MPS自动生产线简介

1、苏 州 市 职 业 大 学实习（实训）报告 名称 工业生产线组建与调试 2013年9月3日至2013年11月4日共10周院 系 机电工程系 班 级 机电一体化（1）班 姓 名 系主任 陶亦亦 教研室主任 陆春元 指导教师 金芬 目录第1章 自动生产线简介-311 了解自动生产线及其应用-312 本自动生产线的介绍-4第2章 FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍与使用-721 FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍-722 纯气动基本回路图-723 双气缸步进控制电、气动回路-8第3章 搬运站装置电、气动控制系统设计-1131 搬运站装置的组成与控制-1132 搬运站装置的气动回路设计-1

2、333 搬运站装置电气控制系统的设计-14第4章 搬运站装置电、气控制系统的实际回路安装与调试-1841 机械手气动回路的组建-184. 2 PLC输入输出的查找-1943 调试过程-20小结-23附一-24第一章 自动生产线简介11 了解自动生产线及其应用1.1.1 自动生产线的了解自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，自动生产线是现代工业的生命线，机械制造、电子信息、石油化工、轻工纺织、食品制药、汽车生产以及军工业等现代化工业的发展都离不开自动化生产线的主导和支撑作用，其对整个工业及其他领域也有着重要的

3、地位和作用。自动化生产线是在流水线和自动化专机的功能基础上逐渐发展形成的自动工作的机电一体化的装置系统。通过自动化输送及其他辅助装置，按照特定的生产流程，将各种自动化专机连接一体，并通过气动、电机、液压、传感器和电气控制系统是各部分的动作联系起来，使整个系统按照规定的程序自动的工作，连续、稳定的生产出符合技术要求的特定产品。自动生产线具有很多的优点，其采用自动线进行生产的产品应有足够大的产量；产品设计和工艺应先进、稳定、可靠，并在较长时间内保持基本不变。在大批、大量生产中采用自动线能提高劳动生产率，稳定和提高产品质量，改善劳动条件，缩减生产占地面积，降低生产成本，缩短生产周期，保证生产均衡性，

4、有显著的经济效益。自动生产线在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。采用自动生产线不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。1.1.2自动生产线的应用自动生产线的应用广泛，可以应用到很多地方，机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线。切削加工自动线在机

5、械制造业中发展最快、应用最广。主要有：用于加工箱体、壳体、杂类等零件的组合机床自动线；用于加工轴类、盘环类等零件的，由通用、专门化或专用自动机床组成的自动线；旋转体加工自动线；用于加工工序简单小型零件的转子自动线等。1先确定节拍时间：不论何种制品，皆在其必须完成的恰好时间内制造。2单位流程：只针对一项产品，进行单位配件的搬运、装配、加工及素材的领取。3先导器：制作以目视即能了解节拍时间的装置。4U字型生产线：将设备依工程顺序逆时针排列，并由一人负责出口及入口。5AB控制：只有当后工程无产品，而前工程有产品的情形，才进行工程。6灯号：传达生产线流程中产品异状的装置。7后工程领取：生产线的产品要因

6、应后工程的需求。从图上更直观更清楚的看出自动生产线的发展方向和应用领域如图1-1所示：图1-1 自动生产线发展及应用图1.2 MPS自动生产线的介绍这套自动生产线是由苏州华美公司制造的一套实验设备，总共提供六站，分别是上料检测站，搬运站，加工站，安装站，分类站，安装搬运站。上料检测站将大工件按顺序排好后提升送出，送出后有联机通信给下一站发出工件到位信号。搬运站接收到信号后将大工件从上料检测站搬至加工站，同时发出工件到位信号。接收信号后，加工站将大工件加工后送出工位。安装搬运站将大工件搬至安装工位放下后，安装站再将对应的小工件装入大工件中。而后，安装搬运站再将安装好的工件送分类站，分类站再将工件

7、送入相应的料仓。以上完成一次循环。物流传递图如图1-2所示。图1-2 物流传递图自动化生产教学系统是为提高学生动手能力和实践技能而设计、生产的一套实用性实验设备。该装置由六套各自独立而又紧密相连的工作站组成。实物图如图1-3所示。图1-3 六站实物拼合图该系统囊括了电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术。各站有着不同的工作它们分别是，上料检测站的工作是将工件依次送到检测工位并检测工件颜色，搬运站的工作则是将工件从上站搬至下一站，加工站的工作是用回转工作台将工件在四个工位间转换并且打孔，安装站的工作是选择要安装工件的料仓，并将工件从料仓中推出安装到位，安装搬运站的工作是将上站工

8、件拿起放入安装工位装好后将工件送往下一站，分类站的工作就是将工件分类，分类后并把工件推到库房内。各站还设有控制面板，可通过控制面板来控制PLC的控制程序使各站按要求进行工作，一个控制面板上有5个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。各开关的控制功能定义为：绿色按钮是开始按钮，负责某站的开始。黄色按钮是负责复位的按钮第三个按钮是特殊按钮，第四个是两位的旋钮，用来手动和自动模式的旋转切换，第五个也是个两位旋钮负责单站和联机切换，第六个按钮时红色的，负责停止，第七个绿色按钮是上电按钮，最后一个是急停按钮。其实物图如图1-4所示。图1-4 控制面板实物图第2章FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍与

9、使用2. 1 FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍FESTO中文版教学软件含液压与气动两种软件，其用法类似。该软件的主要特征就是其可与CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。可以不通过实验而直接验证自己设计的回路的正确性，可节省大量的时间，避免了不必要的麻烦。FluidSIM软件符合DIN电气气动回路图绘制标准，且可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，这样就使回路图绘制和相应气动系统仿真相一致。FluidSIM软件的另一个特征就是其系统学习概念：FluidSIM软件可用来自学、教学和多媒体教学气动技术知识。气动元件可以通过文本说明、图形以及介绍其工作原理的动画来描述；各种练习和教学影片讲授

10、了重要回路和气动元件的使用方法。在FluidSIM软件中，元件库中的每个元件都对应一个物理模型，基于这些模型，FluidSIM软件首先创建整个系统模型，然后在仿真期间对其进行处理。2.2 纯气动基本回路图。图2-1回路图气动回路如图2-1所示工作原理：当驱动左边按钮阀作用时，双作用气缸活塞杆伸出。双作用气缸活塞杆一直处于伸出状态，直至驱动左边按钮阀动作，气缸活塞杆才回缩至初始位置。按钮阀1S1动作，在双气控二位五通阀的控制口14上有气信号，使双气控二位五通阀换向气缸活塞伸出。当按钮阀1S2动作时，双气控二位五通阀1V3换向，气缸活塞回缩。使用FESTO中文版液压与气动教学软件进行仿真，结果正确

11、。2.3 双气缸步进控制电、气动回路2.3.1双气缸步进控制气动回路图与电气原理图双气缸步进控制气动回路图如图2-2所示。图2-2 双气缸步进控制气动回路图电气控制原理图如图2-3所示。图2-3 双气缸步进控制电气原理图2.3.2双气缸步进控制工作原理及电磁铁动作顺序表工作原理：按下启动按钮SB，K1线圈得电并实现自锁，电磁线圈1Y1得电，两位五通电磁换向阀1V2的左位通，气体流入1A1气缸左腔推动活塞向右运动；当运动到2S1位置时，K2线圈得电并自锁，电磁线圈2Y1得电，两位五通电磁换向阀2V2的左位通，气体流入2A1气缸左腔推动活塞向右运动；当运动到1S2位置时，K3线圈得电并自锁，电磁线

12、圈1Y2得电，两位五通电磁换向阀1V2的右位通，气体流入1A1气缸右腔推动活塞向左运动；当运动到2S2位置时，K4线圈得电并自锁，电磁线圈2Y2得电，两位五通电磁换向阀2V2的右位通，气体流入2A1气缸右腔推动活塞向左运动。电磁铁动作顺序如表2-1所示。表2-1 电控顺序真值表使用FESTO中文版液压与气动教学软件进行仿真，其仿真图如图2-4所示。图2-4 仿真图第3章 搬运站装置电、气动控制系统设计3.1 搬运站装置的组成与控制3.1.1搬运站的介绍搬运站是MPS自动生产线的第二站，其主要工作就是将工件从上一站搬运到下一站的，实现工件的传递。 图3-1 搬运站示意图3.1.2搬运站的组成搬运

13、站主要是由机械手、气压系统、控制面板、升降汽缸，伸缩汽缸，伺服电机，工作台I/O接口板各电磁阀及传感器组成。搬运站示意图如图3-1所示，其中伺服电机是用于将工件送往下一站，机械手有夹紧缸，横臂缸，升降缸组成，横臂缸升降缸都有磁感应开关检测是否到位。在伺服电机下面也有一个检测其复位的电感开关。伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺

14、服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。因此，搬运站机械手水平旋转选择用伺服电机实现，伺服电机由PLC的Y0触点实现脉冲发送用Y7控制其转向。由PLC控制伺服电机驱动器，驱动器驱动伺服电机。伺服电机外形图及驱动器图如图3-2所示。图3-2 伺服电机外形图及驱动器图关于传感器的选择，气缸上用磁感式传感器，检测电机初始位的用电感传感器。3.1.3搬运站的控制要求搬运站的要求是在系统上电后复位，复位完毕，开始灯闪，按开始按钮水平汽缸伸出至前极限，到位后

15、，垂直汽缸下降至下极限，到位后，气爪抓工件，一段时间后，垂直汽缸上升，到位后，水平汽缸缩回至后极限位，转动至设定位置后，水平汽缸伸出至前极限，垂直汽缸下降至下极限，到位后，气爪松开工件一段时间后，垂直汽缸上升，到位后水平汽缸缩回至后极限，机械手回初始位置，在进行下个循环。以此往复循环，实现完整的操作要求。3.2 搬运站的气动回路设计3.2.1 气动元件选型和作用1.双作用气缸：在压缩空气作用下，双作用气缸活塞杆既可以伸出，也可以回缩。通过缓冲调节装置，可以调节其终端缓冲。气缸活塞上永久磁环可用于驱动行程开关动作。2.气源：气源可以提供气动系统所需的压缩空气，其中减压阀用于调节工作压力。3.二位

16、五通换向阀：受电控或手动控制，可实现换向。4.可调单向节流阀:可调单向节流阀由单向阀和可调节流阀组成，单向阀在一个方向上可以阻止压缩空气流动，此时，压缩空气经可调节流阀流出，调节螺钉可以调节节流面积。5.二联件：二联件由过滤器和减压阀组成。搬运站气动回路图采用两个双电控两位五通电磁阀（夹紧缸、横臂缸），一个单电控两位无通电磁阀（升降缸），控制要求是可调速的，为满足控制要求，采用溢流阀控制其气缸伸出速度。3.2.2电磁铁动作顺序表及工作原理表3-1 电磁铁动作顺序表1Y11Y22Y12Y23Y1横臂缸+ + - - - -横臂缸- - + - - -夹紧缸加紧 - - + - -夹紧缸松开 -

17、- - + -升降缸加紧 - - - - +工作原理：1Y1得电，横臂缸伸出。1Y2得电，横臂缸缩回。2Y1得电，升降缸伸出。2Y2得电，升降缸缩回。3Y1得电，夹紧缸加紧，失电夹紧缸张开，夹紧缸是单电控电磁阀。气动元件选型及动作顺序完成后根据要求画出气动原理图如图3-3所示。图3-3 搬运站气动回路图3.3 搬运站电气控制系统的设计3.3.1 PLC控制I/O分配及端口图根据控制要求知，该装置连接到PLC的输入信号有横臂缸和升降缸的行程限位开关1B1、1B2、2B1、2B2，他们用的是磁感应传感器。检测电机初始位置用电感传感器。还有控制面板上对应的输入。输出信号有横臂缸的伸出与缩回1Y1、1

18、Y2，夹紧缸的加紧与张开2Y1、2Y2，升降缸的下降3Y1，及电机脉冲输出端及旋转方向判定。根据搬运站输入输出，PLC选用FX2N_48MR主单元，共24个点输入和24个点继电器输出，PLC的I/O信号分配如表3-2所示，PLC的端口图如图3-4所示。表3-2 PLC控制I/O分配表PLC控制I/O分配表输入作用输出作用X0横臂缸伸出到位1B2Y0伺服电机脉冲输出端X1横臂缸缩回到位1B1Y1横臂缸缩回1Y2X3升降缸下极限位2B2Y2横臂缸伸出1Y1X4升降缸上极限位2B1Y3夹紧缸松开2Y2X5参考点位Y4夹紧缸加紧2Y1X10开始Y5升降缸下降3Y1X11复位Y7电机转向控制端X12特殊

19、X13手/自X14单/联X15停止X16上电图3-4 PLC I/O端口图3.3.2梯形图搬运单元运行的主要过程是搬运控制，根据控制要求绘制其控制流程图，如图3-5所示。图3-5 搬运站程序流程图根据流程图以及控制要求，编写PLC梯形图，考虑到要联机操作，在编写梯形图时加入了联机语句，和主站通讯，接收主站工件到位信号的语句M1000以及工件被取走传给主机的信号M1064。综合以上，梯形图见附一。第4章 搬运站电、气控制系统的实际回路安装与调试4.1 搬运站气动回路的组建与手动调试如图是4-1、4-2是气动回路实物图，气动回路图的组建与调试步骤如下：（1）接通气源前，先用手轻轻拉拔各快速接头处的

20、气管，确认各管路中不存在气管未插好的情况。同时，将调节各执行元件速度的节流阀开度调到最小，避免气源接通后，各执行元件突然动作产生较大冲击，导致设备或人员伤害事故发生。（2）打开气泵，接通气源，将气源处理装置的压力调节手柄向上提起，顺时针或逆时针慢慢转动压力调节手柄，观察压力表，待压力表气压指在0.5Mpa左右时，压下压力调节手柄锁紧。切忌过度的转动压力调节手柄，以防其损坏和压力突然升高。（3）检查气动回路的气密性，观察气路中是否存在漏气，若有出现漏气的情况，根据响声判断找出漏气的位置及原因。若是气管破损或气动元件损坏导致漏气的，更换气管或气动元件；若是没有插好气管导致漏气，重新插好气管即可。遵

21、守气动安全操作规范情况下，打开气源后，手动强制驱动电磁阀，即依次按下各换向阀的手动按钮，确认各气缸动作是否符合要求，若不符合，作相应的调整。气动回路实物图如图4-1、4-2所示。图4-1 气动回路实物图图4-2 气动回路图4.2 PLC输入输出的查找在输入的查找时，按下控制横臂缸的手动换向阀，让气缸完全伸出，看PLC触点那个变ON，变ON的就是横臂缸对应的PLC输入触点。其余同理，依次进行查找。在输出的查找时，先借助控制面板上的开关进行辅助查找。编写辅助查找程序写入到PLC。看其动作与那个输出点相对应，并记录。按下X011，Y001有输出，横臂缸缩回，Y001对应的动作就是横臂缸缩回。其余同理

22、，依次进行查找。辅助查找程序如图4-3所示。图4-3 输出查找辅助程序图4.3 调试过程4.3.1程序下载检查各硬件，并检查通讯线的连接情况，通过GX软件测试通讯线是否连接正确，如图4-4所示。图4-4 检测通讯图检测通讯口连接良好后，点击在线后选择PLC写入，将程序写入到PLC中。4.3.2 485联机通讯方式介绍485通讯其实就是N:N网的建立，以实现设备间的通信，进行集中监控。此协议决定了每个控制器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。N:N网连接示意图如图4-5所示。图4-5 N:N网连接示意图4.3.3联机调试程序正确写入PLC，检查485联机是否正常。然后让PLC处于RUN状态，按下上电按钮，复位，复位后开始，主站推出工件，传送带动，然后工件被拦截，检测颜色，蓝色，蜂鸣器响，3秒后，工件放行，到达待搬运工位（传送信息给从1站），从1站机械手抓取工件，放到指定位置后（传送信息给主站），主站推出工件，循环。联机调试完毕，动作流畅准确。联机程序中通讯语句如图4-6所示，其中K1是为了说明搬运站是从一站。图4-6 联机通讯语句主站工件运送到位后主站将通过联机通讯将信号传递给本站，提醒本站机械手去抓取工件，联机程序中工件到位信号用M1000代替，程序如图4-7所示。图4-7 主站传递工件到位信号程序图本站将工件抓取走并且手臂收回时，本