自动化生产线之装配站——论文要点.pdf
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1、毕业设计(论文) 课题名称:自动化生产线之装配站设计 指导教师:沈丽娜 系别:电子信息系 专业:机电一体化技术 班级:11 机电 4 班 姓名:李任当 摘要 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
2、动生产设备中,担负着生产线的大脑微处理单元的角色。系统控制方式采用每一工作 单元有一台PLC承担任务,各PLC之间通过RS485串行通讯实现互联的分布式控制方式,因此,综合 应用了许多知识,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、和变频技术等。 由于时间仓促以及编者水平有限,书中错误和不足之处在所难免,欢迎读者提出批评和建议。 关键词: PLC;装配站 目录 第一章绪论 1 1.1 设计背景 . 1 1.2 设计的内容和结构. 1 第二章方案论证 2 第三章硬件设计 4 3.1 装配单元的结构与工作过程. 4 3.2 装配单元的气动元
3、件. 8 3.3 传感器 11 3.4 PLC 的 I/O 分配及系统安装接线. 15 第四章软件设计 17 4.1 编写程序的思路. 17 4.2 状态流程图 . 18 结束语 20 致谢 21 附录 22 参考文献 28 1 第一章绪论 1.1 设计背景 随着 PLC技术的普及, 企业对 PLC技术人才的需求明显增加。目前,很多企业为了提高生产效率, 自动化生产线越来越普及,它有效的加快了工作的效率,提高生产速度和生产质量。当工人按下按钮, 生产线就会自动运行,以此来满足企业的需求。 由于传送带的广泛应用使得,原材料均可在使用机械装置搬运的移动中,加工成为各种零件而部 件。而装配和汽车总装
4、配原则,采用移动装配法完成。由于把生产工序分细,大大提高了操作熟练程 度和劳动生产率。作业的速度也为传送带的速度所规定,借助于传送带的应用,使生产过程的各项作 业能在同一时间进行并且各种零部件在各条流水线的投入和产出互相衔接配合,不至于发生在制品过 多或不足的现象恰能保证总装配线的需要形成同步化的流水生产体系。本文介绍的是以PLC控制自动 化生产线装配站系统的设计。 1.2 设计的内容和结构 设计的内容共分为五章:第一章“绪论” 概括了课题的设计背景和设计的内容和结构;第二章“方 案论证”介绍三种控制中心的设计方案,结合多方面的原因,选择其中的一种方案作为本次设计的方 案;第三章“硬件设计”主
5、要分析了系统的构成以及基本工作原理;第四章“软件设计”介绍了软件 流程图和部分关键程序;最后的总结对本次完成的工作进行总结,并对今后的工作提出建议。 2 第二章方案论证 下面介绍两种不同plc 为控制核心的设计方案。 一、三菱系列的PLC 三菱 PLC英文名又称: Mitsubish Power Line Communication,是三菱电机在大连生产的主力产 品。三菱PLC在中国市场常见的有以下型号:FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-AFR-Q ,下面我们主要介绍FX1N和 FX2N系列。 FX1N系列 : 是三菱电机推出的功能强大的普
6、及型PLC 。具有扩展输入输出,模拟量控制和通讯、链 接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC 。 FX2N系列 : 是三菱 PLC是 FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特 殊功能模块等特点,为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 1. 编程语言 在 FX系列可编程控制器控制器中,除基本的指令表变成方式外,还可以采用在图形画面上进行阶 梯符号作图的梯形图编程方式,以及对应机械动作流程进行顺控设计的SFC (顺序功能图)方式,而 且,这些程序可以相互转换换。指令表及梯形图程序如果按一定的规则编写,也可以实现到SFC图的 逆变换。 2. 高速处理
7、三菱系列PLC可以实现高速处理,FX系列可编程控制器内置的高速计数器,对来自特定的输入继 电器的高速脉冲进行中断处理,因此与扫描时间无关,可以进行高达60kHz/h 的高速脉冲。在可编程 控制器中设置了C-R 滤波器,以防止输入信号的震动和噪音的影响。可以对脉冲进行捕捉,在脉冲捕 捉中可以监视来自特定输入的脉冲信号,也可以在输入时采用中断处理设置特殊辅助继电器。 3.FX 的 PLC支持顺序控制。 可编程控制器的扫描周期是恒定模式,采用次模式可以以固定的周期处理和运算同步执行的指令。 在设备不停机的情况下也可以对运行过程中的程序进行改变的功能。 4. 应用指令 FX系列 PLC基于追求“基本功
8、能、高速处理、便于使用”的规范理念,FX可编程控制器具有数据 的传送和比较,四则运算及逻辑运算、数据的循环和位移等基本指令,还有输入输出刷新、中断、高 速计算器专用比较指令、高速脉冲输出等高速处理指令,以及在SFC控制方面,将机械控制的标准动 作封袋化的状态初始化指令等。此外,还提供了可适应更复杂的控制的浮点运算及PID 运算等。 3 二、西门子系列PLC 西门子股份公司(SIEMENS AG FWB:SIE, NYSE:SI)是世界最大的机电类公司之一,1847 年由 维尔纳冯 西门子建立。西门子SIAMTIC模块化控制器有着很大的优势,它可以即买即用,长期兼容 性和可用性,可以在恶劣环境下
9、工作,模块还可以扩展和升级。西门子的产品十分的抗震动,通过集 中式和分布式I/O 控制。所以西门子在最近的一些年内能够很有力的打进中国的市场并能在中国的市 场牢牢的扎根。这和西门子产品的质量和性能有着十分大的关系. 其中就有S7-200、S7-300 、S7-400。 S7-200它适用于一系列机械设备的制造或用作独立的解决方案,微型自动化系统的组成部分, STEP 7 Micro/WIN工程组态软件应用于它,应用于性能要求较低的自动化任务。它是低成本的微型 系统。 西门子 S7-300 它设计紧凑, 安装在 DIN 导轨上, 在 CPU中集成了许多功能,通过在微型存储器 上保持数据实现免维护
10、,PROFIBUS 上的等时模式,属于故障。 安全类型。 西门子 S7-400 具有多种机架类型的机架系统,优异的高速处理能力和通讯性能,可以 在运行中更改组态,PROFIBUS 上的等时模式,还支持PROFIBUS 连接分布式I/O ,属于故障安全和容 错类型, 热插拔。 S7-400 的三个 H CPU ,支持硬件同步 , 功能强大的解决方案,不会发生任何信息损失, 且可对工程任务提供高级支持,无需额外的编程费用, 可以为安全应用轻松扩展H系统。 西门子 plc 现在不仅全面使用16 位、 32位高性能微处理器, 高性能位片式微处理器,RISC(reduced instruction se
11、t computer) 精简指令系统CPU等高级 CPU ,而且在一台PLC中配置多个微处理器,进 行多通道处理,同时生产了大量内含微处理器的智能模块,使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功 能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。 三菱的优势在于离散控制和运动控制,三菱的指令丰富,有专用的定位指令,控制伺服和步进容 易实现,要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项,而西门子在这块就较弱,没有专用的指令,做 伺服或步进定位控制不是不能实现,而是程序复杂,控制精度不高。 过程控制与通信控制西门子是强项,西门子的模拟量模块价格便宜,程序简单,而三菱的模
12、拟量 模块价格昂贵,程序复杂,西门子做通信也容易,程序简单,三菱在这块功能较弱。 所以针对不同的设备不同的控制方式,我们要合理的选用PLC ,用其长处,避其短处。例如某 设备只是些动作控制,如机械手,可选择三菱的PLC ,某设备有伺服或步进要进行定位控制,也选三 菱的 PLC;像中央空调, 污水处理, 温度控制等这类有很多模拟量要处理的就要选西门子的PLC比较合 适,某设备现场有很多仪表的数据要用通信进行采集,选西门子的好控制。 通过以上比较我们选用三菱PLC为主机控制装配站系统。 4 第三章硬件设计 3.1 装配单元的结构与工作过程 装配单元的功能是完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌
13、入到放置在装配料斗的待装配 工件中的装配过程。 装配单元的结构组成包括:管形料仓,供料机构,廻转物料台,机械手,待装配工件的定位机构, 气动系统及其阀组,信号采集及其自动控制系统,以及用于电器连接的端子排组件,整条生产线状态 指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板,传感器安装支架等其它附件。其中,机械装 配图如图3-1 所示: 图 3-1 装配单元机械装配图 1、管形料仓 管形料仓用来存储装配用的金属、黑色和白色圆柱小零件。它由塑料圆管和中空底座构成。塑料 圆管顶端放置加强金属环,以防止破损。工件竖直放入料仓的空心圆管内,由于二者之间有一定的间 隙,使其能在重力作用下自由下落。 为了
14、能对料仓供料不足和缺料时报警,在塑料圆管底部和底座处分别安装了2个漫反射光电传感 器(E3Z-L 型) ,并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽,以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物 料上。 5 2、落料机构 图 3-2 给出了落料机构剖视图。图中,料仓底座的背面安装了两个直线气缸。上面的气缸称为顶 料气缸,下面的气缸称为挡料气缸。 系统气源接通后,顶料气 缸的初始位置在缩回状态,挡 料气缸的初始位置在伸出状 态。这样,当从料仓上面放下 工件时,工件将被挡料气缸活 塞杆终端的挡块阻挡而不能落 下。 需要进行落料操作时,首 先使顶料气缸伸出,把次下层 的工件夹紧,然后挡料气缸缩 回,工件掉入廻转物
15、料台的料 盘中。之后挡料气缸复位伸出, 顶料气缸缩回,次下层工件跌 落到挡料气缸终端挡块,为再 一次供料作准备。 3-2 落料机构示意图 3、廻转物料台 该机构由气动摆台和两个料盘组成,气动摆台能驱动料盘旋转180 度,从而实现把从供料机构落 下到料盘的工件移动到装配机械手正下方的功能。见图3-3 。图中的光电传感器1 和光电传感器2 分 别用来检测左面和右面料盘是否有零件。两个光电传感器均选用CX-441 型。 6 图 3-3 廻转物料台 4、装配机械手 装配机械手是整个装配单元的核心。当装配机械手正下方的廻转物料台料盘上有小园柱零件,且 装配台侧面的光纤传感器检测到装配台上有待装配工件的情
16、况下,机械手从初始 状态开始执行装配操作过程。装配机械手整体外形如图3-4 所示。 装配机械手装置是一个三维运动的机构,它由水平方向移动和竖直方向移动的2 个导向气缸和气 动手指组成。 图 3-4 装配机械手的整体外形 装配机械手的运行过程如下: 7 PLC驱动与竖直移动气缸相连的电磁换向阀动作,由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动, 到位后,气动手指驱动手爪夹紧物料,并将夹紧信号通过磁性开关传送给PLC ,在 PLC控制下,竖直 移动气缸复位,被夹紧的物料随气动手指一并提起,离开当廻转物料台的料盘,提升到最高位后,水 平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下,活塞杆伸出,移动到气缸前端位置后
17、,竖直移动气缸再次 被驱动下移,移动到最下端位置,气动手指松开,经短暂延时,竖直移动气缸和水平移动气缸缩回, 机械手恢复初始状态。 在整个机械手动作过程中,除气动手指松开到位无传感器检测外,其余动作的到位信号检测均采 用与气缸配套的磁性开关,将采集到的信号输入PLC ,由 PLC输出信号驱动电磁阀换向,使由气缸及 气动手指组成的机械手按程序自动运行。 5、装配台料斗 输送单元运送来的待装配工件直接放置在该机构的料斗定位孔中,由定位孔与工件之间的较小的 间 隙 配 合 实 现 定 位 , 从 而 完 成 准 确 的 装 配 动 作 和 定 位 精 度 。 如 图3-5所 示 。 图 3-5 装配
18、台料斗 为了确定装配台料斗内是否放置了待装配工件,使用了光纤传感器进行检测。料斗的侧面开了一 个 M6的螺孔,光纤传感器的光纤探头就固定在螺孔内。 6、警示灯 本工作单元上安装有红、橙、绿三色警示灯, 它是作为整个系统警示用的。警示灯有五根引出线, 其中黄绿交叉线为”地线” ;红色线: 红色灯控制线; 黄色线: 橙色灯控制线、 绿色线: 绿色灯控制线; 黑色线:信号灯公共控制线。接线如图3-6 所示。 8 图 3-6 警示灯及其接线 3.2 装配单元的气动元件 1、气动摆台 回转物料台的主要器件是气动摆台,它是由直线气缸驱动齿轮齿条实现回转运动,回转角度能在 090 度和 0180 度之间任意
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