模块化生产试验台分类站课程设计报告.doc

模块化生产试验台分类站课程设计报告课 程：机电一体化技术班 级：设 计：指导老师：时 间： 1、 分类站控制系统总体设计1.1系统概况该模拟生产线是由独立的六个工作站相互连接而成。它们分别是上料检测站、搬运站、加工检测站、安装站、安装搬运站和分类站。这六个站连接成生产线后可完成工件类别的检测、加工、搬运、安装和分类。 分类站的作用是在接收前站的信息后，把工件分类并推送进库房。1.2系统工艺流程本站为第六站（分类站），当第六站收到第五站（安装站）的信号后，第六站通过第五站传递过来的信号，将外圈与内芯颜色的四种搭配分送到各个仓库。工件外圈为白色内芯为白色时，电动机将工件移至（1，n）仓库，推料气缸工作；工件外圈为白色内芯为黑色时，电动机将工件移至（2，n）仓库，推料气缸工作；工件外圈为黑色内芯为白色时，电动机将工件移至（3，n）仓库，推料气缸工作；工件外圈为黑色内芯为黑色时，电动机将工件移至（4，n）仓库，推料气缸工作。每次推料结束，工作站台均要移回原位，然后开始下一轮分类。此站的工作流程图如图1所示。2、分类站控制系统硬件设计2.1PLC选型本模块的六个工作站都是采用PLC进行控制,而且PLC的型号均为S7-200, S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面：极高的可靠性；极丰富的指令集；易于掌握；便捷的操作；丰富的内置集成功能；实时特性；强劲的通讯能力；丰富的扩展模块。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用，CPU 221226各有2种类型CPU，具有不同的电源电压和控制电压。此次设计采用了CPU226, 该机集成24个输入点，16个输出点，共40个数字量I/O 点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O 点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可容易地整体拆卸。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统，CPU226的外形如图2所示。图2 CPU226的外形图图1 分类站工作流程图2.2 I/O地址定义在PLC接线及其编程中需要定义I/O地址，这样可以清晰简单的完成一系列所期望的工作台运作。本工作站的I/O地址定义如下。公共I/O地址定义如表1所示。表1 公共I/O地址定义地址定义I0.1I0.7传感器输入I1.0开始I1.1复位I1.2特殊I1.3手/自I1.4单/联I1.5停止I1.6上电I2.0I2.5为通讯口Q1.2Q1.7为通讯口Q1.2, Q1.3, Q1.4对应后站的I2.0, I2.1, I2.2Q1.5对应前站I2.4Q1.2大工件颜色Q1.3小工件颜色Q1.4废品Q0.1Q0.6PLC动作输入Q0.7开始灯Q1.0复位灯Y014停止灯分类站I/O地址定义如表2所示。表2 分类站I/O地址定义地址定义I0.0横轴到位I0.1竖轴到位I0.2竖轴限位I0.3推出到位I0.4缩进到位Q0.0横轴脉冲Q0.1竖轴脉冲Q0.2横轴方向Q0.3竖轴方向Q0.4推工件2.3电路设计2.2.1控制面板控制面板有五个按钮开关、二个选择开关和一个急停开关。1） 按钮按钮1：开始按钮2：复位按钮3：特殊功能按钮两位旋钮4：自动手动两位旋钮5：单站联网按钮6：停止报警按钮7：上电按钮8：急停控制面板电路图如图3所示。 图3 控制面板电路图2）显示灯绿色显示灯1：开始指示黄色显示灯：复位指示红色显示灯：停止指示绿色显示灯2：上电指示按钮电路如图4所示。图4 按钮电路显示灯电路如图5所示。图5 显示灯电路2.3.2传感器及其接线图1. 传感器 本站传感器有两种，分别是接近开关和磁性开关。（1）接近开关I0.0，I0.1，I0.3接的是接近开关，接近开关的型号为LE4-1K如图6所示。图6 LE4-1K的外形图外型尺寸如图7所示。图7 LE4-1K外型尺寸图此电感式接近开关接线如图8所示。图8 电感式接近开关接线图LE4-1K的参数为：U：10 V 30 V DC ； I：200mA ； NPN三线常开 ；检测距离（Sn）：4mm±4×10%mm ；静态电流：2.5mA ；检测介质：金属物体 ； 指示灯：动作显示（红色LED） 。（2）磁性开关I0.3，I0.4接的磁性开关型号为D-C73图9 磁性开关接线图D-C73的参数，如表3所示。表3 D-C73参数名称DC73用途继电器、程序控制器负载电压24 V DC100 V AC负载电流5 mA40 mA5 mA 0 mA泄漏电流0 mA内部电压降2.4V 指示灯接通时发光二极管亮安装形式轨道安装响应时间1.2ms绝缘电阻500 V DC时，50M绝缘耐压1500 V AC，1min不击穿环境温度-10 +60 保护构造IEC规格IP67，防浸（JISC0920）以及防油构造2. 步进电动机驱动器Q0.0，Q0.2接的是一个步进电机驱动器，步进电动机驱动器的型号是SJ-220M，如图10所示。图10 SJ-220M的外形图SJ-200的参数如表4所示。表4 SJ-200的参数符 号说 明最小一般（典型）最大单 位Vss输入电压1632VIss输入电源电流2AIout相输出电流0.42.5AIin逻辑输入电流51015mATp步脉冲持续时间5sTs方向稳定时间0msTh方向保持时间 10sTd开/关时间20sFmax最大运行频率50KhzFamb环境温度0+50Tstg存储温度-40+125通过步进电机驱动器来控制步进电机，此电机是控制横轴方向的，其接线原理如图11所示。图11 步进电动机驱动器I接线原理图Q0.1，Q0.3接的是一个步进电机驱动器，步进电机驱动器控制电机,它是控制竖轴方向，其接线如图12所示。图12步进电动机驱动器II接线原理图3. 气缸Q0.4输出控制的是电磁换向阀，电磁换向阀控制汽缸，其接线原理如图13所示。图13控制气缸的接线原理图2.3.3分类站接线图分类站PLC端子分布如图14所示。图14 分类站端子分布图3、 分类站控制部分软件设计注：（横、原）表示横向原位处的接近开关；（纵、原）表示纵向原位处的接近开关；（纵、限）表示纵向限位处的接近开关。另：假定横向步进电动机向右驱动为正转；纵向步进电动机向上驱动为正转。4、 结论经过两个星期时间的努力，我们组完成了此次课程设计。本次课程设计课题为模块化生产实验台分类站控制系统设计，我们组具体任务是对分类站进行控制系统硬件设计和软件设计，且经检测画出输入输出元器件的电路图。在整个设计过程中，对工业模块控制系统、S7-200控制系统有了较深入的认识，对毕业后的工作打下了较坚实的基础。整个任务完成过程中，我们组工作主要包括以下几项内容：1. 较好地掌握了S7-200控制系统；2. 进行了工业模块控制面板的设计；3. 进行了步进电机驱动控制的设计；4. 进行了光电传感器、磁感应传感器的选型和电路设计；5. 对分类站控制部分进行部分软件设计。由于时间关系，以及个人能力问题，这次设计中肯定存在不少问题，本设计只是针对工作台的接线电路图作了研究学习，未能涉及到PLC的软件程序的深入研究，这是本设计的遗憾之处。总之，在这次课程设计中，通过我们组各位同学的努力以及老师的指导，我们学到了许多有用的知识，并顺利地完成课程设计任务。这个过程使我们的理论知识和动手实能力都有所提高，知道怎样把PLC的书本知识放到实践中，同时也学会怎样将理论和实践相结合。同时，与指导老师的交流合作，使我们逐渐的建立起一种工程思想，并且有了一个严谨的工作态度，这将使我们受益终生。