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目 录
1 绪论 ................................................................ 1 1.1 课题研究背景及意义 ................................................ 1 1.2 MPS系统整体介绍 ................................................... 1 1.3 课题研究方向 ...................................................... 2 1.4 课题研究的目标 .................................................... 2 2 MPS生产系统的总体方案设计 ......................................... 3 2.1 生产线方案的选择 .................................................. 3 2.2 各单元的系统硬件设计 .............................................. 9 3 MPS控制系统的设计 ................................................ 18 3.1 总体控制系统方案的设计 ........................................... 18 3.2 各单元控制系统设计 ............................................... 18 3.3 PLC的选型 ........................................................ 19 3.4 MPS系统各单元的I/O地址表 ........................................ 21 3.5 PLC原理图 ........................................................ 25 3.6 通讯接线板PCB板设计 ............................................. 25 3.7 地址接线板PCB板设计 ............................................. 25 结束语 ................................................................ 26 致 谢 ................................................................ 27 参 考 文 献 ........................................................... 28
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1 绪论
经过各种制造系统的不断发展和演替，目前最主流的制造系统是融合了机械控制和电气控制技术为一体的综合性自动化控制系统-MPS系统。该系统运用了电机驱动、气动、PLC、传感器等多种技术,实现了机电一体化技术在工业控制中的实际应用。通常该系统有6个工作站, 为供料、检测、加工、搬运、分拣和分类存储。MPS系统一般由多个可单独编程的工作单元组成，每个单元之间的握手信号可以通过I/O方式实现，也可以通过总线方式实现。PLC是在电气控制技术和计算机技术的基础上，专门为工业过程控制而设计的控制设备，在工业控制领域中应用非常广泛，被公认为现代工业自动化的三大支柱（PLC﹑机器人﹑CAD／CAM）之一。本课题的研究将采用应用广泛的西门子S7-200系统作为模块化生产线的控制系统。
1.1 课题研究背景及意义
在全球机械行业竟争日益激烈的大背景下，国外的发达国家纷纷将柔性制造系统作为发展的重要战略，全球的制造业正在进入模块化生产的时代，我国应顺应制造业的潮流，在制造业中大力发展及应用模块化系统。因此，模块化系统在机械行业中越来越显得尤为重要。MPS综合应用了气动控制、机械、电工电子、传感器、PLC控制技术等。它可以模拟出跟实际生产相似的控制过程。该系统还可以用于自动化生产线教学仿真，国际机电一体化技能大赛的考核设备，全国高职高专职业技能大赛自动生产线项目的考核设备等等。所以，对MPS系统的设计有助于我国机械工业的良好发展。
1.2 MPS系统整体介绍
1.2.1 模块化生产系统
模块化生产系统的组成部分具有一定的独立功能，子系统能按照一定的规则相互关联组成更复杂的系统。模块化制造系统是针对技术难度一般的产品的新的制造系统，是在标准化和模块化的系统下建立起来的柔性制造系统。其模块化可以迅速
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的组装成为制造系统，在制造方面具有高效率和高柔性的特点。 1.2.2 模块化生产系统的关键技术
MPS生产系统采用了电感应式、光电式、漫射式光电传感器，这些元件用来采集开关数字信号。然后把这些数字信号输入核心部件PLC的印象寄存器，通过里面的程序处理输入信号，最后把处理的结果送给输出印象寄存器，来驱动电机、气动控制元件、气动执行元件和机械手等。
PLC直接与MPS自动线相连，接收自动线上的位置信号和检测元件输入的信号，将其进行处理，从而输出各种控制信号，控制各种气缸的工作，进而控制电机的起停，吸盘的吸放等。
1.2.3 MPS系统较其它制造系统的显著特点
（1）融合了机械结构、液压技术、气动技术、电气控制技术、传感技术以及PLC技术等。
（2）各个单元之间的控制具有相对的独立性及相关联性。 （3）系统的各个单元间的控制模块具有很强的扩展性
（4）该系统的各个单元可以相对独立的工作，相关单元之间又可以关联起来实现复杂的系统功能。
（5）该系统具有灵活性、集成性、专业性、模块化等特性 （6）具有很好的安全性
1.3 课题研究方向
本设计研究的内容主要涉及下几个方面：
（1） 完成MPS生产系统的总体方案设计和信号流程图设计； （2） 完成系统硬件系统设计； （3） 完成接线板PCB制版设计；
（4） 给出编程定义地址并配合软件设计人员完成系统整合。
1.4 课题研究的目标
根据课题要求，应用已学过的理论知识及所查阅的相关资料，结合实验室已有设备，进行基于PLC控制的MPS硬件系统设计。通过本次毕业设计，掌握模块化生产的实际应用，掌握PLC在系统控制方面的应用及其优势，进一步提高理论联系实
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际的能力，提高自己解决问题时可以制定整体方案的能力。为今后踏入职场做好应有的准备。
2 MPS生产系统的总体方案设计
2.1 生产线总体设计方案
根据产品的特性，生产线的设计方案会有多种，其中有转台式生产线，直线式生产线等多种工艺生产线。转台式生产线应用于大批量，同规格的产品生产。但是，我们要设计适合多品种，数量少的生产系统。考虑本校实验室现有的设备以及考虑设计需要等方面，我们采用直线式生产线。采用直线式生产线，它的工件加工顺序为供料检测单元、机械手搬运单元、加工单元、安装单元、机械手搬运单元、分类单元，实物布局图如下图2.1所示。
图2.1 直线式生产线的实物布局图
2.1.1 供料检测单元信号流程
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供料检测单元是MPS系统的起始模块，由进料模块和传输带模块构成，其功能就是提供工件，并对自动线上的工件进行检测. 对射式光电传感器发出料仓有料的信号时，若按动启动开关，双作用气缸驱动推料杆推料，当推到极限位置时，磁感应85 式接近开关因工件的靠近而动作，摆臂开始摆向推料仓的位置，然后，真空开启保证吸取工件后，摆臂再摆向下一站的位置，即检测单元，最后关闭真空，工件就被从供料单元转运到了下一单元，供料单元任务完成。同时气缸上升到位后进行颜色的检测，最后输出颜色信号和到位信号，并将信号保存。根据与之前设定的要求比较，将符合要求的工件流出，不合格的则回收处理。最后执行机构返回原来位置。如下图2.2为第一站工作流程图：
图2.2 第一站工作流程图
2.1.2 搬运单元信号流程
搬运单元主要完成供料检测单元提供工件的提取和搬运，即将工件运输到加工单元。该单元可以实现水平，垂直，以及旋转三个方向的加工要求，因此，本单元最重要的是提取模块。按下启动按钮后，机械手前臂伸出开始运动，如果前站有工