2023年生产线系统课程设计指导书

实训教学指导书

机电一体化柔性装配系统PLC控制

天津市龙洲科技仪器有限公司

机电一体化柔性实训教学系统

目录

机电一体化柔性装配系统概述..................................................................1

第一单元上料单元...........................................................................5

一、单元简介.............................................................................5

二、实训目的..............................................................................7

三、实训设备..............................................................................7

四、实训内容与步骤........................................................................8

五、控制要求..............................................................................9

六、I/O编号分配表........................................................................14

第二单元下料单元..........................................................................16

一、单元简介.............................................................................16

二、实训目的.............................................................................18

三、实训设备.............................................................................18

四、实训内容与步骤.......................................................................18

五、控制要求.............................................................................19

六、I/O编号分配表.......................................................................22

第三单元加盖单元..........................................................................24

一、单元简介.............................................................................24

二、实训目的.............................................................................25

三、实训设备.............................................................................25

四、实训内容与步骤......................................................................26

五、控制要求.............................................................................27

六、I/O编号分配表.......................................................................29

第四单元穿销单元..........................................................................31

一、单元简介.............................................................................31

二、实训目的.............................................................................32

三、实训设备.............................................................................32

四、实训内容与步骤......................................................................32

五、控制要求.............................................................................34

六、I/O编号分配表.......................................................................36

第五单元模拟单元..........................................................................38

一、单元简介............................................................................38

二、实训目的.............................................................................39

三、实训设备.............................................................................39

四、实训内容与步骤......................................................................39

五、控制要求.............................................................................40

六、I/O编号分配表.......................................................................42

I

机电一体化柔性实训教学系统

第七单元伸缩换向单元.....................................................................44

一、单元简介............................................................................44

二、实训目的.............................................................................46

三、实训设备.............................................................................46

四、实训内容与步骤......................................................................46

五、控制要求.............................................................................47

六、I/O编号分配表.......................................................................50

第八单元检测单元..........................................................................52

一、单元简介.............................................................................52

二、实训目的.............................................................................53

三、实训设备.............................................................................53

四、实训内容与步骤......................................................................53

五、控制要求.............................................................................54

六、I/O编号分配表.......................................................................56

第九单元分拣单元..........................................................................58

一、单元简介.............................................................................58

二、实训目的.............................................................................59

三、实训设备.............................................................................59

四、实训内容与步骤......................................................................59

五、控制要求.............................................................................60

六、I/O编号分配表.......................................................................64

第十单元升降梯立体仓库单元...............................................................66

一、单元简介.............................................................................66

二、实训目的.............................................................................70

三、实训设备.............................................................................70

四、实训内容与步骤......................................................................70

五、控制要求.............................................................................72

六、I/O编号分配表.......................................................................78

第十一单元传送单元.......................................................................80

一、转角单元............................................................................80

二、直线单元.............................................................................81

第十二单元装配生产线全程连续控制.........................................................82

一、实训目的.............................................................................82

二、实训设备.............................................................................82

三、实训内容与步骤......................................................................82

四、控制要求.............................................................................85

五、系统全程控制中需注意的问题..........................................................86

六、I/O编号分配表.......................................................................86

七、主站控制变量传送分配表..............................................................86

2

机电一体化柔性实训教学系统

附录..................................................................................88

附录1：上料单元电源系统图................................................................88

附录2：上料单元气动原理图................................................................89

附录3：上料单元PLC控制接线图...........................................................90

附录4：下料单元电源系统图................................................................91

附录5：下料单元PLC控制接线图...........................................................92

附录6：加盖单元电源系统图................................................................93

附录7：加盖单元PLC控制接线图...........................................................94

附录8：穿销单元电源系统图................................................................95

附录9：穿销单元气动原理图................................................................96

附录10：穿销单元PLC控制接线图..........................................................97

附录11：模拟单元电源系统图..............................................................98

附录12：模拟单元气动原理图..............................................................99

附录13：模拟单元PLC控制接线图.........................................................100

附录14：伸缩换向单元电源系统图.........................................................101

附录15：伸缩换向单元气动原理图.........................................................102

附录16：伸缩换向单元PLC控制接线图.....................................................103

附录17：检测单元电源系统图..............................................................104

附录18：检测单元PLC控制接线图.........................................................105

附录19：分拣单元电源系统图..............................................................106

附录20：分拣单元气动原理图..............................................................107

附录21：分拣单元PLC控制接线图.........................................................108

附录22：升降梯立体仓库单元电源系统图...................................................109

附录23：升降梯立体仓库单元气动原理图...................................................110

附录24：升降梯立体仓库单元PLC控制接线图...............................................111

附录25：电源系统总图....................................................................112

附录26：电源系统用电分配图..............................................................113

附录27：气路连接总图....................................................................114

附录28：S7-300PLC控制接线图...........................................................115

附录29：移动配电平台用户扩展接口分配图.................................................116

3

机电一体化柔性实训教学系统

机电一体化柔性装配系统概述

Me093399型机电一体化教学系统是以工业生产中的自动化装配生产线为原型开发的教学、实

验、实训综合应用平台。本装置采用铝合金结构件搭建各分站主体设备，选取多种机械传动方式

实现站间串联，整条生产线充分展现了实际工业生产中的典型部分。系统控制过程中除涵盖多种

基本控制方法外，还凸现组态控制、工业总线、电脑视觉、实时监控等先进技术，为培养现代化

应用型人才创设了完整、灵活、模块化、易扩展的理想工业场景。

为便于协调整个生产线的全程控制，系统设置了一个主站总控制台，主站总控制台是整个装

配生产线连续运行的指挥调度中心，其主要功能是实现全程运行的总体控制，完成全系统的通讯

连接等。

装配生产线示意图如图1所示。

图1连续生产线示意图

I

机电一体化柔性实训教学系统

整个系统主要由12个从站点组成，每个从站单元完成特定的工作任务，以装配、检验、分拣、

入库的方式顺序完成各种装配操作和物流处理过程。各单元的主要功能如下所述：

1.铳床单元（站点1）：本站有工件时，进行自动卡紧和铳削加工。

2.上料单元（站点2）：根据工件的位置情况，从料槽中抓取装配主体送入数控铳床单元或

将铳床单元加工后的产品转送下料单元。

3.下料单元（站点3）：将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇

机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。

4.加盖单元（站点4）：通过直流电机带动蜗轮蜗杆，经减速电机驱动摆臂将上盖装配至工

件主体，完成装配后工件随托盘向下站传送。

5.穿销单元（站点5）：通过旋转推筒推送销钉的方法，完成工件主体与上盖的实体连接装

配，完成装配后的工件随托盘向下站传送。

6.模拟单元（站点6）：本站增加了模拟量控制的PLC特殊功能模块，以实现对完成装配

的工件进行模拟喷漆和烘干，完成喷漆烘干后的工件随托盘向下站传送。

7.伸缩换向单元（站点7）：将前站传送过来的托盘及组装好的工件经换向、提升、旋转、

下落后伸送至传送带向下站传送。

8.检测单元（站点8）：运用各类检测传感装置对装配好的工件成品进行全面检测（包括上

盖、销钉的装配情况，销钉材质、标签有无等），并将检测结果送至PLC进行处理，以此作为后

续站控制方式选择的依据（如分拣站依标签有无判别正、次品；仓库站依销钉材质确定库位）。

9.分拣单元（站点9）：根据检测单元的检测结果（标签有无），采用气动机械手对工件进行

分类，合格产品随托盘进入下一站入库；不合格产品进入废品线，空托盘向下站传送。

10.升降梯立体仓库（站点10）：本站由升降梯与立体仓库两部分组成，可进行两个不同生

产线的入库和出库。在本装配生产线中可根据检测单元对销钉材质的检测结果将工件进行分类入

库（金属销钉和尼龙销钉分别入不同的仓库）。若传送至本单元的为分拣后的空托盘,则将其放行。

综上所述，站点1、2、3、4、5主要完成顺序逻辑控制；站点6实现对模拟量的控制；站点

8综汇了激光发射器、电感式、电容式、色彩标志等多种传感器的应用，站点9突出体现了气动

机械手的控制，站点10则实现步进电机的控制。

在装配生产线运行中各个站点既可以自成体系，彼此又有一定的关联。为此，采用了

PROFIBUS现场总线技术，通过1个主站（S7—300系列PLC）和10个从站（S7—200系列PLC）

组成系统，实现主从站之间的通信联系，控制系统组成框图如图2所示。

在主站总控制台的上位计算机上安装有Wince组态监控软件，Wince所创建的监控功能可通

过动画组件对各单元的工作情况进行实时模拟，为操作人员提供系统运行的相关信息，实现装配

生产线的全程监控。

完成本实训项目涉及到现场所需的诸多综合技术应用，如：机械传动技术、电气控制技术、

2

机电一体化柔性实训教学系统

气动与液压技术、传感器的应用、PLC控制技术、过程控制技术和现代化生产中的组态控制、工

业总线、电脑视觉、实时监控等。

在完成项目时应由易到难，逐步深入，可从单站控制入手。完成单站控制的步骤如图3所示：

图3单站控制的完成步骤

在每一站点单元控制的基础上可以再扩展为系统的全程控制，进而完成PROFIBUS现场总线控制和

对整个模拟生产线的实时监控。

3

机电一体化柔性实训教学系统

主站CPU单元6ES7315-2AG10-0AB0+6SE7307-IBA00-0AA0电池+40针前连接器6ES7

PC+WINCC

392-1AM00-0AA0+存储卡6SE7953-8LF00-0AA0+I/O数字模块(16)6SE7323-1BL00-0AA0+W

组态监控软件

板6ES7390-1AE80-0AA0+STEP7V5.2编程软件

PROFIBUS总线

从

从

从

从

从

从

从

站

站

站

站

站

站

站

一

56789二

0

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中

++中++

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中

中

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变

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模

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拟

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量

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222222

222222

666666

图2控制系统组成框图

4

机电一体化柔性实训教学系统

第一单元上料单元

一、单元简介

上料单元是整个装配生产线的起点，该单元的主要功能是根据不同的控制要求从料槽中抓取装配主

体送入数控铳床单元或将铳床单元加工后的产品转送下料单元。

本单元的主体结构组成如图1-1所示，包括扬臂同步带传动机构，旋转行星齿轮传动机构、水平移

动支架及其齿轮齿条传动机构、托盘直线传送单元、托盘转向从动单元、轨道等。

图1-1工件主体上料单元

本单元在结构设计中涉及到行星齿轮系、螺纹微调机构、齿轮齿条机构、张紧机构等相关的机械原

理、机械零件知识，行星齿轮系的结构图如图1-2所示：

机构名称：行星齿轮系

工作特性：降速比大，增加扭矩

齿轮0和电机安装在一起，齿轮A与齿轮

0、B相啮合。

本机应用目的：齿轮A带动旋转盘（齿轮B）取、送

件。

图1-2行星齿轮系结构图

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机电一体化柔性实训教学系统

螺纹微调机构结构图如图1-3所示:

机构名称：螺纹微调机构

双端螺纹管

工作特性：调动螺母，利用螺距差实现微调

通过旋转此处进行微动调节

本机应用目的：调节平行四边形的精度

长双端螺纹管双端螺纹管短双端螺纹管

图1-3螺纹微调机构结构图

齿轮齿条机构结构图如图14所示：

直流电机2455

机构名称：齿轮齿条机构

0

工作特性：降速比大，增加水平推动力

A

齿轮0和电机安装在一起，与齿轮A相

B