LXGC-1气动打码自动线检验单元改进设计

毕 业 论 文 指导教师：2013 年 5 月 31 日课题名称 LXGC-1 气动打码自动线检验单元改进设计院/专 业 机械工程学院/机电一体化 班 级学 号学生姓名 季清清南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 2 页 共 31 页摘要LXGC-1 气动打码自动线为了适应性广的要求，将检验单元和存储单元设为人力操作，这样使其自动化程度大打折扣，与日益快速的生产节奏不相符合，对一些自动化程度要求高的企业来说，如此很大程度上降低了生产效率。为了提高生产效率，解放人力，本论文对气动打码自动线进行分析改进，在原有基础上结合 PLC 控制技术，增加一组自动检验分拣装置，一组自行机械手爪。自动检验分拣装置包含一组带 IO 接口的气动量仪，自行机械手爪包含一个机械手爪和一组输送带。本设计采用 S7-200PLC 对系统进行控制和监控。关键词：气动打码自动线;自动检验分拣;自行机械手爪;PLC南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 3 页 共 31 页AbstractFor a wide adaptability requirement ，the test unit and storage unit of LXGC-1 pneumatic lettering automatic line is set to manual operating. It greatly reduced the degree of automation is not consistent with the increasingly rapid pace of production and reduce production efficiency of enterprise.In order to improve production efficiency ，this thesis is about a analysis and a improvement of LXGC-1 pneumatic lettering automatic line. Its based on intrinsic basic and combines PLC control technology .We add a group of automatic sorting equipment and a group of mechanical arm .Automatic sorting equipment contains a pneumatic measuring instrument with a IO port .A group of mechanical arm contains a arm and a conveyor .The design of this system is control and operated by S7-200 PLC.Keywords：LXGC-1 pneumatic lettering automatic line，Automatic sorting ,Mechanical arm ,PLC南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 4 页 共 31 页目 录第 1 章 绪论 .51.1 课题简介 .51.1.1LXGC-1 气动打码自动线 .51.1.2 课题提出 .51.2 课题要求 .61.2.1 任务要求 .61.2.2 所设计单元工作要求 .6第 2 章 检验分拣站及输送气爪设计 .72.1 机械结构设计 .72.1.1 检验分拣站 .72.1.2 输送气爪 .72.1.3 构成详细介绍 .82.2 电气控制设计 .92.2.1 工作区气动原理图 .92.2.2 气路整体连接要求 .9第 3 章 元器件选型 .103.1 传感器选型及清单 .103.2 电气动元器件选型及清单 .103.3 系统选型 .11第 4 章 硬件装配 .124.1 装配顺序 .124.1.1 设备安装 .124.1.2 气路安装 .134.2 接线要求 .134.2.1PLC 外部接线要求 .134.2.2 PLC 外部接线图 .14第 5 章 PLC 程序设计 .155.1 I/O 地址分配表 .155.2 顺序功能图 .155.2.1 顺序功能图 .155.2.2 详细动作流程 .165.3 PLC 控制程序设计 .17第 6 章 结论 .25谢辞 .26参考文献 .27附录 .28南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 5 页 共 31 页第 1 章 绪论1.1 课题简介1.1.1LXGC-1 气动打码自动线LXGC-1 气动打码自动生产线是一套可为多行业产品平面刻印标签的打印装置，它采用模块化设计，具有综合性和适用范围广等特点。该系统为生产线上生产的产品打印标签，包括检验单元、检测单元、机械手、加工单元、传送单元和存储单元，LXGC-1 气动打码自动线将机械技术、电子电气技术、气动和传动技术、传感技术、检测技术、自动控制技术有机的结合在一起。但 LXGC-1 气动打码自动线为了适应性广的要求，将检验单元和存储单元设为人力操作，这样使其自动化程度大打折扣，原先打码产出只有 1pcs/2.5min，与日益快速的生产节奏不相符合，对一些自动化程度要求高的企业来说，如此很大程度上降低了生产效率。1.1.2 课题提出检验分拣单元为人力操作，相对落后，极易受到周边人或环境的干扰，效率低下，易造成生产线上下来的待刻印产品的积压，影响产能。现行我国的自动化生产水平越来越高，完全可以重新设计同样功能但更高要求的气动打码自动生产线。但是考虑到成本以及原产品技术的相对成熟的因素，没有必要去重新设计一套新的生产线配合使用，因此我此次只对原有的 LXGC-1 气动打码自动生产线的检验和存储单元设计改进。由于 LXGC-1 气动打码自动生产线的适用性广，各产品检验项目的多样性，为了节省耗时，此次选用一款相对普通的汽车零部件中的定子支持架产品为例作为它的生产产品。而检验项目以其内径为例（47.370.013） 。(见图 1.1.2-1)图 1.1.2-1、LXGC-1 气动打码自动线改进动作图南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 6 页 共 31 页图 1.1.2-2、5154 定子支持架正视、左视图（放大见附录一）1.2 课题要求1.2.1 任务要求改进和设计后的功能和要求要与原来的相同，效率要比原产品高。在检验分拣单元加装一组机械手和一个带 I/O 接口的数显气动量仪检验内径。零部件还采用原设备的零部件产品，控制方式也可以改变，比如 PLC 可以更换成西门子 S7-200 的等。改进后主要还是为了生产所用，成本降低，效率提高等。根据课题设计要求，完成机械结构动作方案分析，再根据机械结构动作方案完成气动回路设计。然后完成电气部分设计包含气动元件的选型、传感器的选型、电气方案的设计、PLC 程序规划、梯形图设计以及程序调试。1.2.2 所设计单元工作要求设备电源气源接通后，若工作单元所有气缸满足初始位置要求，按下启动按钮，系统启动，当加工站检测到工件加工出放下，驱动电机带动输送气爪将工件带到检验分拣区。气动测头下行检验、反馈数据判定，工件内径合格，输送气爪将工件带到打标工作区打标流出；工件内径不合格，输送气爪将工件带到加工区返工或打废处理。仅当工件在前后两工位到位、气爪归为原位时，周期结束，才可进入下一周期。在运行期间按下停止按钮，动作在当时周期结束后停止。在运行期间按下急停按钮，动作立即停止。南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 7 页 共 31 页第 2 章 检验分拣站及输送气爪设计2.1 机械结构设计根据设计总体要求，设计机械结构方案，总体组成包括：输送机构、动力机构、气动组件、传感器检测、限位反馈等。2.1.1 检验分拣站如图 2.1.1-1，结构组成为：1 平台、2 数显气动量仪（带 I/O 接口） 、3 支架、4 气缸、5传感器、6 气动量仪测头、7 金属传感器支架、8 金属传感器、9 卡位平台。图 2.1.1-1、检验分拣站机械结构图（放大见附录二）2.1.2 输送气爪如图 2.1.2-1 所示，结构组成为：1 平台、2 直线导轨、3 接近开关及支架、4 气缸、5 气爪、6 电机。南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 8 页 共 31 页图 2.1.2-1、输送气爪机械结构图(放大见附录三)2.1.3 构成详细介绍加工工作平台上放置一个接近开关，用于检测加工完的物料到位；输送气爪右侧平台上，加工工作平台正前方适当位置放置一个限位开关用于右位原点检测到位；同样在左侧，打标工作平台和检验分拣工作台正前方适当位置各放置一个用于左位检测到位；在检验分拣平台上适当位置加装一个金属传感器检测物料到位；在打标工作台适当位置装一个接近开关用于需要检测的物料到位；气动手爪上，气缸需要一个两位五通双向电磁阀控制，用于保持状态，抓取物料；手臂气缸需要一个两位五通单向电磁阀控制，用于手臂伸出缩回；测头气缸需要一个两位五通单向电磁阀控制，用于测头上下行；测头与气动量仪连接，用于检验47.370.013 孔径；每个气缸上都有两个磁性开关用于到位检测；伺服电机装在输送气爪平台上用于带动装置移动；另各平台、支架、导轨、管路等部件不作介绍。南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 9 页 共 31 页2.2 电气控制设计2.2.1 工作区气动原理图按照图 2.2.1-1 所示的设计工作区气动原理图完成气路连接。图 2.2.1-1、LXGC-1 所设计工作区气动原理图2.2.2 气路整体连接要求各气缸初始位置要求：输送气爪处于张开位置、手臂伸缩气缸处于缩回状态、测头气缸处于缩回状态。各气缸运行稳定（迅速、无冲击、无卡顿等） ，气路连接整齐，符合逻辑，便于查找。用不同颜色表示进出气。气动组件选择准确，适配。气源由空气压缩机提供、提供压力 0.61.0MPa。输出压力为 00.8MPa，要求可以调节。气路工作压力为 0.6MPa，要求气体纯净干燥。严格要求整个工作系统的气密性（气管插紧、组件连接密封等）.南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 10 页 共 31 页第 3 章 元器件选型3.1 传感器选型及清单序号 名称 型号/规格 单位 数量 厂商1 磁性开关 D-C73L 个 YQSMC2 金属传感器 CH1-305QA 个 1 OMRON3 接近开关 LJ12A3-4-Z/BX 个 2 沪工4 限位开关 Z-15GW22-B 个 3 OMRON3.2 电气动元器件选型及清单注：以下为主要元器件，其余不表。按课题要求选用。气动量仪与 PLC 的 I/O 通讯，技术有限，暂不考虑兼容问题。序号 名称 型号/规格 单位 数量 厂商1 标准气缸 C95-63 只 1 SMC2 导杆气缸 CQM-63 只 1 SMC3 气动手爪 MHS3-118-（0.5Mpa 时）N 只 1 SMC4 两位五通双向电磁阀 4V120-06 只 15 两位五通单向电磁阀 4V110-06 只 26 节流阀 4M5 只 若干7 气管 4/6 M 10/88 汇流板 100-3F 只 19 伺服驱动器 MADDT1207003 台 110 驱动伺服电机 MHMD022P1U 台 111 快速接头 6/4 个 若干12 油水分离器 CFR20008F1 只 1南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 11 页 共 31 页13 气动量仪 AEC400(带 I/O 接口) 套 1 恩梯图 3.2-1 恩梯 AEC400 气动量仪（带 I/O 接口，利于数据传输）3.3 系统选型注：只写主要，其余配件不表。序号 名称 型号/规格 单位 数量 厂商1 可编程控制器 PLC S7-200-226CN AC/DC/RLY台 1 西门子西门子 PLC226CN：集成了 24 个输入、16 个输出共 40 个数字量 I/O 点，可连接 7 个扩展模块，运算速度快，具有 PPI 通讯协议、MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。I/O 端子排易拆卸，方便使用。功能强大，完全适用于本设计课题（本课题需使用 I/O 点用量较多，17 个输入、7个输出）。图 3.3-1 西门子系列 S7-200PLC南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 12 页 共 31 页第 4 章 硬件装配4.1 装配顺序4.1.1 设备安装检查各元器件型号、数量、规格、质量，符合设计要求，对系统正常运转无影响。安装工作平台及卡位圆形平台要求水平，不影响测量。安装直线导轨、各个支架等，放置气动量仪。安装各气缸，在用于测量的气缸伸缩杆上安装气动量仪的适配测头（满足47.370.013 即可） ，要求测头与伸缩杆平行且同轴，且二者与卡位圆形平台平行同轴（见图4.1.1-1） 。安装气爪。安装各气路电磁阀及各个位置的传感器。安装伺服电机及驱动器。安装各个接线端口。安装触摸屏。图 4.1.1-1 卡位平台、测头、气缸伸缩杆位置要求（表意图）南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 13 页 共 31 页4.1.2 气路安装气源出接油水分离器。油水分离器出接汇流板，与各电磁阀及气动量仪接通。接通各气缸气路。具体要求见 2.2.2 气路整体连 接要求。4.2 接线要求4.2.1PLC 外部接线要求共使用 12 个传感器（6 个磁性开关、1 个金属传感器、2 个接近开关、3 个限位开关）,两个外部 I 数据，3 个电磁阀，3 个按钮信号。共使用 17 个输入，11 个输出。I/O 点较多，所以 PLC 不能选错。工作块与 PLC 用专用电缆相接，注意 25 针的是输入、15 针的是输出。注意各传感器接线的极性要求。接线手法干净，再者最好在线上作标识，便于查找接错。接线处，手拉不能轻易松动，保证接线质量。伺服驱动器接线按驱动器上端子要求连接，下图只表意，不供接线参考，以实际为准。参考接线图，接线可做实际更改，但要严格按照本课题设计的 I/O 地址接线。其余不表，按实际的电工操作要求操作。南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 14 页 共 31 页4.2.2 PLC 外部接线图注：下图部分结构为参考图，只表意，与实际不符请见谅。详细见附录。图 4.2.2-1PLC 外部接线图（放大见附录四）南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 15 页 共 31 页第 5 章 PLC 程序设计5.1 I/O 地址分配表I/O 地址分配表序号 PLC 输入点 信号名称 序号 PLC 输出点 信号名称1 I0.0 加工台传感器 1 Q0.0 手爪张开2 I0.1 右限位传感器 2 Q0.1 手爪抓紧3 I0.2 中限位传感器 3 Q0.2 手臂伸出4 I0.3 左限位传感器 4 Q0.3 手臂缩回5 I0.4 金属传感器 5 Q0.4 输送左行6 I0.5 打标台传感器 6 Q0.5 输送右行7 I0.6 手爪松开到位 7 Q0.6 测头上行8 I0.7 手爪抓紧到位 8 Q0.7 测头下行9 I1.0 手臂伸出到位10 I1.1 手臂缩回到位11 I1.2 测头下行到位12 I1.3 测头上行到位13 I1.4 测头数据反馈NG14 I1.5 测头数据反馈OK15 I2.0 启动16 I2.1 停止17 I2.2 急停5.2 顺序功能图5.2.1 顺序功能图S0.0手爪伸出抓料开始启动、气爪在原点、加工工作台有料S0.1去检验分拣工作台抓料完成S0.2手爪伸出放料检测到位工作中，按急停，工作停止。南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 16 页 共 31 页5.2.2 详细动作流程通电通气后，当气爪在原点，各气缸在初始位置。按下开始按钮；S0.3测头下行检验检验分拣站检测到位气动量仪检验S1.0测头缩回手爪抓料 S2.0测头缩回手爪抓料OKNGS1.1去打标工作台S2.1返回加工工作台抓料完成抓料完成S1.2气爪伸出放料S1.3气爪返回原点S2.2气爪伸出放料到位到位到位到位到位、气爪在原点停止？结束 开始N南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 17 页 共 31 页检测到加工工作台有物料出时，手臂伸出、手爪张开、抓紧工件、手臂缩回；上步完成后，电机带动手爪装置左移；左移到位检验分拣站正前方后，手臂伸出、手爪松开放料；金属传感器检测物料到位后，测头气缸下行，检验，等待反馈数据；反馈数据 OK，测头缩回、手爪抓紧，完成后手爪装置缩回、左行至打标工作台，到位后，手臂伸出、手爪放料，到位后手臂缩回右行返回原点；反馈数据 NG，测头缩回、手爪抓紧，完成后手爪装置缩回、右行至加工工作台，到位后，手臂伸出、手爪放料，到位后手臂缩回；到位后，气爪在原点，没有急停或停止指令，自动进入下一周期；中间任何时候按下急停按钮，工作立刻停止；按下停止按钮后，工作在本周期后停止。5.3 PLC 控制程序设计初始化程序，S0.0 置位启动、无停止急停指令、加工台有料装置在右限位、爪开、臂缩，手臂伸出臂伸到位、无急停，手爪抓紧爪紧到位、无急停，臂缩、跳转下一步南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 18 页 共 31 页臂缩回到位、爪紧、无急停，输送装置左行到中位、无急停，跳转下一步上电为 1，臂伸臂伸到位，爪开南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 19 页 共 31 页爪开到位、金属传感器检测到无急停，跳转无急停，测头下行测头下行到位、无急停、延时数据反馈 NG/OK，OK 跳转 S1.0 步NG 跳转 S2.0 步南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 20 页 共 31 页无急停，测头上行测头上行到位，爪抓紧爪紧到位，跳转下一步无急停，臂缩南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 21 页 共 31 页臂缩、爪紧、无急停，输送左行到左位、无急停，跳转下一步无急停，臂伸臂伸到位，爪开爪松到位、打标台检测到物料，臂缩臂缩到位，跳转下一步南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 22 页 共 31 页无急停，输送右行到右位，跳转下一步S2.0无急停，测头上行上行到位，爪抓紧南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 23 页 共 31 页爪紧到位，跳转下一步无急停，臂缩回缩回到位、爪紧到位，输送右行右位到、无急停，跳转下一步南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 24 页 共 31 页无急停，臂伸臂伸到位，爪开爪开到位、无急停、加工台检测到，臂缩臂缩到位，跳转 S0.0，循环图 5.3-1 所设计检验分拣 PLC 程序南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 25 页 共 31 页第 6 章 结论1、本课题设计中输送块采用的是气缸加气爪的模式，相较于更高级的专用机械手来说，适用性更广、成本更低、易于调节和维护，对于大多数产线完全够用。2、采用气压传动，反应灵敏快速，易于维护，无污染成本低。3、采用 PLC 系统控制，PLC 的行程控制、时间控制极易操作，方便快捷，灵活性很大。本课题中选用的是西门子 S7-200-226CNCPU，I/O 接口更多，运算速度更快，满足了设计使用。4、在加装气动量仪后，比较之前的 LXGC-1 气动打码自动线，节省了人力分拣的时间、成本等。5、采用本设计后打码产出能达到 3pcs/min，相较于原先的 1pcs/2.5min，效率提高很多。6、本课题限于本人的学识限制，还有很多的问题待解决，希望在以后的工作中，通过不断的学习，深入了解，争取完善它。南京工业职业技术学院毕业设计(论文）报告纸 装订线第 26 页 共 31 页谢辞从去年 12 月份实习时收集资料，确定思路，开始方案设计，到现在毕业设计已经基本完成。在定课题，课题分析的过程中，得到学校夏建成老师的悉心指导，他多次为我指点迷津，更到我实习公司为我进行现场指导，帮我确定思路，提供建议，鼓励我支持我。在此我特别感谢。这里还要对李金热老师、刘滨老师、丁加军老师、徐峰老师、杨海波老师、张惊雷老师、童健老师、徐年富老师、杨新春老师、李珏老师、倪瑛老师、王书营老师、赵红老师、傅美欢老师、杨正翔老师(无先后)等的教育和培养表示感谢，他们悉心教导我的学习，帮助我成长。本毕业设计的完成离不开他们的教导。谢谢！这里还要对我父母特别感谢，从我出生开始、在我学生生涯的路上，他们一直在辛苦的鼓励我支持我照顾我。谢谢！本课题设计从开始到完成，也离不开公