畢業(yè)設(shè)計(jì)---mps工件安裝單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 MPS工件安裝單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　MPS工件安裝單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文首先介紹了MPS安裝單元的定義、意義、研究重點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r,并闡述了設(shè)計(jì)

2、MPS安裝單元的PLC控制系統(tǒng)的思路和方法；講述了控制系統(tǒng)所要達(dá)到的安裝要求，分析每個(gè)動(dòng)作的步驟,提出了達(dá)成該要求的元件的選擇,繪制出了控制系統(tǒng)的PRO/E三維實(shí)體造型圖，控制系統(tǒng)原理框圖，控制系統(tǒng)的PLC原理圖以及氣動(dòng)原理圖及組態(tài)王的界面的設(shè)計(jì)。闡述了各電氣元件的選擇過(guò)程以及對(duì)各元件的技術(shù)參數(shù)做了介紹；講述了梯形圖繪制的流程。在本文的最后，講述組態(tài)王軟件是如何與PLC通信以及組態(tài)環(huán)境中各個(gè)設(shè)備的屬性是如何設(shè)置的，經(jīng)過(guò)數(shù)次調(diào)試，可以實(shí)現(xiàn)

3、組態(tài)軟件對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：MPS安裝單元 PLC控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 梯形圖</p><p>　　Design of MPS Unit Work Piece Control System</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper fir

4、stly introduces the definition of MPS unit installation, the significance of doing research on it and makes an introduction of the main points and the current development of the research. It also talks about the ideas an

5、d methods on the design of PLC control system units of MPS unit work piece and the installation requirements to which the control systems need to achieve. Through analyzing every step of the process, the paper finds the

6、necessary elements that are needed to reach th</p><p>　　Key words: MPS Installation Unit; PLC Controlling; System Design; Ladder Diagram</p><p><b>　　.</b></p><p><b&g

7、t;　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1MPS生產(chǎn)模塊的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1</p><p>　　1.1.1國(guó)內(nèi)狀況1</p><p>　　1.1.2國(guó)外狀況1</p><p>　　1.2研究MPS工件安裝單元的目的和意義3&

8、lt;/p><p>　　2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)方案4</p><p>　　2.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求4</p><p>　　2.1.1控制系統(tǒng)的動(dòng)作要求4</p><p>　　2.1.2工作過(guò)程5</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案8</p><p>　　2.2.1PLC設(shè)計(jì)

9、的總體思路8</p><p>　　2.2.2組態(tài)王畫(huà)面制作與控制的總體方案：10</p><p>　　2.2.3整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的總體步驟11</p><p>　　2.3 控制系統(tǒng)的電氣原理圖11</p><p>　　2.3.1控制系統(tǒng)原理框圖11</p><p>　　2.3.2 控制系統(tǒng)的PLC原理圖12&l

10、t;/p><p>　　2.3.3 控制系統(tǒng)的氣動(dòng)原理圖15</p><p>　　3控制系統(tǒng)電器元件的選擇及技術(shù)參數(shù)16</p><p>　　3.1 PLC的選用以及技術(shù)參數(shù)介紹16</p><p>　　3.1.1 PLC的選用16</p><p>　　3.1.2 PLC的技術(shù)參數(shù)介紹16</p>

11、<p>　　3.2氣缸的選擇18</p><p>　　3.2.1氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)18</p><p>　　3.2.2汽缸選擇的要點(diǎn)18</p><p>　　3.2.3 直線汽缸的選擇19</p><p>　　3.2.4擺動(dòng)汽缸的選擇19</p><p>　　3.3繼電器的選擇20</p>

12、<p>　　3.3.1繼電器的選擇20</p><p>　　3.3.2所選繼電器的性能參數(shù)21</p><p>　　3.4 電磁換向閥的選擇21</p><p>　　3.4.1電磁閥的選擇21</p><p>　　3.4.2所選電磁閥的技術(shù)參數(shù)介紹22</p><p>　　3.5 真空發(fā)生器的選

13、擇22</p><p>　　3.6 真空數(shù)顯表的選擇23</p><p>　　3.7 調(diào)壓過(guò)濾器的選擇24</p><p>　　3.8傳感器的選擇25</p><p>　　3.8.1電容式傳感器的選擇25</p><p>　　3.8.2真空傳感器的選擇26</p><p>　　3.8

14、.3位置傳感器的選擇26</p><p>　　3.8.4光電傳感器的選擇27</p><p>　　3.9電機(jī)的選擇27</p><p>　　4控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.1 PLC程序的編寫(xiě)29</p><p>　　4.1.1PLC控制的流程圖29</p><p>

15、;　　4.1.2PLC程序30</p><p>　　4.2 MPS工件安裝單元PRO/E三維實(shí)體造型30</p><p>　　4.2.1臺(tái)面造型設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.2.2箱體及按鈕造型設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.2.3 汽缸及推桿的造型設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.2.4系統(tǒng)造型的整體

16、裝配33</p><p>　　4.3組態(tài)的制作34</p><p>　　4.3.1組態(tài)王軟件介紹34</p><p>　　4.3.2組態(tài)變量的聲明35</p><p>　　4.3.3組態(tài)制作界面36</p><p>　　5. 控制系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試36</p><p>　　5.1 PLC

17、程序的調(diào)試36</p><p>　　5.2 控制系統(tǒng)組態(tài)部分調(diào)試40</p><p>　　5.2.1組態(tài)與PLC之間的通信40</p><p>　　5.2.2組態(tài)畫(huà)面刷新率調(diào)試41</p><p>　　5.2.3組態(tài)畫(huà)面顯示調(diào)試42</p><p>　　5.2.4組態(tài)按鈕響應(yīng)速度調(diào)試42</p>

18、<p><b>　　結(jié)束語(yǔ)44</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　致謝46</b></p><p><b>　　附錄47</b></p><p><b>　　1緒論<

19、/b></p><p>　　本章節(jié)將介紹MPS生產(chǎn)模塊的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，研究本課題的意義以及研究的思路和方法。</p><p>　　1.1MPS生產(chǎn)模塊的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p><b>　　1.1.1國(guó)內(nèi)狀況</b></p><p>　　經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，為培養(yǎng)現(xiàn)代制造業(yè)高級(jí)應(yīng)用型人才提供了難得的機(jī)遇。 隨

20、著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和加入 WTO ，我國(guó)將成為世界制造業(yè)基地。發(fā)展現(xiàn)代制造業(yè)和提升城市的實(shí)力和水平，不僅需要大量的高級(jí)專門(mén)人才，同時(shí)更需要培養(yǎng)一大批面向生產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理第一線的具備高等專業(yè)文化水平的高等技術(shù)“應(yīng)用型”人才，目前這方面人才需求旺盛。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，

21、主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問(wèn)題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程有明顯的提升作用。 我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。目前我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集

22、成化方向發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，PLC始終處于工業(yè)控制自動(dòng)</p><p><b>　　1.1.2國(guó)外狀況</b></p><p>　　模塊化的概念由來(lái)己久。模塊化制造的思想也來(lái)源于人們長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐。在機(jī)床制造業(yè)，德國(guó)于1930年提出了“模塊化構(gòu)造”(Modular Construction)的設(shè)計(jì)方法。由于用這種方法設(shè)計(jì)制造的機(jī)床具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，因而采用模塊化構(gòu)造在世

23、界得到迅速發(fā)展。日本通產(chǎn)省在1977年開(kāi)始研制柔性安裝單元(FMC)，明確地引進(jìn)了模塊化構(gòu)造的概念：按不同功能制造模塊，其獨(dú)立性很強(qiáng)，模塊化的功能單元可獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)控制系統(tǒng)是有上述模塊組成的多級(jí)系統(tǒng)。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。模塊化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求，是對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化形式的發(fā)展。模塊化與成組技術(shù)、柔性生產(chǎn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)等現(xiàn)代制造技術(shù)之間的關(guān)系是相輔相成、互相支持，只有

24、在生產(chǎn)中密切配合才能發(fā)揮最大效益。</p><p>　　施進(jìn)發(fā)等給出了機(jī)械的最新定義、闡述了模塊化機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)狀及其實(shí)際意義，建立了機(jī)械模塊學(xué)理論體系，并分析了機(jī)械模塊學(xué)的研究對(duì)象。模塊化是企業(yè)和產(chǎn)品重組的基礎(chǔ)，是產(chǎn)品及其制造系統(tǒng)持續(xù)更新和并行開(kāi)發(fā)的最佳基礎(chǔ)。</p><p>　　模塊化制造作為一種現(xiàn)代制造環(huán)境下的制造哲理和方法論也早就引起了人們的注意。Rogers等就實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(

25、MPS)的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究。通過(guò)建立模塊標(biāo)準(zhǔn)，建立有限的部件級(jí)的基本生產(chǎn)安裝單元(標(biāo)準(zhǔn)模塊)，而不是通常的整機(jī)設(shè)備。把基本模塊分為四類：加上單元、運(yùn)動(dòng)單元、模塊化刀具裝卡單元以及可配置的控制系統(tǒng)。通過(guò)從模塊目錄中選取適當(dāng)?shù)哪K就能建立適應(yīng)范圍寬的自動(dòng)化、集成化的生產(chǎn)系統(tǒng)。以生產(chǎn)實(shí)例說(shuō)明：在設(shè)計(jì)工具的支持下根據(jù)特定產(chǎn)品的制造需求對(duì)模塊化制造系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)是可行的。</p><p>　　隨著國(guó)外對(duì)IMS(智能

26、制造系統(tǒng))中的模塊化制造的研究，提出了一種基于模塊化理論的制造系統(tǒng)模型——模塊化制造模型(Modular Manufacturing Model)，即基于模塊化理論的制造系統(tǒng)模型。利用從這種模型派生的設(shè)計(jì)、建造、操作和控制技術(shù)而建立的制造系統(tǒng)就是模塊化制造系統(tǒng)。利用該模型，模塊化制造系統(tǒng)與虛擬制造聯(lián)系起來(lái)，可以在虛擬環(huán)境下構(gòu)造制造系統(tǒng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造裝備設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)均采用模塊化設(shè)計(jì)方法，把產(chǎn)品和制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)。通過(guò)制造

27、特定的產(chǎn)品完成對(duì)制造系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，使部件、產(chǎn)品、制造設(shè)備，連同設(shè)計(jì)、操作活動(dòng)都以模塊為單位進(jìn)行描述，以模塊的組合來(lái)構(gòu)造和運(yùn)行制造系統(tǒng)。提出了模塊化制造系統(tǒng)的基本構(gòu)造方法，以基于機(jī)器人的模塊化制造系統(tǒng)為例，分析了模塊化制造系統(tǒng)研究中存在的主要問(wèn)題及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　　上世紀(jì)50年代以來(lái)國(guó)外針對(duì)中、低檔消費(fèi)品的生產(chǎn)，如兒童玩具、廚房用具等，研究了實(shí)現(xiàn)模塊化化生產(chǎn)系統(tǒng)(MPS)的合理性。把MPS作

28、為產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的一種使能技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間建立了系統(tǒng)的聯(lián)系，通過(guò)為制造特定的產(chǎn)品對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)。提出了模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的兩個(gè)基本工作原理，分析了建立設(shè)備模塊標(biāo)準(zhǔn)和面向并行工程的MPS設(shè)計(jì)支持工具的重要性。把MPS總體設(shè)計(jì)過(guò)程分為三個(gè)階段：產(chǎn)品分析、面向MPS的產(chǎn)品建模和MPS綜合。繼而討論了模塊化制造系統(tǒng)的連接和分布式配置，并描述了它們?cè)诨旌蠎?yīng)用中的仿真環(huán)境，以說(shuō)明該環(huán)境的能力，最后給出了某些系統(tǒng)使用的實(shí)例

29、，說(shuō)明系統(tǒng)可在實(shí)時(shí)生產(chǎn)中應(yīng)用。從模塊化制造概念的形成可以看出，模塊化制造是符合當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展潮流、具有廣泛實(shí)踐基礎(chǔ)、可具體執(zhí)行和操作的一種實(shí)用型先進(jìn)制造模式和技術(shù)體系。模塊化制造系統(tǒng)是根據(jù)特定模塊化產(chǎn)品的制造要求設(shè)計(jì)而成的：產(chǎn)品性能和質(zhì)量提高的周期縮短，頻率提高，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求；與其相適應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)易于重組，以適應(yīng)產(chǎn)品的快速變換。滿足這兩個(gè)基本要求的實(shí)現(xiàn)條件就是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊化和制造系統(tǒng)裝備的模塊化。而后者又包括制造裝備(含軟<

30、/p><p>　　國(guó)外自上世紀(jì)60年代出現(xiàn)第一臺(tái)工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)以來(lái)已經(jīng)過(guò)三代產(chǎn)品的發(fā)展變化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)亦相應(yīng)地不斷發(fā)展。半導(dǎo)體技術(shù)集成電路技術(shù)推動(dòng)微處理器、微控制器的發(fā)展，1位、4位、8位、16位、32位微處理器，各種控制器、控制裝置、PLC更新?lián)Q代加快，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)芯片已問(wèn)世，模擬控制器、智能控制器已初步商品化及推廣應(yīng)用。 分布式控制系統(tǒng)已推出第四代產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)

31、的發(fā)展，使控制系統(tǒng)向全數(shù)字化、全分散式、全開(kāi)放可互操作和開(kāi)放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的新一代現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）發(fā)展。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)近年迅速發(fā)展，目前有FF（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）、Profibus（過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線）、LonWorks（局部操作網(wǎng)絡(luò)）、CAN（控制局域網(wǎng)絡(luò)）、HART（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路）等。</p><p>　　1.2研究MPS工件安裝單元的目的和意義</p><p>　　我這次畢

32、業(yè)設(shè)計(jì)的課題來(lái)源于機(jī)械系實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的MPS系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。設(shè)計(jì)目標(biāo)是在已有硬件條件的基礎(chǔ)上對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路，了解PLC構(gòu)成和編程方法，并對(duì)通過(guò)組態(tài)軟件在電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的動(dòng)作的畫(huà)面模擬，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。</p><p>　　模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(MPS)是機(jī)械工程系進(jìn)行PLC編程與操作以及PLC聯(lián)網(wǎng)控制技能訓(xùn)練的教學(xué)設(shè)備。該系

33、統(tǒng)由上料檢測(cè)站、搬運(yùn)站、加工站、安裝站、安裝搬運(yùn)站、分類站等六個(gè)部分組成。每一站都有一套獨(dú)立的PLC控制系統(tǒng)，都能單獨(dú)完成一個(gè)動(dòng)作過(guò)程。MPS安裝單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過(guò)傳送帶工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)物流傳輸，并通過(guò)擺臂對(duì)工件進(jìn)行模擬安裝。</p><p>　　MPS系統(tǒng)解決了學(xué)生不能在實(shí)際生產(chǎn)線上操作訓(xùn)練的問(wèn)題，為教師和學(xué)生提供了一套符合實(shí)際情況的模擬教學(xué)環(huán)境。應(yīng)用MPS系統(tǒng)，學(xué)生們可以將所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行充分的綜合應(yīng)用，技

34、能得到充分的訓(xùn)練。通過(guò)實(shí)訓(xùn)，學(xué)生們的自我學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考，組織協(xié)調(diào)等綜合能力及團(tuán)隊(duì)合作精神也會(huì)得到全面的提高。</p><p>　　2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　2.1.1控制系統(tǒng)的動(dòng)作要求</p><p>　　使MPS生產(chǎn)模塊的工件加工能夠完成工件的輸送、加工、裝配、檢測(cè)以

35、及存儲(chǔ)等功能，每一項(xiàng)功能在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)應(yīng)著一個(gè)單元。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和目標(biāo)是通過(guò)傳送帶工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)物流傳輸，并通過(guò)擺臂對(duì)工件進(jìn)行模擬安裝，完成該單元的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 </p><p>　　本單元的動(dòng)作流程如圖2.1。</p><p>　　圖2.1 MPS工件安裝單元?jiǎng)幼髁鞒虉D</p><p>　　本單元分為三種工件，白色，灰

36、色和黑色。當(dāng)傳送帶初端的電容傳感器檢測(cè)到工件殼時(shí)擺臂會(huì)先擺動(dòng)到右邊，當(dāng)擺臂到達(dá)了右邊，會(huì)接觸到右邊的位置傳感器，通過(guò)檢測(cè)單元傳輸過(guò)來(lái)的信息，汽缸會(huì)控制對(duì)應(yīng)的推桿通過(guò)下料器推出對(duì)應(yīng)顏色的工件，此時(shí)工件所在操作臺(tái)上的光電傳感器會(huì)輸出信號(hào)然后汽缸會(huì)控制擺臂擺動(dòng)到左邊，當(dāng)擺臂到達(dá)預(yù)定位置后會(huì)觸發(fā)左邊的位置傳感器，電機(jī)會(huì)帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，然后工件殼通過(guò)傳送帶傳送到末端，到達(dá)右端后右端的光纖傳感器會(huì)輸出信號(hào)，此時(shí)擺臂吸盤(pán)吸住工件，當(dāng)吸盤(pán)吸住工件后真空

37、傳感器會(huì)輸出信號(hào)，此時(shí)擺臂會(huì)擺動(dòng)到右端，到達(dá)右端后會(huì)再次接觸到右邊的位置傳感器，接著松下工件，工件會(huì)落入工件殼中，然后擺臂再次擺回左邊，整個(gè)流程結(jié)束。</p><p>　　另外，要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同顏色工件進(jìn)行顏色匹配及安裝動(dòng)作需要實(shí)現(xiàn)對(duì)上一單元的聯(lián)網(wǎng)操作，為了便于編寫(xiě)程序和制作組態(tài)王的監(jiān)控畫(huà)面，本次設(shè)計(jì)僅對(duì)應(yīng)一種顏色工件的動(dòng)作流程。</p><p><b>　　2.1.2工作過(guò)程<

38、;/b></p><p>　?。?）系統(tǒng)復(fù)位、開(kāi)始</p><p>　　當(dāng)急停按鈕、退出按鈕、復(fù)位按鈕后，PLC的外圍設(shè)備都回到其始位置。這時(shí)按下運(yùn)行按鈕后系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作。</p><p><b>　?。?）擺臂右擺</b></p><p>　　當(dāng)傳送帶初端的電容傳感器檢測(cè)到工件殼時(shí)擺臂會(huì)先擺動(dòng)到右邊，為推桿推出工件

39、讓好位置。</p><p>　　在擺臂右擺到位后會(huì)進(jìn)入下一動(dòng)作的準(zhǔn)備。</p><p>　?。?）推桿推出相應(yīng)工件</p><p>　　當(dāng)擺臂到達(dá)了右邊，會(huì)接觸到右邊的位置傳感器，通過(guò)檢測(cè)單元傳輸過(guò)來(lái)的信息，氣缸會(huì)控制對(duì)應(yīng)的推桿通過(guò)下料器推出對(duì)應(yīng)顏色的工件。</p><p><b>　?。?）擺臂左擺</b></p

40、><p>　　工件到達(dá)指定位置后，件所在操作臺(tái)上的光電傳感器會(huì)輸出信號(hào)然后汽缸會(huì)控制擺臂擺動(dòng)到左邊。</p><p><b>　　（5）工件殼右移</b></p><p>　　當(dāng)擺臂擺動(dòng)到左邊后會(huì)觸發(fā)左邊的位置傳感器，電機(jī)會(huì)帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，然后工件殼通過(guò)傳送帶傳送到右端。</p><p><b>　?。?）吸盤(pán)吸住

41、工件</b></p><p>　　當(dāng)工件殼到達(dá)右端后右端的光電傳感器會(huì)輸出信號(hào)，然后汽缸會(huì)控制擺臂下的吸盤(pán)會(huì)吸住工件。</p><p><b>　?。?）擺臂右擺</b></p><p>　　當(dāng)吸盤(pán)吸住工件后真空傳感器會(huì)輸出信號(hào)，然后擺臂會(huì)再次擺到右端。</p><p><b>　?。?）吸盤(pán)松下&

42、lt;/b></p><p>　　當(dāng)擺臂擺到右端后會(huì)觸發(fā)到右端的位置傳感器，然后汽缸會(huì)控制吸盤(pán)泄壓，工件會(huì)掉落到工件夾中</p><p><b>　　（9）擺臂左擺</b></p><p>　　另外，裝置設(shè)有兩種工作模式：自動(dòng)模式與單步模式。</p><p>　　在自動(dòng)模式下，按下運(yùn)行按鈕后，裝置將會(huì)連貫地執(zhí)行完一

43、整套動(dòng)作。若在動(dòng)作過(guò)程中按下暫停按鈕，則裝置執(zhí)行完一步動(dòng)作后會(huì)暫時(shí)等待，等到再次按下運(yùn)行按鈕后才繼續(xù)執(zhí)行接下來(lái)的動(dòng)作。</p><p>　　在單步模式下，裝置一次只會(huì)執(zhí)行一步動(dòng)作，在按下運(yùn)行按鈕后，才繼續(xù)執(zhí)行下一步動(dòng)作。在該模式下，暫停按鈕不起作用。</p><p>　　裝置還設(shè)有急停與復(fù)位功能。不管裝置運(yùn)行到何種狀態(tài)，在按下急停按鈕后，整個(gè)安裝單元立即停止工作。接著需要按退出按鈕，退出急

44、停狀態(tài)。此時(shí)按下復(fù)位按鈕后，裝置復(fù)位到基本位置，裝置動(dòng)作返回初始準(zhǔn)備狀態(tài)。</p><p>　　根據(jù)以上的敘述，將要選用的電氣元件羅列如下表所示：</p><p>　　表2.1 要選用的電氣元件明細(xì)表</p><p>　　2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.2.1PLC設(shè)計(jì)的總體思路：</p><p>　

45、　在這次的MPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，PLC扮演著及其重要的角色。可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)

46、整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。國(guó)外有很多的公司如德國(guó)的西門(mén)子，日本的三菱等在PLC的制造上處于領(lǐng)先地位。目前，我國(guó)自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無(wú)錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。</p>

47、<p>　　PLC對(duì)該裝置進(jìn)行控制的實(shí)質(zhì)就是控制其幾個(gè)輸入輸出變量的開(kāi)關(guān)值，PLC控制的總體思路是：在幾個(gè)輸入量滿足特定條件的情況下對(duì)指定的輸出量進(jìn)行控制。因此在PLC編程前首先要整理清楚各輸入輸出量的變化對(duì)裝置完成動(dòng)作的影響。其后需要理順安裝單元的動(dòng)作要點(diǎn)及其順序，然后畫(huà)出順序功能圖。順序功能圖的條理與否對(duì)程序編制過(guò)程起著十分重要的作用。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)PLC程序的編制方法采用較常用

48、的梯形圖程序設(shè)計(jì)法。該方法的好處是形象、直觀、易于使用、條理清楚，而且之后調(diào)試與修改也較為方便。</p><p>　　梯形圖的設(shè)計(jì)方法常有經(jīng)驗(yàn)法、根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法。對(duì)于類似本次設(shè)計(jì)那樣，需控制較多變量而且動(dòng)作較多的情況，順序控制設(shè)計(jì)法因?yàn)橹庇^和條理性較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是首選的方法。因此，接下來(lái)的設(shè)計(jì)工作就是根據(jù)順序功能圖將實(shí)現(xiàn)裝置基本動(dòng)作的程序編制出來(lái)。并再次基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，以滿足組態(tài)控制的要求。

49、</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案：</b></p><p>　　1.觸摸屏PLC控制</p><p>　　2.PC組態(tài)監(jiān)控及PLC控制</p><p>　　3.按鈕和繼電器控制。</p><p>　　方案1具有易于使用、堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。</p><p

50、>　　圖2.2方案1示意簡(jiǎn)圖</p><p>　　方案2的可移植性好，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造以及易學(xué)易用等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　圖2.3 方案2示意簡(jiǎn)圖</p><p>　　方案3的可靠性和自動(dòng)化性比較差，改造性差。</p><p>　　圖2.4方案3示意簡(jiǎn)圖</p>&

51、lt;p>　　由于實(shí)驗(yàn)室已具備PC機(jī)以及組態(tài)王軟件以及方案二具有可移植性很好容易改造等一系列的優(yōu)勢(shì)，所以本設(shè)計(jì)選擇方案2.</p><p>　　2.2.2組態(tài)王畫(huà)面制作與控制的總體方案：</p><p>　　組態(tài)王是一種通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件。所謂組態(tài)（Configuration）軟件，是在人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化和控制系統(tǒng)的高通用性的要求下誕生的一種控制系統(tǒng)軟件。組態(tài)的含義是使用軟件工具對(duì)

52、計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置執(zhí)行特定任務(wù)、滿足用戶要求的目的。</p><p><b>　　其特點(diǎn)是：</b></p><p>　　有較強(qiáng)的延續(xù)性和可擴(kuò)展性。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)或用戶的需求發(fā)生變化時(shí)，不需要作很多的修改即可方便地完成軟件的更新和升級(jí)。</p><p><b>　　易學(xué)易用。</b>&l

53、t;/p><p>　　通用性高。每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，可以利用組態(tài)軟件完成不同性質(zhì)的任務(wù)，不受行業(yè)限制。</p><p><b>　　實(shí)時(shí)多任務(wù)。</b></p><p>　　組態(tài)王作為優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件，其好處是界面全中文，更易于學(xué)習(xí)?？刂品奖闱抑庇^。</p><p>　　組態(tài)王畫(huà)面制作過(guò)程總體分為兩步：</p&

54、gt;<p>　　利用組態(tài)的按鈕控件控制裝置完成預(yù)定動(dòng)作：</p><p>　　制作動(dòng)畫(huà)以模擬裝置工作過(guò)程。</p><p>　　組態(tài)王的界面是以二維點(diǎn)陣圖構(gòu)成的，對(duì)裝置工作過(guò)程中的動(dòng)畫(huà)模擬也是以點(diǎn)陣圖的方式呈現(xiàn)。因此在進(jìn)行組態(tài)王的設(shè)計(jì)前，需要截取和繪制大量的安裝單元器件的模型圖。為了滿足畫(huà)面上的需求，先用Pro/E繪制裝置的3維造型，再對(duì)其進(jìn)行畫(huà)面截取，以構(gòu)成組態(tài)王畫(huà)面需要

55、的點(diǎn)陣貼圖。</p><p>　　在組態(tài)王系統(tǒng)控制的制作時(shí)，首先需要建立一些變量，包括系統(tǒng)內(nèi)部變量和來(lái)自于PLC的變量。其次對(duì)變量編程。實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)PLC輸出量的控制，從而間接控制裝置動(dòng)作。</p><p>　　2.2.3整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的總體步驟：</p><p>　　結(jié)合以上分析，制定的設(shè)計(jì)過(guò)程大體如下：</p><p>　　1.查閱資料對(duì)M

56、PS安裝單元的基本構(gòu)造與原理加以了解，并確定實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)裝置的控制需要實(shí)現(xiàn)對(duì)哪些輸入輸出量的控制，初步擬定好程序控制的思路。</p><p>　　2.查閱有關(guān)資料，確定元器件的選用。</p><p>　　3.利用Peo/E，對(duì)裝置造型進(jìn)行繪制，并做出三維造型圖。</p><p>　　4.利用PHOTOSHOP等圖像編輯軟件對(duì)三維造型圖進(jìn)行截圖與修改。制作出拆成若干零

57、件的、適合組態(tài)王畫(huà)面的裝置元件的點(diǎn)陣圖。</p><p>　　5.利用已制成的點(diǎn)陣圖和組態(tài)王軟件自帶的一些控件，初步完成組態(tài)王操控界面的繪制。</p><p>　　6.利用V4.0 STEP 7 軟件對(duì)PLC控制程序進(jìn)行編程與調(diào)試。使之能實(shí)現(xiàn)在工作臺(tái)上操作裝置完成預(yù)定動(dòng)作。</p><p>　　7.進(jìn)一步對(duì)PLC程序進(jìn)行完善，使組態(tài)王軟件能夠?qū)ζ溥M(jìn)行控制。對(duì)組態(tài)王進(jìn)

58、行變量設(shè)置與編程，并對(duì)組態(tài)王畫(huà)面進(jìn)行完善。使之能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)安裝單元的控制，同時(shí)完成動(dòng)畫(huà)的制作。</p><p>　　8.對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和糾錯(cuò)。并完善最終的組態(tài)王的畫(huà)面。</p><p>　　9.進(jìn)行說(shuō)明書(shū)的編寫(xiě)及相關(guān)圖紙的繪制。</p><p>　　2.3 控制系統(tǒng)的電氣原理圖</p><p>　　本小節(jié)包含了控制系統(tǒng)原理框圖、PLC原

59、理圖、氣動(dòng)原理圖3張?jiān)韴D。</p><p>　　2.3.1控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　由所選擇的實(shí)驗(yàn)方案和各種元器件，設(shè)計(jì)出如下控制系統(tǒng)原理框圖。如圖2.5所示。通過(guò)操作臺(tái)上的各種按鈕﹑旋鈕，向西門(mén)子S7200PLC發(fā)出指令（也可以通過(guò)PC機(jī)上的PLC軟件和組態(tài)軟件發(fā)送）；信號(hào)由PLC處理并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的傳輸數(shù)據(jù)線和I/O接線端子傳遞，實(shí)現(xiàn)控制電磁閥的動(dòng)作，從而控制氣缸的動(dòng)作（鉆頭

60、以及檢測(cè)頭由氣缸驅(qū)動(dòng)）；同時(shí)各種傳感器也通過(guò)數(shù)據(jù)線I/O接線端子向PLC傳遞開(kāi)關(guān)信號(hào)；操作臺(tái)上的各種指示燈可以指示PLC的工作狀態(tài)。</p><p>　　圖2.5 控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　2.3.2 控制系統(tǒng)的PLC原理圖</p><p>　　根據(jù)所選的PLC性能﹑I/O對(duì)照表，繪制出如下PLC原理圖，見(jiàn)圖3.2。輸入輸出對(duì)照表如下：</p>

61、;<p>　　表2.2 I/O對(duì)照表</p><p>　　圖2.6控制系統(tǒng)的PLC原理圖</p><p>　　2.3.3 控制系統(tǒng)的氣動(dòng)原理圖</p><p>　　圖2.7控制系統(tǒng)的氣動(dòng)原理圖</p><p>　　3控制系統(tǒng)電器元件的選擇及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.1 PLC的選用以及技術(shù)參數(shù)介

62、紹</p><p>　　3.1.1 PLC的選用</p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)作的分析，系統(tǒng)一共有13個(gè)輸入，10輸出（I/O對(duì)照表見(jiàn)表2.2），又因?yàn)楸究刂葡到y(tǒng)的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，可以使用小型PLC。西門(mén)子S7-200 CPU224型具有反應(yīng)快，可擴(kuò)展，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。所以本系統(tǒng)選擇的是西門(mén)子S7-200 CPU224型。</p><p>　　圖3.1西門(mén)子S7-

63、200 PLC</p><p>　　3.1.2 PLC的技術(shù)參數(shù)介紹</p><p>　　西門(mén)子S7-200 CPU 224型的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3.1</p><p>　　表3.1 西門(mén)子S7-200 CPU224型PLC的技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　3.2氣缸的選擇</b></p><p>

64、;　　3.2.1氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　氣壓傳動(dòng)具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1) 空氣 作為工作介質(zhì)，取之不盡用之不竭，來(lái)源方便，用過(guò)后可直接排入大氣，不會(huì)污染空氣，且可少設(shè)計(jì)或可不用設(shè)計(jì)回氣管道。</p><p>　　(2) 工作環(huán)境適應(yīng)性好。無(wú)論易燃、易爆，多塵埃、輻射、強(qiáng)磁、震動(dòng)、沖擊等惡劣的環(huán)境當(dāng)中，氣壓工作系統(tǒng)安全可靠。對(duì)于要求

65、高凈化、無(wú)污染的場(chǎng)合，如食品安裝、印刷、精密檢測(cè)等更具獨(dú)特的適應(yīng)能力，優(yōu)于液壓、電子、電氣控制。</p><p>　　(3) 空氣的粘度小，只有油液的萬(wàn)分之一，流動(dòng)的阻力小，管路損失只有油路損失的千分之一，便于介質(zhì)集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。</p><p>　　(4) 氣動(dòng)控制動(dòng)作迅速，反應(yīng)快，可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的壓力和速度。在一定得超載運(yùn)行下也能保證系統(tǒng)的安全工作，并且不易發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。

66、</p><p>　　(5) 氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高，適于標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，通用化。</p><p>　　(6) 維護(hù)簡(jiǎn)單，管道不易堵塞，不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問(wèn)題。</p><p>　　3.2.2汽缸選擇的要點(diǎn)</p><p>　　國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)氣缸的廠家比較多，品種紛繁復(fù)雜數(shù)不勝數(shù)，比較有名的有德國(guó)的FEST

67、O公司、日本的SMC公司以及臺(tái)灣的CHELIC公司等。尤其是德國(guó)的FESTO公司更是氣動(dòng)行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)，其產(chǎn)品質(zhì)量與性能相對(duì)于一些國(guó)內(nèi)和日本企業(yè)的要好上許多，但相對(duì)于他們的價(jià)格也較高上許多。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是針對(duì)于實(shí)驗(yàn)而言的，其上的氣動(dòng)元件并不需要極其精密準(zhǔn)確的執(zhí)行動(dòng)作，所以選擇相對(duì)而言價(jià)格比較公道的亞洲公司產(chǎn)品。</p><p>　　氣缸的選擇必須要根據(jù)工作所需力的大小來(lái)確定活塞桿上的推力和拉力。由此來(lái)選擇氣缸時(shí)

68、應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作；但缸徑過(guò)大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。選型，要看執(zhí)行動(dòng)作所要帶動(dòng)的負(fù)載，決定這個(gè)力量的主要是缸徑，因?yàn)樵跉鈮阂欢ǖ那闆r下，推力等于壓力乘以缸徑。當(dāng)然先選擇汽缸再定行程也是不科學(xué)的，應(yīng)該是你的行程先確定了，然后根據(jù)行程選擇汽缸型號(hào)，汽缸主要就是兩個(gè)參數(shù)，缸徑和行程。</p><p>　　在此次設(shè)計(jì)中選擇三個(gè)直線氣缸來(lái)實(shí)

69、現(xiàn)推桿推下工件的動(dòng)作，同時(shí)選用一個(gè)擺動(dòng)氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)工件手臂的左右擺動(dòng)。</p><p>　　3.2.3 直線汽缸的選擇</p><p>　　本裝置需要用到三個(gè)直線汽缸來(lái)推動(dòng)工件下料到工作平臺(tái)，選用的是日本品牌SMC型號(hào)為C J2B10-30S 的直線單作用汽缸</p><p>　　圖3.2 SMC CJ2B10-30S 直線單作用汽缸</p><

70、;p>　　詳細(xì)性能參數(shù)見(jiàn)下表：</p><p>　　表3.2 SMC CJ2B10-30S 直線單作用汽缸技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.2.4擺動(dòng)汽缸的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)中的裝置需要用到一個(gè)擺動(dòng)汽缸來(lái)帶動(dòng)擺臂的擺動(dòng)以實(shí)現(xiàn)小工件的搬運(yùn)。選用的是臺(tái)灣CHELIC公司的產(chǎn)品。具體型號(hào)為RTM20180。</p><p>　

71、　圖3.3CHELIC RTM20180擺動(dòng)汽缸</p><p>　　詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：</p><p>　　表3.3 CHELIC RTM20180擺動(dòng)汽缸技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　3.3繼電器的選擇</b></p><p>　　3.3.1繼電器的選擇</p><p>　　本裝置的

72、繼電器有三個(gè)，其中位于工作臺(tái)下面的兩個(gè)繼電器，其線圈與控制面板的“急?！迸c“退出”按鈕相連，在通電后繼電器的觸點(diǎn)閉合使PLC的I0.6輸入端通入信號(hào)，即起到控制裝置“急停”功能的作用。</p><p>　　位于臺(tái)面上的繼電器用于控制傳送帶電機(jī)電路的接通與斷開(kāi)。</p><p>　　MPS工件安裝單元所選擇的繼電器型號(hào)為：OMRON MY4NJ</p><p>　　圖

73、3.4 歐姆龍 MY4NJ繼電器</p><p>　　3.3.2所選繼電器的性能參數(shù)</p><p>　　其主要的技術(shù)參數(shù)如下表：</p><p>　　表3.4 繼電器性能參數(shù)表</p><p>　　3.4 電磁換向閥的選擇</p><p>　　3.4.1電磁閥的選擇</p><p>　　MPS

74、工件加工單元用到5個(gè)電磁換向閥，用于控制三個(gè)直線單作用汽缸和一個(gè)擺動(dòng)汽缸及一個(gè)真空吸盤(pán)。由于擺動(dòng)汽缸是雙作用的，所以要采用雙線圈的電磁換向閥，而其他的都可以采用單線圈電磁換向閥本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的是CHELIC的電磁閥，按設(shè)計(jì)要求選用4個(gè)單線圈的和1個(gè)雙線圈的，型號(hào)為：SM-5100-C4/ SM-5100-C4</p><p>　　圖3.4CHELIC SM-5100-C4/ SM-5200-C4電磁閥</p

75、><p>　　3.4.2所選電磁閥的技術(shù)參數(shù)介紹</p><p>　　兩種電磁閥分別見(jiàn)下表：</p><p>　　表3.4電磁閥技術(shù)參數(shù)</p><p>　　3.5 真空發(fā)生器的選擇</p><p>　　由于本設(shè)計(jì)需要用吸盤(pán)吸附工件來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)，所以需選用一個(gè)真空發(fā)生器來(lái)與吸盤(pán)配合進(jìn)行工件的吸附，搬運(yùn)。該設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)

76、是所需的抽氣量小,真空度要求不高且為間歇工作。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，實(shí)際工作中需要吸盤(pán)吸起的工件質(zhì)量很小，為12g，所以選用的真空發(fā)生器是日本SMC公司的ZH05D型號(hào)的產(chǎn)品。</p><p>　　圖3.5 SMC ZH05D真空發(fā)生器</p><p>　　具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表：</p><p>　　表3.5 真空發(fā)生器性能參數(shù)表</p><p>

77、;　　3.6 真空數(shù)顯表的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要一個(gè)真空數(shù)顯表來(lái)實(shí)現(xiàn)把連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變化的數(shù)字量（A/D轉(zhuǎn)換），再上計(jì)數(shù)器（如果輸入信號(hào)是數(shù)字量，則直接上計(jì)數(shù)器）、寄存器、譯碼器，最后在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)。所選用的是SMC的ZSE30真空數(shù)顯表。</p><p>　　圖3.6 SMC ZSE30真空數(shù)顯表</p><p>　　具體技術(shù)參

78、數(shù)見(jiàn)表3.6：</p><p>　　表3.6 真空數(shù)顯表性能參數(shù)表</p><p>　　3.7 調(diào)壓過(guò)濾器的選擇</p><p>　　調(diào)壓過(guò)濾器選擇的主要參數(shù)是：接管口徑、最大流量和使用壓力范圍等。本設(shè)計(jì)選用的是CHELIC的AFR-200調(diào)壓過(guò)濾器。</p><p>　　圖3.7CHELIC AFR-200調(diào)壓過(guò)濾器</p>

79、<p>　　具體參數(shù)性能見(jiàn)表3.7. </p><p>　　表3.7 調(diào)壓過(guò)濾器性能參數(shù)表</p><p><b>　　3.8傳感器的選擇</b></p><p>　　3.8.1電容式傳感器的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要一個(gè)傳感器來(lái)檢測(cè)大工件是否到位，由于檢測(cè)距離非常近，為0-15mm，所以選擇電容傳感

80、器。出于經(jīng)濟(jì)的考慮，選用的是國(guó)產(chǎn)品牌型號(hào)為C12-D4NK的電容式傳感器。該傳感器的檢測(cè)范圍為0-30mm，能滿足作業(yè)要求。</p><p>　　圖3.8國(guó)產(chǎn)C12-D4NK電容式傳感器</p><p>　　3.8.2真空傳感器的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要選用一個(gè)真空傳感器來(lái)對(duì)吸盤(pán)處的壓力的測(cè)量判斷吸盤(pán)所處的吸放狀態(tài)，以此來(lái)判斷工件的吸放狀態(tài)。真空傳感器具

81、有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p><b>　　對(duì)壓力變化的反應(yīng)快</b></p><p><b>　　良好的再現(xiàn)性</b></p><p><b>　　高可靠性</b></p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)（電壓或電流）</p><p>　　容易與PLC系統(tǒng)和其

82、它控制系統(tǒng)連接</p><p>　　經(jīng)久耐用的傳感器，彈性螺旋燈絲。</p><p>　　強(qiáng)健的金屬殼體，防護(hù)等級(jí)IP 54。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用的是國(guó)產(chǎn)型號(hào)為HM27A的真空傳感器</p><p>　　圖3.9國(guó)產(chǎn) HM27A真空傳感器</p><p>　　3.8.3位置傳感器的選擇</p>

83、<p>　　本設(shè)計(jì)需要選用兩個(gè)位置傳感器來(lái)對(duì)擺臂的位置進(jìn)行檢測(cè)以此判斷擺臂所處狀態(tài)，由于擺臂擺動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性力，所以選用了按銷式的位置傳感器安放在擺臂兩端的下面。擺臂頻繁運(yùn)動(dòng)會(huì)造成位置傳感器接觸端的彈簧片的損壞，所以該設(shè)計(jì)選用的是OMRON的按銷式位置傳感器，具體型號(hào)為SS-5GL2。</p><p>　　圖3.10 OMRON SS-5GL2位置傳感器</p><p>　　3

84、.8.4光電傳感器的選擇</p><p>　?。?）擴(kuò)散反射型光電傳感器的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要一個(gè)傳感器對(duì)工作平臺(tái)的小工件進(jìn)行檢測(cè)，以判斷它是否到位。由于小工件在工作臺(tái)上不方便用檢測(cè)距離為0-15mm的電容傳感器進(jìn)行檢測(cè)，所以選用檢測(cè)距離為0-50mm的擴(kuò)散反射型光電傳感器。實(shí)際檢測(cè)距離能滿足作業(yè)要求。具體型號(hào)為E12-D05NK。</p><p>

85、　　圖3.11國(guó)產(chǎn) E12-D05NK擴(kuò)散反射型光電開(kāi)關(guān)</p><p>　?。?）對(duì)射型光纖傳感器的選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)需要一個(gè)傳感器對(duì)傳送帶末端的工件殼進(jìn)行檢測(cè)，以判斷它是否已經(jīng)到位。由于檢測(cè)距離長(zhǎng)達(dá)60-80mm，普通的關(guān)電傳感器已經(jīng)不能滿足要求，所以選用了對(duì)射型光纖傳感器。具體型號(hào)為E3X-ZA11。該傳感器的檢測(cè)范圍為0-500mm，實(shí)際檢測(cè)距離可以滿足作業(yè)要求。&l

86、t;/p><p>　　圖3.12 OMRON E3X-ZA11對(duì)射型光纖開(kāi)關(guān)</p><p><b>　　3.9電機(jī)的選擇</b></p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好，起動(dòng)力矩大的特性，能較好地適合本系統(tǒng)要求，故考慮某些原動(dòng)機(jī)械選用直流電動(dòng)機(jī)，出于成本的考慮，選用無(wú)錫洪湖磁電廠的直流減速電機(jī)。具體型號(hào)為37ZYJ-90。</p>

87、;<p>　　圖3.13洪湖37ZYJ-90直流減速電機(jī)</p><p>　　具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3.8：</p><p>　　表3.8 37ZYJ-90直流減速電機(jī)技術(shù)參數(shù)表</p><p>　　4控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 PLC程序的編寫(xiě)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求：本單

88、元有單步運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行以及聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行3種運(yùn)行方式可供選擇?？梢酝ㄟ^(guò)旋鈕選擇運(yùn)行方式。單步運(yùn)行是將本單元的動(dòng)作分解成8步來(lái)完成，每按一次運(yùn)行鍵執(zhí)行1步動(dòng)作，方便老師講解以及學(xué)生試驗(yàn)。其中第1步：擺臂右擺；第2步：推桿推出相應(yīng)工件；第3步：擺臂左擺；第4步：工件殼右移；第5步：吸盤(pán)吸住工件；第6步：擺臂右擺；第7步：吸盤(pán)松下；第8步：擺臂左擺，恢復(fù)初始位置，如此就完成了一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中PL

89、C的編程軟件選擇西門(mén)子S7系列PLC編程專用軟件Step7。</p><p>　　STEP 7編程軟件用于西門(mén)子系列工控產(chǎn)品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，

90、用鼠標(biāo)打開(kāi)或選中某一對(duì)象，按F1可以得到該對(duì)象的在線幫助。</p><p>　　在STEP 7中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)當(dāng)中選擇軟件STEP 7主

91、要是利用其可跟組態(tài)連接通信以及方便快捷的編程調(diào)試方法。</p><p>　　4.1.1PLC控制的流程圖</p><p>　　設(shè)計(jì)中采用的是“步”的流程編程思想，這種編程思想的具有調(diào)試方便以及機(jī)器的動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)。由以上要求得出流程圖如圖4.1：</p><p><b>　　圖4.1 流程圖</b></p><p>　　

92、4.1.2PLC程序</p><p>　　詳細(xì)PLC程序參考附錄</p><p>　　4.2 MPS工件安裝單元PRO/E三維實(shí)體造型</p><p>　　要制作組態(tài)畫(huà)面使其可以演示真實(shí)硬件的動(dòng)作，必須要得到一些圖片，這些圖片的來(lái)源很多，可以是實(shí)物的照片，也可以通過(guò)三維實(shí)體造型來(lái)獲得圖片，本次設(shè)計(jì)中圖片都是通過(guò)實(shí)體造型獲得的。</p><p>

93、;　　用以3D造型的軟件比較多，市場(chǎng)上的主流軟件有SolidWorks、PRO/E、UG等等，這些軟件各有其優(yōu)點(diǎn)，由于設(shè)計(jì)者對(duì)PRO/E有一定的基礎(chǔ)，所以從這些軟件中選取了PRO/E作為此次的造型軟件。</p><p>　　4.2.1臺(tái)面造型設(shè)計(jì)</p><p>　　臺(tái)面上的部件主要是展現(xiàn)系統(tǒng)操作時(shí)需要觀察的部件或者是必須在臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)部件。臺(tái)面造型設(shè)計(jì)就是對(duì)這些部件的位置進(jìn)行分配，然后再造

94、型最后裝配起來(lái)。具體的臺(tái)面造型如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 工作臺(tái)面造型</p><p>　　4.2.2箱體及按鈕造型設(shè)計(jì)</p><p>　　箱體以及按鈕均屬于臺(tái)面以下的設(shè)計(jì)，其中箱體內(nèi)還包括一個(gè)控制元件板，這塊板上具體擺放了一些系統(tǒng)的控制元件，比如：PLC、繼電器、接線槽、轉(zhuǎn)接端子、開(kāi)關(guān)電源等。這些電器元件都是系統(tǒng)內(nèi)部控制元件，一般情況下不需要

95、對(duì)它們進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)電器柜將它們布置在內(nèi)。具體設(shè)計(jì)如圖4.3所示：</p><p>　　圖4.3 箱體及按鈕造型設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.3 汽缸及推桿的造型設(shè)計(jì)</p><p>　　汽缸和推桿是推動(dòng)小工件到工作臺(tái)面的動(dòng)力源和執(zhí)行件，處于箱體的上方，具體造型如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 汽缸及推桿

96、造型設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.4系統(tǒng)造型的整體裝配</p><p>　　將箱體與臺(tái)面部件裝配在一起就形成一個(gè)整體，在組態(tài)的制作中可修改運(yùn)動(dòng)部件的裝配關(guān)系來(lái)調(diào)整運(yùn)動(dòng)部件的位置，以便于截取圖片。具體造型如圖4.5所示：</p><p>　　圖4.5系統(tǒng)造型整體圖</p><p><b>　　4.3組態(tài)的制作</b>&

97、lt;/p><p>　　4.3.1組態(tài)王軟件介紹</p><p>　　組態(tài)王軟件具有全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開(kāi)發(fā)界面，符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要求，真正的32位程序，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　它還具有龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)、完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持，使您能夠快速地開(kāi)發(fā)出集

98、圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)等于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫(huà)面。全新的ActiveX動(dòng)畫(huà)構(gòu)件，包括存盤(pán)數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對(duì)曲線、等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。</p><p>　　支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無(wú)縫。簡(jiǎn)單易學(xué)的類Basic腳本語(yǔ)言，使您能夠輕而易舉地開(kāi)發(fā)出復(fù)雜的流程控

99、制系統(tǒng)。強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時(shí)打印報(bào)警報(bào)表以及靈活的報(bào)警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地捕捉到任何報(bào)警信息。完善的安全機(jī)制，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。本次設(shè)計(jì)中選用的組態(tài)王版本是：組態(tài)王6.53版。</p><p>　　4.3.2組態(tài)變量的聲明

100、</p><p>　　組態(tài)中的變量種類有多種，但具體可分為兩大類型：I/O變量和內(nèi)存變量。I/O變量主要是負(fù)責(zé)與PLC之間的的通信。內(nèi)存變量負(fù)責(zé)的是組態(tài)王內(nèi)部的畫(huà)面和按鍵的控制。搬運(yùn)單元組態(tài)的制作是由電磁閥的控制線圈、氣缸到位磁性開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)按鈕作為I/O變量，這樣可以對(duì)機(jī)器和組態(tài)畫(huà)面進(jìn)行及時(shí)的控制。變量的具體設(shè)置如圖4.6所示：</p><p>　　圖4.6組態(tài)數(shù)據(jù)詞典</p>

101、<p>　　其中的一些內(nèi)存變量在組態(tài)中主要起的作用就是控制畫(huà)面，使得畫(huà)面在滿足條件的情況下得以顯示，從而讓畫(huà)面與機(jī)器的實(shí)際動(dòng)作統(tǒng)一。</p><p>　　4.3.3組態(tài)制作界面</p><p>　　圖4.7 組態(tài)控制畫(huà)面</p><p>　　5. 控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試</p><p>　　5.1 PLC程序的調(diào)試</p>

102、;<p>　　一個(gè)PLC程序的設(shè)計(jì)，只是編輯完成還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因?yàn)槌绦虻木庉嬚咄鶗?huì)有許多的疏漏，使得PLC在實(shí)際的運(yùn)行當(dāng)中不能夠按照指定的運(yùn)行軌跡來(lái)完成動(dòng)作指令；又或者是編程者想象的結(jié)果與實(shí)際PLC的反應(yīng)不相同。這樣就需要對(duì)程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試，進(jìn)過(guò)不斷地調(diào)試才能最終得出滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的程序來(lái)。</p><p>　　在程序的調(diào)試過(guò)程中碰到的問(wèn)題有：</p><p>　?。?）在P

103、LC剛打開(kāi)時(shí)，可能由于之前的運(yùn)行，有些寄存器已被置位，這有可能影響下一次的運(yùn)行，因此在第一個(gè)周期應(yīng)對(duì)其作全面的復(fù)位；由于需要程序每執(zhí)行一個(gè)周期對(duì)有些位也應(yīng)該復(fù)位。具體程序如下：</p><p><b>　　圖5.1初始化程序</b></p><p>　　（2）這一步是將工件吸起，并且在離開(kāi)了這一步時(shí)應(yīng)不松開(kāi)直到第7步，因此在第5步將其置位，在第7步將其復(fù)位。具體程序如

104、下：</p><p>　　圖5.2吸放工件程序</p><p>　?。?）由于輸出線圈只能出現(xiàn)一次，若多次出現(xiàn)只以最后一個(gè)有用，這樣會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，因此在每一步的外面將其單獨(dú)列出。具體程序如下：</p><p>　　圖5.3輸出線圈單獨(dú)添加程序</p><p>　　5.2 控制系統(tǒng)組態(tài)部分調(diào)試</p><p>　　5.2.

105、1組態(tài)與PLC之間的通信 </p><p>　　系統(tǒng)之所以可以用組態(tài)王進(jìn)行控制，因?yàn)榻M態(tài)與PLC之間可以進(jìn)行物理的連接通信，這個(gè)功能的前提就是通信必須建立成功。建立通信的步驟如下：</p><p>　　1) 打開(kāi)組態(tài)王的工程瀏覽器窗口，點(diǎn)擊下拉菜單中的“設(shè)備”選項(xiàng)，操作如圖5.4所示：</p><p>　　圖5.4 組態(tài)工程瀏覽器</p><p&

106、gt;　　2) 雙擊“新建”圖標(biāo)，彈出“設(shè)備配置向?qū)А边x擇“S7-200”系列的“PPI”通信，操作如圖5.5所示：</p><p>　　圖5.5 組態(tài)設(shè)備配置對(duì)話框</p><p>　　3) 點(diǎn)擊“下一步”按鈕，命名邏輯名，再點(diǎn)擊“下一步”選擇“串口號(hào)”為“COM1”端。</p><p>　　4) 點(diǎn)擊“下一步”按鈕，設(shè)置“設(shè)備地址”為“4”,再點(diǎn)擊“下一步”設(shè)置

107、通信參數(shù)，點(diǎn)擊“完成”來(lái)完成通信設(shè)置，完成后的畫(huà)面如圖5.6所示：</p><p>　　圖5.6 組態(tài)設(shè)備安裝向?qū)?duì)話框</p><p>　　5.2.2組態(tài)畫(huà)面刷新率調(diào)試 </p><p>　　組態(tài)上的畫(huà)面刷新速率不夠，使得畫(huà)面之間有延時(shí)，甚至有的圖片條件滿足而不出現(xiàn)，對(duì)此解決方法如圖5.7所示：</p><p>　　在組態(tài)王“工程瀏覽器窗口

108、”點(diǎn)擊“運(yùn)行按鈕”彈出“運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置”對(duì)話框，對(duì)“運(yùn)行系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率”和“時(shí)間變量更新頻率”這兩項(xiàng)進(jìn)行設(shè)置，直到滿意為止。操作如圖：</p><p>　　圖5.7 組態(tài)運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)置對(duì)話框</p><p>　　5.2.3組態(tài)畫(huà)面顯示調(diào)試 </p><p>　　組態(tài)的畫(huà)面上的有些圖片限制條件相同，導(dǎo)致了同一時(shí)刻出現(xiàn)了多個(gè)圖片的情況，動(dòng)畫(huà)顯得雜亂無(wú)章。為了解決這一問(wèn)題，在P

109、LC的程序中特地添上輔助繼電器，在圖片的顯示當(dāng)中添加輔助條件，使得圖片的顯示唯一化，動(dòng)畫(huà)相對(duì)之前更加流暢無(wú)誤。</p><p>　　5.2.4組態(tài)按鈕響應(yīng)速度調(diào)試 </p><p>　　由于組態(tài)與PLC之間采用的是物理連接，不管怎樣都會(huì)出現(xiàn)通信之間的延遲，這點(diǎn)無(wú)法避免只能盡量減小延時(shí)，這就必須修改I/O變量的采集頻率，來(lái)保持通信的快速響應(yīng)。</p><p>　　打開(kāi)

110、組態(tài)王的“工程瀏覽器”，點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)詞典”，再雙擊定義的I/O變量出現(xiàn)“定義變量”對(duì)話框后修改“采集頻率”，具體操作如圖5.8所示：</p><p>　　圖5.8變量定義變量對(duì)話框</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本文以MPS生產(chǎn)模塊的安裝單元為研究對(duì)象，根據(jù)課題所要求的動(dòng)作要求來(lái)選擇相關(guān)的電氣元件，采用順序控制設(shè)

111、計(jì)法的編程方法，基于STEP 7 .0編程軟件開(kāi)發(fā)的一套PLC控制系統(tǒng)?，F(xiàn)就本課題的研究開(kāi)發(fā)工作總結(jié)如下：</p><p>　?。?）本課題在現(xiàn)在理論和方法的指導(dǎo)下，根據(jù)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則，完成了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)具備了MPS安裝單元所要求的安裝能力。</p><p>　?。?）本文對(duì)PLC自動(dòng)化控制技術(shù)以及利用編程軟件STEP7.0實(shí)現(xiàn)對(duì)西門(mén)子PLC梯形圖的編制應(yīng)用做

112、了探討與研究。實(shí)踐證明，本文采用的此種編程方法是一種較為理想的方法.它是一種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，很容易被初學(xué)者接受，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也會(huì)提高設(shè)計(jì)的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。</p><p>　?。?）組態(tài)軟件的運(yùn)用使得MPS工件安裝單元的監(jiān)控更為便捷。本系統(tǒng)具有良好的交互性、開(kāi)放性和實(shí)用性。實(shí)踐證明系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)、方法運(yùn)用的正確合理性。</p><p><b>　　參考

113、文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 龔仲華主編. 《三菱FX系列PLC應(yīng)用技術(shù)》. 2006年第二版 北京: 人民郵電出版社, 2006. 200-265.</p><p>　　[2] 余雷聲主編. 《電氣控制與PLC應(yīng)用》. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,1999 .10, 245-258.</p><p>　　[3] 李道霖主編.《電氣控制與PLC原

114、理及應(yīng)用西門(mén)子系列》. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 ,2004, 307-328.</p><p>　　[4] Giorgio Rizzoli著.《電氣工程原理與應(yīng)用》. 北京: 電子工業(yè)出版社,  2004, 107-154.</p><p>　　[5] 蔡崧著.《傳感器與PLC編程技術(shù)基礎(chǔ)》. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2005, 177-224.</p>