上海英集斯MPS

1、MPS教学系统实训报告学生姓名：邸维汉、张玉兵、朱行行、李炜指导老师：奚茂龙时间：2012年2月12日2012年2月20日一、摘要模块化生产培训系统（MPS）是由上海英集斯自动化技术有限公司研制的教学设备。MPS 体现了机电一体化的技术实际应用。MPS 设备是一套开放式的设备，用户可以根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型，最多可由9 个单元组成，当然最少时一个单元亦可自成一个独立的控制系统。而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。在由多个MPS 工作单元组成的系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、电工电子技术、传感器应用技术、P

2、LC 控制技术、组态控制技术、信息技术等。利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学员在一个非常接近于实际的教学设备环境，使学员在学习过程中很自然地就将理论应用到了实际中，实现了理论与实践的完美结合，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。二、MPS 的基本组成多个单元组成的MPS 系统可以较为真实地模拟出一个自动生产加工流水线的工作过程。其中，每个工作单元都可以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主要是气动执行机构和电机驱动机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信号来判断。在MPS 设备上应用多种类型的传感器，分别用于

3、判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色、物体的材质、物体的高度等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工作实现高度自动化的前提之一。在控制方面，MPS 设备采用PLC 进行控制，用户可根据需要选择不同厂家的PLC（英集斯公司主要使用三菱公司的FX2N 系列PLC、西门子公司的S7-200 系列PLC 和S7-300 系列PLC）。MPS 设备的硬件结构是相对固定的，但学员可以根据自己对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC 控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS 设备的控制。三、MPS 的基本功能上料检测单元：功能简介：完成整个系

4、统的上料工作，将大工件输出，判断出其颜色，并将其信息发给后一站。此站可配合触摸屏或组态控制而为整个系统的主站。PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络组成模块：回转料斗、提升装置、光电识别组件操作手单元：功能简介：操作手单元由不同的气动执行部件组成，通过摆动、伸缩、气动抓取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元的输入工位。PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络组成模块：伸出及提升模块、旋转模块、气动夹爪组件立体。加工单元：功能简介：工件将在旋转平台上被检测及

5、加工。通过具有四个工位的加工旋转平台，进行加工模拟，并进行加工质量的模拟检测。PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络组成模块：旋转平台、模拟钻孔模块、模拟检测组件搬运安装搬运单元：功能简介：将工件从前一站搬运至下一站，并可在本站上完成大、小工件的组装。PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络组成模块：直线转旋转运动模块、气动夹爪装置安装单元：功能简介：该单元提供两色小工件，并能将其输入大工件的空腔中。气缸将料仓中的两色小工件交替推出，由真空吸盘吸取，通过转臂输入

6、到大工件的空腔中。PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络组成模块：送料模块、旋转模块、真空组件安立体存储单元：功能简介：该站为仓库存储的模拟，它将系统加工完成的合格产品，按照不同类别，进行分类立体存放。PLC 主机：三菱FX2N 系列、西门子S7 系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus 网络步进电机及驱动器：Start组成模块：步进电机控制模块、滚珠丝杆模块、工件推出组件、立体仓库机械四、MPS 单元的结构与控制第一节：检测单元的结构与控制一、结构与功能检测单元的主要任务有两个，即：识别工件材料和检测工件的尺寸

7、。在 MPS 系统中，它是将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸的检测，并根据要求将满足条件的工件通过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中剔除。该单元模拟了实际生产中对原材料的检测情况。检测单元主要组成为：I/O 接线端口；识别模块；升降模块；测量模块；滑槽模块等。1识别模块识别模块主要由 3 个传感器组成，即：电感传感器、电容传感器和漫射式光电传感器；用于识别工件的材质及颜色。可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。识别模块中的电感传感器、电容传感器及漫射式光电传感器都属于接近开关类传感器，它们分别在以下情况下动作：电感传感器在有金属物质接近它时动作；

8、电容传感器在任何物质接近它时都动作；漫射式光电传感器在接近它的物体反射回来的光线达到一定程度时动作。识别模块的工作原理见下列真值表：2测量模块测量模块的作用是测量工件的高度。它由一个模拟量传感器和传感器支架构成。该模拟量传感器实际上是一个由电位器构成的分压器。该传感器与变送器一起构成一个测量工件高度尺寸的传感系统，由电阻式传感器将测量杆的位移量转变为电位器电阻值的变化，再经变送器器转换为00V 的直流电压信号输出。输出的电压值与测量杆位移量之间成正比例关系。测量模块由一个精密滑台气缸驱动，实现高度测量动作。3升降模块升降模块的作用是将工件由下方运送到上方，准备检测和分流。它主要由一个无杆气缸、

9、一个双作用直线气缸、一个工作平台组成。4滑槽模块滑槽模块提供了两个物流方向。上滑槽可以将工件（合格工件）分流到下一个工作单元，下滑槽可以用于模拟不合格工件的流向（即从本单元剔除）。二、气动控制回路在检测单元的气动控制原理图中，1A 为无杆缸；1B1 和1B2 为磁感应式接近开关；2A为驱动高度测量模块的精密滑台缸；2B1、2B2 为磁感应式接近开关；3A 为双作用推料气缸；3B1 为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2 为控制无杆气缸的电磁阀的两个控制信号； 2Y1为控制滑台缸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。三、电气接口地址MPS 中的每个部件上的输入、输出信号与P

10、LC 之间的通讯电路联接是通过I/O 接线端口实现的。各接口地址已经固定。各单元中的需要与 PLC 进行通讯联接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先联接到了各自的I/O 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。PLCI/O配置表1号站点（上料检测站）I0.0下有盖子I0.1上有盖子I0.2上升到位I0.3下降到位Q0.0转盘Q0.1得电黄失电绿Q0.2红灯Q0.3得电上失电下站点1 相邻两站通讯地址 站点2I1.3Q1.2Q1.3I1.2Q1.1I1.1Q1.0I1.0四、MSP程序控制1控制任务当设备接通电源与气源、PLC 运行

11、后，首先执行复位动作，无杆缸驱动的工件托盘下降缩回到位，检测头缩回到位，工件托盘上无工件。然后进入工作运行模式，放入一个工件，按启动按钮时，检测单元首先对工件的颜色及材质进行识别，并将识别的结果储存起来；然后将工作平台升至上端，根据信号将工件从滑槽中推出去；最后各执行机构都返回到初始位置。2编写程序OB100中程序为：OB1中程序：3下载调试将编辑好的程序下载到 PLC 中运行，调试通过，完成控制任务。第二节：操作手单元的结构与控制一、结构与功能操作手单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程。操作手单元主要由提取模块、滑槽模块、气源处理组件、I/O 接线端口、阀组等组成。1提取模块该模块

12、实际上是一个“气动机械手”，主要由两个直线气缸（提取气缸和摆臂气缸）、一个转动气缸及气动夹爪等组成。提取气缸安装在摆臂气缸的气缸杆的前端，用于实现垂直方向的运动，以便于提取工件。该气缸在结构上不同于一般的直线气缸，它是一个杆不回转型气缸，它的活塞杆为六边形，这样活塞杆就不能随便转动，便于气动手指夹取工件。摆臂气缸构成了气动机械手的“手臂”，可以实现水平方向上的伸出、缩回动作。同时它还是一个双联气缸（有的地方叫倍力缸），它拥有两个压力腔和两个活塞杆，在同等压力下，双联气缸的输出力是一般气缸的两倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在气缸的两个极限位置上分别安装有磁感应式接近开关，用于判断气缸的动作是否到

13、位。转动气缸用于实现摆臂气缸的转动，其转动角度为180°，在气缸的两个极限位置上分别安装有一个阻尼缸（用于缓冲旋转过来的冲击）和一个电感式接近开关（用于判断气缸旋转是否到位）。气动夹爪则用于抓取工件。2滑槽模块此模块只有在带有组态操作的 MPS 系统上才会安装。滑槽模块用于存放不合格的工件。二、气动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。在操作手单元的气动控制原理图中，1A 为旋转气缸；1B1 和1B2 为电感式接近开关；2A 为摆臂双联气缸；2B1、2B2 为磁感应式接近开关；3A 为

14、气动夹爪；3B1 为磁感应式接近开关；4A 为杆不回转的提取气缸；4B1、4B2 为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2 为旋转气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1、2Y2 为控制摆臂气缸的电磁阀的两个电磁控制信号；3Y1、3Y2 为控制气动夹爪开与闭的电磁阀的两个电磁控制信号；4Y1 为提取气缸的电磁阀的电磁控制信号。三、电气接口地址MPS 中的每个部件上的输入、输出信号与PLC 之间的通讯电路联接是通过I/O 接线端口实现的。各接口地址已经固定。各单元中的需要与 PLC 进行通讯联接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先联接到了各自的I/O 接线端口上，在与PLC

15、 联接时，只需使用一根专用电缆即可实现快速连接。PLC I/O配置表2号站点（搬运站）I0.0左摆到位I0.1右摆到位I0.2后退到位I0.3前进到位I0.4放松到位I0.5上升到位I0.6下降到位Q0.0左摆Q0.1右摆Q0.2后退Q0.3前进Q0.4放松Q0.5夹紧Q0.6下降四、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，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，夹爪打开，提取气缸上升到位。然后进入工作运行模式，按启动按钮，操作手单元先摆臂气缸后提取气缸依次伸出，提取气缸伸出到达下端后夹爪夹取工件，夹紧工件后，再按照先提取气缸后摆臂气缸的顺序依次缩回，然

16、后摆臂气缸摆到右端，等待工件送出信号。再次按下启动钮，工件送出，摆臂气缸、提取气缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆过程返回到初始位置。2编写程序 3下载调试将编辑好的程序下载到 PLC 中运行，调试通过，完成控制任务。第三节：加工单元的结构与控制一、结构与功能加工单元可以模拟钻孔加工及钻孔质量检测的过程，并通过旋转工作台模拟物流传送的过程。加工单元主要组成机构有：旋转工作台模块、钻孔模块、钻孔检测模块等。1旋转工作台模块旋转工作台模块主要由旋转工作台、工作台固定底盘、定速比直流电动机、定位块、电感式接近开关传感器、漫反射式光电传感器、支架等组成。在转动工作台上有四个工位，用于存放工件。在每个工

17、位的下面都有一个圆孔，用于光电传感器对工件的识别。电感式接近开关传感器用于判断工作台的转动位置,以便于进行定位控制。2钻孔模块钻孔模块主要由钻孔气缸、钻孔电机、夹紧气缸等组成。钻孔模块用于实现钻孔加工过程。在钻孔气缸的两端、夹紧气缸的两端都安装有磁感应式接近开关，分别用于判断两个气缸运动的两个极限位置。3检测模块检测模块用于实现对钻孔加工结果的模拟检测过程。检测模块主要由检测气缸、检测气缸固定架、检测模块支架及磁感应式接近开关组成。4继电器继电器 K1、K2，分别用于控制钻孔电机和工作台驱动电机。二、气动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控制或手动控制。各

18、执行机构的逻辑控制功能是通过PLC 控制实现的。在加工单元的气动控制原理图中，1A 为钻孔气缸；1B1 和1B2 为磁感应式接近开关；2A 为检测气缸；2B1、2B2 为磁感应式接近开关；3A 为夹紧气缸；3B1、3B2 为磁感应式接近开关；1Y1 为钻孔气缸的电磁阀的控制信号；2Y1 为控制检测气缸的电磁阀的电磁控制信号；3Y1 为夹紧气缸的电磁阀的电磁控制信号。三、电气接口地址MPS 中的每个部件上的输入、输出信号与PLC 之间的通讯电路联接是通过I/O 接线端口实现的。各接口地址已经固定。各单元中的需要与 PLC 进行通讯联接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）

19、都已事先联接到了各自的I/O 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。PLC I/O配置表3号站点（加工检测站）I0.0检测盖子I0.1判断旋转工作台的角度I0.2钻孔电机上升到位I0.3钻孔电机下降到位I0.4检测头上升到位I0.5检测头下降到位I0.6夹紧缸后退到位I0.7夹紧缸前进到位Q0.0旋转工作台转动Q0.1钻孔电机启动Q0.2钻孔电机下降Q0.3检测头下降Q0.4夹紧头前进四、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，钻孔电机上升缩回到位，检测头缩回到位，夹紧头缩回到位，旋转工作台旋转到位。然后进入工作运行模式，在输入

20、工位上有工件的情况下，当按触启动按钮时，旋转工作台转动，将工件传送到加工工位进行钻孔加工；钻孔加工后，旋转工作台再转动一个工位，将工件送到检测工位进行钻孔质量的检测；最后工件被送到输出工位。输出工位的工件由人工取走。2编写程序3下载调试将编辑好的程序下载到 PLC 中运行，调试通过，完成控制任务。第四节：安装搬运单元的结构与控制一、结构与功能安装搬运单元可以模拟提取工件、按照要求将工件分流的过程，同时能提供一个安装工位，实现大、小工件的组装。安装搬运单元主要由提取模块、工件平台、直线转圆周运动装置、气源处理组件、I/O接线端口、阀组等组成。1I/O 接线端口它是该工作单元与 PLC 之间进行通

21、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）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC 上。2提取模块该模块实际上也是一个“气动机械手”，主要由一个直线气缸（上下摆动）、摆臂和气动夹爪等组成。摆臂相当于了气动机械手的“手臂”，只是在这时不能伸缩，只能上下摆动，它由一个安装在下方的直线气缸驱动，在摆臂的前端安装有一个气动夹爪，用于抓取工件。3直线转圆周运动装置提取模块的左右移动及旋转由两个直线气缸所控制，它通过一定的机械转换装，在实现直线运动的同时还能提供圆周运动，这样在本单元上可提供四个工位，分别为左工位（提取工位）、左上工位（安装工位）、右上工位（未用）和右工位（

22、输出工位）。4工件平台工件平台安装在安装工位上，用于实现大、小工件的组装。二、气动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。在安装搬运单元的气动控制原理图中，1A 为1 号双作用直线气缸；1B1 和1B2 为磁感应式接近开关；2A 为2 号双作用直线气缸；2B1、2B2 为磁感应式接近开关；3A 为气动夹爪；3B1 为磁感应式接近开关；4A 为控制手臂上下的直线气缸；4B1、4B2 为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2 为1 号双作用气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1、2Y2 为控制2 号双作用气缸的

23、电磁阀的两个电磁控制信号；3Y1、3Y2 为控制气动夹爪开与闭的电磁阀的两个电磁控制信号；4Y1 为上下摆动气缸的电磁阀的电磁控制信号。三、电气接口地址MPS 中的每个部件上的输入、输出信号与PLC 之间的通讯电路联接是通过I/O 接线端口实现的。各接口地址已经固定。各单元中的需要与 PLC 进行通讯联接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先联接到了各自的I/O 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。4号站点（搬运分拣站）I0.0(I0.2)左边右到位I0.1(I0.3)左边左到位I0.2(I0.0)右边右到位I0.3(I0.1)

24、右边左到位I0.4放松到位I0.5下降到位I0.6上升到位Q0.0左边左移Q0.1左边右移 Q0.2右边左移Q0.3右边右移Q0.4放松Q0.5夹紧Q0.6下降四、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，夹爪打开、摆臂上抬到位，两个直线气缸驱动摆臂左转到最左端。进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂下降夹取工件，抬起后转安装工位，摆臂下降后释放大工件，然后上抬等待小工件的安装（用计时器模拟安装好的信号），有信号后摆臂再次下降夹取工件，上抬后转输出工位；等待输出信号，按下启动按钮，摆臂下，放开工件，上抬后摆臂转左工位，再次等待下一个工作信号。各工位与两直线气缸的位置

25、/状态表：2编写程序3下载调试将编辑好的程序下载到 PLC 中运行，调试通过，完成控制任务。第五节：安装单元的结构与控制一、结构与功能安装单元在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供装配用的小工件。它的具体功能是：按照需要将放置在料仓中的待安装的小工件（黑、白双色）自动地取出，并将其传送到下个工作单元上的大工件空腔中。安装单元主要由 I/O 接线端口、料仓模块、转运模块、小工件平台、气源处理组件、阀组等部件组成。1I/O 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）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC 上。2料仓模块

26、该模块用于储存小工件、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小工件作好准备。该模块主要由料仓、换向气缸、推料缸，推料块、小工件平台等组成。料仓模块的工作过程是这样的：两色小工件分别垂直叠放在各自的料仓中，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（小工件平台），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。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，分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。在该模块的料仓有

27、两个料仓，分别装着黑、白两色小工件，根据需要而选择输出哪种颜色的小工件，而料仓的换向问题由一个双作用的换向气缸解决。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。真空吸盘用于吸取小工件。吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。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

28、的姿态，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。二、气动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控制或手动控制。各执行

29、机构的逻辑控制功能是通过PLC 控制实现的。在安装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为双作用换向气缸；2B1、2B2 为磁感应式接近开关；3A 为真空发生器；4A 为双作用推料气缸；4B1、4B2 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 为控制换向气缸的电磁阀的两个控制信号； 3Y1、3Y2 为控制真空发生器的电磁阀的两个电磁控制信号；4Y1 为控制推料缸的电磁阀的电磁控制信号。三、电气接口地址MPS 中的每个部件上的输入、输出信号与PLC 之间的通讯电路联接是通过I/O 接线端口实现的。5号站

30、点（安装站）I0.0前摆到位I0.1后摆到位I0.2推车前进到位I0.3推车后退到位I0.5助推器后退到位I0.6助推器前进到位Q0.0后摆Q0.1前摆Q0.2推车后退Q0.3推车前进Q0.4断气Q0.5吸气Q0.6助推器得电推进失电后退四、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，旋转气缸驱动的摆臂左转到最左端，摆臂缩回到位，换向气缸伸出，推料气缸缩回到位。然后进入工作运行模式，按启动按钮，摆臂向外摆出，推料气缸推出小工件，摆臂摆回吸取小工件后，向外摆出，至极限位置后，释放小工件，然后摆臂摆回，同时料仓在换向气缸的驱动下换向，为下次另一种小工件的输出作好准备。

31、每按一次启动按钮就执行一个工作循环，而在每一次工作循环后，料仓都必须交替自动换向。2编写程序3下载调试将编辑好的程序下载到 PLC 中运行，调试通过，完成控制任务。第六节：立体存储单元的结构与控制一、结构与功能立体存储单元可作为 MPS 系统中的最后单元，在整个系统中，接收并存储前方各单元加工处理后的工件。它的具体功能是：在接收工位接收前一单元送来的工件，按照工件信息而自动运送至相应仓位，并将工件推入立体仓库存储。立体存储单元主要由 I/O 接线端口、步进驱动模块、丝杆驱动模块、工件推出装置、立体仓库、气源处理组件等部件组成。1I/O 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