专业毕业课程设计

1、机电一体化模块化控制系统设计设计说明书院系：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化班级：学号：姓名：指导老师：时间：目录一、设计目的 ,3二、设计要求 ,4r I-4 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ三、MPS系统的总体介绍1、概述 ,5I、 I人 -，J2、系统机构 ,5四、供料单元的结构与控制1 IO 接线端口 , 72进料模块 ,73转运模块 ,9五、气动控制回路 ,10六、电气接口地址 ,11七、程序控制1控制任务 ,121 4 1 H -J I y -4 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ12编写程序 ,12 TRn I- 1 /，*

2、3下载调试 ,22八、参考文献 ,23、设计目的学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。通过对机械系统的设计掌 握几种典型传动原件的工作原理、设计计算方法与选用原则。通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移速度传感器：如交流、步进伺服进给系统。通过对控制系统的设计， 掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路： 如 控制系统选用原则、 CPU选择、存储器扩展、10接口扩展、AD与DA配置、键盘与显示电路 设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。综合运用并巩固所学机械技术、 PLC技术、通信技术、气

3、动技术和传感技术知识；熟悉 工业控制中常见的机电一体化技术。二、设计要求1、PLC 主机：西门子 S7-200 系列2、PLC软件用 STEP 7-MicroWIN3、PLC通信扩展模块：PPI网络4、气动软件 FluidSIM-P 3.65、面板按钮和指示灯如下：图1-面板指示图开始（START）灯：Q1.0 按钮：11.0 复位（RESET）灯：Q1.1 按钮：I1.1 单机（SPECIAL）运行按钮：I1.手动自动（MANUNAUT运行按钮：11.3 单机联网（SINGLENET运行按钮：11.4。三、MPS系统的总体介绍1、概述模块化系统是一套综合了实际工业生产中大量应用到的复杂控制过

4、程的装置，根据现代生产物流系统发展和未来趋势而专门设计，其主要由物料的供料单元、检测单元、加工单元、安装搬运单元、安装单元、自动化立体仓库单元组成，模拟与实际生产过程相似的自动化控制设备。系统集成应用了工业传感器、步进电机、HMI人机界面等产品，开发了PLC智能控制系统、气动控制系统专业知识应用能力、综合实践能力、创新能力为主要目标。模块化系统的各个工作单元都具有各自独立的工作内容，各工作单元既可以单独使用，也可以灵活组合在一起使用。每一种组合都会形成一种新的、实用的、与实际紧密结合的自动化生产过程。软件系统，完成对整个系统生产订单的下达与管理，生产任务执行过程的监控，生产 数据库管理、查询，

5、设备工作状态及故障的实时监控、跟踪过程。基于局域网的远程教学培训系统，可进行远程的数据传输、程序下载、视频监控、生产订单操作等功能。2、系统机构MPS系统是由独立的各站相互连接而成。各站是安装在带槽的铝平板上，可容易的连接在一起组成一条自动加工生产线。图2-流程图四、供料单元的结构与控制供料单元可作为起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供原料的作用。 它的具体功能是：按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出，并将其传送到下个工作单元。图4-控制单元1. 10接线端口它是该工作单元与 PLC之间进行通讯的线路联接端口。该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都

6、接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。2. 进料模块该模块用于储存工件原料、并在需要时将料仓中的工件分离出来，为转送模块取走一个工件作好准备。该模块主要由料仓、双作用气缸、推料块、工件检测传感器等组成。进料模块的工作过程是这样的：工件垂直叠放在料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从料仓的底部通过，推料杆与最下层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动推料杆前进时，推料杆便把最下层的工件水平推到预定位置，从而把工件移出料仓； 而当推料杆返回时， 料仓 中的工件在重力的作用下，就自动下落，向下移动一个工件，为下次工作作好了准备。图5-进料在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，分别用于识

7、别推料缸运动的两个极限位置。在该模块料仓的底层位置，安装有对射式光电传感器的探头，用于检测料仓中存储料的情况（有无料）。该对射式光电传感器由光纤（探头）和光电传感器主体组成。探头）处于相对的位置工作的光电接近开关。对射式光电接近开关的工作原理是：当物体通过传感器的光路时，光路被遮断，光接收器接收不到发射器发出的光，则接近开关的“触点”不动作； 当光路上无物体遮断光线时，则光接收器可以接收到发射器传送的光，因而接近 开关的“触点”动作，输出信号将被改变。注意：光纤在安装和使用中，不能将光纤折成“死弯”或使其受到其它形式的损伤。3. 转运模块它的功能是吸取工件， 并将工件传送到下一个工作单元。转运

8、模块主要由旋转气缸、 摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置等组成。旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为 180,转角可以根据需要进行调整。在转动气缸的两个极限位置上各装有一个磁感应式的接近开关，利用接近开关的信号状态来标识两个极限位置。真空吸盘用于抓取工件。吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。真空检测传感器，它是具有开关量输出的真空压力检测装置，当进气口的气压小于一定的负压（真空）值时，传感器动作，输出开关量1，同时LED点亮，否则，输出信号 0 ,LED熄灭。图7-运转模块真空吸盘方向保持装置， 它的作用是：使真空吸盘在摆臂转动的过程中始终保持垂直向 下的

9、姿态，以使被运送的工件在运送过程中不致翻转。它的工作原理是： 旋转气缸固定在支架上，输出轴从固定齿轮的轴孔中穿过，并可自由转动，摆臂则固定在旋转气缸的转轴上； 摆臂的另一端安装有一个可以自由转动带有齿轮的吸嘴，吸嘴的齿轮与旋转气缸输出轴外围的固定齿轮通过一个同步带相连。当旋转气缸驱动摆臂转动时， 摆臂与固定齿轮之间形成相对运动，导致同步带的运动， 通过同步带带动了吸嘴的转动；固定齿轮与活动齿轮的传动比为1:1,这样摆臂转动的角度等于吸嘴转动的角度，因此，保证了吸嘴在摆臂转动的过程 中始终保持方向不变。五、气动控制回路图8-控制回路该工作单元的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控制方式为电磁

10、控制或手动控制。各执行机构的逻辑控制功能是通过PLC控制实现的。在供料单元的气动控制原理图中，1A为旋转缸；1B1和1B2为磁感应式接近开关；2A为真空发生器；2B1为真空压力检测传感器；3A为双作用推料气缸；3B1、3B2为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2为控制旋转气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1、2Y2为控制真空发生器的电磁阀的两个电磁控制信号；3Y1为控制推料缸的电磁阀的电磁控制信号。六、电气接口地址系统中的每个部件上的输入、输出信号与 口实现的。各接口地址已经固定。各单元中的需要与 的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）PLC之间的通讯电路联接是通过10接线端PLC进行通讯联接的线

11、路（包括各个传感器 都已事先联接到了各自的10 接线端口上，在与PLC联接时，只需使用一根专用电缆即可实现快速连接。序 号设备 符号设备名称设备用違信号特征1RI对射式光电件感器判断料仓是否有匚件信号为1 信号为0料仓中育丄件 料仓中无工件21B1脱感应式接近开关判断摆臂的位豐信号为1摆臂摆回到位31B2磁感应式接近开关判断摆畔的位置信号为1摆臂摆出到他斗2B1真帘压力低感器判断是否吸到工件信号为1 信号为0吸到了工件未吸/耒吸到工件53B1磁感应式接近开关判断气缸的前后位就信号为1推料缸返回到位63B2磁感应式接近开关刿断气缸的前后位胃信号为1推料缸推出到位7K1继电器控制蜂鸣器信号为1蜂鸣

12、器鸣响S11电磁阀控制摆臂的动作信号为1摆臂摆冋91Y2电磁阀控制找臂的动作信号为1住臂摆出102Y1电磁阀控制吸、放工件信号为1真帘发生器复位112V2电磁阀控制吸、放工件信号为1真空发生器动作123Y1电磁阀控制推料缸的动作信号为1信号为0推料缸推出工件推料缸返回图9-地址表七、程序控制1 .控制任务当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，推料缸缩回到位，旋转摆臂摆回到位。然后进入工作运行模式， 按启动按钮时，供料单元的执行机构将把存放在料仓中 的工件取出并转送出去， 然后各执行机构回到初始位置。即每执行一个新的工作循环都需按一次启动按钮。要求在启动前，供料单元的执行机构必须

13、是处于初始位置，否则不允许启动。在启动前，供料单元的执行机构若不在初始位置、料仓中若无工件，则不允许启动。2 .编写程序F面为供料单元的手动控制程序框图，按此框图编写PLC程序。0B1 : Main Program Sweep (Cycle)110.0步序1S311.1停止按钮（ 常闭） S2110.1步序2S4l/l(s)_Ino.o步序i S3RI程序段2 :允许复位指示灯TO110.1步序2S41.2灵位_?屑涣； 罠位卫屑測 Reset_OK 1/111.1停止按钮（常闭）S21/1Q1.1允许复位指示灯H20_I程序段3 :有Step2到Step3程序段4:初始化10.211.1停止

14、按钮（常闭Q1 2丰斗仓如指示灯H3*1/1程序段 6 :由 Step3iiJStep410.3步序4S6*TS _|10.2步序3S5-(RI注耀:11.110.2傅止按钮(步序3常闭WS2T I1/1挂序段6 :貝位完成标志10.3步序4S611.1停止按钮 峯闭 S2K1.2臣位J?屑浣；匡位J?脣測Reset-OKS |程序段7 :由Step倒Step511.1n.2no. 3停止按钮（亘位_?屑浣；no. 4步序4常闭）蔓位卫屑測步序5S6S2Reset_OKSTI1/11 IIIno. 3步序4 S61(R)I程序段8 :由Stepl到Step511.1停止按钮(HO. 4常闭步序

15、5M14.2S2S厂T Il/l(s)_|10.0步序13程序段 9 :由 Step5iJStep8程序段10 :允许启动指示灯 注释:Q1.0允许启动指示灯（）_I11.1no. 5停止搠丑（步序6常闭S8S2T Il/k-程序段11 :由Step6到Step7111.1 11.010-5停止按钮（ 启动無钮（B10.6步序6常闭常并步序7程序段12 :由Step?到S匕p8工07下一站已准备好VP_F 厂10.7步序311.110.6停止按钮（步序7常闭，s9yT I/IWS：_I10.6步序7R：If?灯斑 13 :耳区动扌工缶I：至放未斗彳立1O. V工九i00.4驱动扌罢缸到 下沾位

16、 3T2*停止按切启闭i/rQO- 3驱动摆缸到L科仓位*3Y1*1程序段 14 :由 Step8giJStep9程序段 15 :由 Step91iJSteplO11.1步序10*S12*料蟲舊示 灯 H3*Q1.O允许启动指示灯程序段16 :料仓空指示灯1II. 1停止按钮（ 常闭 S2*程序段 17： ftSteplOJlJStepllm.o步序9SilIO.6料仓空m. 2 步序iiIO.l推料缸伸出 到位Q0.0工件被推出1Y1R 程序段18 :由Step9到Stepll注释:n.i停止按钮（常闭0程序段19 :推料杆缩回11.1H1.2停止按钮（步序11常闭S13S2夕T I/I料超

17、醫示灯H3R 訪段 20:由Stepl倒Stepl2程序段21 :驱动摆缸到供料位11.1m. 3停止按（步序12 常闭）S14S2T I1/100.3驱动摆缸到L料仓位3YL(s)_IQO.4驱动摆缸到下站位3Y2(R)_I程序段22 :步序12到步序13程序段23 :頁空吸盘吸气工丄.：！11-4停止按钮（步序13常闭sby111/100.1真空吸盘吸气2Y1/S _I00. 2真空吸盘吹气2Y2（M100.0工件被推岀1Y13）|程序段24 :由Stepl3到Stepl4程序段25 :驱动摆缸到放料位11.1ni. 5停止按钮（步序14常闭）“S16S2T I1/1Q0.4驱动摆缸到 下

18、站位 3Y27）_|Q0.3驱动摆缸到 L料仓位 3Y1R_I程序段26 :由St ep 14到Stepl514程序段27 :真空吸盘吸气11.1H1.6停止按钮（步序15常闭S17S2T I1/100.2真空吸盘吹z=-2Y2s|Q0.1真空吸盘吸2也R_I程序段28:由Stepl5iiJStep9 （自动方式11.1m.6停止按钮（10.3ni.o步序15常闭）工件被吸住步序9S17S22B1sirm.6步序15S17OB100 : Complete RestartIl. 2立J?屑湖 Reset OK -I10.410.210.3摆动缸摆到推料缸缩回工件觑住料仓位到位#2Br3S1lBfT/IIIIl-程序段2:复位站输出MOVEENENOINOUT0-QBO 站输出字 -OBStat程序段3：设蛊初始步，复位其他步ENMOVEENOW# 16# 100-INmo步序字OUT-sxvr程序段4:启动标圭注髓:11.0M14. 2启动按钮 常幵） srI 1H.1停止按钮（ 常闭