毕业论文-柔性生产自动化系统

更多相关文档资源请访问HTTP/WWWDOCINCOM/LZJ781219。本毕业论文包含完整PLC设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要技术学院毕业论文题目名称柔性生产自动化系统系部名称机械工程系2015年6月柔性生产自动化系统摘要编程序控制器以其高抗干扰能力、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。为满足社会对PLC技术人才的需求，提高学生的就业质量，我们学校与广东省自动化与信息技术转移中心共同设计了一套柔性生产线。柔性生产线教学系统完全模拟实际工业生产中复杂的控制过程，主要有以下六个模块化单元组成，包括自动化立体原料库送料与质量检测单元；模拟夹具与柔性加工单元；视觉送料分拣与工件装配单元；自动化产品接料与天车堆垛单元；自动化自动上料单元；人机界面监控与总站控制单元这六个工作单元相互协作完成复杂的自动化生产与物流运输任务。整套系统模块既可以与其他设备配合完成自动化控制任务，也可以独立工作。整套系统涵盖了光、机、电、气、计算机等专业所涉及的专业知识，广泛应用于电气、机电、自动化、先进制造、物流等相关行业。该系统控制单元采用了气动驱动，变频器驱动，A/DD/A转换，和步进电机，伺服电机的位置控制，NN网络通信等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式；与此同时，每个单元都能够独立控制输出，并可通过人机界面进行远程控制。由于本人在此次柔性生产系统设计过程中所做的内容主要是PLC程序的编写和调试，故在本文中会更多地对三菱FX2NC系列PLC的编程做相关介绍，同时也每个单元对涉及到的相关技术做相应的介绍。关键词柔性生产线可编程序控制器PLC目录柔性生产自动化系统1摘要1第一章绪论5（一）自动化生产线发展状况5（二）PLC的应用及目前的研究现状61生产线上的工艺过程6（三）选题的背景7第二章柔性生产线系统介绍7（一）柔性生产线系统的总架构8（二）柔性生产线系统的整体功能9第三章每个工作站介绍11（一）立体原料库送料与质量检测工作站111立体原料库送料与质量检测工作站的组成112立体原料库送料与质量检测工作站功能及动作流程11（二）模拟夹具与加工钻孔工作站171模拟夹具与加工钻孔工作站组成172模拟夹具与加工钻孔工作站功能及动作流程18（三）送料、分拣与工件装配工作站201送料、分拣与工件装配工作站组成202送料、分拣与工件装配工作站功能及动作流程21（四）产品接料与天车堆垛工作站251产品接料与天车堆垛工作站组成252产品接料与天车堆垛工作站的功能及动作流程26（五）自动上料工作站331自动上料工作站组成332自动上料工作站的功能及动作流程33（六）本章小结38第四章柔性生产线教学系统硬件设计的实现39（一）立体原料库送料与质量检测工作站的硬件设计391立体原料库送料与质量检测工作站的气动回路的设计392立体原料库送料与质量检测工作站主电路的设计413立体原料库送料与质量检测工作站PLC控制回路图的设计41（二）模拟夹具与加工钻孔工作站的硬件设计431模拟夹具与加工钻孔工作站的气动回路的设计432模拟夹具与加工钻孔工作站主电路的设计433模拟夹具与加工钻孔工作站PLC控制回路图的设计45（三）送料、分拣与工件装配工作站的硬件设计471送料、分拣与工件装配工作站的气动回路的设计472送料、分拣与工件装配工作站主电路的设计483送料、分拣与工件装配工作站PLC控制回路图的设计49（四）产品接料与天车堆垛工作站的硬件设计501产品接料与天车堆垛工作站的气动回路的设计502产品接料与天车堆垛工作站主电路的设计513产品接料与天车堆垛工作站PLC控制回路图的设计52（五）自动上料工作站的硬件设计531自动上料工作站的气动回路的设计532自动上料工作站主电路的设计543自动上料工作站PLC控制回路图的设计55六本章小结56第五章柔性生产线教学系统参数设定及软57件实现57（一）模拟量输入输出模块的参数设定及软件实现571FX1N2ADBD的参数设定及软件实现572FX1N1DABD的参数设定及软件实现58（二）电机无级调速的参数设定及软件实现591模拟量输入控制无级调速的参数设定及软件实现602通讯方式控制无级调速的参数设定及软件实现65（三）步进电机控制系统的参数调节及软件实现72（四）伺服电机控制系统的参数调节及软件实现74（五）NN串行通讯的的参数设定及软件实现79（六）本章小结85第六章柔性生产线系统的程序86（一）顺序功能图（SFC图）86结论100致谢101参考文献102第一章绪论（一）自动化生产线发展状况自动线是能实现产品生产过程自动化的一种机器体系，通过采用一套能自动进行加工、检测、装卸、运输的机器设备,组成高度连续的、完全自动化的生产线，来实现产品的生产，从而提高工作效率。降低生产成本、提高加工质量、快速更换产品，是机械制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志，它的发展趋势是提高可调性，扩大工艺范围，提高加工精度和自动化程度，同计算机结合实现整体自动化车间与自动化工厂。自动生产线是在流水线的基础上逐渐发展起来的，它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序，达到相应的工艺要求，生产出合格的产品，为了能够实现这个目标，可以采用自动输送和其他一些辅助装置，根据工艺顺序把不同的机械加工装置组成一个整体，各个部件之间的动作是通过气压系统和电气制动系统组合起来的，使它能够实现规定的程序而进行自动工作，这种自动工作的机械装置系统被我们称为自动生产线。现在科学技术日新月异，在工业生产中自动化生产技术也使用得非常的普遍了，并且在电子和机械制造等领域已经研究并生产出许多各种类型的自动生产线，正是因为这些自动生产线的飞速发展和广泛使用，提高了我们的生产效率及产品的质量、改善了工作的条件、降低了能源的损耗、节约了材料等等，在各方各面都获得了显著的效果。自动生产线能构成一个完整的系统，是由于它是综合了传感技术、驱动技术、机械技术、接口技术、计算机技术等技术，自动生产线在各国有着各种生产的需要，有效的综合及组织，来优化整体的设备，自动生产线虽然是源于传统的流水生产线，但它的功效是远远优于传统流水生产线，并且还有着多种显著的区别，其主要的特点是自动生产线有非常高的自动化控制，还有传统流水生产线所没有的精密的生产节奏，它是一个统一的自动控制系统，其工作要按照规定的工序顺序来完成。在各个不同的应用领域,不同种类的自动线的结构不同，大小也不同，功能也不同，它们基本都包含检测、机械本体、信息处理、输入、输出接口部分以及执行机构等五部分。但是不论哪种自动生产线，在功能上都必须能实现控制、运转、驱动和检测等,并且控制功能是电子装置来完成的。自动生产线在生产中，所有传感器用来检测信号，控制装置再运算、变换、存储其检测信号，再通过其接口电路向执行机构给出指令来实现相应的工作。传感器检测生产线上位置、温度、压力、流量等信号，来让信息处理部件分析处理，驱动功能是液压缸电动机、电磁阀、气压阀、机械手等执行部件实现的。其机械部分是自动生产线的主体部分。自动线支持技术的飞速发展，驱动了自动线的大力发展，使得可以生实现技术更加复杂的生产和操作以及装配工艺要求更高的流程，现在这些技术在向更深的领域发展，尤其微电子技术向超大规模和超超大规模集成电路方向的发展，在那么几平方毫米硅片上能集成几百万甚至上千万个逻辑元件，实现了计算机的小型化，高速化和智能化的发展，正是智能计算机的出现更加的完善了自动线的功能，提高了生产的效率以及产品的质量。现代工业是计算机、信息技术、现代管理技术、先进工艺技术的综合与集成，涵盖了产品设计、生产准备、制造执行等多方面，是国家建设和社会发展的重要支柱之一。为了加强学生面向新世纪的挑战能力，提高机、光、电一体化的理论水平与实践能力刻不容缓，重点建设机电类工程，柔性加工综合实验平台，更具有迫切性和现实意义。（二）PLC的应用及目前的研究现状1生产线上的工艺过程1969世界第一台PLC在美国数据设备公司诞生。19751976年,德国、日本、美国等将微处理器作为控制器的中央处理单元应用到PLC中，并且去掉磁心存储器改用了集成电路的存储器，结合了微型计算机的技术与电控制器技术，从而实现了可编程控制器的规模集成化，使得处理器更能适用工业环境，更加的可靠，功能也更加强大，更加的灵活，成本却大大下降，从而使得PLC进入了实用阶段。随着科技的不断进步，PLC的性能也飞速增强，其应用和研究现状主要在以下方面体现1控制规模的扩大，控制大型机的规模越变越大，开关量高的达到了几万。2组成模块的增多，现在PLC己经新增了很多模块，如PDI控制、温度以及运动模块等等。3开放性和互操作性大大发展，在PLC的发展过程中，制造商为了垄断和扩大各自市场，都各自发展自己的标准，开放是发展的一个趋势，各厂商都意识到这一点，并形成了长时期的妥协与竞争，这一过程还将继续。4工作速度的提高可以对系统实现实时控制。5联网的能力增强，由于通信、信息及控制技术的大力发展，联网也得到了的发展，己经可以实现的远程控制。正是由于这些性能、使得工业系统可以实现远程化、自动化、控制信息化及智能化。现在应用在不断前进,尤其在运动控制、模拟量控制及驱动控制上广泛使用，已经成为现在系统工作自动化中最有效的工具之一了。（三）选题的背景从整体上讲，我国工业自动化生产技术水平低，重大技术装备和关键产品远不能满足国民经济快速增长的需要。与发达国家相比，我国企业无论在产品质量、技术水平还是在市场竞争能力方面，均存在着阶段性差距，而且还有进一步拉大的趋势。不少企业装备陈旧，生产工艺落后，产品质量不稳定。一些基础元器件和零部件的可靠性差，基础设备的精度、效率较低。由于国产设备生产的质量不能满足用户的需求，导致近几年各类生产线进口骤增，进出口逆差巨大，尽管国内自动化生产线市场需求旺盛，但将近一半的国内市场被外商占领了。所以当一些厂家需要自动化生产线时就遇到了一个两难的问题，即选国内生产制造商与选进的问题。选国产自动化生产线虽价格相对要低，但是质量得不到保障，产品的可靠性差；而如果要选进口生产线虽然质量上有保证，生产线的可靠性要好，但价格就要贵好多，这就要大大提高前期投资的资金。对一些中小型企业来说它们本身就资金不是很多，而又要它们一次拿出一大笔资金来投资是不太现实的。这样就迫切需要提高国产自动化生产线的质量和各种模块程序的完善。第二章柔性生产线系统介绍该柔性生产线系统每个站点都充分的体现了其实用性，每个站点中涉及到了各种工业控制比较经常用到的模块及控制方法，如此设计能够提高设备的使用效率而对于整条生产线，则和工业生产控制流程极为相似，通过整体控制工艺的实现，能让学生更深刻、直接的了解工业生产控制，从每个站点之间的协调运行，安全运行有自己的思考和想法，从而提高我们对于系统设计的能力。（1）柔性生产线系统的总架构整个系统的架构，主要有以下六个模块化单元组成1号站立体原料库送料与质量检测工作站；2号站模拟夹具与加工钻孔工作站；3号站送料、视觉分拣与工件装配工作站；4号站产品接料与天车堆垛工作站；5号站自动上料工作站。通过这六个工作站相互协作完成复杂的自动化生产与物流运输任务，每个工作亦可以单独运行。这五个站核心控制器除了立体原料库送料与质量检测工作站使用了FX1N系列PLC，其他四个站点都是用到了FX2NC系列的三菱PLC，每一个站均由一台PLC承担其控制任务，其中五个站是通过RS485串行通讯实现互联的分布式控制方式，组建成网络后，系统中的每一个单元也称作工作站，在这5个站中，可以设定任意一个站点作为NN网络的总站，五个站点相互协调，把工件按照工作要求分拣、安放。图22柔性生产线系统外观图（2）柔性生产线系统的整体功能柔性生产线教学系统的功能如下在1号站立体原料库通过震盘把杂乱无序不同种类的圆形杯柱按照杯口向上的顺序排列好，整齐地送到出料口，移载机械手把工件送到质量检测单元进行质量检测，检测圆形杯柱上料方形工件上料搬运质量检测传送传感器进行分类2次搬运放入回C收盒小杯柱放入回A收盒大杯柱中等杯柱放入回B收盒凹槽朝左方形工件凹槽朝下方形工件凹槽朝右方形工件装配放入成品槽放入立体仓库结果有三种，并对不同的检测结果做不同的处理。（最小的杯经吸盘放入检测区旁的回收盒，最高的杯会在输送带上的挡料机构处滑出输送带，掉入输送带旁的回收盒，另一种杯则送往后方站点进行处理）在2号站对1号站送过来的合格工件进行夹具和加工，并把加工后的工件传送到皮带的终端等待3号将其拿走进行装配。在3号站方形工件杂乱无序地放置在供料口，由推料缸推出到输送带上，输送带承载着方形工件前行，在光电传感器的检测下，进行工件姿势判断，根据结果对工件做不同处理（反向工件推掉回收，槽口向左的工件经机械手搬运至装配台装配，槽口向右则送往后方站点，放入料仓空闲位置）。在4号站移载小车接收到3号站传送过来的凹槽朝右的方形工件，由双向定位模块对工件进行定位，等待天车机械手将工件取走放到相应的位置上（此站配有堆垛工位四个，方便进行工作缓速度冲处理）。在5号站，接料模块接收到4号站皮带传送过来的工件时，三轴机械手将工件有序地放给到活动仓储架模块的空闲位置上，实现自动仓储的目的。例可定义系统的大致功能流程图如图23所示。图23柔性生产线教学系统功能流程图第三章每个工作站介绍（一）立体原料库送料与质量检测工作站1立体原料库送料与质量检测工作站的组成立体原料库送料与质量检测工作站主要的机械结构有以下几个部分组成振动盘模块，旋转移载模块，质量检测模块，输送带模块。其控制部件则包括AC/DC整流变压电源，三菱PLC（FX1N60MR3A001）,FX2N485BD通讯模块,开关电源，启动、停止、复位按钮，单/联机开关，输送带运行开关，蜂鸣器，停止、运行指示灯，绿色、红色信号灯，变频器。其机械结构和控制部件图如图24所示图24立体原料库送料与质量检测工作站机械结构和控制部件震盘上料工件送至检测台质量检测机构对工件检测小直径工件过高工件中等工件回收盒A放置到输送带挡料机构将过高工件剔除到回收盒B中等工件传送至2号站2立体原料库送料与质量检测工作站功能及动作流程电振动盘通过振动的方式将杂乱堆放的杯形工件调整为开口向上姿态，并输送到斜坡槽，实现定向送料。开口向下的杯形工件会跌落盘中重新振动送料。工件由振动盘送出后滑到斜坡槽，进入出料座，出料座附近开关检测（在出料V型槽下方）到有工件到来。触发真空发生器由吸盘把工件吸起，然后根据系统判别结果，不同直径高度的工件，通过摆动气缸旋转摆臂、双轴滑台缸、移动摆缸等气动元件，把工件放到系统指定位置（如检测座，输送带或塑料盒）上。而质量检测模块主要是检测圆形杯柱的高度。检测圆形杯柱工件的高度是否达标，高度的检测通过光纤位移传感器进行，当检测探头深入圆形杯柱内时，光纤位移传感器会有相应的电压反馈给与PLC连接的FX1N2ADBD特殊模块，该模块会把相应的电压值转化成数字量，存放在寄存器D8112中，PLC根据数值比较去判断是否是合格产品。在该系统中，共有三种工件（如图25所示），高大杯柱，中大杯柱，小杯柱。质量检测模块的任务就是把其检测出来。工件经吸盘放到输送带后，工件从输送带一端传送到输送带另一端。同时传送过程中可进行检测，挑选等多项工作。图25各种圆形工件的实物图FIG25ROUNDWORKPIECEPHYSICALMAP例可定义立体原料库送料与质量检测工作站动作流程图图26所示（高）圆形工件（中）圆形工件（小）圆形工件图26立体原料库送料与质量检测工作站动作流程图1本工作站是可以独立出来的比较完整的一个站，其实是一个分拣模块，对不同的工件做不同处理。可通过该站可自行设计不同的分拣方式。2在质量检测模块有位移传感器，其作用是将020CM的位移转化成010V的电压输出，而选用的三菱PLC选用了FX1N60MR3A001型号，故在该点可以做PLC与模拟量输入和模拟量输出的控制实验，甚至是PID控制。可通过该实验了解A/DD/A的工作原理及PLC与A/DD/A的接线。3将FX1N60MR3A001与变频器结合可以做变频器的模拟量输入控制，实现模拟量控制的无级调速。学生可通过该实验了解变频器由外部模拟量输入控制的参数调节，接线，以及其控制流程。4因为PLC有FX1N2ADBD通讯模块，与变频器结合可以做通过无协议通信的方式控制变频器实现各种功能。可通过该实验了解掌握变频器的无协议通信方式，对码制转换的方法，对变频器网络参数的设置，掌握CCD,RS,HEX,ASCI等指令。0号站S0RSTY14熄灭绿灯RSTY14熄灭红灯S10M0M2X3S11M0M1002X3M0M2X3S18M1002X3S0M1002和M2为停止信号，因没有硬件按钮，故不能进行停止操作，此程序只有急停M0M1002X3M2X3M0为2个供料站物料检测S23M1005X0原点标志启动T0K50不满足启动条件延时5SY15红灯Y21停止指示灯Y22蜂鸣T0X2复位S24T33K12复位信号时间M1003复位信号X3单/联机T33S0SETY27吸盘下降绿灯SETY14运行指示灯SETY20X3X3T1K50延时5S熄灭红灯RSTY20熄灭停止指示灯Y22蜂鸣RSTY14Y15红灯T1M1002X3M2X3S0M0S11S12T3K15吸气时间Y4吸气T3S13RSTY27吸盘上升X10S14吸盘上限位Y7回旋缸右旋X13回旋缸右限位S15SETY27吸盘下降X11吸盘下限位S16T4K10Y5排气排气时间T4S17RSTY27吸盘上升X10吸盘上限位Y6检测台前移回旋缸左旋S25SETY26X12X17回转缸左限位检测台前限位下降时间检测台下降S26T8K15SETY25T8S27T7K2MOVPD8112D0T7检测时间位移记忆S28RSTY25检测台上升X20检测台上限位S29Y7RSTY26检测台后移回转缸右旋X13X16回转缸右限位检测台后限位S30SETY27吸盘下降X11吸盘下限位S31TK15Y4吸气吸气时间T5S32RSTY27吸盘上升X10吸盘上限位S33SETY24滑台右移K1K1S33X15D0K1350S34Y6旋转缸左旋滑台右限位工件尺寸X12回转缸左限位S39X11吸盘下限位SETY27吸盘下降S40T6K10Y5排气排气时间T6S41X10吸盘上限位RSTY27吸盘下降S42RSTY24吸盘下降X3X1068X31号站皮带末端SETY11皮带速度SETY13电机正转Y3拦料T12K100拦料成功后延时跳转X15T251K2T251K6T0K3T0S22Y26送料缸复位计时器T1K10运行指示灯S23RSTY3运行指示灯Y27T1S13K1S32Y0丝杆动作Y1丝杆方向丝杆中位2X22S34SETY24机械手下降机械手下限位X13S35Y23机械手松开T6K10松开时间T6S33Y22机械手夹紧T7K10夹紧时间T7S37RSTY24机械手上升X14机械手上限位S38Y0Y1T8K70丝杆动作时间丝杆动作丝杆方向T8S39SETY24机械手下降机械手下限位X13S40Y23机械手松开T9K10松开时间S41RSTY24机械手上升T9X14机械手上限位S42Y0Y21T20K10成品缸动作时间丝杆动作机械手缩回X12机械手后限位Y30成品缸动作X12X22RSTM0丝杆中位2机械手后限位X22X12RSTS42复位块S1复位信号联机M1003X3复位按钮单机X2X3S45RSTY24机械手上升X14机械手上限位S11Y0丝杆动作S10X20/X21丝杆左限位/丝杆中位1S12S12X22丝杆中位2（下降沿）Y0丝杆动作Y1丝杆方向X22丝杆中位2RSTS12Y21机械手缩回Y23机械手放松T11K10机械手复位时间X12T11机械手后限位RSTS10单机块S2X5丝杆左移X6丝杆右移X4输送带X6丝杆右移单机X3Y0丝杆动作Y3输送带Y1丝杆方向X4/X5/X6RSTS2输送带开关/丝杆左移开关/丝杆右移开关（四）产品接料与天车堆垛工作站1产品接料与天车堆垛工作站组成产品接料与天车堆垛工作站的机械结构有以下几部分组成小车移载接料模块，双向定位模块，22堆垛模块，三轴机械手模块，输送带模块。控制部件包括整流变压电源，三菱PLC（FX2N64MT001），FX2N485BDBD，伺服驱动器和伺服电机，开关电源，启动、停止、复位按钮，单/联机开关，输送带运行开关，蜂鸣器，停止、运行指示灯。其机械结构和控制部件图如图211所示图211产品接料与天车堆垛工作站机械结构和控制部件FIG211RECEIVEDMATERIALANDSTACKINGSTATIONMECHANICALANDCONTROLUNIT接料小车接料双向定位模块对工件定位3号站送来凹槽朝右的工件机械手在工件上方等待5号站发来工件请求5号站是否有工件请求YN2堆垛单元是否放满机械手小车里工件继续放入堆垛单元5号站是否有工件请求N机械手将小车里的工件送到传输带YNY3号站无凹槽朝右工件送来2堆垛单元是否有工件5号站是否有工件请求YY机械手将堆垛单元的工件送到传输带机械手在原点不动2产品接料与天车堆垛工作站的功能及动作流程3号站把凹槽向右的工件从输送带传送模块送到本站的小车移载接料模块，接料模块在旋转180到右端的时候，因工件可能会移位而产生不正，所以在右侧有两个单气缸对在接料模块上的工件进行双向定位纠正。定位完成后，等待由伺服电机控制的三轴机械手将把工件取走。搬运到22堆垛单元。例可定义产品接料与天车堆垛工作站动作流程图图212所示。图212产品接料与天车堆垛工作站动作流程图FIG212RECEIVEDMATERIALANDSTACKINGSTATIONACTIONFLOWCHARTM8038通讯参数设置标志MOVK3D81763号站X27MOVK27642D101X30X25X26X26X25X30X27MOVK69300D102MOVK2642D101MOVK69300D102MOVK27642D101MOVK35400D102MOVK2642D101MOVK35400D102MOVK1842D106MOVK37105D104MOVK26842D106MOVK37105D104MOVK1842D106MOVK71053D104MOVK26842D106MOVK71053D104X25X26X27X30M1194工位1工位2工位3工位4堆垛已满X1工位1ZRSTS0S200ZRSTY0Y27复位各步复位各输出X11接料缸后限位X15机械手上限位X17X轴原位X22Y轴原位X31接料检测M11923站原点X4输送带X3单机X5丝杆左移X6丝杆右移X7丝杆前移X10丝杆后移SETS2单机块M1132X3联机启动信号X0启动按钮X3单机SETS0RSTM1195M1132启动信号X3联机X0启动按钮X3单机ZRSTS0S100ZRSTY0Y27RSTM0复位各步RSTM1SETS1复位块复位各输出堆垛监控情况3号站S0RSTY14熄灭运行指示灯X3M1261启动原点标志M1192原点标志S40X31接料检测S17X11接料缸后限位RSTY14熄灭运行指示灯RSTY14熄灭运行指示灯M1192X3原点标志单机M1261X3堆垛已满联机S26RSTS0T8K50警报时间Y16蜂鸣RSTY14熄灭运行指示灯Y15停止指示灯RSTS26T8S18SETY21接料缸左转X13转动缸后限位S19Y20接料缸伸出M1195再次驱动2站输送带X12接料缸前限位X31接料检测S30X11接料缸后限位上升沿S15X14RSTY20接料缸缩回RSTY21接料缸右转接料缸右限位S21M0M1261X3X15机械手未启动堆垛未满联机机械手上限位M0X3X15机械手未启动单机机械手上限位S10DPLSYK10000K62132Y0X轴脉冲Y4X轴使用Y2X方向DPLSYK10000K74737Y1Y轴脉冲Y5Y轴使用SETM0机械手工作中Y27机械手松开M8029S11Y25机械手下降Y26机械手夹紧T0K10夹紧时间X16机械手下限位T0S12X15机械手上限位S13M1261X3堆垛已满联机RSTS21S22Y20接料缸伸出Y23定位缸1Y24定位缸2T1K15定位时间X12T1X31T1M1261X3接料检测定位时间堆垛未满联机X31T1X3接料检测定位时间单机S34T34K10接料缸伸出T34RSTS34PLSYK10000K0Y0Y4Y轴回原点PLSYK10000K0Y0Y5Y轴使用Y3Y轴方向X22X17X轴原位Y轴原位X轴回原点X轴使用K1取料M12614站料仓满RSTS22K1X17X22M1Y轴原位X轴原位皮带上没料S35Y25机械手下降T5K10松开时间机械手松开SETM1已卸料标志M8029X16机械手下限位Y27T5S36RSTM0复位机械手工作标志X15机械手上限位X15机械手上限位S37X25/X26/X27/X304个堆垛位M1261M0M1X314站料仓未满机械手未启动皮带上没料接料缸没料S31PLSYK10000D106Y0X轴脉冲Y4X轴使用Y2X方向DPLSYK10000D104Y1Y轴脉冲Y5SETM0机械手工作中M8029S32Y25机械手下降Y26夹紧时间机械手夹紧机械手下限位X16T4K10T4S12X25/X26/X27/X304站料仓满M1261堆垛无料接料缸有料X31RSTS37S384站接料缸有料M1262S39Y17皮带M1199启动4站T6K60皮带运行时间RSTM1T6T6RSTS39M12614站料仓满RSTS38X17X22M1Y轴原位X轴原位皮带上有料S14M1194堆垛满M1194堆垛未满S13K2K2S16PLSYK10000D106Y0X轴脉冲Y4X轴使用Y2X方向DPLSYK10000D104Y1Y轴脉冲Y5SETM0M8029Y轴使用机械手工作中Y轴使用S23Y25机械手下降T3K10松开时间机械手松开X16Y27T3机械手下限位S24X15机械手上限位K3K3S25PLSYK10000K0Y0Y4Y轴回原点PLSYK10000K0Y0Y5Y轴使用Y3Y轴方向X22X17X轴原位Y轴原位X轴回原点X轴使用RSTM0复位机械手工作标志X17Y轴原位X22X轴原位X17X22X31Y轴原位X轴原位接料缸有料X17X22X31M1Y轴原位X轴原位接料缸无料皮带上没料S31RSTS25S1复位块Y27机械手松开T50K10松开时间X11X15T50接料缸后限位机械手上限位松开时间S27PLSYK10000K0Y0X轴脉冲Y4X轴使用X23X轴前限位S29PLSYK10000K0Y0X轴脉冲Y2X轴方向Y4X轴使用X22X轴原位（下降沿）S27X22X轴原位RSTS27S28PLSYK10000K0Y1Y轴脉冲Y5Y轴使用X20X轴前限位X17Y轴原位（下降沿）S33PLSYK10000K0Y1Y轴脉冲Y3Y轴方向Y5Y轴使用X17Y轴原位RSTS33S33单机块S2X3X4单机输送带Y17PLSYK10000K0Y1输送带Y轴脉冲Y5Y轴使用PLSYK10000K0Y0X轴脉冲Y4X轴使用Y2X轴方向X5丝杆左移X6丝杆右移X10丝杆后移X7丝杆前移X7Y3X轴方向X4输送带丝杆前移X4/X5/X6/X7/X10五个手动按钮（都是下降沿）RSTS2（五）自动上料工作站1自动上料工作站组成自动上料工作站的机械结构有以下几部分组成平移接料模块，三轴机械手模块，活动成品库模块。控制部件包括整流变压电源，三菱PLC（FX2N64MT001），FX2N485BDBD，步进驱动器和步进电机，开关电源，启动、停止、复位按钮，单/联机开关，输送带运行开关，蜂鸣器，停止、运行指示灯。其机械结构和控制部件图如图213所示。图213自动上料工作站机械结构和控制部件图4号站传来凹槽朝右的方形工件接料模块接住来料三轴机械手取料仓库是否放满报警机械手按扫描规则将方形放入仓库空闲位置2自动上料工作站的功能及动作流程该站的平移接料模块接到从4号站传输带传送过来凹槽朝右的方形工件后，退回到初始位置，机械手拾起方形工件，将方形工件放置在空闲的44立体仓库中；若仓库放满，则发出报警信号，告知工作人员仓库已经货满，尽快将仓库工件清除。每个库位的坐标必须实现调试获取，若位置不对，则可能会撞上仓库的金属架，在这里，仓储架是可以前后活动的，以免参数错误导致碰撞损坏机械器件。工件放置的时候采用的是键盘扫描模式，自下至上，自左至右。自动上料工作站的动作流程图图214所示。图214自动上料工作站的动作流程图FIG214AUTOMATICWAREHOUSINGSTATIONACTIONFLOWCHARTM8038通讯参数设置标志MOVK4D81764号站M1M2M3M4M5M6M1M8K0K0M9M10M11M12M13M14M15M16M1261料仓满X1急停按钮M1031急停信号ZRSTS0S200复位各步X14X轴原位X17Z轴原位X12机械手后限位X22接料感应开关M12564站原点X4X轴原位X5X轴原位X6X轴原位X7X轴原位X22接料感应开关SETS2单机块M1199启动信号X3联机X0启动按钮X3单机SETS0M1003复位信号X3联机X3复位按钮X3单机ZRSTS0S100复位各步ZRSTY0Y25复位各输出ZRSTM0M17RSTM1262SETS14号站S0机械手工作中单机接料缸没料M1256X3M1262M0X3M1262X3M1262原点单机接料缸没料联机接料缸没料S28X3M1262联机接料缸没料Y22接料缸伸出X22接料感应开关S27T8K10接料缸缩回延时SETM1262接料缸伸出T8S14Y23接料缸缩回X10M0接料缸后限位机械手未启动S22T7K10接料缸二次物料检测T7X22S15PLSYK5500K21370Y0X轴脉冲Y20机械手松开SETM0机械手工作中T0T0K8料仓扫描周期T0K0Y10T0K2Y11T0K4Y12T0K6Y13Y10X33X32X31X30SETM4SETM8SETM12SETM16Y11X33X32X31X30SETM3SETM7SETM11SETM15Y12X33X32X31X30SETM2SETM6SETM10SETM14Y13X33X32X31X30SETM1SETM5SETM9SETM13K1K1S29T9K50警报时间Y16蜂鸣器Y15停止指示灯T9RSTS29DMOVK142178D101M16DMOVK77024D111DMOVK114770D101M15DMOVK77024D111DMOVK87362D101M14DMOVK77024D111DMOVK59954D101M13DMOVK77024D111DMOVK142178D101M12DMOVK45164D111DMOVK114770D101M11DMOVK45164D111DMOVK87362D101M10DMOVK45164D111DMOVK59954D101M9DMOVK45164D111DMOVK142178D101M8DMOVK13304D111DMOVK114770D101M7DMOVK13304D111DMOVK87362D101M6DMOVK13304D111DMOVK59954D101M5DMOVK13304D111DMOVK142178D101M4DMOVK16056D111DMOVK114770D101M3DMOVK16056D111DMOVK88362D101M2DMOVK16056D111DMOVK59954D101M1DMOVK16056D111S15M8029S16Y21机械手夹紧（T3K10）夹紧时间T0S17PLSYK5500K0Y0Y2X轴脉冲X轴方向X17Z轴原位RSTM1262D111K16056SETM17复位接料感应X轴上升一定高度X17Z轴原位下降沿S18DPLSYK5500D101Y1M31M8029Z轴脉冲T6DPLSYK5500D111Y0X轴脉冲M32M8029M17Y2X轴方向T6K20M31M32两个轴都到位S19Y24机械手伸出（T4K10）伸出时间T4Y20机械手松开（T5K10）松开时间T5K2M1261RSTS15S20Y25机械手缩回ZRSTM1M16X12S21X14DPLSYK5500K0Y1Y3Z轴脉冲Z轴方向S23DPLSYK5500K0Y0Y2X轴脉冲X轴方向M17X17M17Z轴原位粮仓底层记忆S30DPLSYK5500K0Y0Y2X轴脉冲X轴方向X17M17Z轴原位下降沿粮仓底层记忆S24DPLSYK5500K0Y0X轴脉冲X17Z轴原位上降沿S25X17M17Z轴原位上降沿粮仓底层记忆S25S26X14X17X轴原位Z轴原位S50RSTM0RSTM17S50RSTS50S1Y23接料缸缩回Y25机械手缩回Y20机械手松开T1K5T1X10X12T1接料缸后限位机械手后限位S10PLSYK5500K0Y0X轴脉冲Y2X轴方向X17/X20Z轴原位（下降沿）/Z轴前限位S11PLSYK5500K0Y1Z轴脉冲Y3Z轴方向X15X轴左限位S13PLSYK5500K0Y1Z轴脉冲X14X轴原位（下降沿）S11X14X轴原位RSTS11S12DPLSYK5500K0Y0X轴脉冲X17Z轴原位RSTS12复位块S2PLSYK5000K0Y1Z轴脉冲X3X5X4丝杆右移丝杆左移PLSYK5000K0Y0X轴脉冲丝杆上移X6X7丝杆下移X4Y3Z轴方向X4Y2X轴方向X4/X5/X6/X7手动按钮（下降沿）RSTS2单机块（六）本章小结本章介绍了柔性生产线教学系统的硬件总体框架，系统的整体功能，并对每个站的机械机构组成，工作站的组成以及其可以实现的动作流程。第四章柔性生产线教学系统硬件设计的实现柔性生产线教学系统的硬件设计的实现主要包括三方面，一是气动回路图设计，二是主电路的设计，三是PLC控制系统回路原理图。（一）立体原料库送料与质量检测工作站的硬件设计1立体原料库送料与质量检测工作站的气动回路的设计立体原料库送料与质量检测工作站的气动回路图的设计与动作分析均采用AUTOMATIONSTUDIO50工程设计软件，图31为AUTOMATIONSTUDIO50工程设计软件对该站做气动回路图设计及分析。图31用AUTOMATIONSTUDIO50软件对该站做气动回路图设计及分析立体原料库送料与质量检测工作站的驱动部件分别使用了7个2位5通的换向阀分别驱动旋转气缸，真空发生器，吸盘升降缸，滑台缸，检测台前后移缸，检测台升降缸，分拣缸按控制功能动作，其中旋转气缸，真空发生器采用了具有记忆功能的双电控电磁阀控制，而吸盘升降缸，滑台缸，检测台前后移缸，检测台升降缸则选用了具有复位弹簧的单电控电磁阀控制，除真空发生器外，别的缸都可以通过进气节流的方式来控制气缸的运行速度。气源的工作压力可通过气动三联件的调压阀进行调节，气动三联件主要的用于过滤，调压，润滑等功能。图32为立体原料库送料与质量检测工作站的气动回路图。PLC变频器UVW20V5WM3Y01Y2COMSTFRHLSD振盘SB1SBKM1KM1QF10AQF25AQF35AQF45AQF5ALNK1PBDC24VVFU5A图32立体原料库送料与质量检测工作站的气动回路图2立体原料库送料与质量检测工作站主电路的设计立体原料库送料与质量检测工作站主电路设计图如下图33所示，急停按钮SB用于切断整个主电路的电源，QF1为总保护开关，QF2,QF3,QF4,QF5分别为整流变压模块，PLC输入电源模块，振盘模块，变频器模块的保护开关。电源启动按钮为SB1，并通过中间继电器KM1的常开触头以实现自锁，为别的控制模块提供电源。图33立体原料库送料与质量检测工作站主电路的主电路设计图FIG33FEEDINGQUALITYINSPECTIONSTATIONMAINCIRCUITDESIGNDIAGRAM3立体原料库送料与质量检测工作站PLC控制回路图的设计该站的PLC控制回路采用了FX1N60MR3A001的PLC，该PLC共有I/O点数总和为60（输入点36，输出点24），继电器输出，其中Y0Y3为晶体管输出，并支持高速脉冲输出，除此之外，该型号PLC还自带FX1N3A/D的模拟量输入输出模块，可以对位移传感器的电压输入量进行转换，也可以输出010V的电压或420MA电流作为变频器的模拟量输入，控制变频器实现近似的无极调速功能。为了能与其它站进行网络串LN24COMX01X23X45X67X10X123X145X167X201X23X245X267X301X32COM1Y023COMCOM3COM4COM5Y456Y7Y10Y123Y15Y167Y201Y23Y245Y267PLCFNMR3A24SB2SB3SB4SA1SA2SA3SE1SE2SE3SE4SE5SE6SE7SE8SE910SE1SE12SP1A1启动按钮停止按钮复位按钮单/联机开关输送带运行开关振盘开关吸盘上限位吸盘下限位回转缸左限位回转缸右限位滑台左限位滑台右限位检测台后限位检测台前限位检测台上限位检测台下限位分选缸下限位分选缸上限位出料传感器光电开关信号等共公线绿色信号灯红色信号灯运行指示灯停止指示灯报警蜂鸣器振动盘运行HLGLRAK1A/DVIN1UICOM1位移传感器行通讯，该站也配备了FX1N485BD通讯模块。PLC的I/O口定义如表31所示。表31立体原料库送料与质量检测工作站I/O口定义TAB31FEEDINGQUALITYINSPECTIONSTATIONEI/ODEFINITION输入地址X输出地址YX0X7工作现场开关按钮Y0Y7输出控制气动电磁阀X10X17传感器，光电开关，限位开关Y10Y17输出控制变频器，信号灯X20X27传感器，光电开关，限位开关Y20Y27输出控制气动电磁阀，指示灯PLC控制回路图如图34所示图34立体原料库送料与质量检测工作站的PLC控制回路图FIG34FEEDINGQUALITYINSPECTIONSTATIONPLCCONTROLCIRCUITDIAGRAM（二）模拟夹具与加工钻孔工作站的硬件设计1模拟夹具与加工钻孔工作站的气动回路的设计模拟夹具与加工钻孔工作站的气动回路图的设计与动作分析均采用AUTOMATIONSTUDIO50工程设计软件，图35为AUTOMATIONSTUDIO50工程设计软件对该站做气动回路图设计及分析。图35用AUTOMATIONSTUDIO50软件对该站做气动回路图设计及分析FIG35WITHAS50DOINGTHEDESIGNANDANALYSISOFPNEUMATICDIAGRAM模拟夹具与加工钻孔工作站的驱动部件使用了2个2位5通的换向磁阀驱动压装气缸按控制功能动作，其中压装气缸采用了具有记忆功能的双电控电磁阀控制，而冲压气缸则选用了具有复位弹簧的单电控电磁阀控制，这两个缸都可以通过进气节流的方式来控制气缸的运行速度。气源的工作压力可通过气动三联件的调压阀进行调节。图36为模拟夹具与加工钻孔工作站的气动回路图。2模拟夹具与加工钻孔工作站主电路的设计模拟夹具与加工钻孔工作站的主电路设计图如下图37所示，急停按钮SB用于切断整个主电路的电源，QF1为总保护开关，QF2,QF3分别为整流变压模块，PLC输入电源模块的保护开关。电源启动按钮为SB1，并通过中间继电器KM1的常开触头以实现自锁，为别的控制模块提供电源。PBPLCM_LNLL2L1SB1KM1SBKM1QF25AQF35AK1LNDC24VVFU5ALN7887图36模拟夹具与加工钻孔工作站的气动回路图FIG36FIXTUREPROCESSINGSTATIONPNEUMATICDIAGRAM图37模拟夹具与加工钻孔工作站主电路的主电路设计图FIG37FIXTUREPROCESSINGSTATIONMAINCIRCUITDESIGNDIAGRAM3模拟夹具与加工钻孔工作站PLC控制回路图的设计该站的PLC控制回路采用了FX2N32MR001的PLC，该PLC共有I/O点数总和为32（输入点16，输出点16），继电器输出。为了能与其它站进行网络串行通讯，该站也配备了FX2N485BD通讯模块，为了能实现总线控制，也使用了总线的从站模块FX2N32CCL。PLC的I/O口定义如表32所示。表32模拟夹具与加工钻孔工作站I/O口定义TAB32FIXTUREPROCESSINGSTATIONI/ODEFINITION输入地址X输出地址YX0X4工作现场开关按钮Y0Y7输出控制指示灯，蜂鸣器X5X12传感器，光电开关，限位开关Y10Y17输出控制气动电磁阀PLC控制回路图如图38所示图38模拟夹具与加工钻孔工作站的PLC控制回路图FIG38FIXTUREPROCESSINGSTATIONPLCCONTROLCIRCUITDIAGRAM（三）送料、分拣与工件装配工作站的硬件设计1送料、分拣与工件装配工作站的气动回路的设计送料、分拣与工件装配工作站的气动回路的设计的气动回路图的设计与动作分析均采用AUTOMATIONSTUDIO50工程设计软件，图39为AUTOMATIONSTUDIO50工程设计软件对该站做气动回路图设计及分析。图39用AUTOMATIONSTUDIO50软件对该站做气动回路图设计及分析FIG39WITHAS50DOINGTHEDESIGNANDANALYSISOFPNEUMATICDIAGRAM送料、分拣与工件装配工作站的驱动部件分别使用了7个2位5通的换向磁阀驱动机械手伸出气缸，夹指气缸，送料气缸，滑台气缸，1号和2号挡料气缸，成品气缸按控制功能动作，其中机械手伸出气缸和夹指气缸采用了具有记忆功能的双电控电磁阀控制，而另外5个缸则选用了具有复位弹簧的单电控电磁阀控制，这7个缸都可以通过进气节流的方式来控制气缸的运行速度。气源的工作压力可通过气动三联件的调压阀进行调节。图3110为送料、视觉分拣与工件装配工作站的气动回路图。LNL12QF10AL1SBKM1SB3KM12KM1L24L24QF5A6LNDC24V78FU5A9L24QF35A10LNQF45A124154K176CWCOM调速器M1M1调速器210K3198L24QF5APCPB201K图310送料、分拣与工件装配工作站的气动回路图图311送料、分拣与工件装配工作站主电路的主电路设计图2送料、分拣与工件装配工作站主电路的设计送料、分拣与工件装配工作站主电路设计图如下图311所示，急停按钮SB用于切断整个主电路的电源，QF1为总保护开关，QF2,QF3，QF4,QF5分别为整流变压模块，PLC输入电源模块，交流调速电机1，交流调速电机2模块的保护开关。电源启动按钮为SB1，并通过中间继电器KM1的常开触头以实现自锁，为别的控制模块提供电源。PLCFX2N64MR01LM24COMX01X76X54X3210X2017X615X413X21X243X2X276530X