模块化生产实习报告.doc

评阅机电一体化综合训练（机械部分）实习报告专 业 班 级： * 姓 名： * 学 号： * 实 习 小 组： 第六小组 实习指导教师： 郭红利 西北农林科技大学机械与电子工程学院二零一零年九月目 录模块化生产线概述2一、实习目的与要求31.1 实习目的31.2 实习要求31.2.1机械部分31.2.2气动部分31.2.3传感器部分31.2.4 PLC部分31.2.5电气控制部分3二、实习环境3 2.1硬件部分3 2.2软件部分4三、实习内容4 3.1任务分配43.2分类站的组成及简要说明3.2.1工作原理3.2.2控制面板 3.3 机械部分5 3.3.1机构示意图5 3.3.2 本站零件图6 3.3.3 本站装配图10 3.4气动部分11 3.4.1气动原理图11 3.4.2 气动部分工作原理11 3.5 传感器部分12 3.6电气控制部分12 3.6.1第六站电气控制原理图及IO分配12 3.6.2分类站程序框图13 3.7 PLC部分 3.7.1 PLC部分的基本知识 四、实习总结 参考文献 附录模块化生产线概述模块化是指把一个复杂系统或过程根据系统规则分解为能够独立设计的半自律性子系统的过程，或者是按照某种联系规则，将可进行独立设计的子系统统一起来构成更加复杂的系统或过程，这样通过模块化，一个复杂的系统就可以分解为一系列相互独立的具有特定功能价值的模块，并且，在遵循统一的界面规则的前提下，各模块进行半自律性独立动作，同类模块之间可进行替代，从而可根据需要，组成不同的复杂系统。模块化生产是以模块化技术为主导，信息技术为基础，成熟的管理方法为手段，满足顾客个性化需要为目标，是一种柔性的生产方式。该模拟生产线是由独立的六个工作站相互连接而成。它们分别是上料检测站、搬运站、加工检测站、安装站、安装搬运站和分类站。这六个站连接成生产线后可完成工件类别的检测、加工、搬运、安装和分类。 上料检测站上料站由电动机和气缸驱动工作，电动机带动送料转盘将工件依次送到检测工件位，提升气缸装置将工件提升到上料位，红外传感器探测工件并检测工件颜色，向后站发出信息。 搬运站在接收前站信息后，由气缸组成的机械手将大工件从上料检测站搬至加工站。 加工站 在接收前站信息后，回转台将工件在四个工位间转换，钻孔单元打孔，检测单元检测被加工的工件正、次品，并产生成品或废品信息，通知下站。 安装站接收前站信息，安装站用自动吸盘和旋转臂将小工件装入大工件中。 安装搬运站接收前站信息，根据正、次品信号，由机械手将上站工件抓起放入安装工位，待安装好后，将工件抓起放入分类站载料台，将上站次品工件抓起放入次品料仓。 分类站 接受前站信息，由两部步进电机把合格工件按颜色种类分别推入12个仓位，液晶触摸屏显示各仓位储存的工件种类和数量，显示分类站控制程序清单。具体工件在生产线上从一站到另一站的物流加工的传递过程：上料检测站将大工件按顺序排好后提升传送，搬运站将大工件从上料检测站搬至加工站，加工站将大工件加工并检测被加工的工件，产生成品或废品信息，通知下站，安装搬运站将成品送至安装工位，安装站再将小工件装入大工件中，最后，由安装搬运站再将安装好的工件送至分类站，分类站将工件按类送入相应的料仓并统计工件的数量和总量，如加工站有废品产生，则安装搬运站将废品直接送入废品收料站。 各工作站工艺流程如下：上 料检测站安装站搬运站加 工检测站安 装搬运站废 料品存放收分类站一、 实习目的与要求1.1实习目的1.11通过训练,了解模拟生产线的组成,建立生产线的概念。1.12通过训练,学会安排生产训练工作计划。1.13了解生产线的机械结构和传动原理。1.14 学习气动元件、传感器的工作原理及其正确接线。1.15熟练掌握三菱PLC编程软件和触摸屏组态软件。1.16学习各站PLC控制系统的编程。1.17熟悉模拟生产线的控制电路原理及接线。1.18学习各单元之间的通信方法和系统调试。1.19增强团队精神。1.2实习要求1.2.1机械部分训练任务及要求1.2.11熟悉各站机械部分的组成、工作原理。了解所研究系统的工作原理及其所能够实现的功能。1.2.12各站项目小组绘制相应工作站机械部分的工作原理图。从机械结构和传动方式的角度来考虑，选择合适的线条和符号，在选定投影面的基础上绘制出整个系统的机构运动示意图。1.2.13绘制出所研究系统的“类装配图”。1.2.14对所研究机构进行结构、运动和动力分析，指出设计的优缺点并能够提出相应的改进方案；说明：2.11 、 2.12、2.13 为最低要求。1.2.2气动部分训练任务及要求1.2.21熟悉各模块对气压系统的要求。1.2.22熟悉各执行元件的工作循环过程，所包含元件的类型、规格、性能、功用和各元件之间的关系。1.2.23熟悉元件所组成的各种基本回路的工作原理和性能特点，并在此基础上绘制出各模块气压回路，正确分析回路的基本工作过程和所控制机构的动作。1.2.24能够归纳出该系统回路特点。1.2.25对原系统回路进行改进，画出改进后的回路图并说明其工作过程和系统特点。说明：1.2.21、 1.2.22、1.2.23 项为最低要求。1.2.3传感器部分训练任务及要求1.2.31了解各模块控制信号的类型1.2.32熟悉各模块所用传感器的类型、结构、工作原理、性能及使用。1.2.33正确分析传感器信号与其它元件信号的传递过程。1.2.34更换其它形式的传感器，实现信号的采集。说明：2.31 、 2.32、2.33 项为最低要求。1.2.4 PLC部分训练要求1.2.41了解PLC相关基本知识及PLC控制系统的基本组成。1.2.42会用基本指令编写一些常用程序。1.2.43能够读懂各站主要控制功能的梯形图程序，并用自己的语言叙述其控制过程。1.2.44有兴趣的同学可以对原有程序作适当修改，以实现不同的控制任务。1.2.45考核要求：（1）现场用编程软件按要求编写一段程序；（2）任意解释某一站的某一段控制程序。1.2.5电气控制部分训练任务及要求1.2.51熟练掌握各工作站电气控制原理，能正确叙述其中一站的电气控制过程。1.2.52熟悉各控制面板接线端子的作用，正确叙述各端子的电气功能，绘出各端子的标识。1.2.53熟悉各工作站的供电方式，绘出其供电原理图。1.2.54熟悉通信端子排的通信原理，绘制各端子标识。1.2.55熟练掌握各站PLC I/O端子的功能和接线方式。1.2.56绘制其中一站的PLC电路连接图。 1.2.57绘制任意站电路控制原理图。二、实习环境 2.1 硬件环境 本站的主要组成部件是2台步进电机、触摸屏、立体仓库、工作台、气缸、传感器PLC可编程控制器、A/D转换器等。2.1.1步进电机：2.1.2触摸屏：三菱 LWD-C 型，可与计算机、PLC直接连接，可对PLC的软件进行监视的同时显示数据变化；可以显示制作的画面GOT（图示显示终端）预置的内容；可通过GOT的操作ON/OFF可编程的位元件；可将显示屏作为触摸键行使开关功能。电源： DC 24V 通信接口：两个D型 9针插座，分别接计算机（RS232连接器）和PL（RS422连接器）。也可以接打印机。显示320240象素的图象，字符串 4015行。 2.1.3传感器：电感式传感器，输出开关信号。2.2 软件环境 PLC测试软件、 AutoCAD2004二、 实习内容3.1任务分配在通过对本次实习目的的深入分析和了解，本组经过讨论，把本次的本组的实习分配下去，让每个成员都能够在本次实习之中得到锻炼，增强团队协作精神。而我主要负责传感器部分和机械部分中料仓和正侧板的绘制。3.2分类站的组成及简要说明3.2.1本站工作原理：接收前站信息，由两部步进电机把合格工件按颜色种类分别推入12个仓位。其中上下电机按种类输送合格工件到仓位，左右电机控制放入每个仓位的合格工件的数量。液晶触摸屏显示各仓位储存的工件种类和数量，显示分类站控制程序清单。当推力气缸部分处于零位时，系统判断是否有工件送到，在这其中，工件是否送到是由前一站的传感器检测后传递的，一旦前一站的动作完成，这个信息就会送到本站，如果没有则继续等待，若前站工件已经送达，则根据前各站所提供的信息综合判断工件类型，并根据工件类型以及程序设定的库存顺序确定其在仓库中的库存位置（即X、Y轴坐标），然后由PLC发出控制命令，控制命令传送到步进电机驱动器，由驱动器输出与控制命令相对应的方波序列，驱动步进电机工作，其中，方波的脉冲频率决定了电机转动的快慢，从而决定了丝杠旋转的快慢，最终决定了产品分类存放的速度。步进电机带动丝杠转动时，利用螺纹副机构将丝杠的转动转化为X、Y轴方向上的移动，以使推力气缸和托盘到达指定位置。当托盘到达指定位置， PLC发出控制命令控制二位五通电磁换向阀的线圈得电，电磁阀动作，压缩气体进入气缸，活塞杆接着动作，把物品运到指定位置，待工件入库完毕推杆返回初始位置后，PLC发出控制命令，步进电机开始工作，带动螺纹丝杠机构使托板机构回到零位，等待下一步信息指示。3.2.2控制面板本站控制面板有五个按钮开，二个选择开关和一个急停开关。各开关的控制功能定义为：带灯按钮 绿色：开始带灯按钮 黄色：复位按 钮 黄色：特殊功能按钮两位旋钮 黑色：自动手动两位旋钮 黑色：单站联网带灯按钮 红色：停止报警带灯按钮 绿色：上电急停按钮 红色：急停操作过程：当系统上电后，需先按下“上电”按钮，这时复位灯和开始灯一起闪动，如是第一次开机请将各站工件收到上料检测站或安装站中，而后由第一次开始依次按下“复位”按钮待各站安全复位后，各站开始灯闪动，再从第六站开始依次向前按下“开始”按钮，系统可开始工作。当任一站出现异常，按下该站“急停”按钮，该站立刻会停止运行，当排除故障后，按下“上电”按钮，复位灯和开始灯同时闪动，此时按下“开始”按钮，该站可接着从刚才的断点继续运行。如工作时突然断电，来电后可先按“上电”按钮，而后由第六站依次向前按下“开始”按钮，系统就可以从刚才的断点继续向下运行。当然也可全部复位，系统重新开始运行。3.2 机械部分3.3.1机构示意图 改进后原理图：改进的地方有： 1.将料仓的12个孔改为4个水平孔，此举可以去除竖直移动距离。 2.将丝杠传动改为齿轮齿条传动，这样可以大大提高移动速度。运行中存在的问题（1） 有前站机械手上升到位离开信号而不是确定的检测到工件到位，就使电机运转，导致电机的空转。（2） 分类站工作台运行速度不能很好地配合前几站的工作节奏，使系统整体的效率下降。解决方法针对第一个问题，可以在工作台上安装一个压力传感器来准确检测是否有工件到达，从而避免工作架的空行程。同时要对本站的PLC程序进行适当的修改。第二个问题要靠改进步进电机的脉冲频率来进行完善，对PLC程序也要做相应的修改。3.3.2 本站零件机械部分组成：横向移动部分：横向步进电机、横向光杠、横向丝杠、横向滑块纵向移动部分：纵向步进电机、纵向光杠、纵向丝杠、纵向滑块固定支撑部分：底座、底板、侧板、托板、电磁传感器支架推力气缸部分：气缸、推杆（详图见附件）3.3.3 本站装配图（详图见附件）3.4气动部分：3.4.1气动原理图：气压回路各元件的关系：3.4.2 气动部分工作原理：概括地讲，气动回路的工作原理为：当上一站动作完成时给分类站开始信号，电磁阀在PLC的控制信号下动作，气体从两位五通电磁换向阀的左端向气缸左端充气，推杆向右作伸出运动，使工件入仓。当推杆到达最右端，传感器发出信号给PLC，然后PLC发出控制信号使电磁换向阀换向，气缸中的气体从两位五通电磁换向阀的右端向气缸右端充气，推杆缩回。项目元件类型规格性能功用气缸CDJ2B16-75-MaxPress0.7MPa驱动力较大，但由于空气粘性差，具有可压缩性，故不适用于定位精度要求较高的场所提供密闭容积，为推杆的伸出与缩回创造场所电磁换向阀SY3120-5LZD-M50.150.7MPa气动力大，换向时间短，换向冲击大，噪声大，换向频率低控制气缸左右端进气顺序，从而控制活塞的运动方向气泵WY5.2-GMax Press1.3MPa重量轻，无噪音，体积小，搬运方便，耗电量小，无振动，寿命长，易维护向气压系统供气，提供动力源3.5 传感器部分模拟实际工业生产中复杂控制过程的模块化生产系统试验装置,共有六套工作站组成。该装置所采用的传感器品种多，有电感式的，光电式的及电碰式的.每种传感器有着各自的特性，发挥不同作用，使系统有序可靠地工作。传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。 1工作原理（1）光电传感器工作原理光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管(LED)、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。（2）电容式传感器工作原理电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数的物体时，可以顺时针调节多圈电位器.工作流程图如下：（3）电感式传感器工作原理电感式传感器属于一种有开关量输出的位置传感器，它由LC高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是金属物体。工作流程图如下：2光电传感器的分类 ： 漫反射式光电传感器：它是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，物体将光电传感器发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电传感器就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电传感器是首选的检测模式。镜反射式光电传感器：它亦集发射器与接收器于一体，光电传感器发射器发出的光线经过反射镜反射回接收器，当被检测物体经过且完全阻断光线时，光电传感器就产生了检测开关信号。对射式光电传感器：它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时，光电传感器就产生了开关信号。当检测物体为不透明时，对射式光电传感器是最可靠的检测装置。槽式光电传感器：它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光轴时，光电传感器就产生了开关量信号。槽式光电传感器比较适合检测高速运动的物体，并且它能分辨透明与半透明物体,使用安全可靠。光纤式光电传感器：它采用塑料或玻璃光纤传感器来引导光线，可以对距离远的被检测物体进行检测。通常光纤传感器分为对射式和漫反射式3、本站中的传感器 本站通过光电传感器和复位传感器来控制物料推送器准确送料和返回初始位置。 本站用到两类传感器，电感式传感器和磁电式传感器。利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或者电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。磁电式传感器是利用电磁感应原理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。各传感器的工作原理、性能、作用如下：1）电感式传感器：电感式传感器在接外面的脉冲信号时，其主要的性能，特点如下：由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。电感式传感器的特点是： 无活动触点、可靠度高、寿命长； 分辨率高； 灵敏度高； 线性度高、重复性好； 测量范围宽（测量范围大时分辨率低）； 无输入时有零位输出电压，引起测量误差； 对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高； 不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 传感器的类型： 变间隙型电感传感器 变面积型电感传感器 螺管插铁型电感传感器 （本站的传感器是此类型），它由螺管线圈和与被测物体相连的柱型衔铁构成。其工作原理基于线圈磁力线泄漏路径上磁阻的变化。衔铁随被测物体移动时改变了线圈的电感量。这种传感器的量程大，灵敏度低，结构简单，便于制作。2）磁电式传感器：安装在汽缸上，将气缸内活塞的移动通过传感器的电磁感应作用转换为电量并传给控制器，以此来确定活塞的位置，以便PLC做出相应控制命令，以使电磁阀和活塞杆有序工作。其结构简单、工作可靠、测量精度高、零点稳定、输出功率较大，用于汽缸推杆伸出与缩回状态的检测。 在本站的传感器的应用上有3个电磁式传感器，用来检测汽缸的前进与后退是否到位，电磁式传感器的型号为D-C73,主要是用来检测汽缸的位置。D-C73LJ12A3-4-Z/BX(接近开关传感器)LJ12A3-4-Z/BX(接近开关传感器)，广泛用于现代轻工、机械、冶金、交通、电力、军工、纺织、化工、矿山、科研等部门的机床和工业生产自动线上，作定位、检测、测速、记数等用，是理想的位置传感器。 集成电路接近开关,亦称无触点接近开关,它由振荡器和整形放大器组成振荡器起振后在开关的感应头上产生一个交变的磁场,当金属体接近感应区时，在金属体内产生了涡流,从而吸收了振荡的能量,使振荡幅度减弱以至于停振使接近开关达到反转的目的,由整形放大器换成二进制的开关电信号,从而达 到检测的目的. 本系列接近开关为高频振荡型,它以无接触、无压力、无火花，迅速地发出检测信号，用以驱动继电器或逻辑门，它具有灵敏度高，频率响应快，重复定位精度高，舜变过程短，输出功率大，抗干扰性能好，工作稳定性可靠，使用寿命长等优点，开关内充以树脂，使其全封闭，具有耐振、耐腐蚀及防水等特点。3.6电气控制部分3.6.1第六站电气控制原理图及IO分配：电气控制原理图：通过整个模拟生产线的运作，可以看出在第六站中，PLC软件的执行及丝杠的的动作与工件的到来与否无关，而是有节奏的不间断的执行工件的入仓、分类。在第三站（加工站）对工件钻完孔后，通过传感器的检测，在于第四站的内芯配合，将信息传给PLC，当第五站的机械手将工件放在第六站的气缸悬臂梁上时，PLC开始执行命令，将感知的信号转化为一系列相应的脉冲量，来控制步进电机的横向及纵向位移，是气缸准确定位。同时再由PLC发出指令通过控制电磁换向阀，进而控制活塞的推出与缩回，从而保证工件的准确入仓，完成成品分类。在第六站的整个工作过程中，其中横轴左侧与纵轴中部的传感器完成支架的复位，纵轴下方的传感器限制支架的最低位置，这三个传感器为电感传感器，其优点：灵敏度高，频率响应快，重复定位精度高，瞬变过程短，输出功率大，急电特性好，工作稳定可靠，使用寿命长。气缸上的两个传感器为电磁传感器，主要完成工件的入仓过程。当气缸准确定位后（到达工件的指定仓库），PLC发出指令使电磁阀换向，活塞被推出，工件入仓，电磁阀复位，活塞收回。IO分配第六站地址分配X000：横轴到位 Y000：横轴脉冲X001：竖轴到位 Y001：竖轴脉冲X002：竖轴限位 Y002：横轴方向X003：推出到位 Y003：竖轴方向X004：缩进到位 Y004：推工件3.6.2分类站程序框图3.7 PLC部分：3.7.1 PLC部分的基本知识：1.定义:PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算术运算等袄操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各类机械或生产过程，它是在继电器的基础上转化而来的。2.PLC控制系统的基本组成：电源，CPU模块，编程器，I/O模块。3.辅助继电器含义：M300、M302、M304、M306分别表示：工件为白白、白黑、黑白、黑黑时前站机械手离开；M301、M303、M305、M307分别表示：到来的工件为白白、白黑、黑白、黑黑。4.PLC控制部分的程序步骤：a.工作台准备部分 b.按工件颜色不同分配不同的方案 c.工件入仓部分（可以分为步进电机横轴运转和纵轴运转两部分）d.步进电机控制部分 e.系统复位5.作用：PLC部分主要在生产系统中集中的及时收集生产中反馈回来的信息，经过科学的分析和处理，通过程序迅速的响应，快速的控制生产过程。6.工作原理：PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。四、实习总结这次实习是我们机械电子工程学生实践部分中的重要环节，对我们很重要。在以前，我们学的都是一些理论知识，而且我们光只注意一些理论知识，没有专门的练习来提高我们的实际操作能力。这一次的实习没有多少东西要我们去想，更多的是要我们去做，好多东西看起来十分简单，看着貌似都懂，但没有亲自去操作，就不能懂得理论与实践如何联系。我们这次的实习就是要我们跨过这道实际和理论之间的鸿沟。时间虽短，但我们学到很多东西。通过这次实习，使我们意识到我们的操作能力的不足，认识到在理论上的缺陷。因此，在以后的学习生活中，我们需要更努力地读书和实践。 通过这次学校为我们提供的机电一体化训练平台，我们初步了解了模块化生产的概念。通过对模块化生产系统的实际参观、操作、测量、测绘、制图并且进行了编程设计和运行工作。两个星期对于我们来说是比较充实的，我们分配到的任务是第六站-分类站，通过这一次实习我们初步明白了生产系统个部分的功能、结构、工作原理、气动控制、电路图和PLC的编程控制以及其编程，尤其是机械部分。模块生产系统的设计训练是综合性的系统工程设计，是机械、气压和电子技术个专业协同合作的结晶，也是培养我们团队精神的训练。通过这段时间的模块化生产实习，使我们对机电一体化系统的构建和设计有个整体的了解。深入观