自动生产线课程设计.docx
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1、安徽机电职业技术学院课程设计说明书 自动生产线的安装与调试 系 (部) 电气工程系 专 业 机电一体化 班 级 机电3143 姓 名 周 润 学 号 1302143143 指导教师 王亮、白金 2016 2017学年第 一 学期摘 要 自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性,综合性主要涉及机械技术、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。本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作,模拟一个生产流水线的
2、生产过程。首先由供料站提供原料,运输站将其送至加工站加工,然后送至装配站进行安装,最后由分拣站进行分拣。设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元作为自动生产线的整体设计,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。所以,本设计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。关键字 : 变频器 PLC 电机目录目 录1引
3、言2第一章 YL-335A自动生产线概述5 1.1自动化生产线(YL-335B)的基本组成5 1.2YL-335B的电气控制10 1.3 自动化生产线工艺流程介绍13第二章 供料单元的结构与控制16 2.1 供料单元的结构16 2.2 供料单元的PLC控制及编程24第3章 装配单元的结构与控制29 3.1装配单元控制要求 29 3.2 装配的工作流程29 3.3装配单元梯形图30 总 结36致 谢37参考文献38引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
4、,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。因此,培养掌握机电一体化技术,掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。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
5、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,使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境,从而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,
6、达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标,十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。MCGS嵌入版组态软件具有强大的功能,并且操作简单,易学易用,普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS嵌入版组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题,而将精力集中于解决工程问题本身,根据工程作业的需要和特点,组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面,符合中国人的使用习惯和要求。实时性强、有良好的并行处理性能。MCGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多种形式,丰富、生动的多媒体画面。完善的安全机制完
7、善的安全机制多样化的报警功能。支持多种硬件设备,实现“设备无关”。良好的可维护性。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。因此,培养掌握机电一体化技术,掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。因此,本设计将组态技术与PLC技术,有机结合起来,运用组态技术,对自动生产线的各单元进行高仿真。达到模拟运行的目的。第一章 YL-335A自动生产线概述1.1 自动化生产线(YL-335B)的基本组成亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单
8、元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观如图1.1所示。图1.1 YL-335B外观图其中,每一工作单元都可自成一个独立的系统,同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主,但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制,该驱动系统具有长行程、多定位点的特点,是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。在YL-335B设备上应用了多种类型的传感器,分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。传
9、感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一,是现代工业实现高度自动化的前提之一。在控制方面,YL-335B采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案,即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。用户可根据需要选择不同厂家的PLC及其所支持的RS485通信模式,组建成一个小型的PLC网络。小型PLC网络以其结构简单,价格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用,在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。另一方面,掌握基于RS485串行通信的PLC网络技术,将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。1.1.1YL-3
10、35A的基本功能YL-335A各工作单元在实训台上的分布如图1-2的俯视图所示。图1-2 俯视图1、供料单元的基本功能:供料单元是YL-335B中的起始单元,在整个系统中,起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是:按照需要将放置在料仓中待加工工件(原料)自动地推出到物料台上,以便输送单元的机械手将其抓取,输送到其他单元上。如图1.2所示为供料单元实物的全貌。图1.2供料单元实物的全貌2、加工单元的基本功能:把该单元物料台上的工件(工件由输送单元的抓取机械手装置送来)送到冲压机构下面,完成一次冲压加工动作,然后再送回到物料台上,待输送单元的抓取机械手装置取出。如图1.3所示为加工单元实
11、物的全貌。图1.3 加工单元实物的全貌3、装配单元的基本功能:完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。装配单元总装实物图如1.4。图1.4 装配单元实物的全貌4、分拣单元的基本功能:完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣,使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。如图1.5所示分拣单元实物的全貌。图1.5 分拣单元实物的全貌5、输送单元的基本功能:该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位,并在该物料台上抓取工件,把抓取到的工件输送到指定地点然后放下,实现传送工件的功能。输送单元的外观如图1-6所示。图1.6 输送单元外观图直
12、线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机,视实训目的而定。YL-335B的标准配置为伺服电机。1.2 YL-335B的电气控制1.2.1 YL-335B 工作单元的结构特点 YL-335B设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每一工作单元机械装置整体安装在底板上,而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。因此,工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。YL-335B的解决方案是:机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。两个接线端口间通过多芯信号电缆互连
13、。图1.7和图1.8分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。图1.8 PLC侧接线端口图1.7 装置侧接线端口装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构,上层端子用以连接DC24V电源的+24V端,底层端子用以连接DC24V电源的0V端,中间层端子用以连接各信号线。PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构,上层端子用以连接各信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。底层端子用以连接DC24V电源的+24V端和0V端。装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连结。其中25针接头电缆连接PLC的输入信号,15针接头电缆连接PLC的输出信号。1.2.2 YL-335B的
14、控制系统 YL-335B的每一工作单元都可自成一个独立的系统,同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。1、当工作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1.9所示。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。图3.9 按钮指示灯模块模块盒上器件包括:指示灯(24VDC):黄色(HL1)、绿色(HL2)、红色(HL3)各一只。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)2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时,对于采用三菱F
15、X系列PLC的设备,YL-335B的标准配置是采用了基于RS485串行通信的N:N通信方式。设备出厂的控制方案如图1.10所示。图1.10 YL-335B的通信网络各工作站PLC配置如下:输送单元:FX1N-40MT主单元,共24点输入,16点晶体管输出。供料单元:FX2N-32MR主单元,共16点输入,16点继电器输出。加工单元:FX2N-32MR主单元,共16点输入,16点继电器输出。装配单元:FX2N-48MR主单元,共24点输入,24点继电器输出。分拣单元:FX2N-32MR主单元,共16点输入,16点继电器输出。3、人机界面系统运行的主令信号(复位、启动、停止等)通过触模屏人机界面给
16、出。同时,人机界面上也显示系统运行的各种状态信息。人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况,使操作变的简单生动,并且可以减少操作上的失误,即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化,同时也能减少PLC 控制器所需的I/O 点数,降低生产的成本,同时由于面板控制的小型化及高性能,相对的提高了整套设备的附加价值。YL-335B采用了昆仑通态(MCGS)TPC7062KS触摸屏作为它的人机界面。TPC7062KS是一款以嵌入式低功耗CPU为核心(主频400MHz)的高性能嵌入式一体化工控机。
17、该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏(分辨率800480),四线电阻式触摸屏(分辨率40964096),同时还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.NET(中文版)和MCGS嵌入式组态软件(运行版)。1.3 自动化生产线工艺流程介绍 1.3.1 供料站的工作流程供料站接收到系统发来的供料指令后,如果出料台上没有工件,即进行把工件推到出料台上的操作。工件推出到出料台后,应向系统发出出料台上有工件信号。若供料站的料仓内没有工件或工件不足,则向系统发出报警或预警信号。当系统发来的启动信号被复位时,工作站在完成本工作周期后退出运行状态。1.3.2 装配站的工作流程 启动后,如果回转台上
18、的左料盘内没有小园柱零件,就执行下料操作;如果左料盘内有零件,而右料盘内没有零件,执行回转台回转操作。 如果回转台上的右料盘内有小园柱零件且装配台上有待装配工件,开始执行装配过程。执行装配机械手抓取小园柱零件,放入待装配工件中的操作。装入动作完成后,向系统发出装配完成信号。 完成装配任务后,装配机械手应返回初始位置,等待下一次装配。1.3.3 加工站的工作流程加工站接收到系统发来的启动信号时,即进入运行状态。当加工台上有工件且被检出后,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。冲压动作完成且加工台返回待料位置后,向系统发出加工完成信号。如果没有停止信号输入
19、,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。1.3.4 输送站的工作流程输送站接收到人机界面发来的启动指令后,即把启动指令发往各从站。在接收到供料站的“出料台上有工件”信号后,输送站抓取机械手装置应执行抓取供料站工件的操作。动作完成后,伺服电机驱动机械手装置以不小于300mm/s的速度移动到装配站装配台的正前方,把工件放到装配站的装配台上。接收到装配完成信号后,机械手装置应抓取已装配的工件,然后从装配站向加工站运送工件,到达加工站的加工台正前方,把工件放到加工台上。机械手装置的运动速度要求与相同。接收到加工完成信号后,机械手装置应执行抓取已压紧工件的操作。抓取动作完成后,机械
20、手臂逆时针旋转90,然后伺服电机驱动机械手装置移动到分拣站进料口。执行在传送带进料口上方把工件放下的操作。机械手装置的运动速度要求与相同。机械手装置完成放下工件的操作并缩回到位后,手臂应顺时针旋转90,等待下一次搬运工作。1.3.5 分拣站的工作流程分拣站接收到系统发来的启动信号时,即进入运行状态。当输送站机械手装置放下工件、缩回到位后,分拣站的变频器即启动,驱动传动电动机人机界面所指定的变频器运行频率的速度,把工件带入检测区进行芯件嵌入高度检测和芯件颜色检测。进行芯件嵌入高度检测时允许传送带停车,停车时间可根据检测装置的特性自行确定。成品工件按芯件嵌入高度分为两类:若芯件端面与杯形工件端面之
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