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摘 要 随着电子和信息技术的发展,特别是随着计算机的出现和广泛应用,国内外对自动生产线技术的研究非常重视,已经进行了大量研究,自动化工业发展极快。自动化生产线融合了气动技术、传感器技术、 术、计算机及网络通讯技术等众多学科于一身,增强我们对机电一体化专业知识应用的感性认识,并提高解决综合问题的能力。 本文以自动生产线的加工系统为例,对模块化生产系统开发过程中控制系统开发的相关技术进行了研究。确定了以 7核心的控制系统,完成了加工系统总体功能设计与分解以及各个模 块的功能设计与分解,完成了系统加工模块工艺流程的详细设计、 序设计、为模块之间的协调工作设计了合理的传递信息,完成了各个模块的联机工作工艺流程详细设计。 关键字 : 产线;加工系统; 自动化 of of on of of of to a of to In of as an of in of A 7LC as of of to of is LC to to of 目 录 第一章 绪论 1 动化技术的现状与发展 1 编程序控制器的现状与发展 1 论文主要内容 2 章小结 3 第二章 加工系统总体功能设计与分解 4 工系统总体功能设计与分解 4 工控制系统 7 章小结 10 第三章 系统工艺流程设计 11 工系统控制要求 11 统 I/0 布置 11 工系统工艺流程详细设计 13 章小结 16 第四章 控制程序编制与调试 17 序编制 17 序仿真 19 章小结 21 总结与展望 22 致 谢 23 参考文献 24 附录 25 第 一 章 绪论 动化技术的现状与发展 随着电子和信息技术的发展,特别是随着计算机的出现和广泛应用,国内外对自动化生产线技术的研究非常重视,已经进行了大量的研究,自动化工业发展极快。 虽然我国对自动化生产线技术的研究十分重视,近年来已在研究和应用上作了大量工作。但是由于: ( 1) 工业企业效益不好, 就投资类需求看出,我国还没有很好的完成工业化任务; ( 2) 微电子技术落后, 不能很好支撑工控的发展。工控要配套的集成电路、电力电子器件,关键外部设备和系统软件等基本依靠进口,致使工控产品开发周期较长; ( 3) 我国的工控人才整体水平不高,而工控产品开发和推广应 用对人才要求较高(即懂机又懂电,即懂 工控硬软件又懂应用工业工艺的复合人才) 。 这些情况都导致了国内自动化生产线市场几乎被日本和德国垄断,如西门子,三菱,川崎,本田等等,国内能独立生产自动化生产线的基本没有,针对在当今我国工业自动化水平还比较低,大量企业的机器设备还需要工人进行手工操作,这些情况已经成为制约我国科技和生产力进步的沉重枷锁。所以,采用各种办法加速我国传统企业的自动化改造,大力发展我国自动化技术已经成为当务之急。在这种情况下,向大众普及自动化技术知识,宣传自动化技术是十分必要的。 编程序控制器的现状与发展 第一台可编程控制器( 设计规范是美国通用汽车公司提出的,当时的目的是要求设计一种新的控制装置以取代继电器盘,在保留了 继电器控制系统的简单易懂。操作方便、价格便宜等优点的基础上,同时具有现代化生产线所要求的时间响应快、控制精度高、可靠性好、控制程序可随工艺改变、易于与计算机接口、维修方便等诸多高品质与功能。这一设想提出后,美国数字设备公司( 1969 年研制成第一台 号为 入通用汽车公司的生产线控制中,取得了令人满意的效果,从此开创了 新纪元。在短时间内, 其他工业部门也得到应用。到 20 世纪 70 年代初,食品、金属和制造等工业部门相继使 用 替继电器控制设备,迈出 其实用化阶段的第一 步。 70 年代中期,由于大规模集成电路的出现,使 8 位微处理器和位片处理器相继问世,在逻辑运算功能的基础上,增加了数值运算、闭环控制,提高了运算速 度,扩大了输入输出规模。在这个时期,日本、西德(原)和法国相继研制出自己的 国在 1974 年也开始研制。 70 年代末由于超大规模集成电路的出现,使 大规模、高速性能方向发展,形成了多种系列化产品。进入八九十年代后, 软硬件功能进一步得到加强, 发展成为一种可提供诸多功能的成熟的控制系统,能与其他设备通信,生成报表,调度产出,可诊断自身故 障及机器故障。 来的发展不仅依赖于对新产品的开发,还在于 其他工业控制设备和工厂管理技术的综合。无疑, 在今后的工业自动化中扮演重要角色。在未来的工业生产中, 成为实现工业生产自动化的三大支柱。 目前 以下几个方向发展: ( 1) 大型网络化:主要朝 向发展,网络化和强通信能力是 展的一个主要的方面,向下与多个智能装置相连,向上与工业计算机 等相连构成特殊的控制任务。 ( 2) 多功能:为了适应特殊功能的需要,连续推出多种智能模块,如模拟量输入输 出、回路控制、通信控制、机械运动控制、高速技术、中断输入等。 用越来越广泛,对自动化生产线技术提出越来越高的要求,同时也为自动化技术的革新提供了必要条件,使其 开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展。根据近几年的资料表明 , 国外的自动生产线中 60%都采用 完成,在先进工业国家中 成为自动化控制的标准设备,应用几乎覆盖了所有工业企业。可编程序控制器已经广 泛用于各行各业,用可编程序控制器设计自动控制系统已成为世界潮流 。 在我们国家,可编程序控制器的应用范围不断扩大,正处于方兴未艾之势。 论文主要内容 课题研究目的 本论文的研究目的是解决自动生产线加工系统研制开发过程中所涉及到的系统总体功能设计与分解、系统模块功能设计与分解、工艺流程详细设计、 序设计等关键控制技术,开发出一条集工业总线技术、机械传动与执行机构技术、制技术、电气控制技术、传感器技术于一体的自动生产线加工系统,为生产加工系统的开发设计提供了技术上的探索和有益的借鉴。 课题研究任务 本论文涉及的主要研究任务包括: ( 1) 系统总体功能设计与分解。在分析系统工作原理的基础上,确定生产加工系 统的总体功能,并对总体功能进行分解,确定系统的组成模块。 ( 2) 各个模块的功能设计与分解。在确定了系统的总体功能以及组成模块的基础上,对各个组成模块的功能进行设计和分解,为进行各个模块控制器的开发、工艺流程的详细设计、程序流程的详细设计奠定基础。 ( 3) 加工系统工艺流程详细设计。完成加工系统的多功能工艺流程的设计,包括详细的工艺流程设计、程序流程设计、 序设计。 章小结 本章分析了自动化技术的现状与发展状况,分析了可编程序控制器的现状与发展;论述了本课题的目的,明确了本课程的研究内容,为下面论 文做好了规划。 第 二 章 加工系统总体功能设计与分解 工系统工作原理 在加工系统中,工件将在旋转平台上被加工及检测。本系统设计了六个旋转板,四个工位,工位的轮换由直流电机驱动旋转平台转动实现。平台的定位由传感器结合程序实现,光电式传感器检测平台的位置。多个工位可以同时完成多个工件的加工检测,工件在平台平行地完成工件的检测及加工。由带电感式传感器的电磁执行装置来检测工件是否合格的孔深,在进行钻孔加工时,电磁执行件夹紧工件,加工完的工件通过电动推杆传送到下一个工作站。加工系统主要由旋转工作台模块、检 测模块、钻孔模块、等组成。 光电式传感器固定在加工模块的铝合金底板上,在第一个工位的下方。当工作台转到第一个工位时,由于工作台在各个工位处均留有圆孔,如果第一 工位上没有工件,光电式传感器发出的光线将直接穿过圆孔,而不被遮挡,即没有反射光线返回给传感器,则传感器的输出信号为 “0”,如果此时该工位上放有工件,则孔被工件挡住,工件将光线反射给传感器,则传感器的输出信号为 “1”,利用光电传感器信号的变化即可判断是否有工件放在了 1 号工位上。 工件放置到 1 号工位后,如果 2 号位的工件加工完毕, 3 号位的工件检测完毕且 4 号位 工件被推到下一站时,工作台转动一个工位,这样 1 号工位的工件被送到 2 号工位用于检测, 2 号工位的工件被送到 3 号工位加工, 3 号工位的工件被送到 4 号工位取走, 4 号位工件被取走。 工系统总体功能设计与分解 在加工系统中,工件将在旋转平台上被检测及加工。本系统设计了六个旋转板,其中有四个工位,工位的轮换由直流电机驱动旋转平台转动实现。平台的定位由传感器结合程序实现,光电式传感器检测平台的位置。多个工位可以同时完成多个工件的检测加工,工件在平台并行地完成钻孔的检测及加工。 检测系统检测合格的工件通过滑槽被输送到工 作平台的 1 号位,由带光电式传感器来检测工件是否有放置在正确的位置,在 2 号位进行工件检测,利用电磁柱塞来检测工件的孔是否向上。检测完的工件需要传输至 3 号位进行对工件材质的判断后再对金属工件进行钻孔加工,在进行钻孔加工时,夹紧执行机构夹紧工件,以实现工件的定位夹紧。结构如图 2示: 图 2加工系统图 由此加工系统主要设计了三个模块 :旋转工作台模块、检测模块、钻孔加工模块。 l)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、传动齿轮、直流电机、定位凸轮、电感式接近开关传感 器、漫反射光电传感器、支架等组成。旋转工作台模块结构如图 2示 : 图 2旋转工作台模块 在工作台上有 6 个旋转板,用于存放工件,每个工位的下方都有一个圆孔,用于光电传感器对工件进行识别。 直流电动机用于驱动工作台转动,它通过一对齿轮减速后将动力传递到工作台。通过工作台的转动实现各个工位上工件的流动。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。对于工作台的 6 个旋转板,分别有 6 个金属的定位凸块与之相对应,各个凸块与工作台相对固定。当凸块接近电感式接近开关时,就会使电感 式接近开关动作。该信号可以用来判断工作台是否转动到了工位。 1 号位 2 号位 3 号位 4 号位 光电式传感器固定在加工系统的铝合金底板上,在第一个工位的下方。当工作台转到第一个工位时,由于工作台在各个工位处均留有圆孔,如果第一工位上没有工件,关电式传感器发出的光线将直接穿过圆孔,而不被遮挡,即没有反射光线返回给传感器,则传感器的输出信号为 “0”,如果此时该工位上放有工件,则孔被工件挡住,工件将光线反射给传感器,则传感器的输出信号为 “1”,利用光电传感器信号的变化即可判断是否有工件放在了 1 号工位。 2)检测模块 检测模块主要用于实现对加工件的检 测,检测系统主要由光电式传感器、电磁柱塞(检测装置)及电感传感器组成。检测模块的结构如图 2示: 图 2检测模块图 其工作原理是 :在检测工件时,电磁柱塞能下降到位,则认为工件合格,若电磁柱塞不能下降到位,则认为工件不合格,电磁柱塞的位置是通过安装在下端的电感传感器来判断的。 3)钻孔模块 钻孔模块的结构如图 2示 。它一般由钻孔电机、钻孔装置、夹紧装置、钻孔模块支架等组成。 图 2钻孔模块图 钻孔模块实现的是钻孔加工过程,该钻孔模块用于工件孔的加工。电力设备保留了工件夹紧,送料及钻孔电机返回的行动影响通过与线性驱动齿轴的手段。一个电子齿轮驱动线性轴和中继电路用于启动马达 , 该钻机马达使用 24 伏直流电并且速度不可调。最终位置传感器的方式是通过行程开关的手段,接近极限开关引起的轴的线性运动的方向逆转。 工控制系统 门子 介 列 用于各行各业,各种场 合中的检测、检测及控制的自动化。 列的强大功能使其无论在独立运行中,或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 列具有极高的性能 /价格比。 列出色表现在以下几个方面: *极高的可靠性 *极丰富的指令集 *易于掌握 *便捷的操作 *丰富的内置集成功能 *实时特性 *强劲的通讯能力 *丰富的扩展模块 列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛,覆盖所有与自动检测,自动化控制有 关的工业及民用领域 ,包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、 环境 保护设备等等。 如:冲压机床、磨床、印刷机械、橡胶化工机械、中央空调、电梯控制、运动系统。 感器和电源选用 在加工系统中,各个模块的输入信号大部分为传感 器信号,传感器信号也是控制系统进行控制的主要依据。执行机构的起停 控制、动作顺序均是以此为依据,传感器检测点的设置合理与否,也直接决定了系统控制流程与控制策略的合理性及实现的难易程度,因而再次系统中我们选用了光电传感器和电感式传感器。 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转化 成光信号的变化,然后借助光电元件进一步将光信号转化成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电式传感器是以光电器件作为转换元件的传感器,光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点,而且可测参数多,传感器的机构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移,压力,流量,振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化,在由电路转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到电量的转换。 电感式传感器具有一下特点: ( 1)机构简单 ,传感器无活动点触点,因此工作可靠寿命长。 ( 2) 灵敏度和分辨率高,能测 出 米的位移变化。传感器的输出信号强,电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。 ( 3)线性度和重复性都比较好,在一定位移范围(几十 微米至数毫米)内,传感器非线性误差可达 同时,这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是,它有频率响应较低,不宜快速动态测控等缺点。 加工系统使用的是单相交流电源 连接到传感器和变送器执行器的执行驱动电压需要 的是 以这里要变频器,并加上电容进行滤波处理。 制系统软件 用于 编程逻辑控制器组态和编程的标准软件包。它是业软件的组成部分。有下列版本的 准软件包: 1) 用于 7简单单站应用的 西门子公司专为 7列可编程序控制器研制开发的编程软件,它是基于 应用软件,功能强大,即可用于开发用户程序,又可实时监控用户程序的执行状态。 程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发,其主要实现以下功能。 (1)在脱机(离线)方式下创建用户程序,修改和编辑原有的用户程序。在脱机方式时,计算机与 开连接,此时能完成大部分的基本功能,如编程、编译、调试和系统组态等,但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。 (2)在联机(在线)方式下可以对与计算机建立通信关系的 接进行各种操作,如上载、下载用户程序和组态数据等。 (3)在编辑程序的过程中进行语法检查,可以避免一些语法语法错误和数据类型方面的错误。经语法检查后,梯形图中错误处的下方自动加红色波浪线,语句表的错误行前自动画上红色叉,且在错误处加上红色波浪线。 (4)对用户程序进行文档管理,加密处理等。 (5)设置 工作方式、参数和运行监控等。 2)用于使用带有各种功能 777 准软件包。 准软件包运行在 8/2000/ ,与 图形和面向对象的操作原则相匹配,支持自动控制任务创建的各个阶段。 准软件包提供的主要应用工具如下: (1)理器 用于集中管理一个自动化控制项目,可以方便地浏览 7, 7, 所有工具软件和数据,编辑数据所需要的工具在启动 (2)符号编辑器 用于定义符号名称、数据类型和注释全局变量,管理所有的共事符号。符号编辑器的功能是:定义符号名称和过程信号的注释;进行功能分类;与其他 (3)硬件组态 用于对自动化系统进行硬件配置和参数赋值。硬件组态工具的功能是:进行自动化系统的配置,从编程元素目录中选择硬件模板。分配到机架中期望的插槽;对分布式 I/0 的配置与集中 I/0 的配置方式相同,同时支持通道专用 I/0;进行 I/0参数的属性设置, 如 启 动特性和扫描时间可在菜单帮助下调整、支持多次计算;输入的数据存储在 系统数据块中;进行硬件模板的参数设置,可以从屏幕上定义所有模板的可调参数,而不必通过 关设置,当 电时,自动进行硬件模板的参数设置,在更换模板时 无需 做另一次 参数设置;进行功能模板( 通信 处理器( 参数设置,对每个 板提供专用的屏幕格式与则(有专门的软件包),为防止输入错误的数据,在参数设置 屏幕 中只能输入允许的数据。 (4)通信组态 用于定义经 接的自动化组件之间,使用 间驱动的周期性数传送,或定义用 业以太网进行的事件驱动数据传送。通信 组态工具的能是:组态的连接和显示;通过 行的由时间驱动的循环数据传送;定义由事件驱动的数据如通信连接,从集成块库中选择通信块;用编程语言(如所选通 信块进行参数设置。 (5)硬件诊断 用于提供 工作状态概况,快速浏览 据和用户程序在运行中的故障原因。 硬件诊断工具的功能是:快速直接读取信息文本;显示模板的一般信息,如模板的订货号、版本号、模板的状态;显示模板的故障。如集中 站的通道故障;用户程序运行中的故障原因;显示循环周期:显示占用和未占用的存储区; 容量和利用率;显示性能数据。如可能的输入 /输出点数、位存储器、计数器、定时器和块。 (6)编程语言 可以使用梯形图( ,语句表( 功能块图( 编程语言。还可以根据控制任务的需要,选择其他的编程语言和组态工具,如连续期能图 准控制语言 序控制流程图 态图 57级语言 +等。 章小结 本章在分析了生产加工系统原理的基础上,确定了生产加工系统总体功能,并对总体功能进行了分解,确定了系统的组成模块。同时对加工系统控制器开发过程中用到的相关技术、工具、软硬件系统、传感器进行了分析。本章的研究内容是后续工作的基础和保障,是进行加工系统设计开发的依据。 第 三 章 系统工艺流程设计 工系统控制要求 加工系统是 司 动生产线中唯一只使用电气驱动器的工作系统。该系统主要由 制面板、继电器、旋转工作台、检测装置、钻孔装置、夹紧装置、推杆、各类传感器等组成。加工系统的主要作用是对工件进行孔深检测,然后对工件进行钻孔加工,并将加工过的工件送到下个站。 上电时要求按复位按钮,点亮允许复位指示灯,各工件部件 应回到初始状态(推杆退回、钻孔装置上升、工作台电机控制继电器释放)。 按复位按钮工作部件回到初始位置后应点亮允许启动指示灯,按启动健工作系统开始工作。 工作系统开 始工作后,如果下个工位处于空闲状态且本工位工件输入位置有工件,则旋转工作台转动。旋转工作台转动过程中,如果定位传感器动作,则旋转工作台停止准备进行孔深检测及钻孔。 如果检测工位有工件,则执行孔深检测;钻孔工位有工件,则执行钻孔。如果 2 个工位都,则同时进行孔深检测、钻孔操作,同时结束本次工作循环。 统 I/0 布置 入信号设置 在加工模块的控制系统中,输入信号是所有动作执行的主要依据,不同的输入信号将决定不同的执行动作,输入信号设置是否合理,将直接决定整个控制系统工艺流程的优劣,也直接决定了控 制流程实现的难易程度,在该系统中输入信号主要分为两类 : 1)开关即按钮控制信号 该种类型的信号主要实现系统的启动、停机、复位、紧急停车功能。其中启动信号用来实现系统的启动,使得系统在满足初始条件时进入工作状态。停机信号用来停止系统的工作状态,跟急停功能不一样的是,按下停止按钮后,系统不会立刻停止运行,而是完成正在执行的循环的所有动作之后,也就是完成整个工件的工艺流程之后,系统才会停止动作。加工模块 按钮信号地址分配情况如表 3示 : 表 3加工系统 按钮信号地址分配情况: 序号 地 址 元件符号 元件名称 元件用途 信号特征 1 动 按钮开关 启动设备 信号为 1 表示按钮按下 2 止 按钮开关 停止设备 信号为 1 表示按钮按下 3 位 按钮开关 初始化设备 信号为 1 表示按钮按下 4 停 按钮开关 紧急停车 信号为 1 表示按钮按下 2)传感器信号 该种类型的信号主要来自传感器,包括转台等执行机构的位置传感器,以及每个工位用于判断是否有工件的光电传感器。加工模块 按钮信号地址分配情况如表 3 表 3加工系统 按钮信 号地址分配情况: 序号 地址 元件符号 元件名称 元件用途 信号特征 5 电式传感器 判断 1 号位有无工件 信号为 l 表示 1 号工位有工件 信号为 0 表示 1 号工位有工件 6 电式传感器 判断 2 号位有无工件 信号为 l 表示 2 号工位有工件 信号为 0 表示 2 号工位有工件 7 感式传感器 判断电磁柱塞的位置 信号为 1 表示电磁柱塞在下限位 11 电式传感器 判断工作台是否到位 信号为 l 表示工作台到位 信号为 0 表示工作台没有到 8 感式传感器 判断工件的材质 信号为 1 表示工件是金属材质 9 程开关 判断钻孔装置的位置 信号为 1 表示钻孔装置在上限位 10 程开关 判断钻孔装置的位置 信号为 1 表示钻孔装置在下限位 12 电传感器 判断 3 号位有无工件 信号为 1 表示 3 号位有工件 出信号设置 输出信号主要用于控制电磁阀和继电器动作,以达到控制各种执行机构的目的,当输出信号为 1 时,相应的电磁阀动作,从而达到控制相应的执行机构的目的。在加工模块中需要控制的执 行机构包括 :工作台电机、钻孔电机、夹紧装置、检测装置。加工模块 输出控制信号地址分配情况如表 3 表 3加工系统 输出控制信号地址分配情况: 序号 地址 元件符号 元件名称 元件用途 信号特征 13 电器 控制工作台电机 号为 1 控制工作台电机动 14 磁阀 控制电磁柱塞动作 信号为 1控制电磁柱塞下降 信号为 0控制电磁柱塞上升 15 电器 控制钻孔电机 号为 1 控制钻孔电机 动 16 电器 控制上升 /下降电机 制 转 17 电器 控制上升 /下降电机 制 转 18 磁阀 控制夹紧装置动作 信号为 1控制夹紧装置伸出 信号为 0控制夹紧装置退回 19 磁阀 控制推杆动作 信号为 1 控制推杆推动 20 _许启动 指示灯 允许启动 信号为 1 允许启动 信号为 0 不允许启动 21 _许复位 指示灯 允许复位 信号为 1 允许复位 信号为 0 不允许复位 22 _许急停 指示灯 允许急停 信号为 1 时是允许急停 信号为 0 时是不允许急停 工系统工艺流程详细设计 工系统自动工艺流程详细设计 自动连续控制:主要用于实现工件的自动连续生产,可以实现工件某一道工序的循环执行,在设备满足正常启动的情况下,只需要按下启动按钮,设备就会按照预先设计好的工作流程自动连续循环运行,可以实现产品某一道工序的批量加工。 1) 启动初始条件的设定 为了保证设备运行的安全,在程序正式启动前加工系统首先需要确认该系统是否满足启动条件。为了避免工作初始阶段出现执行 机构互相干涉或碰撞的情况发生,在其正式进入工作过程之前,首先要确保该系统的所有执行机构都要处于初始状,主要包括以下几个方面: ( 1) 旋转工作台处于正确位置; ( 2) 检测装置处于上端位置; ( 3) 钻孔装置处于最上端位置; ( 4) 3 号位用于 固定工件的夹紧装置处于退回位置; 只有当上述条件都满足时,加工系统才会进入到真正的工作阶段,否则将不会执行 任何动作,如果条件不满足,需要先对其进行复位,复位功能的作用以及设计和实现过程将在后面的章节中详细的进行介绍。 2) 检测结果的判断 检测模块用于检测工件孔的深度是否合格, 根据设计将深度小于设定深度的工件定为不合格,对于检测模块来说,当孔的深度小于设定深度时,在设定的时间内,检测装置向下运动时将无法运动到最下端,这样安装在检测装置下端的电感传感器将不工作,不会有信号输出。如果孔深度合格,在设定的时间内,检测 装置向下运动时将以运动到最下端,这样安装在检测装置下端的电感传感器会工作有信号输出。 自动功能主要实现的是多个工件的工艺流程,该工艺流程较为复杂。自动功能的详细工艺流程如图 3示: 图 3 自动功能的流程图 工系统急停工艺流程详细设计 急停控制 是一种安全保护控制功能。当设备在运行过程中出现了某种危险情况,危及到人身安全、设备安全或生产安全的时候,应当能够通过人为的干预使设备立即停止运行。这种控制功能应该是随时可以实现的。它不同于 “停止 ”的控制功能,在 “急停 ”指令发出后,所有执行机构无论其运行状态、运行位置如何,都有立即停止运行,并保持不动。 对于不同的工作站来说,因为其所实现的功能不同,其急停所要实现的功能也有所不同。对于加工系统来说,其执行机构主要有以下几种 :驱动旋转工作台转动的直流电机 ; 2 号位用于检测的电磁柱塞 ; 3 号位 用于 夹紧工件的夹紧装置 ;3 号位用于钻孔的钻孔电机 ; 4 号位用于推工件的推杆。当按下急停按钮时,上述执行机构应该都保持静止不动。急停功能的详细工艺流程如图 3示: 图 3急停功能流程图 工系统复位工艺流程详细设计 复位控制是当生产设备的执行机构由于某种原因不满足运行初始条件时,就需要有这样一个控制功能 :通过简单的操作 (如按下复位按钮 )就能使设备复位到能够满足运行的初始状态。造成设备不满足初始条件的原因可能有 :调试操作后 、在“急停”危险情况消除后、人为调整了执行机构的位置等。 对于不同的工作站来说,因为其所实现的功能不同,其复位控制所要实现的功能也有所不同。对于加工系统来说,其执行机构主要有以下几种 :驱动旋转工作台转动流电机 ; 2 号位用于检测的检测装置; 3 号位用于钻孔的钻孔装置 ;3 号位用于夹紧工件的夹紧装置。当按下复位按钮时,上述执行机构 都保持回到初始位置。所有执行机构都要处于初始状态,主要包括以下几个方面: 1)旋转工作台处于正确位置 ; 2)钻孔装置处于最上端位 置 ; 所有继电器复位 检测装置保持 急停 钻孔电机停转 钻孔装置保持 夹紧装置保持 结束 下急停按钮 作台电机停转 检测装置保持 夹紧装置保持 钻孔电机停转 钻孔装置保持 考虑到复位过程的安全性,各个执行机构复位的顺序并不是任 意的,而是需要按一定的先后顺序来进行。例如复位操作时既要 3 号位用于固定工件的夹紧装置退回始位置,又需要旋转工作台转动到正确位置,此时必须要先将夹紧装置退回到初始位后,才能将工作台转动到正确位置,否则机会发生夹紧装置与工作台的碰撞,可能将行机构给破坏发生危险。为此首先应该将检测装置、钻孔装置、夹紧装置回复到初始置之后,再将旋转工作台复位到初始位置。复位功能的详细工艺流程如图 3示; 图 3复位功能的流程图 章小结 本章详细设计了加工系统的多功能工 艺流程,首先完成了加工系统 I/0 点的布置,这是进行工艺流程详细设计的基础。接下来结合检测点的布置情况完成了加工模块的自动、急停、复位工艺流程详细设计,并运用顺序控制设计方法完成了相应工艺流程的程序流程设计,根据程序流程可以利用软件编程进行调试。 第 四 章 控制程序编制与调试 序编制 介 专门为 计的、在个人计算机上运行的编程软件,它的功能强大、使用方便、简单易学。图 4 编程软件的界面: 图 4工作界面 程软件用于 7,7 和基于 供它们编程、监控和参数设置的标准工具。 具有以下功能 :硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。 序的编制 在 序编制中,较为常用的是顺序控制。它也叫功能表图设计法,就是按照生产工艺预先规定的顺序,在各个输入信号的作用下,根据内部状态和时间的顺序,在生产过程中各个执行机构自动而有秩序的进行操作。功能表图是一种用 来描述控制系统的控制过程功能、特性的图形,它主要是由步、转换、转换条件、箭头线和动作组成。这是一种先进的设计方法,很容易被初学者接受,对于有经验的工程师也会提高设计的效率,对于复杂系统,可以节约 60 90的设计时间。程序的调试修改阅读也很方便。 顺序控制设计法的最基本思想是将系统的一个工作周期划分为若干各顺序相连的阶段,这些阶段称为步 (然后用编程元件 (例如存储器位 M)来代表各步。步是根据输出量的 态的变化来划分的,在任何一步内各输出量的状态不变,但是相邻两步输出量总状态是不同的,步 的这种划分方法使代表各步的编程元件的状态与各输出量的状态之间有着极为简单的逻辑关系。使系统由当前步进入下一步的信号称为转换条件,它可以是外部的输入信号,也可以是 产生的信号,还可能是若干个信号的与、或、非的逻辑组合。顺序控制设计法用转换条件控制代表各步的编程元件,让它们的状态按一定的顺序变化,然后用代表各步的编程元件去控制 各个输出位。 下面是加工系统的顺序功能图 (见图 4,可以根据顺序功能图写出程序,程序请见附件。 图 4顺序功 能图 序仿真 真软件的简介 1) 真软件 很多读者苦于做实验用的 乏实验的条件,编写程序后无法检验实验是否正确,编程能力很难提高。 仿真软件是解决这一问题的理想工具。西门子的 00功能强大的仿真软件 年来在网上流行一种仿真软件,在 搜索工具搜索 “真软件 ”可以找到该文件。 仿真软件不能模拟 全部指令和全部功能,具体的情况可以通过实验来了解。但是它仍然不失为一个很好的学习 工具软件。 图 4 图 4仿真软件界面 2)下载程序 生成文本文件以后,点击仿真软件工具条上左边第 2 个按钮可以下载程序,一般选择下载全部块,按【确定】按钮后,在选择对话中 “打开 ”对话框中选择要下载的 *件。下载成功后,图 块中间的 “彩灯循环控制 ”是下载程序的名称,同时会出现下载程序的名称,同时会出现下载程序代码文本框,可以关闭该文本框。 如果用户程序中有仿真软件不支持的软件和功能,点击工具条内三角形的 “运行 ”按钮后,不能切换到 式, 块 左侧的 “光二极管)的状态不会变化。 如果仿真软件支持用户程序的全部指令和功能,点击工具条内的“运行”按 钮,将从 式切换到 式, “ 为绿色。点击工具条内正方形的“停止”按钮, 切换到 式。 序调试与仿真 仿真软件不能直接接收编程软件的程序代码,必须将编程软件的程序生成 本文件,然后再下载到仿真软件内进行调试和仿真。下面是复位功能的程序的 文本: / I Q N I Q N I Q M 1 Q 1 将 本下载到仿真软件里,将 按下 态一见图 4 图 4状态一 在按下 钮的前提下,再按下 有输出。状态二如图 4 图 4状态二 接着再按 态三如图 4 图 4状态三 章小结 本章对编程软件和仿真软件进行了简单的介绍,并介绍了控制系统的基本编程方法(顺序功能图)。在了解如何编程和仿真的基础上,本章对加工系统进行了编程(程序见附录)和对程序的部分仿真。 总结与展望 一、 课题总结 随着 社会进步和生活水平的提高,市场更加需要具有特色、符合顾客个人要求样式和功能千差外别的产品。激烈的市场竞争迫使传统的大规模生产方式改变,要求对传统的产品生产加以改进,同时还要求较短的交货期、较低的成本、较好的质量。这使企业面临着如何以大批量生产的经济效益定制产品的生产。 生产加工系统的独立性、灵活性以逐渐顺应这一发展趋势要求。 本课程结合 司 动生产线的模拟型加工系统,根

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