设计题目院系专
业
学生姓名指导教师
亚龙YL-335B型自动生产线---加工站电子电气工程学院电气自动化技术王鹏
高明远(副教授)
摘要随着社会的进步科技的发展，人们不愿再花很大力气去手工操作机器，而PLC技术在正好应用于这一点，通过PLC内部的处理能把许多之前手动操作的加工机器改为自动运行，这样不仅解放了人力，生产效率也有很大的提升。PLC以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。
对本设计而言，加工站机构采用气动驱动技术，系统控制方式采用一台PLC承担其控制任务，加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。
在TPC7062KS人机界面上组态画面，触摸屏上电并进行权限检查后运行，将直接切换到“运行界面”。人机界面上增加了操作加工站的操作方式，易于观察，提供了远程控制使加工与控制分离，易于操作。
关键词：加工站PLC人机界面组态
目录
前言.........................................................................................................................................2一、加工单元的结构.................................................................................................................3
（一）加工单元结构认知.................................................................................................3
1.物料台及滑块机构.................................................................................................32.磁性开关.................................................................................................................43.漫射式光电接近开关.............................................................................................5（二）加工（冲压）机构.................................................................................................6（三）加工单元的气动元件.............................................................................................7
1.薄型气缸.................................................................................................................72.气动手指（气爪）.................................................................................................73.电磁阀组.................................................................................................................84.磁感应接近开关.....................................................................................................9
二、加工单元的气路设计与连接...........................................................................................10三、加工单元的PLC及编程...................................................................................................11
（一）加工单元PLC的选择及其介绍...........................................................................12（二）加工单元的PLC的接线分配表及I/O分配表...................................................12（三）加工单元的PLC的I/O接线图...........................................................................14（四）加工单元的PLC的编程.......................................................................................14
1.工作任务...............................................................................................................152.子程序流程图.......................................................................................................153.PLC程序的编写....................................................................................................15
四、加工单元的本地控制.......................................................................................................16五、加工单元的人机界面控制...............................................................................................17
1.根据工作任务，对工程分析并规划...................................................................172.“运行画面”组态...............................................................................................173.制作指示灯...........................................................................................................184.数据显示...............................................................................................................195.工程通信...............................................................................................................206.工程下载...............................................................................................................217.工程运行...............................................................................................................22
六、总结...................................................................................................................................23七、参考文献...........................................................................................................................24八、附录...................................................................................................................................25
1前言
现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。
可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。
亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。因此，YL-335B综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。利用YL-335B，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使我们得到一个非常接近于实际的教学设备环境，缩短了理论教学与实际应用之间的距离。
YL-335B采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试。
2一、加工单元的结构
加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。加工单元装置侧主要结构组成为：加工台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，底板
图1.1加工单元机械结构总成等。其中，该单元机械结构总成如图1.1所示
（一）加工单元结构认知1.物料台及滑块机构
加工台及滑动机构如图1.2所示。加工台用于固定被加工件，并把工件移到加工（冲压）机构正下方进行冲压加工。它主要由气动手爪、手指、加工台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。
滑动加工台的工作原理：滑动加工台在系统正常工作后的初始状态为伸缩气缸伸出，加工台气动手指张开的状态，当输送机构把物料送到料台上，物料检测传感器检测到工件后，PLC控制程序驱动气动手指将工件夹紧→加工台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→加工台重新伸出→
3到位后气动手指松开的顺序完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号,为下一次
图1.2加工台及滑动机构工件到来加工做准备。
2.磁性开关
YL-335B所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔
图1.3带磁性开关气缸的工作原理图磁性的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。
4有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。图1.3是带磁性开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。
3.漫射式光电接近开关
加工单元中，用来检测工件有无的漫射式光电接近开关选用神视（OMRON）公司的CX-441（E3Z-L61）型放大器内置型光电开关（细小光束型，NPN型晶体管集电极开路输出），该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮和显示灯如图1.4所示。图中动作选择开关的功能是选择受光动作或遮光动作模式。即，当此开关按顺时针方向充分旋转时（L侧），则进入检测-ON模式，当此开关按逆时针方向充分旋转时（D侧），则进入检测-OFF
图1.4CX-441（E3Z-L61）光电开关的外形和调节旋钮、显示灯模式。
距离设定旋钮是5回转调节器，调整距离时注意逐步轻微旋转，否则若充分旋转距离调节器会空转。调整的方法是，首先按逆时针方向将距离调节器充分旋到最小检测距离（E3Z-L61约20mm），然后根据要求距离放置检测物体，按顺时针方向逐步旋转距离调节器，找到传感器进入检测条件的点；拉开检测物体距离，按顺时针方向进一步旋转
5距离调节器，找到传感器再次进入检测状态，一旦进入，向后旋转距离调节器直到传感器回到非检测状态的点。两点之间的中点为稳定检测物体的最佳位置。
图1.5给出该光电开关的内部电路原理框图。
图1.5CX-441（E3Z-L61）光电开关电路原理图（二）加工（冲压）机构
加工（冲压）机构如图1.6所示。加工机构用于对工件进行冲压加工。它主要由冲
图1.6加工（冲压）机构压气缸、冲压头、安装板等组成。
冲压台的工作原理是：当工件到达冲压位置既伸缩气缸活塞杆缩回到位，冲压缸伸出对工件进行加工，完成加工动作后冲压缸缩回，为下一次冲压做准备。冲头根据工件的要求对工件进行冲压加工，冲头安装在冲压缸头部。安装板用于安装冲压缸，对冲
6压缸进行固定。
（三）加工单元的气动元件
加工单元所使用气动执行元件包括标准直线气缸、薄型气缸和气动手指，下面只介绍前面尚未提及的薄型气缸和气动手指。
1.薄型气缸
薄型气缸属于省空间气缸类，即气缸的轴向或径向尺寸比标准气缸有较大减小的气缸。具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。图1.7是薄型气缸的一些实例图。薄
图1.7薄型气缸的实例图型气缸的特点是：缸筒与无杆侧端盖压铸成一体，杆盖用弹性挡圈固定，缸体为方形。这种气缸通常用于固定夹具和搬运中固定工件等。在YL-335B的加工单元中，薄型气缸用于冲压，这主要是考虑该气缸行程短的特点。
2.气动手指（气爪）
气爪用于抓取、夹紧工件。气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。YL-335B的加工单元所使用的是滑动导轨型气动手指，如图1.8(a)所示。其工
7图1.8气动手指实物和工作原理作原理可从其中剖面图(b)和(c)看出。
3.电磁阀组
电磁换向阀是利用其电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力使阀芯切换，达到改变气流方向的目的。图1.9所示是一个单电控二位五通电磁换向阀的工作原理示
意图。
图1.9单电控电磁换向阀的工作原理8加工单元用了三个二位五通的单电控电磁阀。这三个电磁阀带有手动换向和加锁钮，有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2个位置。用小螺丝刀把加锁钮旋到在LOCK位置时，手控开关向下凹进去，不能进行手控操作。只有在PUSH位置，可用工具向下按，信号
图1.10电磁阀组为“1”，等同于该侧的电磁信号为“1”；常态时，手控开关的信号为“0”。在进行设备调试时，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。
三个电磁阀是集中安装在汇流板上的。汇流板中两个排气口末端均连接了消声器，消声器的作用是减少压缩空气在向大气排放时的噪声。这种将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组，而每个阀的功能是彼此独立的，阀组的结构如图1.10所示。
4.磁感应接近开关
从图1.3上可以看到，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个极限位置都分别装有一个磁感应接近开关，如图1.11所示。磁感应接近开关的基本工作原理是：当磁性物质接近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。若在气缸的活塞（或活塞杆）上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。当气缸的活塞杆运动到哪一端时，哪一端的磁感应式接近开关就动作并发出电信号。在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。在传感器上设置有LED显示用于显示传感器的信号状态，供调试
9时使用。传感器动作时，输出信号“1”，LED亮；传感器不动作时，输出信号“0”，LED不亮。传感器（也叫做磁性开关）的安装位置可以调整，调整方法是松开磁性开关的紧
图1.11磁感应接近开关定螺钉，让磁性开关在气缸的滑轨里滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺钉。
二、加工单元的气路设计与连接
加工单元的气动控制元件均采用二位五通单电控电磁换向阀，各电磁阀均带有手动换相和加锁钮。它们集中安装成阀组固定在冲压支撑架后面。
气动控制回路的工作原理如图2.1所示。1B1和1B2为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在加工台伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，3B1为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、加工台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制端。
10图2.1加工单元气动控制回路工作原理图11三、加工单元的PLC及编程
（一）加工单元PLC的选择及其介绍
本单元中传感器信号（包括1个光电开关、5个磁性开关、1个光纤传感器）共占7个输入点；急停按钮和启/停按钮及方式切换开关作为本地主令信号占用4个点。输出有3个阀和3个指示灯则所需PLCI/O点分别为11点输入、6点输出，如表3.1所示。选用西门子S7-200-224CNAC/DC/RLY作为主单元，共14点输入和10点输出。（二）加工单元的PLC的接线分配表及I/O分配表
表3.1加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配表输入端子中间层
端子号设备符号信号线2SC1加工物料台检测31B工件夹紧检测42B1加工台伸出到位52B2加工台缩回到位63B1加工压头上限73B2加工压头下限
8#-17#端子没有连接
输出端子中间层
端子号设备符号信号线21Y加紧电磁阀342Y伸缩电磁阀53Y冲压电磁阀
6#-14#端子没有连接
12表3.2加工单元PLC的I/O信号表输入信号序PLC输信号名称信号号入点来源1I0.0加工物料台检测2I0.1工件夹紧检测3I0.2加工台伸出到位4I0.3加工台缩回到位装置5I0.4加工压头上限侧6I0.5加工压头下限7I0.68I0.79I1.010I1.111I1.2停止按钮按钮12I1.3启动按钮/指13I1.4急停按钮示灯14I1.5单站/全线模块输出信号
序PLC信号号输出信号名称来源
点1Q0.0加紧电磁阀2Q0.13Q0.2料台伸缩电磁
装置阀
侧4Q0.3加工压头电磁
阀
5Q0.46Q0.57Q0.68Q0.7黄色指示灯按钮9Q1.0绿色指示灯/指10
Q1.1
红色指示灯
示灯模块
13（三）加工单元的PLC的I/O接线图
图3.1加工单元的PLC的I/O接线图原理图
14（四）加工单元的PLC的编程1.工作任务
（1）程序结构：有两个子程序，一个是系统状态显示，另一个是供料控制。主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序，仅当在运行状态已经建立才可能调用加工控制子程序。
（2）PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许投入运行，这样可及时发现存在问题，避免出现事故。
（3）加工单元运行的主要过程是加工控制，它是一个步进顺序控制过程。（4）如果没有停止要求，顺控过程将周而复始地不断循环。常见的顺序控制系统正常停止要求是，接收到停止指令后，系统在完成本工作周期任务即返回到初始步后才停止下来。
2.子程序流程图
图3.2加工过程的流程图3.PLC程序的编写
15为了使工作单元按工艺要求正常运转，必须正确地编制PLC应用程序。详图如附录。
四、加工单元的本地控制
（1）初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪松开的状态，冲压气缸处于缩回位置，急停按钮没有按下。
（2）若设备在上述初始状态，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。若设备准备好，按下启动按钮，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当待加工工件送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。（3）在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作HL2指示灯熄灭。
(4)当加工单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。按钮指示灯模块如图5.1所示。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。模块盒上器件包括：
图5.1按钮指示灯模块16①指示灯（24VDC）：黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。②主令器件：绿色常开按钮SB1一只
红色常开按钮SB2一只选择开关SA（一对转换触点）急停按钮QS（一个常闭触点）
五、加工单元的人机界面控制
在TPC7062KS人机界面上组态画面，触摸屏上电并进行权限检查后运行，将直接切换到“运行界面”。
1.根据工作任务，对工程分析并规划
⑴工程框架：有1个用户窗口，即运行画面。
⑵数据对象：供料站工作状态指示灯、启动、停止、急停、计数。
⑶图形制作：运行画面窗口：①文字：通过标签构件实现；②各工作站以及全线的工作状态指示灯、时钟：由对象元件库引入；③单机全线切换旋钮、启动、停止、复位按钮：由对象元件库引入。
2.“运行画面”组态（1）制作按钮单击钮，双击按钮，出现属
绘图工具箱中图标，在窗口中拖出一个大小合适的按性设置窗口。（2）在操作属性页中单击“抬起功能”数
据对象值清零，按下点击后面‘?’加载相对应的操作属性，点击“按下功能”数据对
17图5.2设置页面图像值清零，点击“？”加载相应的操作属性。（3）设置所需要的文本颜色，修改字体，背景色等，设置页面如图5.2所示。
3.制作指示灯
①在窗口中，单击工具箱中的“插入原件”构件，弹出“对象原件管理库管理”对话框，选中图形对象库指示灯的一款，单击“确认”添加到窗口画面中，调整合适大小。
18图5.3选择变量方式②双击指示灯，弹出“单元属性设置”对话框，单击“可见度”加载数据，如图5.3所示。
4.数据显示
（1）选中“工具箱”中的“A”图标，拖动鼠标，绘制一个显示框。②双击显示框，出现对话框，选中“显示输出”选项，在窗口中会出现“状态显示”标签。③单击“显
19图5.4显示框设置示输出”标签，设置显示输出属性，如图5.4所示。
所示其他按钮，指示灯，显示模块，均按以上步骤设置，不在累述。5.工程通信
使定义好的数据对象和PLC内部变量进行连接，步骤如下：①打开“设备工具箱”，在可选设备列表中，双击“通用串口父设备”，然后双击“西门子_S7200PPI”。出现“通用串口父设备”，“西门子_S7200PPI”②设置通用串口父设备的基本属性，如图5.5所示。③双击“西门子_S7200PPI”，进入设备编辑窗口，单击“快速链接变量”，选择默认。单击“确认”选择“全添加”。
20图5.5通用串口设置6.工程下载
图5.6工程下载21将PLC程序下载到供料站PLC内，将24V电压加载到触摸屏上，将标准USB2.0打印线连接电脑和触摸屏，单击下载按钮，进行下载配置。单击“连机运行”按钮，选择“USB通信”，单击“通信测试”，正常后，单击“工程下载”按钮。如图5.6所示。
7.工程运行
单击“启动运行”如图5.7所示
图5.7启动运行画面连接触摸屏与供料站PLC,将RS485线插入PLC内。用触摸屏便可直接控制供料站的启动，停止，显示计数，运行系统，以及状态指示灯。
22六、总结
三年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首三年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师三年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。三年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。
在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后，我要特别感谢高老师。是他在我毕业的最后关头给了学生巨大的帮助与鼓励,使我能够顺利完成毕业设计，在此表示衷心的感激。
高老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。
23七、参考文献
［1］PLC原理及应用设计［2］电气绘图规范手册［3］www.Gongkong.com
［4］自动化生产线安装与调试．吕景泉
［5］高明远。Proteldxp基础及应用，科学出版社，2007［6］亚龙YL-335实训指导书
24八、附录
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