通过与其他硬件结合起来，使整个

按钮 选择开关 限位开关 电源

接触器 电磁阀 指示灯 电源

系统就像人体神经中枢额，从而来协调控制整个系统。它主要由运算器、控制器、寄存器、数据和总线等组成。每一个PLC都有一个CPU进行数据的采集、接收和储存。

2.存储器

存储器主要用于存储程序和数据，可编程控制器（PLC）的存储器可分为两种：系统程序存储器和用户存储器。

⑴系统程序存储器是用来固化PLC生产厂家在研制系统时编写的各种系统工作程序。主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序。系统程序由厂家固定，用户自己不能更改。

⑵用户存储器是用来存放从编程器或个人计算机输入的用户程序和数据，所以又可分为用户程序存储器和数据存储器两种。主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据、中间结果。

3.I/O接口电路

I/O接口是PLC与电气回路的通信接口。

⑴开关量输入接口可分为直流输入单元和交流输入单元。它能把现场的开关量信号转换成PLC内部处理的标准信号。

⑵开关量输出接口可分为继电器输出方式、晶体管输出方式和晶闸管输出方式。它能把PLC内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。

4.电源

PLC电源是用来给PLC内部各个模块提供工作电源的。一般采用开关式稳压电源为内部电路供电，向CPU、存储器及输入/输出接口提供各自所需的直流电压。电源的性能将直接影响PLC的功能，同时也影响着PLC工作的可靠性。

PLC根据型号的不同，其电源供电可分为交流供电和直流供电。交流一般为单相220V，直流一般为24V。

5.扩展接口

用于将扩充外部输入/输出端子数扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。

6．通信接口

7.编程器

编程器是用来编写、输入、编辑用户程序和监视可编程控制器运行时各种元器件的工作状态。检查维护的器件，它不直接参与现场控制运行。可分为简易编程器和图形编程器。

8.其他部件

人机界面：现在最简单的人机界面由指示灯和按钮组成。目前比较先进的有触摸屏一体式的用户终端应用也越来越广泛，当然由计算机来当作人机界面也是十分普及的。

2.3.2 PLC的工作原理

在PLC进入工作状态后，其工作过程主要分为：输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

⑴输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC首先扫描所有输入状态和数据，并将它们先后存入相对应的输入映像寄存器中。输入采样结束以后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生了变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会随之改变。因此，如果输入是脉冲信号，那么该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才可以保证不管在什么情况下，该输入均能被读入。

⑵用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC根据梯形图的扫描原则进行扫描程序，它总是按从左到右、从上而下的

顺序依次地扫描用户程序(梯形图)的。在用户程序执行过程中，当指令涉及到了输入输出状态的时候，根据用户需要的数据从映像寄存器中将元件的“0/1”状态读取出来，按照程序的要求进行逻辑运算，并将运算结果写入对应的元件映像寄存器中。因此，每个元件的映像寄存器（除输入映像寄存器外）的状态都会随着程序的执行而发生着变化。

⑶输出刷新阶段

当用户程序扫描结束后，元件映像寄存器中的所有输出映像寄存器的“0/1”状态在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。PLC工作原理如下图所示：

图2.2 PLC的工作原理

2.4 PLC的编程语言

PLC为用户提供了功能十分完整的编程语言，用来适应PLC在工业环境中的应用。利用PLC的汇编语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变继电器控制的硬件接线，也就是所谓的“可编程序”。

PLC标准中规定了五种标准语言，其中梯形图（Ladder diagram）和功能块图（Function block diagram）为图形语言，指令表（Instruction list）和结构文本（Struction text）为文字语言，还有一种结构块控制程序流程图（Sequential function chart，又称为顺序功能图）。梯形图由于其出色的易掌握性、程序表达清晰性以及与继电器控制系统的电路图相似，使其成为目前使用最广泛的PLC

图形汇编语言。

本次设计PLC程序采用了梯形图语言，编程软件为GX developer。GX developer软件能够完成程序编写、对可编程控制器CPU的写入/读出、监控程序运行、调试程序和PLC错误诊断等一系列功能。

2.5 PLC的分类及其应用领域

初期的PLC主要在以开关量居多的电气顺序控制系统中使用，但在上世纪90年代后，PLC逐渐在工业领域中应用。随着生产的需要PLC被广泛地在流程工业自动化系统中使用。直到现在PLC在现场总线控制系统中，PLC更是其中的主角，其应用面越来越广泛。PLC主要可以分为大中小三类。

1.小型PLC

小型PLC的I/0点数在256点以下，小型PLC由于其体积较小，结构紧密使它的硬件系统更好。它能连接除开关量以外的特殊功能模块。

2.中型PLC

中型PLC的I/0点数一般是在256~2048点之间。

3.大型PLC

一般I/0点数在2048点以上的称为大型PLC。大型的可编程控制器其性能更高，速度更快和超大的存储量，多CPU一起工作更让其在工业领域得到了更广泛的运用。

2.6 PLC与其他工业控制系统的比较

1.PLC控制系统与传统继电器控制系统相比较：

继电接触控制全部用硬器件、硬触点和“硬”线连接，为全硬件控制；PLC内部大部分采用“软”电器、“软”接点和“软”线连接，为软件控制。在PLC的外部电路上，其电气连接线和开关连接点相对于同等规模的继电器控制系统已经见了很多。PLC的可靠性比继电接触控制的高。

2.PLC与微型计算机的比较：

PLC编程简便，汇编语言简单易懂适合不管有无电气知识的用户都能很快上手。计算机使用汇编语言或其他高级语言编程，比PLC编程复杂。PLC可靠性高，PLC采用扫描方式进行工作等。

3.PLC与单片机的比较：

PLC的电路设计比较成熟，稳定性高，软件集成化，学习容易，开发周期短。单片机的稳定性相对于PLC稍差，接线外部设备相对复杂，单片机牵扯到得知识很多，不容易学习和上手。

从上边对PLC的简单介绍和比较可以看出。由PLC的软件编程和硬件连接决定了它的可靠性和控制功能比继电器控制系统高的多，它是专门为工业控制场合设计的控制器，所以他的稳定性也比一般通用计算机要好的多，而且它操作简单灵活，易于实现系统升级和功能扩展。由于PLC的稳定性和安全性相对单片机更高，更被企业在工业自动化生产中所接受和应用。所以在本设计中对装配流水线的控制采用PLC 来进行控制。

2.7 PLC选型

本次设计我选用的是日本三菱公司生产的FX2N系列的PLC。三菱公司作为日本生产PLC的主要厂家之一。该公司生产的FX2N系列的机型，属于高性能叠装式机型，是目前三菱公司最先进的PLC产品，FX2N系列PLC具有数十种编程元件，能满足本次设计。FX2N系列PLC编程元件的编号分为两部分：第一部分是代表功能的字母。如输入继电器用“X”表示、输出继电器用“Y”表示。第二部分为数字，数字为该类型器件的序号。根据所需的用户输入输出设备及I/O点数，选择我们实验室的FX2N-32MR型来满足控制系统的要求。

图2.3 FX2N系列PLC

2.7.1 FX2N系列PLC的功能及基本性能

FX2N系列是FX系列PLC家族中最为先进的一个系列。由于FX2N系列具备如下特点：最大范围的包容了标准特点、程式执行更加快速、全面补充了网络通信功能、更适合世界各国不同的电源和更好的满足了单个需要的大量特殊的功能模块，它可以为你的工厂工业自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。其中为很多特殊功能是为实际运用而开发的，通过这些特殊功能满足了工业生产范围内的不同需求，如模拟I/O、计数器。

其他功能如下表：

2.7.2 FX2N 系列适用范围

FX2N 系列在自动化控制系统中充分地发挥了其强大的功能。它的使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制系统到更复杂的自动化控制系统,它覆盖了所有与自动化检测和控制相关的工业及民用领域，如各种机床、机械、电力设施、民用设施、中央空调、电梯控制、运动系统、环境保护设备等。

3.系统端口配置

4.硬件电路设计

此次设计的外部接线图如图所示。左边为输入主要由3个点动开关组成。这3个开关X0、X1、X2分别实现了启动、移动和复位的功能。右边为输出部分主要由8个LD 灯组成。通过LD 灯的闪烁能直观的观察程序运行情况。

启动 移动 复位

图3.3 PLC的外部接线图

5.程序设计

梯形图分析

图3.4（a）程序启动

图3.4（a）是为程序开始运行和传送 (D)实现通断而设计的。

PLS:上升沿微分输出指令,在输入信号上升沿产生脉冲信号。只能作用于Y与M，在输入信号接通或断开的一个周期内置位为“1”；

SET：置位指令，使动作保持；

M8000为运行监视继电器。当PLC处于RUN状态时它始终为ON，相反则为OFF。

当X000点动接通瞬间，软继电器M0输出一个周期的ON信号。（但是开关连续接通对M0没有影响）；PLC处于RUN，M8000接通在M0、T4脉冲上升沿、X001脉冲上升沿以及M18接通与T3脉冲上升沿作用下SET将Y0003置位为ON，即传送(D)动作（灯亮）。

图3.4（b）传送D和传感器E的复位动作

图3.4（b）是通过时间继电器T0来实现传送（D）的复位和传感器1（E）的复位。

RST：复位指令，使操作保持复位（清零）。

当Y003常开闭合，时间继电器T0动作开始计时1秒，在T0的脉冲上升沿的作用下Y003被置位，即传送1（D）灯灭；同时传感器1（E）灯亮。

图3.4(c)操作和入库的置位动作

图3.4（c）是实现对操作1、2、3和入库的置位动作。

M8000处于ON状态，程序给定一个时间继电器T3一个上升沿脉冲，传感器3（G）复位。同时当M18处于常闭状态，若M2常开闭合则操作1（A）被置位；若M5闭合则操作2（B）被置位；若M8闭合则操作3（C）被置位；若M11闭合则入库（H）被置位。

图3.4（d）时间继电器通断

图3.4（d）是实现对操作1、2、3和入库LD灯的通断时间控制。

当Y000、Y001、Y002或Y007常开闭合时，时间继电器T4计时3秒。

图3.4（e）操作和入库的复位动作

图3.4（e）实现实现对操作1、2、3和入库的复位动作。

ADDP:脉冲执行型的ADD指令（加法指令）执行一个扫描周期。

当T4闭合，若Y000闭合则操作1（A）被复位；操作2、3和入库同理。在T4闭合的瞬间，ADDP

执行一个扫描周期，即循环选择A\B\C\H的条件。

图3.4（f）选择操作或入库动作

图3.4（f）是通过比较指令来实现DEFG循环后选择操作1、2、3或入库动作。

CMP:比较指令

M8000处于ON状态，将数据寄存器D0中的内容与常数1比较。比较结果去驱动M1、M2、M3，当D0＜1时，M1置位；当D0＝1时，M2置位；当D0＞1时，M3置位；以下几条同上。

图3.4（g）返回初始状态

图3.4（g）是实现一次循环结束后，返回初始状态的动作（即返回选择A）。

MOVP：P为脉冲；在时一个周期内执行一次数据传送。

当M14、X000、X001或M8002 OFF→ON时，数值1写入寄存器D0一次。

图3.4（h）程序复位

图3.4（h）是实现程序复位动作的。

ZRST：全部复位指令（区间复位指令）其操作对象主要为Y/M/S/T/C/D。

X002接通（点动），区间复位指令执行，位元件M0~M18,Y000~Y007成批复位。

6.调试与结论

由于没有实验台，无法进行调试，所以没有调试内容。

通过这次装配流水线的PLC控制设计，我不仅对装配流水线有了了解，更让我对PLC的知识得到了巩固和深化。其中让我对梯形图、功能指令表、顺序功能图等都有了更好的了解。在开始准备设计的时候，我收集了很多有关PLC的资料并了解了一些PLC的设计原理，这让我知道了传统工业控制系统向现代工业自动化控制系统转化离不开PLC的应用，它使企业的生产周期大大缩短，同时减少劳动力和生产成本。目前我国很多地区的企业整个生产设备还比较落后的，而且大部分工序都是通过人工来完成的，而流水线因其出色的规律性、连续性和多条生产线可同时操作的可操作性以及其操作简单很适合中小企业的发展要求。但随着科技不断进步我相信会有功能更齐全工艺水平更高的装配流水线在不久的将来将会出现，所以在今后的学习和生活中我们还要不断的学习和创新，只有这样才能设计出更符合现代社会所需求的产品。

在未来的发展中我认为会有越来越多的PLC会在装配流水线中应用。因为装配流水线由于其工艺的重复性和连续性的要求刚好符合PLC的使用功能。PLC由于其强大的可编程性和灵活性来控制装配流水线的电气部分十分符合流水线的工艺要求。同时PLC更可是通过编程让同一条流水线实现对不同产品的装配。在PLC出现之前，传统的继电器控制系统由于其连接线多，开关量大以及设备量大导致流水线的装配精度和重复使用率不高。而PLC的出现不仅弥补了这方面的缺陷而且还大大的提高了装配流水线的精度和可靠性。

在写论文的时候，我需要大量的以前没学到过的知识，网络成了我很好的助手。在查阅资料的过程中，我要判断优劣、取舍相关知识。不知不觉中，也让我查阅资料的能力也得到了锻炼。在实际的过程中，我总是会遇到很多的问题。在这次的课程设计中我学到了很多PLC的知识，将是我人生中重要的一课。

附录指令表

0 LD X000 循环启动

1 PLS M0 循环开始

循环传送（D）~操作1（A）/操作2（B）/操作3（C）/入库（H）

3 LD M8000 （M8000= “true”1）

4 MPS

5 LD M0 循环开始

6 ORP T4

8 ORP X001 移动启动（点动）

10 LD M18

11 ANDP T3

13 ORB

14 ANB

15 SET Y003 <传动（D）灯亮>

16 MRD

17 AND Y003

18 OUT T0 K10 <传动（D）灯亮1秒>

21 MPD

22 ANDP T0

24 RST Y003 <传动（D）灯灭>

25 SET Y004 <传感器1（E）灯亮>

26 MRD

27 AND Y004

28 OUT T1 K10 <传感器1（E）灯亮1秒>

31 MRD

32 ANDP T1

34 RST Y004 <传感器1（E）灯灭>

35 SET Y005 <传感器2（F）灯亮>

36 MRD

37 AND Y005

38 OUT T2 K10 <传感器2（F）灯亮1秒>

41 MRD

42 ANDP T2

44 RST Y005 <传感器2（F）灯灭>

45 SET Y006 <传感器3（G）灯亮>

46 MPP

47 AND Y006

实训七装配单元的结构与控制

实训七、装配单元的结构与控制 1.实训目的 (1)、熟悉YL-335A 设备系统中装配单元的结构组成。 (2)、查明装配单元中PLC的I/O接口地址。 (3)、掌握装配单元的工作过程,传感器技术及其应用。 (4)、掌握根据控制要求编制、调试程序的方法。 2.实训内容 (1)、在教师的指导下,观察了解装配单元的结构。 (2)、查明气动机构的组成(气缸、控制阀),通过手动操作控制阀分别控制各个气动执行机构动作,观察分析控制信号与气动执行机构动作之间的关系,然后画出气动控制回路原理图。 (3)、认识了解该工作单元中所使用的传感器,并查明各传感器的类型、安装位置、作用及其对应的PLC的接口地址(输入地址);查明各电控阀的电控信号所对应的PLC接口地址(输出地址)。然后画出该装配单元PLC的I/O接线原理图。 (4)、根据控制要求编制、调试程序。 3.注意事项 (1)、在气动执行元件接通起源的情况下,禁止用手直接扳动气动元件。 (2)、在PLC处于RUN模式或RUN-P模式并运行用户程序时,禁止用手动方式操作方向控制阀。 (3)、在观察结构时,不要用力拽导线、气管;不要拆卸元器件及其它装置;遇有不能解决的问题,及时请教指导教师。 4、YL-335A 设备系统中装配单元的介绍 (1)、装配单元的功能 装配单元就是将该生产线中分散的两个物料进行装配的过程。主要就是通过对自身物料仓库的物料按生产需要进行分配,并使用机械手将其装配到来自加工单元的物料中心孔的过程。 (2)、装配单元的结构组成 装配单元主要结构为:简易物料仓库,物料分配机构,被分配物料位置变换机构,机械手,半成品工件的定位机构,气动系统及其阀组,信号采集及其自动控制系统,以及用于电器连接的端子排组件,整条生产线状态指示的信号灯与用于其她机构安装的铝型材支架及底板,传感器安装支架等其它附件。 图4-1 装配单元实物图图4-2 装配单元气动控制回路工作原理图 (3)、装配单元的工作过程

实验作业3：DLX流水线实验报告

计算机体系结构 实验作业3：DLX流水线实验报告 姓名： 学号： 班级： 班号： 《计算机系统结构》第三次实验作业

一、实验目的 本次实验的主要目的是熟悉DLX流水线以及结构相关、数据相关、控制相关、前送(forwarding)等概念和技术。 二、实验内容 1. 了解各种指令在DLX流水线中的运行过程； 2. 流水线相关实验； 3. 前送（forwarding）技术对流水线性能的影响； 4. 考察改变部件数量和延迟数对性能的影响。 三、实验步骤及结果分析 1. 了解各种指令在DLX流水线中的运行过程 如上次实验那样，读入并运行fact.s和input.s。请从程序中选择有代表性的5条不同类型的指令，并描述每条指令在5段流水线中每步完成的工作。 （1） （2）

（3） （4）

（5） 2. 流水线相关实验 在流水线窗口中观察，分别找出结构相关、数据相关、控制相关各一种，并描述冒险情况以及这些冒险在winDLX是如何解决的。 （1）结构相关

在执行subd f0,f0,f4和j fact.Loop期间由于ALU被占用硬件资源无法满足j fact.Loop进入EX阶段，发生结构相关的冒险。winDLX中通过阻塞EX 1个周期来解决此问题。 （2）数据相关 bnez r5,input.Finish需要使用seqi的计算结果r5,所以产生数据相关的冒险。WindDLX通过阻塞解决问题。 （3）控制相关 语句lw r2,SaveR2(r0)被aborted，这是控制相关的冒险造成的。因为前一条语句j input.Loop是跳转语句，而指定到EX阶段语句被解码后在能知道其 作用，所以已经取指令的lw语句被取消。 3.前送（forwarding）技术对流水线性能的影响 （1）开启forwarding: 没有开启forwarding:

单级倒立摆系统的分析与设计

单级倒立摆系统的分析与设计 小组成员：武锦张东瀛杨姣 李邦志胡友辉 一．倒立摆系统简介 倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、不稳定和强耦合的非线性系统。由于它的行为与火箭飞行以及两足机器人行走有很大的相似性，因而对其研究具有重大的理论和实践意义。由于倒立摆系统本身所具有的上述特点，使它成为人们深入学习、研究和证实各种控制理论有效性的实验系统。 单级倒立摆系统（Simple Inverted Pendulum System）是一种广泛应用的物理模型，其结构和飞机着陆、火箭飞行及机器人的关节运动等有很多相似之处，因而对倒立摆系统平衡的控制方法在航空及机器人等领域有着广泛的用途，倒立摆控制理论产生的方法和技术将在半导体及精密仪器加工、机器入技术、导弹拦截控制系统、航空器对接控制技术等方面具有广阔的开发利用前景。 倒立摆仿真或实物控制实验是控制领域中用来检验某种控制理论或方法的典型方案。最初研究开始于二十世纪50年代，单级倒立摆可以看作是一个火箭模型，相比之下二阶倒立摆就复杂得多。1972年，Sturgen等采用线性模拟电路实现了对二级倒立摆的控制。目前，一级倒立摆控制的仿真或实物系统已广泛用于教学。 二．系统建模 1．单级倒立摆系统的物理模型 图1：单级倒立摆系统的物理模型

单级倒立摆系统是如下的物理模型：在惯性参考系下的光滑水平平面上，放置一个可以在平行于纸面方向左右自由移动的小车（cart ），一根刚性的摆杆（pendulum leg ）通过其末端的一个不计摩擦的固定连接点（flex Joint ）与小车相连构成一个倒立摆。倒立摆和小车共同构成了单级倒立摆系统。倒立摆可以在平行于纸面180°的范围内自由摆动。倒立摆控制系统的目的是使倒立摆在外力的摄动下摆杆仍然保持竖直向上状态。在小车静止的状态下，由于受到重力的作用，倒立摆的稳定性在摆杆受到微小的摄动时就会发生不可逆转的破坏而使倒立摆无法复位，这时必须使小车在平行于纸面的方向通过位移产生相应的加速度。依照惯性参考系下的牛顿力学原理，作用力与物体位移对时间的二阶导数存在线性关系，单级倒立摆系统是一个非线性系统。 各个参数的物理意义为： M — 小车的质量 m — 倒立摆的质量 F — 作用到小车上的水平驱动力 L — 倒立摆的长度 x — 小车的位置 θ— 某一时刻摆角 整个倒立摆系统就受到重力、驱动力和摩擦阻力的三个外力的共同作用。这里，驱动力F 是由连接小车的传动装置提供，控制倒立摆的稳定实际上就是依靠控制驱动力F 使小车在水平面上做与倒立摆运动相关的特定运动。为了简化模型以利于仿真，假设小车与导轨以及摆杆与小车铰链之间的摩擦均为0。 2．单级倒立摆系统的数学模型 令小车的水平位移为x ，运动速度为v ，加速度a 。 小车的动能为212kc E Mx =，选择特定的参考平面使得小车的势能为0。 摆杆的长度为L ，某时刻摆角为θ，在摆杆上与固定连接点距离为q （0

流水线设计方法

一、单一品种流水线组织设计的内容 单一品种流水线组织设计的一般内容有： ①确定流水线的生产节拍； ②组织工序同期化及工作地（设备）需要量； ③确定流水线的工人需要量合理地配备人数； ④选择合理的运输工具； ⑤流水线生产的平面布置； ⑥制定流水线标准计划指示图； ⑦对流水线组织的经济效果进行评价， 1．计算流水线的节拍 流水线、自动化流水线的节拍就是顺序生产两件相同制品之间的时间间隔，它表明流水线生产率的高低，是流水线最重要的工作参数，其计算公式如下： r=f/n 其中：r—流水线的节拍(分／件)，f—计划期内有效工作时间(分)，n—计划期的产品产量(件)．这里：f＝f0k，f0—计划期内制度工作时间(分)，k—时间利用系数， 确定系数k时要考虑这样几个因素：设备修理、调整、更换模具的时间，工人休息的时间，一般k取0.9—0.96，两班工作时间k取0.95，则f为： f＝fok＝306×2×8×0．95 ×60＝279072(分) 计划期的产品产量n．除应根据生产大纲规定的出产量计算外，还应考虑生产中不可避免的废品和备品的数量， 当生产线、生产线制造上加工的零件小，节拍只有几秒或几十秒时，零件就要采用成批运输，此时顺序生产两批同样制品之间的时间间隔称为节奏，它等于节拍与运输批量的乘积，流水线采取按批运输制品时，如果批量较大，虽然可以简化运输工作，但流水线的在制品占用量却要随之增大，所以对劳动量大、制件重量大、价值高的产品应采用较小的运输批量；反之，则应扩大运输的批量， 2．进行工序同期化，计算工作地(设备)需要量 流水线的节拍确定以后，要根据节拍来调节工艺过程，使各道工序的时间与流水线的节拍相等或成整数倍比例关系，这个工作称为工序同期化，工序同期化是组织流水线的必要条件，也是提高设备负荷和劳动生产率、缩短生产周期的重要方法， 进行工序同期化的措施有： ①提高设备的生产效率，可以通过改装设备、改变设备型号、同时加工几个制件来提高生产效率； ②改进工艺装备，采用快速安装卡具、模具，减少装夹零件的辅助时间； ③改进工作地布置与操作方法，减少辅助作业时间； ④提高工人的工作熟练程度和效率； ⑤详细地进行工序的合并与分解，首先将工序分成几部分，然后根据节拍重新组合工序，以达到同期化的要求，这是装配工序同期化的主要方法， 工序同期化以后，可以根据新确定的工序时间来计算各道工序的设备需要量，它可以用下式计算：m(i)=t(i)/r 式中：mi—第i道工序所需工作地数(设备台数)，ti—第i道工序的单件时间定额（分）包括工人在传送带上取放制品的时间，一般来说，计算出的设备数不是整数，所取的设备数为大于计算数的邻近整数，若某设备的负荷较大，就应转移部分工序到其它设备上或增加工作时间来减少设备的负荷， 3．计算工人需要量，合理配备工人

总装流水线优秀设计

“装配流水线”方案 1、装配生产组织概况 XXX产品属于公司是比较典型的小批量多品种订货组装产品。取暖器的零部件生产加工，分为外购标准件、外协件、自制件等，XXXX生产任务主要依据客户订单要求进行备货组装。因此XXX的装配生产组织管理存在的问题比较突出。主要表现在以下几个方面。 a、生产小组包干制，取暖器装配车间完成产品全部装配工序。小组内生产作业随意性大，作业地点不固定，车间现场秩序混乱。 b、工序作业缺乏标准化，同道工序的作业方法、作业时间相差悬殊，产品质量、生产进度控制困难。并且不能建立有效地工时考核标准，生产能力存在较大的不确定性。 c、缺乏基本的市场预测机制，按订单生产。临时订单的插单生产，经常引起整体生产过程的混乱，不能按时交货的情况经常发生。 鉴于“生产小组包干制”的诸多弊端，技术开发部将对取暖器装配生产车间生产运作流程进行重新设计。 2、生产节拍、产能 2.1、装配流水线的生产节拍（DR80-130*18D为例）： a、根据工时定额，节拍r=35.217分（2113秒/人）， （根据公式：r=F/N < r—流水线的节拍(分／台)，F—每日有效工作时 间(分)，N—每日产品产量(台) >） b、根据实际生产情况，系数K（我们可除去工人休息的时间等。工作时间 K取0.95，）则F为： F＝FOK＝7.5×0．95 ×60＝427.5(分) （F＝F0K （F0—每人每天理论工作时间(分)，K—时间利用系数。） 2.2、预估装配生产流水线可实现的产能为： N=F/r= 427.5÷35.217 =12.139台/天/人（按每天工作7.5小时计算，0.5小时休息） N1=F1/r=427.5*23÷35.217 =279.197 台/月/人（按每月工作23天计算）

《机械制造装备设计》实验报告

实验项目典型部件设计实验时间2014.10.19 实验地点J060317 指导教师魏良庆实验课时 2 课程名称机械制造装 备设计 实验成绩 实验目的： 组成：主轴、轴承、传动件、密封件及定位元件等。 功用：夹持着工件或刀具直接参加表面成形运动中的主运动， 主轴的主要结构参数：前、后轴颈直径D1和D2，内孔直径d、主轴前端悬伸量a和主要支承间的跨距L 实验环境： 1）旋转精度：装配后，主轴在低速空载条件下，安装刀具或工件的主轴部位的径向和端面圆跳动。 2）刚度：承受外载荷时抵抗变形的能力。 3）抗振性：指其抵抗受迫振动和自激振动而保持平稳运转的能力。 4）精度保持性：主轴部件的精度保持性是指长期保持其原始精度的能力。 实验注意事项： 1）齿轮传动：结构简单、紧凑，能传递较大的扭矩，能适应变转速、变载荷工作，应用最广。 2）带传动：靠摩擦力传动、结构简单、成本低，特别适用于中心距较大的两轴间传动。传动平稳，噪声小，适宜高速传动。缺点是有滑动，不能用在速比要求准确的场合。 实验步骤： 1、支承件的功能：保证机床各零部件之间的相互位置和相对运动精度，使它们具有足够的静刚度、抗振性、热稳定性和耐用度。 2、支承件的截面形状选择原则在最小质量的条件下，具有最大静刚度。 1）无论是方形、圆形或矩形，空心截面的刚度都比实心的大，且同样的断面形状和相同大小的面积，外形尺寸大而壁薄的截面，比外形尺寸小而壁厚的截面的抗弯刚度和抗扭刚度都高； 2）圆（环）形截面的抗扭刚度比方形好，而抗弯刚度比方形低； 3）封闭截面的刚度远远大于开口截面的刚度，特别是抗扭刚度。 3、肋板提高支承件的整体刚度；肋条提高支承件的局部刚度。 4、导轨的功用和分类 （1）导轨的功用是承载和导向。 （2）分类：①按结构形式可以分为开式导轨和闭式导轨。开式导轨结构简单，不能承受较大的颠覆力矩。闭式导轨可以承受较大的颠覆力矩。②按接触面的摩擦性质分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨又分为：普通滑动导轨、静压导轨和卸荷导轨 5、导轨应满足的要求：1）导向精度高；2）承载能力大，刚度好、摩擦阻力小；3）精度保持性好；4）结构简单，工艺性好；5）低速运动平稳。 6、直线运动导轨的截面形状：矩形、三角形、燕尾形和圆柱形 7、导轨的组合形式：（1）双三角形导轨（2）双矩形导轨（3）矩形和三角形（4）矩形和燕尾形导轨 8、滑动导轨的特点：结构简单、制造方便、抗振性好用于普通机床 滚动导轨的特点：精度保持性好、耐磨性好、低速运动平稳性好、不易产生爬行用于数控机床

倒立摆控制系统设计报告.doc

控制系统综合设计 倒立摆控制系统 院（系、部）： 组长： 组员 班级： 指导教师： 2014年1月2日星期四

目录 摘要----------------------------------------------------------------------------------3 引言----------------------------------------------------------------------------------3 一、整体方案设计--------------------------------------------------------------3 1、需求-----------------------------------------------------------------------------3 2、目标-----------------------------------------------------------------------------3 3、概念设计----------------------------------------------------------------------3 4、整体开发方案设计---------------------------------------------------------3 5、评估----------------------------------------------------------------------------4 二、系统设计--------------------------------------------------------------------4 （一）系统设计-----------------------------------------------------------------4 1、功能分析----------------------------------------------------------------------4 2、设计规范和约束------------------------------------------------------------6 3、详细设计----------------------------------------------------------------------7 （二）机械系统设计-----------------------------------------------------------8 三、理论分析---------------------------------------------------------------------9 1、控制系统建模----------------------------------------------------------------9 2、时域和频域分析------------------------------------------------------------13 3、设计PID或其他控制器---------------------------------------------------21 四、元器件、设备选型--------------------------------------------------------30

离散流水线仿真实验报告

管理学院实验报告 学号 姓名 专业班级物流管理1301 指导老师 实验日期2016-10-26 课程名称物流系统建模与仿真 实验名称离散流水线仿真 实验成绩 实验报告具体内容一般应包括：一、实验目的和要求;二、主要仪器设备(软件); 三、实验内容及实验数据记录;四、实验体会

1.实验目的和要求 1）掌握Flexsim的基本操作步骤。 2）掌握Flexsim的基本原理。 3）掌握Flexsim在物流系统仿真中的简单应用。 2.实验原理 1）系统仿真的基本概念； 2）系统式相互联系、相互作用、的对象的组合； 3）通过Flexsim可成功解决：提高设备的利用率； 4)系统模型是反映内部要素的关系，反映系统某昔日方面。 3.主要仪器设备（软件） 1）硬件配置： 计算机 2）软件环境： Windows XP或以上的操作系统，Flexsim仿真软件。 4.实验内容及步骤 根据下列系统描述和系统参数，应用Flexsim仿真软件建立仿真模型并运行，查看仿真结果，分析各种设备的利用情况，发现加工系统中的生产能力不平衡问题，然后改变加工系统的加工能力配置（改变机器数量或者更换不同生产能力的机器），查看结果的变化情况，确定系统设备的最优配置。 系统描述与系统参数如下： 1）一个流水加工生产线。不考虑其流程间的空间运输。 2）两种工件A/B分别以正太（10，2）min和均匀分布（10，20）min的时间间隔进 入系统，首先进入队列Q1。 3）两种工件均由同一个操作工人进行检验，每件检验用时2min。 4）不合格的工件废弃，离开系统；合格的工件送往后续加工工序，合格率为95%。 5）工件A送往机器M1加工，如需等待，则在Q2队列中等待；工件B送往机器M2 加工，如需等待，则在Q3队列中等待。 6）工件A在机器M1上的加工时间为均匀分布（1，5）min；工件B在机器M2上的 加工时间为正太分布（8，1）min。 7）一个工件A和一个工件B在机器M3上装配成产品，需时为正太分布（5，1）min，装配完成后离开系统。 8）如装配机器忙，则工件A在队列Q4中等待，工件B在队列Q5中等待。 9）连续仿真1分钟的系统运行情况。 5．实验数据记录 1）参数设置

倒立摆校正装置的设计

自动控制原理课程设计报告 倒立摆系统的控制器设计 指导教师：谢昭莉 学生：冯莉 学号： 20095099 专业：自动化 班级： 2009 级 3 班 设计日期： 2011.12.12—2011.12.23 重庆大学自动化学院 2011年12月

重庆大学本科学生课程设计任务书

目录 1倒立摆系统的研究背景和意义 (1) 2小车倒立摆系统模型的假设 (1) 3符号说明 (2) 4模型的建立 (2) 4.1牛顿力学法系统分析 (2) 4.2拉氏变换后实际系统的模型 (6) 5开环响应分析 (7) 6根轨迹法设计超前校正装置函数 (9) 6.1校正前倒立摆系统的闭环传递函数的析 (9) 6.2系统稳定性分析 (9) 6.3期望闭环极点的确定 (10) 6.4 超前校正装置传递函数的设计 (11) 6.4.1校正参数计算 (11) 6.4.2控制器的确定 (13) 6.4.3校正装置的改进 (13) 6.4.4Simulink仿真 (15)

7直线一级倒立摆频域法设计 (17) 7.1系统频域响应分析 (17) 7.2频域法控制器设计 (19) 7.2.1控制器的选择 (19) 7.2.2系统开环增益的计算 (19) 7.2.3校正装置的频率分析 (20) 7.2.4控制器转折频域和截止频域的求解 (22) 7.2.5校正装置的确定 (22) 7.2.6Simulink仿真 (24) 8直线一级倒立摆的PID控制设计 (25) 8.1PID简介 (25) 8.2PID控制设计分析 (25) 8.3PID控制器的参数测定 (26) 9总结与体会 (29) 9.1总结 (29) 9.2体会 (29) 10参考文献 (30)

装配实习车间装配线设计

装配实习车间装配线设计方案 一、设计原则 1.按照实习教学规律和管理要求原则，拆解与装配工序内容安排合理，便于学生全面系统掌握装配工艺流程； 2.部件装配线型简单、布局合理、安全规范，便于管理，互不干扰；整机装配线型多机兼容、柔性装配，多个机型实现共线装配； 3.有利于模拟企业生产环境，培养学生“三按生产”的岗位意识、质量意识和责任意识； 4.以路面机械、铲运机械、起重机械整机为基础，形成通过调整工装车实现多机型流水线的共用，满足实习教学要求。 5.减少物流量，减少物流交叉，物流有序，优化物转环境。 二、部件装配线设计方案 本方案以工程机械典型零部件的装配工艺为主要教学内容，以企业生产现场管理模式，结合现代实习教学手段的设计思路，本方案达到的主要目标是使学生掌握工程机械零部件工作原理、结构组成和装配工艺流程。考虑到部件实习教学装配线既能模拟企业生产装配线情景，又要满足装配实习教学管理的需要，部件装配实习车间设为三条装配线，一个其它零部件常规装配练习区，每条线均设计成直线型双轨道，装配线的输送为推（拉）式步进输送工装车，拟采用轮式人力驱动。这种设计的其特点是：车间整体布局为矩阵式结构，物件转运流畅合理互不干涉，空间利用率高，还可预留一个备用区（即：其它零部件常规装配综合练习区或技能鉴定用区或考试考核专用区）；装配线体结构简单、操作方便、安全可靠、便于管理。根据不同的部件特点，装配线设定不同的装配工艺内容，装配线分三类部件装配，分别为，一号线：发动机装配线；

二号线：变速箱装配线；三号线：驱动桥装配线；四号区：其它部件常规装配练习区（也可作为综合训练区或考试鉴定用区），各线应配有装配工艺工装器具、装配工艺技术文件（含装配作业指导书、工位标志牌等）和必要的装配吊装设备及辅助设施。（附：部件装配线布局图） （一）、发动机装配线（一号线） 1、发动机装配线设备配置设计（设7个工位） 2、发动机装配线工位及工艺设计 3、教学时数及师生配比计算 该装配线实习课题：约需14课日（分两个时段进行），指导教师：一名。 学生实习时数分配：该实习区，在一个时段内（7个课日）可同时满足约0.5个班，约24名学生进行拆解练习，若每班人数设定为48名，可分两个时段分别进行，每班学生可分成约12个小组，每组约4人。按工位数计算，共需约6套拆解装配工具设备。 第一时间段，拆解练习，具体程序是：由第一批次6个小组（甲组）进行，每组学生按照拆解工艺流程，依次从第一工位到第七工位按照拆解作业指导书进行拆解练习，根据每个工位的复杂程度，每组每工位平均用时5小时，一个练习程序七个工位，共计35小时，考虑到工件的修整和准备时数等因素，即：第一批次小组（甲组）共需用时约为：7个课日即可完成该部件的拆解练习。全部拆解课题结束后，由组长组织该组学生认真分析拆解方法、工艺要点，填写拆解工艺过程卡。这样在该实习练习时段，每半个班6个小组约需实习42小时，这样学生可以完全掌握拆解工艺方法。 第二时间段，装配练习：第一批次的6个小组（甲组）拆解课题结束后，每组再从第七工位到第一工位按照装配作业指导书进行装配练习，共计约需

Verilog实现流水线CPU实验报告

实验报告 课程名称：__ 数字系统设计实验Ⅱ__指导老师：成绩：_______ 实验名称：流水线MIPS微处理器设计实验类型：____设计型__ __ 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1.了解提高CPU性能的方法。 2.掌握流水线MIPS微处理器的工作原理。 3.理解数据冒险、控制冒险的概念以及流水线冲突的解决方法。 4.掌握流水线MIPS微处理器的测试方法。 二、实验任务 设计一个32位流水线MIPS微处理器，具体要求如下： 1.至少运行下列MIPS32指令。 （1）算术运算指令：ADD、ADDU、SUB、SUBU、ADDI、ADDIU。 （2）逻辑运算指令：AND、OR、NOR、XOR、ANDI、ORI、XORI、SLT、SLTU、SLTI、SLTIU。 （3）移位指令：SLL、SLLV、SRL、SRLV、SRA。 （4）条件分支指令：BEQ、BNE、BGEZ、BGTZ、BLEZ、BLTZ。 （5）无条件跳转指令：J、JR。 （6）数据传送指令：LW、SW。 （7）空指令：NOP。 2.采用5级流水线技术，对数据冒险实现转发或阻塞功能。 3.在XUP Virtex-Ⅱ Pro 开发系统中实现MIPS微处理器，要求CPU的运行速度大于 25MHz。 三、实验原理 1.总体设计 流水线是数字系统中一种提高系统稳定性和工作速度的方法，广泛应用于高档CPU的架构中。根据MIPS处理器的特点，将整体的处理过程分为取指令（IF）、指令译码（ID）、执行（EX）、存储器访问（MEM）和寄存器会写（WB）五级，对应多周期的五个处理阶段。如图3.1所示，一个指令的执行需要5个时钟周期，每个时钟周期的上升沿来临时，此指令所代表的一系列数据和控制信息将转移到下一级处理。

自动化流水线方案的组织设计

自动化流水线方案的组织设计 单一品种流水线又称为不变流水线，是指只生产一种产品，品种是固定不变的，且流水线上的设备有足够的工作负荷。因此，它一般适用于大量生产类型。 一、单一品种流水线组织设计的内容 单一品种流水线组织设计的一般内容有： ①确定流水线的生产节拍； ②组织工序同期化及工作地（设备）需要量； ③确定流水线的工人需要量，合理地配备人数； ④选择合理的运输工具； ⑤流水线生产的平面布置； ⑥制定流水线标准计划指示图； ⑦对流水线组织的经济效果进行评价。 二、单一品种流水线组织设计的一般步骤 单一品种流水线的组织设计可以分七个步骤来说明它的设计方法。 1．计算流水线的节拍 流水线、自动化流水线的节拍就是顺序生产两件相同制品之间的时间间隔。它表明了流水线生产率的高低，是流水线最重要的工作参数。其计算公式如下：

r=F/N 其中：r—流水线的节拍(分／件)，F—计划期内有效工作时间(分)，N—计划期的产品产量(件)．这里：F＝F0K，F0—计划期内制度工作时间(分)，K—时间利用系数。 确定系数K时要考虑这样几个因素：设备修理、调整、更换模具的时间，工人休息的时间。一般K取0.9—0.96，两班工作时间K取0.95，则F为： F＝FOK＝306×2×8×0．95 ×60＝279072(分) 计划期的产品产量N．除应根据生产大纲规定的出产量计算外，还应考虑生产中不可避免的废品和备品的数量。 当生产线、生产线制造上加工的零件小，节拍只有几秒或几十秒时，零件就要采用成批运输，此时顺序生产两批同样制品之间的时间间隔称为节奏，它等于节拍与运输批量的乘积。流水线采取按批运输制品时，如果批量较大，虽然可以简化运输工作，但流水线的在制品占用量却要随之增大。所以对劳动量大、制件重量大、价值高的产品应采用较小的运输批量；反之，则应扩大运输的批量。 2．进行工序同期化，计算工作地(设备)需要量 流水线的节拍确定以后，要根据节拍来调节工艺过程，使各道工序的时间与流水线的节拍相等或成整数倍比例关系，这个工作称为工序同期化。工序同期化是组织流水线的必要条件，也是提高设备负荷和劳动生产率、缩短生产周期的重要方法。 进行工序同期化的措施有： ①提高设备的生产效率。可以通过改装设备、改变设备型号、同时加工几个制件来提高生产效率；

PLC课程设计装配流水线控制

PLC课程设计装配流水线控制

目录 1 概述 (1) 2 硬件设计 (2) 2.1 控制要求 (2) 2.2 选择PLC的型号 (3) 2.2.1 基本单元 (3) 2.2.2 个人计算机（PC）或编程器 (4) 2.3 输入输出接线表 (4) 2.4 系统设计流程图 (4) 3 软件设计 (6) 3.1 设计梯形图 (6) 3.2 设计语句表 (13) 4 调试结果 (18) 5 结束语 (19) 6 参考文献 (20) 1 概述 在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位，继电器控制系统有着十分明显的缺点。体积大、功耗多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差，特别当生产工艺发生变化时，就鼻息重新设计、重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这种现状，

1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC。随着PLC的不断发展增加了网络通信功能，发展了各种智能模块，增加了外部诊断功能。使PLC成为了现在工业控制领域的三大支柱之一。 本课题是用PLC控制装配流水线控制。用PLC控制装配流水线具有程序设计简单、易于操作和理解、能够实现多种功能等优点。此系统主要能够实现顺次启动和停止，完成工件移位以及功能紧急故障处理等功能。 2 硬件设计 2.1 控制要求： 图2-1

功能说明： 装配流水线控制传送系统，用异步电动机带动传送带，控制过程如下： 启动时先按下SD按钮，起动整个传送系统，工件开始在传送带移位。 停止时按下复位按钮，装配流水线停止工作，系统初始化重新开始运行。 A，B，C三个灯模拟的是三个操作，D，E，F，G四组灯模拟的是传送带。 传送带共有十六个工位，工件从1号位装入，分别在A（操作1）、B（操作2）、C（操作3）三个工位完成三种装配操作，经最后一个工位后送入仓库；D，E，F，G均是四个灯一组的模拟传送带，这些工位均用于传送工件。工件在传送带上开始传送，经过DEFG传送之后进行A操作，再经过DEFG传送之后进行B操作，再经过DEFG传送之后进行C操作，然后经过DEFG传送到仓库。按下启动按钮整个系统开始工作，按下复位按钮整个系统开始恢复到初始化状态，按下移位按钮系统开始传送工件经过ABC三个操作之后最后到达仓库。 2.2 选择PLC型号 PLC的选择主要应从PLC 的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊

控制系统课程设计---直线一级倒立摆控制器设计

控制系统课程设计---直线一级倒立摆控制器设计

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程设计说明书（论文） 课程名称：控制系统设计课程设计 设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 院系： 班级： 设计者： 学号： 指导教师：罗晶周乃馨 设计时间：2013.9.2——2013.9.13

哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓名：院（系）：英才学院 专业：班号： 任务起至日期：2013 年9 月 2 日至2013 年9 月13 日 课程设计题目：直线一级倒立摆控制器设计 已知技术参数和设计要求： 本课程设计的被控对象采用固高公司的直线一级倒立摆系统GIP-100-L。 系统内部各相关参数为： M小车质量0.5 Kg ；m摆杆质量0.2 Kg ；b小车摩擦系数0.1 N/m/sec ；l摆杆转动轴心到杆质心的长度0.3 m ；I摆杆惯量0.006 kg*m*m ；T采样时间0.005 秒。 设计要求： 1．推导出系统的传递函数和状态空间方程。用Matlab 进行阶跃输入仿真，验证系统的稳定性。 2．设计PID控制器，使得当在小车上施加0.1N的脉冲信号时，闭环系统的响应指标为： （1）稳定时间小于5秒；

（2）稳态时摆杆与垂直方向的夹角变化小于0.1 弧度。 3．设计状态空间极点配置控制器，使得当在小车上施加0.2m的阶跃信号时，闭环系统的响应指标为：（1）摆杆角度θ和小车位移x的稳定时间小于3秒 （2）x的上升时间小于1秒 （3）θ的超调量小于20度（0.35弧度） （4）稳态误差小于2%。 工作量： 1. 建立直线一级倒立摆的线性化数学模型； 2. 倒立摆系统的PID控制器设计、MATLAB仿真及 实物调试； 3. 倒立摆系统的极点配置控制器设计、MATLAB仿 真及实物调试。

生产线设计方案

生产线设计方案 一、设计目的。 1.1检测产品生产中的过程数据 根据每个工位的生产特点配置不同的传感器和控制元件，控 制生产设备检测生产过程中的性能数据存入产品数据库 1.2根据产品序列号查询产品数据。 记录方式以数据库表格和曲线为主，记录内容以产品序列号 做为唯一的记录索引，通过查询数据库，对产品进行质量追 述，质量管理人员可以把产品数据具体到生产线上的每道工 序，每个人，从而进行综合的数据分析更好的质量控制，提 高产品的合格率。 1.3在生产中监控生产过程，进行防错处理。防错内容如下： （1）前道工序检测：在操作本工序时根据流水号检测与本工序相关的其他工序的生产数据是否存在，如果存在则启 动设备进行生产操作，否则禁止启动设备，并在工作站 计算机界面进行报警提示。 （2）操作重复性检测: 在操作本工序时根据流水号检测本工位数据是否存，如果不存在则启动设备进行生产操作， 否则禁止启动设备，并在工作站计算机界面进行报警提 示。 （3）产品合格判定：检测本工位的相关数据根据设定的参数，判定合格与不合格，合格则存入产品数据库，进入下道

工序，不合格则存入不良品数据库并且根据流水号删除 前工序的所有检测数据。 1.4零部件批次号管理。 对产品装配过程中的零部件进行实时记录，并且存入产品数据库，根据产品序列号可以查询出每个零部件的批次，从而 更好的进行质量分析和供应商管理。 1.5管理权限设定 （1）根据不同的功能设定不同的操作操作等级：做工级,工艺员级,部门级。 ·操作工级可以输入产品类型参数，班组信息，扫描产 品条码数据，启动设备检测产品。 ·工艺员级可以输入修改产品检测的艺参数，调整产品 检测流程，编辑产品序列号，配置操作工操作属性。 ·部门级可以根据产品序列号查询产品数据，生成数据报表供部门编辑汇总及打印输出，配置工艺员操作属 性。 （2）数据信息权限管理。 ·产品数据信息的查询打印，必须通过部门级领导的授 权。 ·产品序列号信息包含了产品测量的所有数据，因此产 品数据库信息生成后产品数据就不能更改删除。二、实现方法

装配流水线控制系统的设计

长沙学院专业综合设计说明书

长沙学院课程设计鉴定表

目录 1.系统功能与要求 2.系统元器件选型 3.系统端口配置 4.硬件电路设计 5.程序设计 6.调试与结论

装配流水线控制系统的设计 1.系统功能与要求 1 设计任务 通过毕业设计了解PLC控制的企业装配流水线基本原理以及工作流程，设计PLC控制实现的模拟装配流水线系统，控制多工位装入、多工位装配、单工位入库等操作。 ⑴以自动化实验中心综合实训室的网络型可编程序控制器实训平台为研究对象，了解控制对象结构组成，熟悉控制对象实际工作流程，确定受控对象与PLC间关系，估计程序步数； ⑵运行框图、硬件接线图绘制； ⑶画出PLC控制的梯形图； ⑷编制出语句表； ⑸输入指令并修改更正程序； ⑹调试运行并反复设计验证； ⑺整理设计思路、总结设计成果。 1.2 装配流水线的基本介绍 1.2.1 装配流水线的起源 20世纪初,美国人亨利.福特首先采用了流水线生产方法,在他的工厂内,专业化地将分工分的非常细,仅仅一个生产单元的工序竟然达到了7882种,为了提高工人的劳动效率,福特反复试验,确定了一条装配线上所需要的工人,以及每道工序之间的距离。这样里来,每个汽车底盘的装配时间就从12小时28分缩短到1小时33分。大量生产的主要生产组织方式为流水生产，其基础是由设备、工作地和传送装置构成的设施系统，即流水生产线。最典型的流水生产线是汽车转配生产线。流水生产线是为特定的产品和预定的生产大纲所设计的；生产作业计划的主要决策问题在流水生产线的设计阶段中就已经做出规定。 1.2.2 装配流水线的概述 在大量生产中,为了提高生产效率、保证产品质量、改善劳动条件,不仅要求机床能自动的对工件进行加工,而且要求工件的装卸、工件的工序间的输送、工序间加工精度的检测、废品的剔除等都能自动的进行。因此,把设备按工件的加工工序顺序依次排列,用自动输送装置将他们联成一个整体,并用控制系统将各个部分的动作协调起来,使其按照规定的动作自动的进行工作,这种自动化的加工系统就称为自动化生产流水线。 流水线是人和机器的有效组合，最充分体现设备的灵活性，它将输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备有机的组合，以满足多品种产品的输送要求。输送线的传输方式有同步传输的/（强制式）也可以是非同步传输/（柔性式），根据配置的选择，可以实现装配和输送的要求。输送线在企业的批量生产中不可或缺。 流水线是劳动者为了方便生产将生产对象人为的通过外界设备将其按照一定的线路顺序通过各个操作点，以及用一定的速度来重复连续的完成生产过程。装配流水线把劳动对象和专业化生产专业的有效的结合在一起的一种生产方式。它具有以下特征： ⑴工作地点的专业化程度非常高；

软件设计与加工单元PLC控制系统设计

软件设计与加工单元PLC控制系统设 计

四、软件设计17 4.1.1供料站的要求 本项目只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况,单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。而且,按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于”单站方式”位置。具体的控制要求为: ①设备上电和气源接通后,若工作单元的两个气缸均处于缩回位置,且料仓内有足够的待加工工件,则”正常工作”指示灯HL1常亮,表示设备准备好。否则,该指示灯以1Hz 频率闪烁。 ②若设备准备好,按下启动按钮,工作单元启动,”设备运行”指示灯HL2常亮。启动后,若出料台上没有工件,则应把工件推到出料台上。出料台上的工件被人工取出后,若没有停止信号,则进行下一次推出工件操作。

③若在运行中按下停止按钮,则在完成本工作周期任务后,各工作单元停止工作,HL2指示灯熄灭。 ④若在运行中料仓内工件不足,则工作单元继续工作,但”正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁,”设备运行”指示灯HL2保持常亮。若料仓内没有工件,则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪烁。工作站在完成本周期任务后停止。除非向料仓补充分够的工件,工作站不能再启动。 要求完成如下任务。 1、规划PLC的I/O分配及接线端子分配。 2、进行系统安装接线。 3、按控制要求编制PLC程序。 4、进行调试与运行。 4.1.2 PLC的I/O 接线及其气路图 图2-8 供料单元气动控制回路工作原理图根据工作单元装置的信号分配(表2-1)和工作任务的要求,供料单元PLC选用S7-224 AC/DC/RLY主单元,共14点输入和10点

基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控制系统设计

自动控制原理课程设计说明书 基于双闭环PID控制的一阶倒立摆控 制系统设计 姓名： 学号： 学院： 专业： 指导教师： 2018年 1月

目录 1 任务概述 (3) 1.1设计概述 (3) 1.2 要完成的设计任务： (3) 2系统建模 (4) 2.1 对象模型 (4) 2.2 模型建立及封装 (4) 3仿真验证 (9) 3.1 实验设计 (9) 3.2 建立M文件编制绘图子程序 (9) 4 双闭环PID控制器设计 (12) 4.1内环控制器的设计 (13) 4.2外环控制器的设计 (14) 5 仿真实验 (15) 5.1简化模型 (15) 5.2 仿真实验 (17) 6 检验系统的鲁棒性 (18) 6．1 编写程序求系统性能指标 (18) 6.2 改变参数验证控制系统的鲁棒性 (19) 7 结论 (22) 附录 (22)

1 任务概述 1.1设计概述 如图1 所示的“一阶倒立摆控制系统”中，通过检测小车位置与摆杆的摆动角，来适当控制驱动电动机拖动力的大小，控制器由一台工业控制计算机(IPC)完成。 图1 一阶倒立摆控制系统 这是一个借助于“SIMULINK封装技术——子系统”，在模型验证的基础上，采用双闭环PID控制方案，实现倒立摆位置伺服控制的数字仿真实验。 1.2 要完成的设计任务： (1)通过理论分析建立对象模型（实际模型），并在原点进行线性化，得到线性化模型；将实际模型和线性化模型作为子系统，并进行封装，将倒立摆的振子质量

m和倒摆长度L作为子系统的参数，可以由用户根据需要输入； (2)设计实验，进行模型验证； (3)一阶倒立摆系统为“自不稳定的非最小相位系统”。将系统小车位置作为“外环”，而将摆杆摆角作为“内环”，设计内化与外环的PID控制器； (4)在单位阶跃输入下，进行SIMULINK仿真; (5)编写绘图程序，绘制阶跃响应曲线，并编程求解系统性能指标：最大超调量、调节时间、上升时间； (6)检验系统的鲁棒性：将对象的特性做如下变化后，同样在单位阶跃输入下，检验所设计控制系统的鲁棒性能，列表比较系统的性能指标（最大超调量、调节时间、上升时间）。 倒摆长度L不变，倒立摆的振子质量m从1kg分别改变为1.5kg、2kg、2.5kg、0.8kg、0.5kg； 倒立摆的振子质量m不变，倒摆长度L从0.3m分别改变为0.5m、0.6m、0.2m、0.1m。 2系统建模 2.1 对象模型 一阶倒立摆的精确模型的状态方程为： 若只考虑θ在其工作点 = 0附近的细微变化，这时可以将模型线性化，这时可以近似认为： 一阶倒立摆的简化模型的状态方程为： 2.2 模型建立及封装 上边的图是精确模型，下边的是简化模型。