操作手畢業(yè)設(shè)計--柔性生產(chǎn)線—操作手單元

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文</b></p><p>　　柔性生產(chǎn)線—操作手單元</p><p>　　柔性生產(chǎn)線—操作手單元</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，操作手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車，電子

2、，機械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線或貨物裝卸調(diào)運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運方式的限制和不足，滿足現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展的要求。</p><p>　　模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)（Modular Production training System，MPS）是由上海英集斯自動化技術(shù)有限公司研制的教學設(shè)備。MPS體現(xiàn)了機電一體化技術(shù)的實際應(yīng)用。目前最多可由9個單元組成，一個單元亦可自成一個獨立

3、的控制系統(tǒng)，而由多個單元組成的生產(chǎn)系統(tǒng)可以體現(xiàn)自動生產(chǎn)線的控制特點。</p><p>　　操作手是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人。工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。廣泛采用工業(yè)機器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對保障人身安全，改善勞動環(huán)境，減輕勞動強度，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有

4、著十分重要的意義?？删幊炭刂破魇抢^電器控制和計算機控制出上開發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動控制裝置。本文應(yīng)用西門子公司的S7-200PLC，通過其硬件結(jié)構(gòu)、編程指令和STEP 7軟件的操作實現(xiàn)機械手搬運控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（PLC）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：MPS, 操作手，

5、可編程控制器（PLC），氣動控制</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the appl

6、ication of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve

7、 the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements o</p><p>　　Modular Production training System（MPS）is by the

8、 Shanghai ying set is developed, automation technology Co. LTD. of teaching equipment. MPS embodies the practical application of mechatronics technology. Currently up by nine unit, a unit of its an independent control al

9、so by more than one unit system, composed of production system can reflect the automatic production line control characteristics. Gunner is an important part of the industrial robot, and in many cases it can be called in

10、dustrial rob</p><p>　　The key words: MPS ， gunner ， PLC ， Pneumatic control</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　柔性生產(chǎn)線概論&

11、lt;/b></p><p>　　隨著科學技術(shù)的發(fā)展，人類社會對產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。為了同時提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，是終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性自動化系統(tǒng)便應(yīng)運而生。 模塊化柔性加工系統(tǒng)是用來學習自動控制技術(shù)、人工智能、計算機網(wǎng)絡(luò)控

12、制等先進技術(shù)的開放式的實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了現(xiàn)場通訊技術(shù)（ Profibus ）以及以太網(wǎng)通訊技術(shù)。它使得學生方便地了解這套先進技術(shù)如同在工業(yè)上的應(yīng)用，使學生能近距離地學習這些技術(shù)。該系統(tǒng)具有多種驅(qū)動形式：有氣壓傳動、傳送帶、步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機、變頻調(diào)速電機等工業(yè)常見的傳動。系統(tǒng)為方便學生進行電氣控制的自由組合和創(chuàng)新性學習，每個單元均配置SMT智能教學實訓(xùn)臺，這解決了“生產(chǎn)線教學學生不能親自設(shè)計控制系統(tǒng)”的難題，是國內(nèi)

13、唯一也是最領(lǐng)先技術(shù)產(chǎn)品。</p><p>　　柔性生產(chǎn)線的一般組成</p><p>　　多個單元組成的MPS系統(tǒng)可以較為實地模擬出一個自動生產(chǎn)加工流水線的工作過程。其中，每個工作單元都可以自成一個獨立的系統(tǒng)，同時也都是一個機電一體化的系統(tǒng)。各個單元的執(zhí)行機構(gòu)主要是氣動執(zhí)行機構(gòu)和電機驅(qū)動機構(gòu)，這些執(zhí)行機構(gòu)的運動位置都可以通過安裝在其上面的傳感器的信號來判斷。</p><p

14、>　　在MPS設(shè)備上應(yīng)用多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運動位置、物體的通過狀態(tài)、物體的顏色、物體的材質(zhì)和物體的高度等。傳感器技術(shù)是機電一體化技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)高度自動化的前提之一。</p><p>　　在控制方面，MPS設(shè)備采用PLC進行控制，用戶可根據(jù)需要選擇不同廠家的PLC（上海英集斯公司主要使用三菱公司的FX2N系列PLC、西門子公司的S7-200系列PLC和S7-300系列P

15、LC）。本文所選為西門子公司的S7-200系列。</p><p>　　MPS設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)是相對固定的，但可以根據(jù)對設(shè)備的理解、對生產(chǎn)加工工藝的理解，編寫一定的生產(chǎn)工藝過程，然后再通過編寫PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)該工藝過程，從而實現(xiàn)對MPS設(shè)備的控制。</p><p>　　一般來講，柔性生產(chǎn)線由上料檢測單元，供料單元，檢測單元，加工單元，搬運單元，安裝單元，安裝搬運單元，操作手單元，立體存儲單元

16、，機械手單元，分類工作單元等單元有機組成。</p><p><b>　　MPS的基本功能</b></p><p>　　MPS設(shè)備提供了一個半開放式的學習環(huán)境，雖然各個組成單元的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，但是，設(shè)備的各個執(zhí)行機構(gòu)按照什么樣的動作順序執(zhí)行，各個單元之間如何配合，最終使MPS模擬一個什么樣的生產(chǎn)加工控制過程，MPS作為一條自動生產(chǎn)流水線具有怎樣的操作運行模式等，用戶都可

17、根據(jù)自己的理解，運用所學理論知識，設(shè)計出PLC控制程序，使MPS設(shè)備實現(xiàn)一個最符合實際的自動控制過程。</p><p>　　MPS系統(tǒng)中每個單元都具有最基本的功能，用戶可在這些基本功能的基礎(chǔ)上進行流程編排設(shè)計。</p><p>　　(1) 上料檢測單元。功能簡介：完成整個系統(tǒng)的上料工作，將工件輸出，判斷出其顏色，并將其信息發(fā)給后一站。此站可配合觸摸屏或組態(tài)控制作為整個系統(tǒng)的主站。</

18、p><p>　　PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：回轉(zhuǎn)料斗、提升裝置、光電識別組件。</p><p>　　(2) 為供料單元。</p><p>　　功能簡介：為加工過程逐一提供加工工件。由雙作用氣缸從料倉中逐一推出工件，轉(zhuǎn)換模塊上的真空吸盤將工件吸起，在旋轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動下將工件移動至下一個工作站的傳輸位置。PLC主機：西門

19、子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　組成模塊：真空組件、旋轉(zhuǎn)模塊、供料模塊。</p><p><b>　　(3) 檢測單元</b></p><p>　　功能簡介：檢測加工工件的各種特性，如顏色、材質(zhì)、高度等。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：工件高

20、度檢測模塊、提升模塊、工件材質(zhì)及顏色識別組件。</p><p><b>　?。?）加工單元。</b></p><p>　　功能簡介：工件將在旋轉(zhuǎn)平臺上被檢測及加工。通過具有四個工位的加工旋轉(zhuǎn)平臺，進行加工模擬，并進行加工質(zhì)量的模擬檢測。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：旋轉(zhuǎn)平臺、模擬鉆孔模塊、模擬檢測組件。</

21、p><p><b>　　（5）為搬運單元。</b></p><p>　　功能簡介：該搬運單元由無桿氣缸、橢圓形活塞氣缸和夾爪等部件組成，通過移動、上下伸縮、抓取等動作，將前一單元上的工件傳入下一執(zhí)行單元。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：提升模塊、氣動夾爪組件、直線運動無桿缸。</p><p>&

22、lt;b>　　（6）安裝單元。</b></p><p>　　功能簡介：該單元提供兩色小工件，氣缸將料倉中的兩色小工件交替推出，由真空吸盤吸取，通過轉(zhuǎn)臂輸入到大工件的空腔中。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：送料模塊、旋轉(zhuǎn)模塊、真空組件。</p><p>　　（7）安裝搬運單元。</p><p>　

23、　功能簡介：將工件從前一站搬運至下一站，并可在本站上完成大、小工件的組裝。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：直線轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運動模塊、氣動夾爪裝置。</p><p><b>　　（8）操作手單元。</b></p><p>　　功能簡介：該單元由不同的氣動執(zhí)行部件組成，通過擺動、伸縮、氣動抓取等動作，將前一單元上的工件傳入下

24、一執(zhí)行單元的輸入工位。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：伸出及提升模塊、旋轉(zhuǎn)模塊、氣動夾爪組件。</p><p>　?。?）立體存儲單元。功能簡介：該單元為倉庫存儲的模擬，它將系統(tǒng)加工完成的合格產(chǎn)品按照不同類別進行分類立體存放。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。步進電機及驅(qū)動器：Start。組成模塊：步進電機控制模塊、滾

25、珠絲桿模塊、工件推出組件、立體倉庫。 </p><p>　?。?0）為機械手單元。</p><p>　　功能簡介：該單元是一個6個關(guān)節(jié)的機械手，它可以用來完成抓取動作，可以進行工件的組裝，產(chǎn)生一個完整的產(chǎn)品。手臂本體：日本莫托曼HP3。擴展模塊：控制器、變壓器。組成模塊：手臂本體、手臂控制器、氣動夾爪。</p><p>　?。?1）分類工作單元。</p>

26、<p>　　功能簡介：將工件從傳送帶的前端輸送到后端。它帶有工件滑槽及導(dǎo)向裝置，能夠?qū)⒐ぜ搭悇e進行存儲。PLC主機：西門子S7系列。擴展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：傳送帶、阻擋裝置、工件滑槽。 </p><p>　　MPS的公共模塊和器件</p><p>　?。?） 供電電源模塊</p><p>　　供電電源模塊及電路原理如

27、圖1-13和圖1-14所示。外部供電電源為三相五線制AC 380 V/220 V，三根相線經(jīng)三相三線漏電保護開關(guān)后連接到三個安全導(dǎo)線插孔處，零線和接地線也連接到安全導(dǎo)線插孔處。另外，模塊上還提供兩個單相電源插座，為PLC模塊和按鈕/指示燈模塊提供AC 220 V電源。 </p><p>　　圖1.1為供電電源模塊一次回路原理圖。</p><p><b>　　圖1.1</b&

28、gt;</p><p>　?。?） 氣源處理組件</p><p>　　氣源處理組件及其回路原理圖如圖1.2所示。</p><p><b>　　圖1.2</b></p><p>　　氣源處理組件是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，以調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過

29、濾器中凝結(jié)水的水位，在超過最高標線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝了一個快速氣路開關(guān)，用于啟/閉氣源，當把氣路開關(guān)向左拔出時，氣路接通氣源，反之，把氣路開關(guān)向右推入時氣路關(guān)閉。</p><p>　　氣源處理組件的輸入氣源來自空氣壓縮機，所提供的壓力為0.6 MPa～1.0 MPa，輸出壓力為0～0.8 MPa可調(diào)。輸出的壓縮空氣通過快速三通接頭和氣管輸送到各工作單元。</p>

30、;<p><b>　　MPS的發(fā)展前景</b></p><p>　　模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)是先進工業(yè)自動化及制造的基本部分，將先進制造系統(tǒng)的物料供給、分揀、加工、檢測和立體倉庫等主要單元展現(xiàn)給學生，同時學生可以自己動手實踐，學習PLC編程、生產(chǎn)管理、流程設(shè)計等機械設(shè)計制造及自動化的相關(guān)課程。</p><p>　　隨著技術(shù)的發(fā)展，工控技術(shù)的不斷完善，上海英集斯

31、自動化技術(shù)有限公司在原有的MPS系統(tǒng)中加入了觸摸屏控制系統(tǒng)、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)管理執(zhí)行系統(tǒng)，進一步提升了模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)的科技含量，使學生在“用最先進的技術(shù)培訓(xùn)今天的學生，為未來而服務(wù)！”這樣的理念下前進。</p><p>　　觸摸屏是一個智能化操作部件，是極富吸引力的全新多媒體操作裝置，用戶只要用手指輕輕地觸摸顯示屏上的圖符或文字就能實現(xiàn)對設(shè)備操作，可顯示設(shè)備運行狀況和運行參數(shù)。 組態(tài)監(jiān)控程序的應(yīng)用解決了人-

32、機界面控制中的動畫顯示問題，監(jiān)控信息將以更加形象、生動的動畫方式顯示出來。盡管觸摸屏和組態(tài)監(jiān)控軟件的出現(xiàn)至今只有短短的幾年時間，但實際應(yīng)用已經(jīng)證明，觸摸屏和組態(tài)監(jiān)控軟件可以取代設(shè)備的操作面板和儀表。生產(chǎn)管理執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的應(yīng)用是模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)的一次飛躍，它引入了信息管理技術(shù)，真正實現(xiàn)了對生產(chǎn)的有效管理。 </p><p>　　SIMATIC S7—200PLC簡介</p><p>

33、　　PLC在早期是一種開關(guān)邏輯控制裝置，被稱為可控編程控制器，簡稱PLC。PLC是一種專門用于工業(yè)控制的計算機。具有可靠性高、抗干擾能力強、靈活性擴展性強、控制速度快、延時的可調(diào)性和精度高。硬件反面：A屏蔽：對電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進行屏蔽，以防止外界干擾。B隔離：在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。隨著

34、微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，而功能卻大大增強。應(yīng)用領(lǐng)域以覆蓋所有的工業(yè)企業(yè)，如機床電機控制、電梯運行控制、冶金系統(tǒng)的高爐上料、汽車裝配線、以及一些自動化流水線等。</p><p>　　本設(shè)計的柔性加工系統(tǒng)中采用了西門子公司S7—200的PLC，CPU為226。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在獨立

35、運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面：1：極高的可靠性 2:極豐富的指令集3: 易于掌握 4:便捷的操作 5:豐富的內(nèi)置集成功能 6: 實時特性 7:強勁的通訊能力 8:豐富的擴展模塊 。S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)

36、的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機床、機械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中央空調(diào)，電梯控制，運動系統(tǒng)。CPU 226的PLC集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kH</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC適用于各

37、行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強大功能使其無論在運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： （1） 極高的可靠性 （2）極豐富的指令集（3）易于掌握（4）便捷的操作（5）豐富的內(nèi)置集成功能（6）實時特性（7）強勁的通訊能力（8）豐富的擴展模塊 S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼

38、電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。</p><p>　　操作手單元的結(jié)構(gòu)與控制</p><p>　　2.1操作手單元的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.1操作手單元的功能</p><p>　　操作手單元可以模擬提取工件，按照要求將工件分流的過程。</p><p>　　2.1.2 操作手單元的結(jié)構(gòu)組成</p>

39、;<p>　　操作手單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣源處理組件、I/O接線端口、閥組等組成。</p><p><b>　　1. 提取模塊</b></p><p>　　提取模塊實際上是一個“氣動機械手”，主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉(zhuǎn)動氣缸及氣動夾爪等組成。提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現(xiàn)垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣

40、缸在結(jié)構(gòu)上不同于一般的直線氣缸，它是一個桿不回轉(zhuǎn)型氣缸，它的活塞桿為六邊形，這樣活塞桿就不能隨便轉(zhuǎn)動，便于氣動手指夾取工件。</p><p>　　擺臂氣缸構(gòu)成了氣動機械手的“手臂”，可以實現(xiàn)水平方向上的伸出、縮回動作。同時它還是一個雙聯(lián)氣缸（也叫倍力缸），它擁有兩個壓力腔和兩個活塞桿，在同等壓力下，雙聯(lián)氣缸的輸出力是一般氣缸的兩倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在氣缸的兩個極限位置上分別安裝有磁感應(yīng)式接近開關(guān)，用于判

41、斷氣缸的動作是否到位。轉(zhuǎn)動氣缸用于實現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動角度為180°，在氣缸的兩個極限位置上分別安裝有一個阻尼缸（用于緩沖旋轉(zhuǎn)過來的沖擊）和一個電感式接近開關(guān)（用于判斷氣缸旋轉(zhuǎn)是否到位）。</p><p>　　氣動夾爪則用于抓取工件。</p><p><b>　　2. 滑槽模塊</b></p><p>　　滑槽模塊只有在帶有組態(tài)

42、操作的MPS系統(tǒng)上才會安裝。滑槽模塊用于存放不合格的工件。</p><p>　　2.1.3 操作手結(jié)構(gòu)示意圖，如下：</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　2.2操作手單元的控制</p><p>　　本操作手用于柔性生產(chǎn)線上工件的自動搬運，其結(jié)構(gòu)如上圖所示。由1、2兩個氣缸缸完成工件的加緊和提

43、升的動作。1號氣缸兩個電磁閥控制工件的夾緊、放松，2號氣缸通過電磁閥控制工件的上升、下降，由底盤電動機帶動底盤旋轉(zhuǎn)。當工件在旋轉(zhuǎn)帶上運行時，并且到旋轉(zhuǎn)帶的端部的時候，接近開關(guān)檢測到有物體存在的時候，旋轉(zhuǎn)帶停止,2氣缸活塞縮回，帶動豎軸下降，下降到行程開關(guān)SQ3，1氣缸的驅(qū)使手爪夾緊工件，并延時。 2氣缸活塞伸出，帶動豎軸上升，3氣缸活塞縮回，帶動橫軸縮回，同時底盤電動機帶動底盤旋轉(zhuǎn)。當?shù)妆P步進電機旋轉(zhuǎn)180°后，其到達B傳送帶

44、的上方時，3氣缸活塞伸出，帶動橫軸前伸，同時2氣缸活塞縮回，帶動豎軸下降，下降到行程開關(guān)SQ3，1氣缸的驅(qū)使手爪放松工件，延時2秒 后。2氣缸活塞伸出，帶動豎軸上升，3氣缸活塞縮回，帶動橫軸縮回，同時底盤電動機帶動底盤旋轉(zhuǎn)。當?shù)妆P步進電機旋轉(zhuǎn)180°后，其到達旋轉(zhuǎn)的上方時 一次的搬運過程就完成。即循環(huán)動作簡圖，如下圖，</p><p><b>　　圖2.2</b></p>

45、;<p>　　2.3控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計</p><p>　　2.3.1 氣壓傳動的選擇</p><p>　　氣壓傳動簡稱氣動，是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來傳遞和控制信號，控制和驅(qū)動各種機械設(shè)備，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化的一門技術(shù)。</p><p>　　一個完整的氣動自動化系統(tǒng)由氣源裝置、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、檢測元件及控制器組成。如圖2.3所示

46、。</p><p><b>　　圖2.3</b></p><p>　?。?）氣源裝置：主要作用是提供清潔、干燥的壓縮空氣。</p><p>　?。?）控制元件：其作用是調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向，以便使執(zhí)行元件能按要求的程序和性能工作。控制元件分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等。</p><p>　　

47、（3）執(zhí)行元件：是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它包括實現(xiàn)直線往復(fù)運動的氣缸和實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動或擺動的氣動馬達或擺動馬達。</p><p>　?。?）輔助元件：其作用是輔助氣動系統(tǒng)正常工作，主要由凈化壓縮空氣的凈化器、過濾器、干燥器等組成，另外還包括供給系統(tǒng)潤滑的油霧器、消除噪聲的消聲器、提供給系統(tǒng)冷卻的冷卻器等。</p><p>　?。?）檢測元件：其作用是檢測氣缸的運動

48、位置，判斷工件有無及工件性質(zhì)等。</p><p>　?。?）控制器：其作用是對檢測元件提供的信號進行邏輯運算，提供執(zhí)行元件輸出信號，控制系統(tǒng)按照預(yù)定的要求有序工作。</p><p>　　氣壓傳動具有以下優(yōu)點：</p><p>　?。?）以空氣作為工作介質(zhì)，取之不盡，來源方便，且無污染、環(huán)保。</p><p>　　（2）工作環(huán)境適應(yīng)性好，可工作

49、在易燃、易爆、多塵、強輻射等環(huán)境。</p><p>　　在操作手單元中，氣爪有個不同的意義，氣爪能實現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動機械手的關(guān)鍵部件。</p><p>　　氣爪具有如下特點： </p><p>　　所有的結(jié)構(gòu)都是雙作用的，能實現(xiàn)雙向抓取，可自動對中，重復(fù)精度高；</p><p><b>　　抓取力矩恒定；</b>

50、;</p><p>　　在氣缸兩側(cè)可安裝非接觸式檢測開關(guān)；</p><p>　　有多種安裝、連接方式。</p><p>　　本文所使用的為FESTO平行氣爪，平行氣爪通過兩個活塞工作，兩個氣爪對中心移動。這種氣爪可以輸出很大的抓取力，既可用于內(nèi)抓取，也可用于外抓取。 </p><p>　　2.3.2 氣動控制回路</p><

51、;p>　　操作手的全部動作由氣缸驅(qū)動。該控制回路的執(zhí)行機構(gòu)是氣動控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁控制或手動控制。各執(zhí)行機構(gòu)的邏輯控制功能是通過PLC控制實現(xiàn)的。</p><p>　　在操作手單元的氣動控制原理圖2.4中，</p><p><b>　　圖2.4</b></p><p>　　1A為旋轉(zhuǎn)氣缸；1B1和1B2為電感式接近開關(guān)

52、；2A為擺臂雙聯(lián)氣缸；2B1、2B2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；3A為氣動夾爪；3B1為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；4A為桿不回轉(zhuǎn)的提取氣缸；4B1、4B2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；1Y1、1Y2為旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥的兩個控制信號；2Y1、2Y2為控制擺臂氣缸的電磁閥的兩個電磁控制信號；3Y1、3Y2為控制氣動夾爪開與閉的電磁閥的兩個電磁控制信號；4Y1為提取氣缸的電磁閥的電磁控制信號。</p><p>　　2.3.2 傳感器的選擇：&

53、lt;/p><p><b>　　接近開關(guān)的選擇：</b></p><p>　　選擇磁感應(yīng)式接近開關(guān)，原理如下圖</p><p>　　型號為JKT09-F4A 70B</p><p><b>　　具體參數(shù)：</b></p><p>　　開關(guān)頻率:100 , 最大連續(xù)工作 500ma

54、h </p><p>　　2.3.3 電源的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)需要的用電設(shè)備有：PLC、繼電器、交流電機、光電傳感器等設(shè)備。</p><p>　　通過初步計算：得出以下的結(jié)果：</p><p>　　工作壓力0.8Mbar 最大輸出流量300L/min</p><p>　　電機功率 8KW

55、 電機轉(zhuǎn)速 500轉(zhuǎn)/min</p><p>　　負載能力 1~15kg</p><p>　　2.4 PLC的I/O接線</p><p>　　MPS中的每個部件上的輸入、輸出信號與PLC之間的通信電路連接是通過I/O接線端口實現(xiàn)的。各接口地址已經(jīng)固定。各單元中需要與PLC進行通信連接的線路（包括各個傳感器的線路、各個電磁閥的控制線路及電源線路）都已事先連接到了各自

56、的I/O接線端口上，在與PLC連接時，只需使用一根專用電纜即可實現(xiàn)快速連接。</p><p>　　操作手單元I/O設(shè)備符號與說明見表2.1。</p><p><b>　　表2.1</b></p><p>　　2.5 操作手單元的編程：</p><p>　　2.5.1 控制任務(wù)</p><p>　

57、　當設(shè)備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復(fù)位動作，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動的擺臂左轉(zhuǎn)到最左端，擺臂縮回到位，夾爪打開，提取氣缸上升到位。</p><p>　　然后進入工作運行模式，按啟動按鈕，操作手單元先擺臂氣缸后提取氣缸依次伸出，提取氣缸伸出到達下端后夾爪夾取工件，夾緊工件后，再按照先提取氣缸后擺臂氣缸的順序依次縮回，然后擺臂氣缸擺到右端，等待工件送出信號。再次按下啟動按鈕，工件送出，擺臂氣缸、提取氣缸依次伸出，然后

58、放下工件，再按照逆過程返回到初始位置。</p><p>　　2.5.2 編寫程序</p><p>　　操作手單元程序框圖如下所示：</p><p><b>　　上電</b></p><p>　　M4.0 復(fù)位燈閃(s2) Q1.1閃</p><p>　　(S2)I1.1=1 <

59、;/p><p>　　M4.1 復(fù)位1(上下缸縮回,夾爪打開) (3Y1) Q0.4=1</p><p>　　(4b1) I0.5=1 & (3b1) I0.4=1</p><p>　　M4.2 復(fù)位2 (橫臂縮回) 2Y1(Q0.2)=1</p><p>　　(2b1) I0.2=1</p>&l

60、t;p>　　M4.3 復(fù)位3 (1缸轉(zhuǎn)上工位) 1Y1(Q0.0)=1 </p><p>　　(1b1) I0.0=1& (2b1) I0.2=1 & (4b1) I0.5=1</p><p>　　M4.4 開始燈閃 （L1）Q1.0 閃</p><p>　　(S1) I1.0=1</p><

61、p>　　M4.5 等工作信號</p><p><b>　　I1.2=1</b></p><p>　　M4.6 2缸出 ( 2Y2) Q0.3=1</p><p>　　(2b2) I0.3=1</p><p>　　M4.7 延時 T40=0.5S </p>&l

62、t;p><b>　　T40=1</b></p><p>　　M3.0 4缸下 (4Y1) Q0.6=1</p><p>　　(4B2) I0.6=1</p><p>　　M3.1 3夾緊 (3Y2) Q0.5=1 , T1=1S</p><p>　　( I0.4) 3b1=0 &a

63、mp; T1=1</p><p>　　M3.2 4缸上升 (4Y1) Q0.6=0 </p><p>　　(4b1) I0.5=1</p><p>　　M3.3 2缸回 (2Y1) Q0.2=1</p><p>　　(2b1) I0.2=1</p><p>　　M3.4

64、1缸轉(zhuǎn)下工位 (1Y2) Q0.1=1</p><p>　　[(1b2) I0.1=1&I1.2=1</p><p>　　M3.5 2缸出 (2Y2) Q0.3=1 </p><p>　　2b2=1 (I0.3)</p><p>　　M3.6 4缸下 (4Y1) Q0.6=1 </p>

65、<p>　　(4B2) I0.6=1</p><p>　　M3.7 3缸放工件 (3Y1) Q0.4=1</p><p>　　(3b1) I0.4=1</p><p>　　M2.0 4缸升 (4Y1) Q0.6=0</p><p>　　(4b1) I0.5=1 </p><p&g

66、t;　　M2.1 2缸回 (2Y1) Q0.2=1 </p><p>　　(2b1) I0.2=1</p><p>　　M2.2 轉(zhuǎn)上工位（1Y1）Q0.0=1</p><p>　　(1b1) I0.0=1</p><p>　　M2.3 返回M4.5</p><p>　　2.

67、5.3 下載調(diào)試</p><p>　　將編輯好的程序下載到PLC中運行，調(diào)試通過，完成控制任務(wù)。</p><p>　　氣動控制回路分析及仿真</p><p>　　（1） 氣動控制回路分析</p><p>　　在圖2.3中，本站開始工作時，進行夾爪打開、橫臂縮回和轉(zhuǎn)上工位復(fù)位動作，均靠氣缸復(fù)位來完成。等上站工作完成信號來后，首先使電磁閥線圈2Y

68、2通電，使2號氣缸動作，橫臂縮回。當檢測開關(guān)2B2有信號輸出后，使控制4號氣缸的電磁閥線圈4Y1通電，實現(xiàn)夾爪下降動作，準備抓工件，下降到位后，4B2輸出，此時使3Y2通電，實現(xiàn)夾緊動作，延時后，使4Y1斷電，夾爪上升，直到4B1有信號輸出，此時令2Y1通電，橫臂縮回；縮回到位后，2B1輸出，使1Y2通電，橫臂實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，使操作手達到下一工位。等下工位有工件后，使2Y2通電，橫臂伸出，到位后2B2輸出，使4Y1得電，4號氣缸活塞桿伸出，夾

69、爪下降，到位后，使3Y1通電，夾爪釋放工件，完成后，使4Y1斷電，夾爪上升，到最高位后，使2Y1通電，橫臂縮回，到位后，2B1有信號輸出，使1Y1通電，橫臂轉(zhuǎn)上工位，完成本站工作。</p><p>　?。?） 氣動控制回路仿真</p><p>　　用FluidSIM-P軟件設(shè)計制作氣動控制和仿真模擬。通過該軟件，在計算機上分別畫出氣動回路圖2.3和根據(jù)程序框圖設(shè)計電氣控制回路，然后進行測試

70、和模擬仿真。通過仿真的實時顯示與軟件連接的實際控制回路的動作，逐步解決控制回路中的問題，直到最后實現(xiàn)程序框圖要求的控制過程。</p><p>　　PLC選型及程序的編寫</p><p>　　3.1 PLC的選型</p><p>　　考慮到操作手工作的穩(wěn)定性、可靠性以及各種控制元器件連接的靈活性和方便性，采用PLC作為核心控制器，各控制對象都必須在PLC的統(tǒng)一控制下協(xié)

71、同工作，同時考慮到工作流程和造價。所以我們采用西門子公司的S7-200型PLC(16點輸入、16點輸出)。德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用相當廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7-200，S7-300，S7-400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機界面，工業(yè)軟件等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。

72、S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。</p><p>　　選用的為：電源模板：PS 407系列，輸出5VDC,10A ；24VDC, 1A; 　　CPU：SIEMENS 400系列；每個CPU模塊有獨立開關(guān)控制。模擬量輸入模塊（AI）：8點/塊，0～5V/0～10V（可設(shè)定），二線單回路隔離；開關(guān)量輸出模塊（D

73、O）： 32點/塊，24VDC，0.5A，加中間繼電器，接點容量≥2A（at 24VDC）; 中間繼電器：JWXC-1700，RY2S-UL，RY4S-UL；</p><p><b>　　PLC的構(gòu)成：</b></p><p><b>　　3.2 程序的編寫</b></p><p>　　根據(jù)前文的操作手單元的控制程序框圖，

74、按框圖編寫PLC程序：</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社.2004.</p><p>　　[2]張桂香.機電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南[M].北京:機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[3] 梁景凱．機電一體化技術(shù)與系統(tǒng)[M]北

75、京：機械工業(yè)出版社，200L</p><p>　　[4]詹啟賢．自動機械設(shè)計[M]．北京：小國輕工業(yè)出版社，1987．</p><p>　　[5]趙東相．自動化制造系統(tǒng)[M]北京：機械工業(yè)出版社，2004．</p><p>　　[6]丁加軍，盛靖洪 自動機與自動線[M]北京：機械工業(yè)出版社，2007．</p><p>　　[7]吳振彪，王正

76、家．工業(yè)機器人[M]．武漢：華中科技大學出版社，2006．</p><p>　　[8]謝存信，張鐵．機器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]北京：機械工業(yè)出版社．zo06．</p><p>　　[9]成長政．輕工自動機與生產(chǎn)線[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社，2000．</p><p>　　[10]機電一體化技術(shù)手冊編委會．機電一體化技術(shù)手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1997．&

77、lt;/p><p>　　[11]顏水年．先進制造技術(shù)[M]．北京：化學丁業(yè)出版社，2002．</p><p>　　[12]王建明. 自動線與工業(yè)機械手技術(shù)[M], 天津：天津大學出版社 , 2009.01</p><p>　　[13]李紹炎. 自動機與自動線[M]．北京：清華大學出版社，2007.2.</p><p><b>　　致謝&

78、lt;/b></p><p>　　經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有陳廣來導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在這里，首先我要感謝我的導(dǎo)師xx老師。xx老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草

79、圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是xx老師仍然細心地糾正圖紙及說明書中的錯誤。除了敬佩xx老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神，也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 其次，我要感謝在我畢業(yè)設(shè)計中幫助我的朋友們。</p><p>　　然后，我還要感謝大學四年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時我還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓