摘 要

本篇文章主要研究的是自动化加工生产线的PLC控制系统的设计，并在IRAI软件上进行自动化加工生产线控制系统仿真调试，使该系统满足工件的雕刻、车铣、装配、焊接加工等要求。

自动化加工生产线是按照一定的工艺顺序，将一些自动机床和辅助设备，如机械手、移载机、车床、铣床、传送带等联结起来，自动地完成工件的雕刻、车铣、装配、焊接加工的生产系统。自动化加工生产线可以分为三个部分：自动化生产线结构部分、工件传动机构部分和控制系统部分。自动化加工生产线控制系统由virtual universe pro 3（以下简称VUP）设备仿真模型、西门子S7-1200 PLC、PLCSIM及WinCC HMI构成。VUP设备仿真模型按照一定的规则，使用虚拟组件把一条生产线上的机器联结起来，包括工件的搬运、装卸、存储以及产品加工等全部工序过程仿真,组装形成自动化加工生产线。在自动化生产线控制系统的设计中，采用先进的可编程序控制器(PLC)控制，运用西门子S7-1200 PLC编写程序，使用西门子PLCSIM配合VUP仿真模型实现控制，同时HMI作为辅助设备按照规定的工作循环和联锁要求正常工作，并设有监控画面和信号装置，以掌控整条生产线的工作状况，从而使该控制系统可以按照自动化生产线工艺流程工作在正常工作状态且连续工作。

关键字：自动化;加工生产线；PLC；IRAI；仿真

Abstract

This article focuses on the design of the PLC control system of the automatic processing production line, and performs the simulation and debugging of the automation processing line control system on the IRAI software, so that the system can meet the requirements of the workpiece carving, milling, assembly, and welding processes,etc.

According to a certain process order, Automatic processing production line is a production system, which connects some automatic machine tools and auxiliary equipment, such as machine hand, transfer machines and lathe, milling machine and conveyor belt and so on, to automatically complete carving, turning, milling, assembling and welding of workpieces.The automatic processing production line can be divided into three parts: the automatic production line structure part, the workpiece transmission part and the control system part.The control system of automatic processing production line is composed of virtual universe pro 3 (hereinafter referred to as VUP) equipment simulation model, SIEMENS S7-1200 PLC, PLCSIM and WinCC HMI. According to a certain technological process, VUP equipment simulation model connects the machines of a production line with virtual components, including the simulation of all process processes, such as the handling, loading and unloading, storaging and the product processing of the workpieces, to assemble the automatic processing line.In the design of the automatic processing production line control system, use advanced programmable controller (PLC) to control, use SIEMENS S7-1200 PLC to program,and use SIEMENS PLCSIM and VUP simulation model to simulate, At the same time, the HMI works properly as an auxiliary equipment in accordance with the prescribed work cycle and interlocking requirements,It also has a monitoring screen and signal devices to control the entire production line's working conditions, which makes the control system can work in a normal working state and work continuously according to the automatic production line process.

Key words: automation; Processing line; PLC; IRAI; simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究背景和意义 1

1.2 国内外发展现状与研究水平 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状和发展趋势 2

1.3 研究的主要内容 3

1.4 研究目标 3

第2章 自动化加工生产线控制系统方案 5

2.1 系统简述 5

2.2 系统设计的基本步骤 5

2.3 设计要求分析 6

2.4 总体设计 6

2.5 主控方案及选择 7

2.6 监控方案 7

第3章 自动化加工生产线控制系统设计分析 8

3.1 建设目标 8

3.2 系统框架 8

3.3 系统组成 8

3.4 实验步骤 9

第4章 自动化加工生产线控制系统硬件选型及设计 10

4.1 S7系列PLC选型 10

4.2 S7-1200控制主站设计 10

4.3 I/O接口 11

第5章 自动化加工生产线控制系统软件设计 13

5.1 梯形图设计 13

5.2 HMI界面设计 14

5.3 PLC程序设计 16

5.4 仿真三维模型设计 17

第6章 自动化加工生产线控制系统调试 18

6.1 PLC调试 18

6.2 PLC与IRAI的通讯 19

6.3 HMI调试 19

6.4 VUP模型调试 21

第7章 总结与展望 24

参考文献 25

致谢 31

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

上个世纪七十年代,随着计算机应用的快速发展，机电一体化技术、控制技术、微电子技术与传感器技术也得到了迅猛发展,不仅给工业生产、机械制造等领域带来了许多新技术、新观念、新工艺,而且使工业生产、机械制造技术发生了质的飞跃,因此而向前迈出了一大步，打开了更崭新的局面。随着科学技术的发展，信息逐步全球化，经济也逐步全球化，这一行为正在极大地改变着人们的生产生活方式，人类在新工艺、新材料、新能源、航天飞行、信息科学等高科技领域的成就也给我们带来深远的影响。其中，自动化加工生产线在工业生产中的应用越来越广泛，扮演着越来越重要的角色。随着这些自动化生产线的使用，产品的质量得到了提高，劳动效率有所增加、工人劳动条件得到改善、材料得以节约、能源消耗有所降低，因此取得了显著的成效。

自动化生产线是通过将一组机器设备和辅助设备，如车床、铣床、机械臂等，按照一定的要求和规则联结起来，代替人为操作，自动地完成产品部分或全部加工过程的生产控制系统，包括工件传送系统和控制系统。

通过生产线上各种机器设备和辅助设备，能够自动不需要人为参与地完成预定的各道加工工艺，满足相应的要求和规则，使生产出的产品达标，自动化加工生产线为了实现这些要求，可以根据加工工艺顺序，采用一些自动输送机器和其他一些辅助装置，把不同的机器设备和辅助设备连接起来形成一个整体。然后通过电气制动系统和气压系统将各个部分之间的动作组合到一起，使它能够实现按照预定的要求和规则自动进行加工制造，我们称这种不需人为操作自动进行加工的机械设备系统为自动生产线。自动化加工生产线就是按照一定的工艺加工顺序，将若干台机器设备和辅助设备，用一定的规则和方法联结起来，按照规定的生产要求和规则，工件可以自动地进行加工的连续作业线。

自动化生产线设备控制核心的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC),是一种随着信息通讯、计算机和自动化等技术应用发展在工业控制领域中孕育而生的新型电气控制装置。因为PLC具有操作方便简单、易编写、功能强大、应用范围广等优点，在自动化及其他领域被广泛应用。在从诞生到现在将近半个世纪的发展过程中,可编程逻辑控制器的控制规模和水平有了飞速的发展,在工业自动化领域中被广泛应用,成为生产控制中重要的设备装置。

Irai软件是一款机电一体化仿真软件，集合控制科学与工程、自动化、电力电子、数电模电等多学科领域知识，具有操作方便、功能强大、应用范围广、可靠性高等优点，实现性能多元化的仿真系统。并且软件内部包含人机交互功能，可以直接在虚拟设备上设计具有实际操作功能的各种控制开关、指示灯、控制按钮、控制面板等，在运用该软件仿真的过程中可以使用鼠标来代替人手的功能，实现操作虚拟设备的功能，如提拉、抓起、按压、运送物品等等。加工制造业中很多企业会采用生产线设备进行生产工作，这些设备的控制由早期的手动操作逐步地发展成为具有相当水平的自动控制，而生产线自身也发展成为综合机械、电气和计算机等多种技术为一体的自动化系统装置。中国现代工业生产中不断追求能够减轻工人劳动强度，提高劳动生产率，在保障产品质量的同时，也能够实现安全生产，以及降低成本等目标，因此在电子、机械制造等行业中，人们已经设计和制造出大量的种类繁多、类型各异的自动化生产线。在二十一世纪的今天,自动化生产线应满足以上的要求，主要涉及到下列几项指标:(1)增加产量;(2)保证质量;(3)减少因适应生产变化而更换模具的时间;(4)生产过程的监控;(5)工人的安全保障。当产品需要大量生产时，若采用自动化加工生产线不仅能提高产量、质量，增加劳动生产率，也能降低生产成本，改善生产环境，保证工人安全，缩短生产时间，缩减生产占地面积，从而产生稳定较高的经济效益。

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