毕业设计(论文)_组态软件MCGS的MPS搬运分拣单元监控系统的设计_百度文

目 录

第一章 绪论 …………………………………………………….…（1）

1.1 MPS模块化生产培训系统的应用 …………………… ……（1）

1.2 课题背景及设计思想…………………………………………（1）

第二章 系统控制要求…………………………………………..……（3）

第三章 硬件设计………………………………………………..……（4）

3.1. 自动机与自动线的构成…………………………………………（4）

3.2 模块化生产加工系统…………………………………………（4）

3.3 气动技术………………………………………………………..（5）

第四章用PLC对MPS搬运分拣单元监控系统设计……………………（6）

4.1 用PLC对MPS搬运分拣单元监控系统设计……………………（6）

4.2 用PLC对MPS搬运分拣单元监控系统设计……………………（7）

第五章 MPS搬运分拣站组态监控 ………………………………… …（16）

5.1组态动画的设计…………………………………………….. ……(16)

5.2组态数据库的建立................................ ......(17)

5.3组态脚本程序的建立…………………………………………… (18)

第六章 结论………………………………………………………………..(21)

致谢……………………………………………………..………（22）

参考文献…………………………………………………………（23）

第一章 绪论

1.1 MPS模块化生产培训系统的应用

MPS模块化自动生产系统是用于学习各种专业知识和多种技术技能的

一套培训设备。这套设备所有元件均为工厂实际使用的工业级产品。通过这

套设备可对学校和工厂的专业技术人员进行模拟工厂环境的技术培训。

MPS模块化生产系统是一套采用先进技术、能模拟实际工业生产中大量复

杂控制过程的教学培训装置。该教学系统集电气技术、PLC编程、传感器、

气动等技术为一体，主要用于电气自动控制安装、调试、维修的技术人员的

培训。它具有模块化、综合性和易扩充性等特点。该MPS模块加工系统采

用现代气动技术及计算机控制技术，对生产线进行模块化及标准化，可对不

同的生产装配线配备不同的标准化MPS气动模块，组成大型的加工、装配

生产线。模块包括：物料输送，工件装夹，机械加工，质量检测，产品分检

等。模块间通过现场总线互相通讯，可大大缩短设计、加工、安装及调试周

期。

1.2 课题背景及设计思想

复杂和加工精度高的零件的要求，随着计算机技术的的迅速发展，在实

际生产中，由于大量存在一些以开关量控制为主的不复杂的中小型程序控制

设备。 在日新月异的今天，继电接触式控制系统控制机床已经不能满足加

工形状制过程，并且生产工艺及流程经常变化，则需灵活的改变控制程序，

以使机床或生产过程按预定的条件和顺序自动地运行或执行。这种以预先规

定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序，对控制过程各阶段顺

序地进行自动控制，称为顺序控制。能完成顺序控制的装置称为顺序控制器。

继电接触式顺序控制器满足不了程序经常改变的控制要求。美国DEC公司于

1969年将计算机中的程序存储技术引入顺序控制器，研制出世界上第一台可

编程序逻辑控制器PDP-14，简称为PLC。由于电子技术和微型计算机的迅

速发展，70年代末期，各厂家又将微电脑技术和大规模集成电路引入可编程

序控制器（PLC），发展了计算机软件的优势，PLC的设计以工业控制为目标，

因而具有功率级输出、接线简单、通用性强、编程容易、抗干扰能力强、工

作可靠等一系列优点。PLC的一个发展方向是微型、简易、廉价，以图取代

传统的继电器控制；而它的另一个发展方向是大容量、高速、高性能，对打

规模复杂控制系统能进行综合控制。因此由PLC发展为当今的可编程序控制

器，经历10余年的发展，PLC进入实用阶段。国外许多厂家都在开发和生

产美国DEC公司的PLC系列化产品。可编程序控制器已获得了广泛的应用，

而且推动了工业技术革命的进展。

第二章 系统控制要求

设计条件：要求利用组态软件MCGS设计满足控制要求的MPS搬运分拣单元

监控系统。

MPS搬运分拣单元的运行过程如下：

当设备接通电源与气源，PLC运行后，首先执行复位动作，夹爪打开，

抬臂上抬到位，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端。进入工作运行模式，

按启动按钮，摆臂下降夹取工件，抬起后转安装工位，摆臂下降后释放大工

件，然后上抬等待小工件的安装（用计时器模拟安装好的信号），有信号后摆

臂再次下降夹取工件，上抬后转输出工位；等待输出信号，按下启动按钮，

摆臂下，放开工件，上抬后摆臂转左工位，再次等待下一个工件信号。

第三章 硬件设计

3.1自动机与自动线的构成

1) 控制系统

2) 气压传动控制系统

3) 工业机械手

4) 检测装置

5）控制系统

3.2模块化生产加工系统（MPS）

模块化生产加工系统（MPS，Modular Production System）是模拟活塞自

动送料、检测、搬运、加工、安装、安装搬运、分类存储的全过程，MPS体

现了机电一体化的技术实际应用。MPS设备是一套开放式的设备，用户可根

据生产需要选择设备组成单元的数量、类型，最少时一个单元亦可自成一个

独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制

特点。MPS系统的实物图如图8-1所示。

图3-1 MPS系统的实物图

3.3气动技术

气动技术是实现工业自动化的重要手段 。气压传动的介质来自于空气 ,

环境污染小 ,工程实现容易 ,以气压传动是一种易于推广普及的实现工业自

动化的应用技术 。气动技术在机械 、化工 、电子 、电气 、纺织 食品 、

包装 、印刷 、轻工 、汽车等各个制造行业 ,尤其在各种自动化生产装备和

生产线中得到了广泛的应用 ,极大地提高了制造业的生产效率和产品质量 。

气动系统的应用 ,引起了世界各国产业界的普遍重视 ,气动行业已成为工业

国家发展速度最快的行业之一

第四章用PLC对MPS搬运分拣单元监控系统设计

4.1用PLC对MPS搬运分拣单元监控系统设计

4.1.1设计条件：

要求采用西门子PLC作为控制器，以气动元件作为执行元件，设计MPS

系统安装搬运站单元，并实现其动作控制要求。

4.1.2安装搬运单元的功能

安装搬运单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程，同时能提

供一个安装工位，实现大、小工件的组装。

4.1.3安装搬运单元的结构组成

安装搬运单元主要由I/O接线端口、提取模块、直线转圆周运动装置、工

件平台、气源处理组件等部件组成。

1). I/O接线端口

它是该工作单元与PLC之间进行通讯的线路联接端口。该工作单元中的

所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电

缆线连接到PLC上。

2). 料盘模块

该模块实际上也是一个“气动机械手”，主要是由一个直线气缸（上下摆

动）、摆臂和气动夹爪等组成。

摆臂相当于气动机械手的“手臂”，只是在这时不能伸缩，只能上下摆动，

它由一个安装在下方的直线气缸驱动，再摆臂的前端安装有一个气动夹爪，

用于提取工件。

3). 直线转圆周运动装置

提取模块的左右移动及旋转由两个直线气缸所控制，它通过一定的机械转

换装置，在实现直线运动的同时还能提供圆周运动，这样在本单元上可提供

四个工位，分别在左工位（提取共建）、左上工位（安装工位）、右上工委（未

用）和右工位（输出工位）。

4.) 工件平台

工件平台安装在安装工位上，用于实现大、小工件的组成

4.2用PLC对MPS搬运分拣单元监控系统设计

4.2.1气动设计

气动，是以压缩空气为工作介质来传递和控制信号，控制和驱动各种机械设

备，以实现生产过程机械化、自动化。一个完整的气动自动化系统由气源装

置、控制元件、执行元件、辅助元件、检测元件及控制器组成气动回路：

元件：双作用气缸4个 三位五通阀2个

双电控二位五通1个 单电控二位五通1个

4.2.2电气控制图：

动作顺序：开始——升降缸下降——手指夹紧——升降缸上降升——摆动缸

顺时针摆动（等待信号）——二次摆动——循环开始

4.2.3流程图

初始步

Q0.0 Q0.2 Q0.4

M4.0

I2.4

M4.1

开始 M4.2

I2.0

手臂下Q0.6 M4.3

I0.5

夹紧工件Q0.5 M4.4

I0.4=0 T40

手臂抬起Q0.6

M4.5

I0.6=0

手臂左转向工件Q0.3 M4.6

I0.2

手臂下Q0.6

M4.7

I0.5

夹紧臂放开工件 M3.0

I0.4

手臂抬起Q0.6=0 M3.1

I0.6=0

安装小工件

M3.2

手臂下Q0.1 M3.3

I0.5

夹紧工件

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

手臂释放工件 M3.7

I0.0

手臂下 M2.0

I0.5

夹臂释放 M2.1

I0.4

手臂抬起 M2.2

I0.6

手臂转向工位 M2.3

返回 M2.4

4.2.4搬运分拣站梯形图如下

：

第五章MPS搬运分拣站组态监控

5.1 组态动画的设计

首先进入MCGS组态环境，根据设计的题目和要求，新建一个组态窗口，

将窗口属性的名称改为搬运分拣站的组态监控。如下图：

双击打开窗口，打开工具栏，将单次品检测元的平面图画在窗口里保存，

如

下图所示：（注意，在画图时合理布局，以确保在运行时能全面看到监控过

程）：

5.2 组态数据库的建立

下面开始建立实时数据库，数据要对应上面组态动画的各各动作，如下图

在组态环境下点击实时数据库再点击新增对象加入数据，将对象属性更改，

将名称改为上面各各动作的对应选项，再将动画中的对象进行动画连接，和

实时数据库对应连接。

如下图加入实时数据：

5.3 组态脚本程序的建立

MCGS的脚本程序是为了实现某些多分支流程的控制及操作处理，因此

只包括了几种最简单的语句：赋值语句、条件语句、退出语句和注释语句。

所有的脚本程序都可以由这四种语句组成，当需要在一个程序行中包含多

条语句时，各条语句之间须用“：”分开，程序行也可以是没有任何语句的空

行。大多数情况下，一个程序只包含一条语句，赋值程序行中根据需要可在

一行上放置多条语句。

如下图所示，在窗口中点击运行策略：

然后点击循环策略，弹出如下图所示的窗口：

再点击主菜单中的如下图所示：

再双击策略行的最后方框改为脚本程序，打开编辑，如下图所示：

最后打开脚本编辑器，进行程序编写，和实时数据库对应连接，就可以控

制组态动画。

脚本程序设计：

第六章 结论

通过此次对组态软件MCGS的MPS搬运分拣单元监控系统的设计，我们

完成了其所需要满足的控制要求，实现了其在自动化中的应用。在设计中我

们采用了许多电气及气动控制元件，如按钮、指示灯、气缸、换向阀等。通

过控制机械手抓取释放工件来完成搬运过程及采用传感器完成分拣动作来实

现自动生产化的控制。

对工件搬运分拣的同时，我们掌握了组态软件的使用及PLC的结构特点

电气控制越来越不能满足加工的需要，因此采取PLC控制成为了当代MPS

控制的理想形式。另外PLC还具有功率级输出、接线简单、通用性强、工作

可靠等一系列的优点，它的发展方向是微型、简单、价廉，以图取代传统的

继电器控制，而它的另一个发展方向是大容量、高速、高性能，对大规模复

杂控制系统能进行综合控制。通过这次设计使我了解了MPS搬运分拣单元

的工作原理，同时也进一步了解了PLC的控制原理。

通过组态软件的运行实现对MPS搬运分拣单元的控制，完全可以取代传

统的手动控制。将MCGS 应用于自动化生产线中，是生产具有可视可控性，

将MCGS与PLC相连，易于操作。二者相互配合在许多加工领域已经投入

了使用，使之成为当今自动生产线的理想形式。

致 谢

经过很长一段时间的准备，今天终于可以顺利的完成毕业设计最后的谢辞

了，这篇谢辞的完成，表示可以进行毕业答辩了，这也是为三年的学习生涯

以及大学生活划下完美的句号。

毕业设计的完成，不仅在于不断的搜索和整理，更主要的是在三年中学习

知识的积累，所以我在此首先重点感谢三年来教授我们每门课程的老师们，

正因为他们严谨的作风和朴实的教学，才能最终让我们走向硕果的终点。在

此特别感谢我们组的指导老师赵建伟老师，他在我们做毕业设计期间作出了

很大的努力，争取让组里的每一位同学精益求精的完成论文，提高答辩质量，

这是论文可以顺利完成的最重要的原因。同学们的关心和帮助是我的动力，

在我知识的缺憾上给予我很大的帮助，使得设计从刚开始的迷茫到越来越完

善，最终帮助我完整的写完了毕业设计。

参考文献

〔1〕张文明，刘志军主编。《组态软件控制技术》

〔2〕张宏生，朱绍祥. 可编程序控制器. 机床杂志，1987～1988

〔3〕廖常初编著，《可编程序控制系统应用技术》，重庆大学出版社，1992

年7月.

〔4〕耿文学主编. 可编程控制器应用技术手册. 北京：科学技术文献出版社，

1996