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第二章供料单元的组成及基本功能
2.1自动生产线基本组成
自动生产线由安装在铝合金导轨式台面上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。
其外观如图2-1所示。
图2-1自动生产线外观
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。
设计中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。
2.2供料单元的组成及基本功能
2.2.1供料单元的基本功能:
供料单元是本次设计中的起始单元,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2-3所示为供料单元实物的全貌。
图2-3供料单元实物的全貌
2.2.2供料单元的组成:
结构组成如图2-3所示。
其主要结构组成为:
工件推出与支撑,工件漏斗,阀组,端子排组件,PLC,急停按钮和启动/停止按钮,走线槽、底板等。
第三章电气控制
3.1接线端子及主令部件
3.1.1接线端子
本次任务的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。
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。
图3-1和图3-2分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。
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。
3.1.2控制系统
任务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3-3所示。
模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。
图3-3按钮指示灯模块
模块盒上器件包括:
⑴指示灯(24VDC):
黄色(HL1)、绿色(HL2)、红色(HL3)各一只。
⑵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FX系列PLC的设备,
各工作站PLC配置如下:
⑴输送单元:
FX1N-40MT主单元,共24点输入,16点晶体管输出。
⑵供料单元:
FX2N-32MR主单元,共16点输入,16点继电器输出。
⑶加工单元:
⑷装配单元:
FX2N-48MR主单元,共24点输入,24点继电器输出。
⑸分拣单元:
3.2能源部件
3.2.1供电电源
外部供电电源为三相五线制AC380V/220V,图3-4为供电电源模块一次回路原理图。
图中,总电源开关选用DZ47LE-32/C32型三相四线漏电开关。
系统各主要负载通过自动开关单独供电。
其中,变频器电源通过DZ47C16/3P三相自动开关供电;
各工作站PLC均采用DZ47C5/2P单相自动开关供电。
此外,系统配置4台DC24V6A开关稳压电源分别用作供料、加工和分拣单元,及输送单元的直流电源。
图3-4供电电源模块一次回路原理图
3.2.2气源处理装置
本次任务的气源处理组件及其回路原理图分别如图3-6所示。
气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件,它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水,调节并保持恒定的工作压力。
在使用时,应注意经常检查过滤器中凝结水的水位,在超过最高标线以前,必须排放,以免被重新吸入。
气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关,用于启/闭气源,当把气路开关向左拔出时,气路接通气源,反之把气路开关向右推入时气路关闭。
图3-6气源处理组件
气源处理组件输入气源来自空气压缩机,所提供的压力为0.6~1.0MPa,输出压力为0~0.8MPa可调。
输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各作单工元。
3.3RS485总线的电气连接
3.3.1安装和连接N:
N通信网络
网络安装前,应断开电源。
各站PLC应插上485-BD通信板。
它的LED显示/端子排列如图3-7所示。
图3-7485-BD板显示/端子排列
在N:
N链接网络,各站点间用屏蔽双绞线相连,如图3-8所示,接线时须注意终端站要接上110欧姆的终端电阻(485BD板附件)。
图3-8PLC链接网络连接
第四章供料单元控制系统
4.1供料单元的结构和工作过程
供料单元的主要结构组成为:
工件装料管,工件推出装置,支撑架,阀组,端子排组件,PLC,急停按钮和启动/停止按钮,走线槽、底板等。
其中,机械部分结构组成如图4-1所示。
图4-1供料单元的主要结构组成
其中,管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料,并在需要时将料仓中最下层的工件推出到出料台上。
它主要由管形料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。
该部分的工作原理是:
工件垂直叠放在料仓中,推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。
当活塞杆在退回位置时,它与最下层工件处于同一水平位置,而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。
在需要将工件推出到物料台上时,首先使夹紧气缸的活塞杆推出,压住次下层工件;
然后使推料气缸活塞杆推出,从而把最下层工件推到物料台上。
在推料气缸返回并从料仓底部抽出后,再使夹紧气缸返回,松开次下层工件。
这样,料仓中的工件在重力的作用下,就自动向下移动一个工件,为下一次推出工件做好准备。
在底座和管形料仓第4层工件位置,分别安装一个漫射式光电开关。
它们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。
若该部分机构内没有工件,则处于底层和第4层位置的两个漫射式光电接近开关均处于常态;
若仅在底层起有3个工件,则底层处光电接近开关动作而第4层处光电接近开关常态,表明工件已经快用完了。
这样,料仓中有无储料或储料是否足够,就可用这两个光电接近开关的信号状态反映出来。
推料缸把工件推出到出料台上。
出料台面开有小孔,出料台下面设有一个园柱形漫射式光电接近开关,工作时向上发出光线,从而透过小孔检测是否有工件存在,以便向系统提供本单元出料台有无工件的信号。
在输送单元的控制程序中,就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。
4.2供料单元的PLC工作任务
本章节只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况,单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。
并且,按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。
具体的控制要求为:
①设备上电和气源接通后,若工作单元的两个气缸均处于缩回位置,且料仓内有足够的待加工工件,则“正常工作”指示灯HL1常亮,表示设备准备好。
否则,该指示灯以1Hz频率闪烁。
②若设备准备好,按下启动按钮,工作单元启动,“设备运行”指示灯HL2常亮。
启动后,若出料台上没有工件,则应把工件推到出料台上。
出料台上的工件被人工取出后,若没有停止信号,则进行下一次推出工件操作。
③若在运行中按下停止按钮,则在完成本工作周期任务后,各工作单元停止工作,HL2指示灯熄灭。
④若在运行中料仓内工件不足,则工作单元继续工作,但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁,“设备运行”指示灯HL2保持常亮。
若料仓内没有工件,则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪烁。
工作站在完成本周期任务后停止。
除非向料仓补充足够的工件,工作站不能再启动。
4.3供料单元的编程思路
一、自动生产线工作过程的通常要求
⑴系统上电后检查是否准备就绪。
只有准备就绪才允许启动系统,投入运行状态。
⑵主工艺控制过程是顺序控制过程。
⑶正常停止的要求——发出停止指令后,一般要求一个工作周期结束后才停止运行。
二、供料单元编程思路
1、主程序结构
2、主工艺控制过程单序列的步进顺序程序
3、状态指示子程序调用
4、用一个按钮控制系统启动/停止的方法。
4.4PLC的I/O分配及系统安装接线
1、供料单元装置侧的接线端口上各电磁阀和传感器的引线安排如表4-1所示。
表4-1供料单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层
输出端口中间层
端子号
设备符号
信号线
2
1B1
顶料到位
1Y
顶料电磁阀
3
1B2
顶料复位
2Y
推料电磁阀
4
2B1
推料到位
3Y
夹紧电磁阀
5
2B2
推料复位
4Y
伸缩电磁阀
6
SC1
供料台物料检测
5Y
冲压电磁阀
7
SC2
物料不足检测
8
SC3
物料有无检测
9
SC4
金属材料检测
2,根据工作单元装置的I/O信号分配(表4-1)和工作任务的要求,供料单元PLC选用FX2N-32MR主单元,共16点输入和16点继电器输出。
同时选用三菱FX2N-8ER扩展模块,共4点输入和4点继电器输出。
PLC的I/O信号分配如表4-2所示,接线原理图则见附录1。
表4-2供料加工单元PLC的I/O信号表
输入信号
输出信号
序号
PLC输入点
信号名称
信号来源
PLC输出点
1
X0
顶料气缸伸出到位
装置侧
Y0
X1
顶料气缸缩回到位
Y1
X2
推料气缸伸出到位
Y2
X3
推料气缸缩回到位
Y3
料台伸缩电磁阀
X4
出料台物料检测
Y4
X5
供料不足检测
Y5
X6
缺料检测
Y6
X7
金属工件检测
X10
加工台物料检测
Y7
正常工作指示
按钮/指示灯模块
10
X11
工件夹紧检测
Y10
运行指示
11
X12
加工台伸出到位
12
X13
加工台缩回到位
13
X14
加工压头上限
14
X15
加工压头下限
15
X16
16
X17
17
X20
停止按钮
18
X21
启动按钮
19
X22
急停按钮
20
X23
工作方式选择
4.5供料加工单元气动控制回路
供料单元气动控制回路的工作原理如图4-3所示。
图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。
1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关,2B1和2B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。
1Y1和2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。
通常,这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。
图4-3供料单元气动控制回路工作原理图
总结
通过本次的学习让我的学习能力有了很大的提高,在任务设计中让我对自动化生产线有所了解。
一方面自动化生产线包括诸多方面的知识如:
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;
另一方面对于模拟的一个自动化生产线的工作流程有个基本概念。
一个自动化生产线的基本组成部分有传感检测、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,有机地把这些独立部分融合在一起。
在这次设计中应用PLC技术,它是一门实践性很强的专业课程,PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速,各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件,使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置,成为实现工业自动化的一种强有力的工具。
经过这次设计我学到很多很多的的东西,不仅巩固了以前所学过的知识,而且通过这次课程设计使我运用了课堂上的理论与实际相结合重要性,既要从理论中分析问题,又要从实际中解决问题发现才是根本。
所以把所学的理论知识与实践相结合起来,才能真正的学学以至用。
致谢
本课题的圆满完成特别感谢王周让老师详细的指导。
王周让老师严谨的治学态度,和思考问题的全面性给我在设计过程中有了多方面的设计思路中,也提前判断设计中可能出现的问题作了详细的分析,从而使我少走很多弯路节省了很多时间。
老师的高深的学术水平,科学的思维方法和深入浅出的讲解更准确更形象的把设计中的知识传输给我。
再次感谢指导老师的帮助永远是我学习的榜样,在此向他致以衷心的感谢。
同时感谢我的同组同学,在圆满完成课题设计的过程中给予我毅力上的鼓励,在资料的收集中给我提供了很多路径,在设计安装中也提出多种参考意见,以至我能够顺利的完成。
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人民邮电出版社20
附录1供料与加工单元电气原理图
毕业设计(论文)评审答辩记录
姓名
黄阳阳
学号
0954218
专业
机电一体化技术
毕业设计(论文题目)
评阅
教师
评语
答辩时间
答辩地点
答辩组成员
本人陈述
答辩过程要点
答辩组提问
回答问题情况
结论
答辩委员会主任签字:
年月日
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- 柔性制造系统 自动 供料 单元 控制系统 设计