毕业设计——柔性生产加工系统.doc

毕业设计（论文）题目: 柔性生产加工系统设计专业: 电 气 自 动 化 班级: 学号: 姓名: 指导老师: 四川机电职业技术学院二一年五月前 言自动生产设备的最大特点是它的综合性和系统性。生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。柔性生产加工系统实训考核装备在（铝合金导轨式）小车实训台上安装供料机构、输送机构、分拣机构、机械手机构、存储机构等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、传感器检测和步进电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC（分布式I/O）承担其控制任务，各分布式I/O之间通过S7-400大型PLC串行通讯实现互连的分布式控制方式。因此，柔性生产加工系统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）、传感器应用技术、PLC控制和步进电机位置控制等。利用柔性生产加工系统，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。本实训指导书主要阐述柔性生产加工系统自动生产线实训考核装备的基本结构、工作原理和工作过程。实训指导书力求采用项目教学的方法介绍本装备所涉及的技术，使学生在知识的学习和综合应用，PLC的编程和组网能力，设备的安装与调试等方面能收到较好的效果。鉴于时间仓促和限于编者水平，书中难免有错误及不当之处，恳请读者批评指正。目 录第一章 柔性生产加工系统考核装备概述-51.1 柔性生产加工系统的基本组成-51.2 柔性生产加工系统的基本功能-61.3 柔性生产加工系统的特点-61.4 柔性生产加工系统的实训项目-71.5 技术参数-8第二章 供料单元的结构与功能-92.1 供料单元的功能-92.2 供料单元的结构组成-92.3 气动控制回路-15第三章 输送单元的结构与控制-163.1 输送单元的功能-163.2 输送单元的结构组成-173.3 气动控制回路-21第四章 分拣单元的结构与控制-224.1 分拣单元的功能-224.2 分拣单元的结构组成-224.3 直流电机控制回路-274.4 气动控制回路-28第五章 搬运单元的结构与控制-295.1 搬运单元的功能-295.2 搬运单元的结构组成-295.3 气动控制回路-32第六章 存储机构的结构与控制-346.1 存储单元的功能-346.2 存储单元的结构组成-346.3 元件描述-356.3.1 步进电机-356.3.2 库房-366.3.3 滚珠丝杠-366.4 气动控制回路-37第七章 公共模块与器件-387.1 按钮控制板-387.2 工件尺寸-407.3 控制挂板-407.3.1 继电器-407.3.2 I/O 板-417.3.3 控制点端子排-437.3.4 步进驱动器-447.4 气源-48第八章 结束语-49 8.1 本次课题取得的研究成果-498.2本次课题取得的收获-50附图1-50附图2-51附图3-52第一章 柔性生产加工系统考核装备概述1、1 柔性生产加工系统的基本组成柔性生产加工系统实训考核装备在（铝合金导轨式）小车实训台上安装有供料机构、输送机构、分拣机构、机械手机构、存储机构等5个工作单元组成，其外观如图1-1所示。图1-1 柔性生产加工系统总装实物考核装备在系统方面，每一工作单元都可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以气动执行机构为主，但存储机构的推料装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、精确度高、多定位点等特点，是一个典型的一维位置控制系统。柔性生产加工系统设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。位置控制与传感器技术是现代工业企业应用较为广泛的电气控制技术。在控制方面，系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC（分布式I/O）承担其控制任务，各分布式I/O之间通过S7-400大型PLC串行通讯实现互连的分布式控制方式。另一方面，掌握基于分布式网络控制通信的PLC网络技术，将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。1、2 柔性生产加工系统的基本功能各个单元的基本功能如下： 1、供料机构：按照需要放置在料仓中的工件自动的送出到物料台上，以便输送单元将其工件送入分拣区。首先，上面气缸（顶料缸）压住倒数第二个工件；然后，下面气缸（推料缸）将第一个工件推出物料台上；再由物料台上的检测传感器判断是否有工件推出到位。 2、将供料机构已送出到物料台上的物料夹取，输送并放置在分拣机构的入料口。各工作缸完成复位的基础上，首先，双导杆气缸伸出；气动手指闭合（夹紧工件）；双导杆气缸缩回；然后，将取得的工件输送往物料分拣机构。 3、分拣机构：当入口传感器检测到有工件时，启动直流电机，通过成品分拣装置，将不合格产品分拣出轨道；合格产品顺利通过分拣装置到达分拣机构的末端，进入产品的搬运阶段。 4、机械手机构：各缸复位完成后，双出杆气缸伸出；单出杆气缸下降；气动手指夹取顺利通过分拣装置的合格产品，再由旋转气缸旋转右到位；将工件搬运到指定地点然后放下的功能。5、存储机构：将搬运到入库口的合格产品，按不同货料由PLC启动步进驱动器驱动步进电机运行到相应仓库入口，再由推料气缸伸出；将工件推入相应仓库的功能。1、3 柔性生产加工系统的特点柔性生产加工系统是一套半开放式的设备，用户在一定程度上可根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型，最多可由5个单元组成，最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统。由多个单元组成的系统，PLC网络的控制方案可以体现出自动生产线的控制特点。设备中的各工作单元均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安装，控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。其中，要求有自行接线的（端子模块与控制端子接线）之间的连接方式，最大限度地满足了综合性实训的要求。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC（分布式I/O）承担其控制任务，各分布式I/O之间通过S7-400大型PLC串行通讯实现互连的分布式控制方式；实现系统的总体控制。总的来说，柔性生产加工系统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）、传感器应用技术、PLC控制和组网和步进电机位置控制等。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，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境。1、4 柔性生产加工系统的实训项目利用柔性生产加工系统可以完成以下实训任务：柔性生产加工系统能进行机电设备安装、PLC应用技术、电气控制技术、自动控制技术、机电一体化技术等专业知识模块的单项实训项目。 1、设备元件（传感器、步进电机、直流电机、电磁阀等）接线的学习2、PLC编程软件的学习和应用3、电气控制电路的安装和PLC程序编写：电动机正反转控制电路的连接与控制程序编写；电动机调速控制电路的连接与控制程序编写；气动方向控制程序编写；气动顺序动作控制程序编写；气动机械手控制程序编写；皮带输送机控制程序编写；机电一体化设备控制程序编写；自动生产线控制程序编写。4、气动系统的安装与调试：气动方向控制回路的安装；气动速度控制回路的安装；摆动控制回路的安装；气动顺序控制回路的安装；气动机械手装置的安装。5、机电设备安装与调试传动装置同轴度的调整；皮带输送机的安装与调整；搬运机械手设备安装与调试；物件分拣设备的安装与调试；送料设备的安装与调试；存储机构设备的安装与调试。 6、整机机械构件的装配与调整能力；机电设备的安装与调试能力；电路安装能力；气动系统的安装与调试能力。1、5 技术参数1、交流电源：二相三线制， AC 220V10% 50 Hz；2、工作电压：直流24V/4.5A;(设备执行驱动电压)；3、温度：-1040；环境湿度：90%（25）；4、实训小车外形尺寸：长宽高=340mm710mm750mm；5、整机消耗：1.5kVA；6、气源工作压力：最小0Mbar，最大0.8Mbar；7、安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。第二章 供料单元的结构与功能2、1 供料单元的功能供料单元是柔性生产加工系统中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用，于输送单元连接。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。图2-1为供料单元实物的全貌。图2-1 供料单元2、2 供料单元的结构组成包括垂直料仓，工件锁紧装置，工件推出装置、检测定位装置等。主要有井式工件库（至少能放置10个以上工件），直线气缸（顶料气缸与推料气缸），传感器（检测物料是否到位），工件定位架，按钮，I/O接口板，电磁阀组，供料整体机架等。图2-2供料单元的机构组成。 图2-2 供料单元的机构组成图2-3 实验桌面元件（1）工件推出与支撑及漏斗部分该部分如图2-4所示。用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到物料台上。它主要由大工件装料管、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关组成。图2-4 进料模块和物料台该部分的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。为了使气缸的动作平稳可靠，气缸的作用气口都安装了限出型气缸截流阀。气缸截流阀的作用是调节气缸的动作速度。截流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。图2-4是安装了带快速接头的限出型气缸截流阀的气缸外观。图2-5 安装上气缸节流阀的气缸图2-6是一个双动气缸装有两个限出型气缸节流阀的连接和调节原理示意图，当调节节流阀A时，是调整气缸的伸出速度，而当调节节流阀B时，是调整气缸的缩回速度。图2-6 节流阀和调整原理示意从图2-5上可以看到，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个极限位置都分别装有一个磁感应接近开关（也叫做磁性开关）。磁性开关的基本工作原理是：当有磁性物质接近时，磁性开关便会动作，并输出信号。若在气缸的活塞（或活塞杆）上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个磁性开关分别标识气缸运动的两个极限位置。当气缸的活塞杆运动到哪一端时，哪一端的磁性开关就动作并发出电信号。在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。在磁性开关上设置有LED显示用于显示它的信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；不动作时，输出信号“0”，LED不亮。磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开磁性开关的紧定螺栓，让它顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。磁电开关电器符号 图2-7 磁性开关磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端子。磁性开关的内部电路如图2-8虚线框内所示，为了防止实训时错误接线损坏磁性开关（请将棕色线接PLC的输入端，蓝色线接OV端）。接好线时，请务必检查连线。图2-8 磁性开关内部电路（2） 光电传感器（图2-9）光电传感器（B1）在供料单元设备中，用于检测物料台上是否有工件，决定输送单元是否动作的重要因素。光电传感器电气符号图2-9 光电传感器（3）电磁阀组电磁阀组，就是将多个控制阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成，而每个阀的功能是彼此独立的。供料单元的阀组只使用两个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，两个阀集中安装在汇流板上，汇流板中两个排气口末端均连接了消声器，消声器的作用是减少铣缩空气在向大气排放时的噪声。阀组的结构如图2-10所示。本单元的两个阀分别对顶料气缸和推料气缸进行控制，以改变各自的动作状态。图2-10 电磁阀组本单元所采用的电磁阀，带手动换向、加锁钮，有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2个位置。用小螺丝刀把加锁钮旋到在LOCK位置时，手控开关向下凹进去，不能进行手控操作。只有在PUSH位置，可用工具向下按，信号为“1”，等同于该侧的电磁信号为“1”；常态时，手控开关的信号为“0”。在进行设备调试时，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。2、3 气动控制回路气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图3-11所示。图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。图3-11 供料单元气动控制回路工作原理图注意：1、电控阀用来控制气缸进气和出气，从而实现气缸的伸出、缩回运动。电控阀内装的红色指示灯有正负极性，如果极性接反了也能正常工作，但指示灯不会亮。 2、单向电控阀用来控制气缸单个方向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。与双向电控阀区别在双向电控阀初始位置是任意的可以随意控制两个位置，而单控阀初始位置是固定的只能控制一个方向。第三章 输送单元的结构与控制3、1 输送单元的功能连接于供料单元和分拣单元之间。将供料机构已送出到物料台上的物料夹取，输送并放置在分拣机构的入料口。各工作缸完成复位的基础上，首先，双导杆气缸伸出；气动手指闭合（夹紧工件）；双导杆气缸缩回；然后，将取得的工件输送往物料分拣机构。如图3-1所示为输送单元实物的全貌。图3-1 输送单元全貌 无杆气缸以其行程长，且由三位五通电控阀控制，具有多点定位的功能，承担输送单元的输送任务；夹爪由二位五通双电控阀控制，当夹爪夹紧工件时，PLC突然断电后，夹爪仍处于夹紧状态，使工件在PLC突然断电后不掉落。3、2 输送单元的结构组成主要由搬运机构（无杆气缸）、取放机构升降气缸气爪、磁性开关、开关电源、按钮、I/O接口板、电磁阀组成，主要完成完成工件运输功能。 双杆气缸 双杆缸右位磁电开关 双杆缸右位磁电开关 升降缸磁电开关 升降缸夹爪气缸 调理组合 电磁阀 I/O接口板 电缆C1 控制面板（按钮） 图3-2 输送单元的结构组成图3-3 实验桌面元件（1）输送机构输送机构如图3-4所示。输送机构用于取放机构夹取被拣工件，并把工件移到分拣机构的入料口进行分拣工作。它主要由无杆气缸、无杆缸的固定机架、线性导轨及滑块、磁感应接近开关组成。 图3-4 输送机构输送机构的工作原理：输送机构在系统正常工作后的初始状态为无杆气缸处于左端，以便取放机构升降气缸气爪能胜利夹取供料站的物料；当供料站把物料推到料台上， PLC控制程序驱动取放机构升降气缸气爪将工件夹紧并上升由输送机构将工件输送到分拣站入料口。输送机构无杆气缸的左右运动到位的位置是通过调整伸缩气缸上两个磁性开关位置来定位的。要求向左运动位置位于供料站物料台正上方；向右位置应与分拣单元的入料口装置配合，确保输送单元的“取放机构”抓取机械手能顺利地夹取工件并放到料台上。（2）取放机构取放机构如图3-5所示。取放机构用于工件的夹取与松放，最终实现工件到达分拣站。主要由双杆气缸、气动夹爪缸、气动手指、磁感应接近开关、连接块等组成。 图3-5 取放机构取放机构的工作原理：供料站把工件推到物料台上，双杆气缸向下伸出气动夹爪缸夹紧工件双杆气缸向上缩回由输送机构将取放机构移到分拣站入料口上方双杆气缸向下伸出气动夹爪缸松开工件（工件被放入分拣站入口）双杆气缸向上缩回输送机构将取放机构移到供料站物料台口上方，为下一次工件到来加工做准备。（3） 电磁阀组图3-6 输送单元的电磁阀组输送单元的无杆气缸采用一个三位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，其三位五通的作用为给设备通气时，电磁阀处于中位状态，出气口A或B都没有气出来。气爪采用一个二位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，双杆气缸采用一个二位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，三个控制阀集中安装在带有消声器的汇流板组成，如图3-6所示。三个控制阀分别对无杆气缸、气动夹爪气缸和双杆气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，从而实现对相应气路的控制，以改变夹爪缸等执行机构的控制，达到调试的目的。（4）安装注意事项 A、输送单元各工作气缸与连接块连接要求紧密，不可有松动现象。B、输送单元与供料单元的连接应处于（在无杆气缸至最左端、双杆气缸向下伸出、气动夹爪缸送开的前提下，气动夹爪缸能胜利夹取供料站物料台上的工件，并没有任何的机械的碰撞）状态，以便夹取供料站工件，实现站与站之间的连接。C、输送单元与分拣单元的连接应处于（在无杆气缸至最右端、双杆气缸向下伸出、气动夹爪缸送开的前提下，气动夹爪缸能胜利将工件松放到分拣站的入料口处，并没有任何的机械的碰撞）状态，以便把工件输送至分拣站，实现站与站之间的连接通畅。3、3 气动控制回路气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图3-7所示。图中分别标有无杆气缸、气动夹爪和升降气缸。1B1和1B2为安装在无杆气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关；2B1为安装在气动夹爪的松开工作位置的磁感应接近开关；3B1和3B2为安装在升降气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1与1Y2、2Y1与2Y2、3Y1分别为控制无杆气缸、气动夹爪和升降气缸的电磁阀的电磁控制端。图3-7 输送单元气动控制回路工作原理图第四章 分拣单元的结构与控制4、1 分拣单元的功能连接于输送单元和搬运单元之间。由输送单元送来要分拣的产品，入口传感器检测到有工件时，启动直流电机，通过成品分拣装置，将不合格产品分拣出轨道；合格产品顺利通过分拣装置到达分拣机构的末端，进入产品的搬运阶段。分拣单元总装实物图如4-1所示。图4-1 分拣单元总装实物4、2 分拣单元的结构组成 主要由皮带传送机构（直流减速电机：DC24V）、工件颜色读取机构、产品分拣机构、气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。主要完成将合格产品传送至下一站。图4-2 分拣单元的结构组成图4-3 实验桌面元件（1） 皮带传送机构皮带传送机构如图4-4所示。皮带传送机构用于传送工件至分拣机构（不合格产品）与末端档块（合格产品），最终实现工件的分拣与到达搬运口。主要由直流减速电机、皮带、电机连轴器、支撑铝型材、传感器、连接块等组成。图4-4 皮带传送机构皮带传送机构的工作原理：输送单元送来未知的产品，由皮带传送机构将产品传送至分拣机构、工件颜色读取机构、末端档块，完成产品的一线运输任务。（2） 工件颜色读取机构工件颜色读取机构如图4-5所示。工件颜色读取机构用于读取的颜色，决定产品的入库的舱位。主要由档缸、档件、光电传感器、传感器固定机架等。图4-5 工件颜色读取机构工件颜色读取机构的工作原理：能通过分拣机构的合格未知产品，挡缸伸出，由光电传感器检测出产品的颜色；检测到产品的信号，暂存于PLC里；以决定产品的存储的位置。（3） 产品分拣机构产品分拣机构如图4-6所示。产品分拣机构用于分拣原料中不合格的产品，最终，入库的为合格产品。主要由分拣挡块、废料槽、电感传感器、传感器固定机架等。图4-6 产品分拣机构产品分拣机构的工作原理：由于不合格品是未经过加工的工件，所以不合格品与合格品之间存在差别（高度），产品经过分拣挡块时：A、 不合格品被挡住，并不断的滑入废料槽中，实现产品的分拣功能。B、 合格品能顺利的通过分拣挡块，并最终到达皮带传送机的末端档块位置，实现产品的一条线连接。（4） 电磁阀组图4-7 分拣单元的电磁阀组分拣单元的挡缸采用一个二位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，控制阀与气源调理组件连接，如图4-7所示。控制阀对挡缸的气路进行控制，以改变气缸的动作状态。电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，从而实现对相应气路的控制，以改变挡缸等执行机构的控制，达到调试的目的。（5） 安装注意事项A、分拣单元各工作气缸与连接块连接要求紧密，不可有松动现象。B、皮带传送机构（直流减速电机、皮带、电机连轴器、支撑铝型材）之间的连接；电机及连轴器与皮带的连接不能太紧加大负载，电机因负载过大而烧毁；电机及连轴器与皮带的连接不能太松电机运行时，皮带出现打滑现象，因而无法带动产品，影响柔性生产加工系统的正常运行。C、工件颜色读取机构（档缸、档件、光电传感器、传感器固定机架）之间的连接，档缸及档件与光电传感器应保持在一个工件大小的距离，当档缸及档件档住工件时，光电传感器能检测出工件的颜色。D、产品分拣机构（分拣挡块、废料槽、光电传感器、传感器固定机架）之间的连接，分拣挡块与废料槽应保持在同一水平面上，与未知的产品（不合格产品被挡住并传送到废料槽中；合格产品能顺利通过分拣挡块，最终到达末端挡块）保持一定的高度。E、分拣单元与输送单元的连接应处于（在无杆气缸至最左端、双杆气缸向下伸出、气动夹爪缸送开的前提下，动夹爪缸能胜利将工件松放到分拣站的入料口处，并没有任何的机械的碰撞）状态，以便把工件输送至分拣站，实现站与站之间的连接通畅。F、分拣单元与搬运单元的连接应处于（合格产品被传送到末端挡块位置，产品能顺利被搬运单元的气动机械手爪取，并没有任何的机械的碰撞）状态，以便把工件输送至搬运站，实现站与站之间的连接通畅。4、3 直流电机控制回路电机回路为本工作单元的主要执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。实现产品的分拣、颜色读取、到达末端挡块与下站连接等传送任务。控制回路如图4-8所示。各引脚说明：线圈触点 13（-） 、 14（+） NO触点 5与9 、8与12 NC触点 1与9 、4与12图4-8 电机控制回路4、4 气动控制回路气动控制回路为本工作单元的辅助执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图4-9所示，图中标有挡缸的气动回路；1B1和1B2为安装在挡缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关； 1Y1为控制挡缸的电磁阀的电磁控制端。图4-9 分拣单元气动控制回路工作原理图第五章 搬运单元的结构与控制5、1 搬运单元的功能连接于分拣单元和存储单元之间。本工作单元以气动机械手为执行机构，各缸复位完成后，双出杆气缸伸出；单出杆气缸下降；气动手指夹取顺利通过分拣装置的合格产品，再由旋转气缸旋转右到位；将工件搬运到指定地点然后放下的功能。搬运单元总装实物图如5-1所示。图5-1 搬运单元实物图5、2 搬运单元的结构组成主要由摆动机构（摆动缸）、前臂、下降夹取缸、电感式传感器、开关电源、按钮、气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。主要完成将工件从上站搬至下一站。图5-2 搬运单元的结构组成图5-3 实验桌面元件机械手机构是柔性生产加工系统系统中承上启下的工作单元。该单元主要完成抓取机械手装置精确定位到指定单元（分拣站）的末端物料台，在物料台上抓取合格的产品，把抓取到的产品搬运到指定地点然后放下的功能，协调整个系统的工作。搬运单元的部件组成：整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、夹爪上下、夹爪紧松。夹爪提升气缸：提升气缸采用双向电控气阀控制，气缸伸出或缩回可任意定位。双杆气缸：机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。气动夹爪: 抓取物料由单向电控气阀控制，当单向电控气阀得电，夹爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，单向电控气阀断电，夹爪松开。旋转气缸：机械手臂的正反转，由三位五通电控气阀控制；旋转气缸的左右限位的位置由缓冲器的伸出长度决定的。磁性传感器：检测手爪提升气缸处于伸出或缩回位置。（接线注意 棕色接“+”、蓝色接“-”）。缓冲器： 旋转气缸高速正转和反转到位时，起缓冲减速作用且定位旋转气缸的左右限位，由螺母固定在架板上。接近传感器：机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。（接线注意 棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）。图5-4 电感传感器其接线方法：该传感器有棕、蓝、黑三根线，分为PNP、NPN两种；PNP为高电平输出（24V），NPN为低电平（0V），用与不同PLC时加以选择；输入为高选择PNP、输入为低NPN，设备上使用PNP型的电感传感器。其棕色线接24V，蓝色线接0V，黑色线接PLC输入端。当单独测试时按以上接线检测黑色线与0V或者与24V之间电压为22V24V之间。务必不能短接，否则会损坏元件。注意：以上气缸运行速度快慢由“进、出气口”节流阀调整进气量进行速度调节，除气动夹爪缸。5、3 气动控制回路气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。电磁阀组及气动控制回路的工作原理如图5-5、图5-6所示。图中分别标有旋转气缸、气动夹爪、升降气缸和手臂伸缩气缸。1B1和1B2为安装在旋转气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关；2B1和2B2为安装在手臂伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关；3B1为安装在气动夹爪的松开工作位置的磁感应接近开关；4B1和4B2为安装在升降气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1与1Y2、2Y1与2Y2、3Y1与3Y2、4Y1分别为控制旋转气缸、手臂伸缩气缸、气动夹爪和升降气缸的电磁阀的电磁控制端。图5-5 搬运单元的电磁阀组 图5-6 搬运站气动控制回路第六章 存储机构的结构与控制6、1 存储单元的功能柔性生产加工系统的末站合格产品入库单元。将搬运到入库口的合格产品，按不同货料由PLC启动步进驱动器驱动步进电机运行到相应仓库入口，再由推料气缸伸出；将工件推入相应仓库的功能，存储单元总装实物图如6-1所示。图6-1 存储单元实物图6、2 存储单元的结构组成由滚珠丝杠、直线轴承、直线导轨、工件推出部件、分类料仓、开关电源、按钮、I/O接口板、步进电机、二位五通单电控电磁阀及气缸组成，如图6-2所示。主要完成按工件存储分类，工件推入库房。 X轴步进电机 分类料仓 直线轴承 、导轨 急停原点开关 推工件缸 调理组合滚珠丝杆 直线轴承 、导轨 I/O接口板 电缆C1 Y轴步进电机电机二相线接口 电磁阀控制面板图6-2 存储单元的结构组成 其中，合格产品入库，是由X、Y轴步进电机精确定位的，通过设定驱动器的细分数，确定步进电机旋转一周所需要的脉冲数，再确定要行走的距离（由库的尺寸大小决定）。6、3 元件描述 6.3.1 步进电机步进电动机是一种把电脉冲转换成角位移的电动机。用专用的驱动电源向步进电动机供给一系列的且有一定规律的电脉冲信号，每输入一个电脉冲，步进电机就前进一步，其角位移与脉冲数成正比，电机转速与脉冲频率成正比，而且转速和转向与各相绕组的通电方式有关。根据励磁方式的不同，步进电动机分为反应式、永磁式和感应子式（又叫混合式），而反应式步进电动机应用较多，下面以此为例来阐述步进电动机的原理。电机型号：17HS101 技术指标：工作环境：-25C +55C（温度） 10 -85%不结露（湿度） 无腐蚀性、易燃易爆、导电性气 体或液体、无金属粉尘绝缘电阻：500V DC 100MW Min轴向间隙：0.1 - 0.3mm径向跳动：0.02mm Max温升：85C Max绝缘强度：B电机接线：A+（红线）、A-（绿线）、B+（黄线）、B-（蓝线）。 图6-4 步进电机接线 6.3.2 库房 产品的存储单元，其大小尺寸为：格数：4格 * 4格 总尺寸：160mm * 160mm 每格尺寸：40mm * 40mm 6.3.3 滚珠丝杠 滚珠丝杠的大小尺寸为：总长：250mm 导程：4mm6、4 气动控制回路气动控制回路为本工作单元的辅助执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。电磁阀组及气动控制回路的工作原理如图6-5、图6-6所示，图中标有推料缸的气动回路；1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关； 1Y1为控制推料缸的电磁阀的电磁控制端。图6-5 分拣单元的电磁阀组图6-6 存储单元的气动控制回路第七章 公共模块与器件7、1 按钮控制板各站都可通过按钮控制面板来控制PLC的控制程序使各站按要求进行工作，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（同时可用于简单PLC实验中单独使用）。 （1） 各按钮开关的控制功能定义为：（从左到右另有标签说明）l 带灯按钮，绿色 开始（I0.0）l 带灯按钮，黄色 复位（I0.1）l 按钮，黄色 特殊功能按钮（I0.2）l 两位旋钮，黑色 自动/手动（I0.3）l 两位旋钮，黑色 单站/联网（I0.4）l 按钮，红色 停止/报警（I0.5）l 带灯按钮，绿色 上电l 急停按钮，红色 急停注意：上电、急停按钮不接入PLC信号；与挂板（继电器）相配合，主要用于设备的急停回路；详情请见附图3。（2）按钮控制面板接线图：图7-1 按钮板接线图7、2 工件本套柔性生产加工系统同时也提供给客户一套生产加工工件，这套工件有两种，可在系统中重复使用。（产品见下图7-2）图7-2 产品模型工件 1 工件 2直径： 32mm 直径： 32mm高度： 22mm 高度： 20.5mm材料： 塑料 材料： 塑料颜色： 黑、蓝 颜色： 黑、蓝内孔直径： 24mm 内孔直径： 24mm内孔深度： 10mm 内孔深度： 8.5mm7、3 控制挂板安装在小车内的控制挂板中，固定有柔性生产加工系统的核心控制器，主要有分布式I/O模块（西门子）、点对点接线端子、继电器、电源模块、保险丝、I/O板、25芯电缆线、线槽、挂板等组成，如附图1、2所示。7.3.1 继电器此继电器主要用于本站急停回路，急停回路图详见附图3，继电器的各引脚插座如图7-3所示，各引脚说明：线圈触点 13（-） 、 14（+） NO触点 5与9 、6与10 、7与11 、8与12 NC触点 1与9 、2与10 、3与11 、4与12注：附图1为：供料机构、输送机构、分拣机构、机械手机构的挂板元件分布图。附图2为：存储机构的挂板元件分布图。附图3为：各站急停回路图。图7-3 继电器插座7.3.2 I/O板（1）在该设备中出现的2个I/O接口板在名称T与C后加数字来区分。桌面I/O板：上接设备各输入、输出点，下接PLC控制点端子。挂板I/O板：上接小车按钮板各点，下接分布式I/O控制点或用于急停回路。图7-4 I/O板外形结构（2）电缆接口与接线端子对应连接表： 电缆接口CI/O接口板T接线端与PLC连接C-1T-1Q0.0C-2T-2Q0.1C-3T-3C-4T-4C-5T-5C-6T-6C-7T-7C-8T-8C-13T-13I0.0C-14T-14I0.1C-15T-15I0.2C-16T-16I0.3C-17T-17I0.4C-18T-18I0.5C-19T-19C-20T-20C-9/10/21/22T-24VC-11/12/23/24T-0V注： 1、参考上电路图与I/O接口板介绍可知外部与接口板对应关系。2、以上图纸如觉不清晰可用CAD软件打开查看（双击图纸即可）。7.3.3 控制点端子排（1）该端子排连接各工作单元（电机、气缸、传感器）按给定的输入、输出地址表依次排列。图7-5 控制点端子 （2）控制点端子排与PLC的连接表名称控制点端子与PLC连接RS-I1I1.02I1.13I1.24I1.35I1.46I1.57I1.68I1.7RS-Q1Q0.42Q0.53Q0.64Q0.75Q1.06Q1.17Q1.