关于自动生产线的实训教案

1、自动生产线一、项目任务现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，其中机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，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。YL-335A型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典

2、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、变频器驱动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 PAC系统承担其控制任务，各PAC系统之间可以通过网络通讯实现互连的分布式控制方式。因此，YL-335A 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、PAC 控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。利用 YL-335A生产线组态，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。二、项目分析（一）系统基本组成及功能YL-335A 型自动生

3、产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元等5个单元组成。其中，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。其外观如图5-3-1所示。基本功能如下：图5-3-1 YL-335A俯视图1、供料单元的基本功能：按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送出到物料台上，以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。2、加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面， 完成一次冲压加工动作， 然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。 3、装配单元的基本功能：

4、完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。 4、分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能。5、输送单元的基本功能：该单元具有精确定位到指定单元的物料台，在物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。（二）系统动作过程及设计要求1、供料单元控制要求：供料单元的结构组成如图5-3-2所示。其主要结构组成为：进料模块和物料台，电磁阀组，接线端口，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。图5-3-2 供料单元结构图该单元的工作过程要求如下：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其

5、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。2、加工单元控制要求：加工单元主要结构组成如图5-3-3所示，主要结构为：物料台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，急停按钮和启动/停止按钮，底板等。图5-3-3 加工单元示意图1

6、-底板 2-滑动物料台部分 3-冲压气缸部分 4-气动电磁阀 5-物料台气动手爪 6-物料台伸缩气缸该单元的工作过程要求如下：滑动物料台原始位置是处于物料台伸缩气缸伸出，物料台气动手爪张开的状态，当输送机构把物料送到料台上，物料检测传感器检测到工件后，PLC 控制程序驱动机械手指将工件夹紧物料台回到加工区域冲压气缸下方冲压气缸向下伸出冲压工件完成冲压动作后向上缩回物料台重新伸出到位后机械手指松开的顺序完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号。并为下一次工件到来加工做准备。3、装配单元控制要求：装配单元是将该生产线中分散的两个物料进行装配的过程。主要是通过对自身物料仓库的物料按生产需要进行分配

7、， 并使用机械手将其装配到来自加工单元的物料中心孔的过程。装配单元总装实物图如5-3-4所示。该单元的工作过程要求如下：竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落，通过两直线气缸的共同作用，分别对底层相邻两物料夹紧与松开，完成对连续下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路径落入由气动摆台构成的物料位置转换装置，由摆台完成180度位置变换后，由前后移动气缸，上下移动气缸，气动手指所组成的机械手夹持后位移，并装配到已定位的半成品工件中。图5-3-4 装配单元示意图1-竖直料仓 2-两个直线气缸 3-物料位置转换装置4-移动气缸 5-气动手指 6-气动电磁阀4、分拣单元控制要求：分拣单元的结构组成如图5-

8、3-5所示。其主要结构组成为：传送和分拣机构，传动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，底板等。分拣单元的控制过程要求如下： 当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PAC，通过PAC的程序启动变频器，带动电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区。如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，通过PAC的程序一号推料气缸启动，将白色料推到一号滑槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为二号滑槽推料气缸启动信号，将黑色料推到二号槽里。图5-3-5 分拣站示意图1-三相电机驱动部分 2-传送带 3-检测黑色物料光纤传感器4-检测白色物料

9、光纤传感器 5-一号滑槽6-二号滑槽 7-入料口5、输送单元控制要求：输送单元是YL-335A系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元。该单元主要完成驱动它的抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台，在物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。分拣单元的结构组成如图5-3-6所示，由抓取机械手装置、步进电机传动组件、按钮/指示灯模块和接线端子排等部件组成。图5-3-6 运输单元示意图1-机械手及传输部分 2-步进电机部分 3-直线导轨4-左限位保护开关 5-原点限位开关 6-右限位保护开关输送单元的控制过程要求如下：当操作人员按动复位按钮时，工作台复位到原点位置，按

10、动启动按钮后，检测供料单元是否有料，若有料则机械手完成提升台上升手爪伸出提升台下降手爪加紧提升台上升动作抓取物料，PAC驱动步进电机运行带动机械手运行到加工单元位置后步进电机停止，机械手完成提升台下降手爪放松手爪缩回动作后等待加工单元完成加工动作，待加工单元加工完成将物料推出并松开手爪后，输送单元机械手将完成手爪伸出手爪加紧提升台上升动作抓取物料，PAC再次驱动步进电机运行带动机械手运行到装配单元位置后步进电机停止，机械手完成提升台下降手爪放松手爪缩回等待装配单元完成装配动作，待装配单元装配完成后，输送单元机械手将完成手爪伸出手爪加紧提升台上升旋转气缸左转动作抓取物料，PAC再次驱动步进电机运

11、行带动机械手运行到分拣单元位置后步进电机停止，机械手完成提升台下降手爪放松手爪缩回旋转气缸右旋动作后，PAC驱动步进电机反向运行返回原点。三、项目预备知识（一）软件：指令设计本项目控制程序需掌握：基本逻辑指令，定时器、计数器指令、数据移位及转换指令，自锁、互锁系统，子程序调用等。（二）硬件：控制器/设备选型要求、本项目需要的使用24V电源，PSD040、CPU310、ETM001、IC694MDL645、IC694MDL754等模块，启动、复位及停止按钮等设备。四、项目实现（一）I/O分配1、供料单元I/O分配表如表5-3-1所示。表5-3-1 供料单元I/O分配表输入功能说明输出功能说明%I

12、00001物料不够检测%Q00010顶料电磁阀%I00002物料有无检测%Q00011推料电磁阀%I00003物料台物料检测%I00004顶料到位检测%I00006推料缩回到位检测%I00007推料伸出到位检测2、加工单元I/O分配表如表5-3-2所示。表5-3-2 加工单元I/O分配表输入功能说明输出功能说明%I00017物料台物料检测%Q00005物料台夹紧电磁阀%I00018物料台夹紧检测%Q00003物料台伸缩电磁阀%I00019冲压上升到位检测%Q00004冲压电磁阀%I00020冲压下降到位检测%I00021物料台伸出到位检测%I00022物料台缩回到位检测3、装配单元I/O分配表

13、如表5-3-3所示。表5-3-3 加工单元I/O分配表输入功能说明输出功能说明%I00017右测物料有无检测%Q00010档料电磁阀%I00018左测物料有无检测%Q00011顶料电磁阀%I00019物料有无检测%Q00012回转电磁阀%I00020物料不足检测%Q00013手爪夹紧电磁阀%I00021物料台检测%Q00014手爪下降电磁阀%I00022顶料伸出到位检测%Q00015手爪伸出电磁阀%I00023顶料缩回到位检测%I00024档料伸出到位检测%I00025档料缩回到位检测%I00026旋转汽缸左旋到位检测%I00027旋转汽缸右旋到位检测%I00028手爪夹紧到位%I00029手

14、爪下降到位%I00030手爪上升到位%I00031手爪缩回到位%I00032手爪伸出到位4、分拣单元I/O分配表如表5-3-4所示。表5-3-4分拣单元I/O分配表输入功能说明输出功能说明%I00001一号推料检测%Q00010一号推杆电磁阀%I00002二号推料检测%Q00011二号推杆电磁阀%I00003工作台物料有无检测%Q00013变频器运行%I00004二号推杆伸出到位%I00012变频器SW1%I00005一号推杆伸出到位%I00006二号推杆缩回到位%I00007一号推杆缩回到位5、输送单元I/O分配表如表5-3-5所示。表5-3-5输送单元I/O分配表输入功能说明输出功能说明%

15、I00001原点行程开关%Q00002提升台上升电磁阀%I00002右限位行程开关%Q00003回转汽缸电磁阀%I00003左限位行程开关%Q00004手爪伸出电磁阀%I00006提升台下限%Q00005手爪夹紧电磁阀%I00007提升台上限%Q00006手爪放松电磁阀%I00008回转汽缸右转到位%Q00007步进电机脉冲输出%I00009回转汽缸左转到位%Q00008步进电机方向控制%I00010手爪伸出到位%I00011手爪缩回到位%I00012手爪夹紧状态检测%I00017复位按钮%I00018启动按钮%I00019停止按钮（二）设计思路1、供料单元编程思路（1）本单元流程图如图5-3

16、-7所示图5-3-7 供料单元动作流程图（2）编程要点供料单元编程时，可参考上述流程图运用常用指令即可实现；在编程过程中，为了保护设备及使设备动作连贯流畅，可在程序中适当增加定时器。2、供料单元编程思路（1）供料单元流程图如图5-3-9所示图5-3-9 加工单元动作流程图（2）编程要点加工单元的工艺过程是一个顺序控制过程，加工单元编程时，可参考上述流程图运用常用指令即可实现；在编程过程中，为了保护设备及使设备动作连贯流畅，可在程序中适当增加定时器。3、加工单元编程思路（1）加工单元流程图如图5-3-11所示图5-3-11 装配单元动作示意图（2）编程要点装配单元的控制过程均为逻辑控制，编程时不

17、仅要注意网络数据的读取与写入，更要理清输入继电器与输出继电器之间的逻辑关系。为让整个装配单元的动作过程稳定可靠，逻辑严谨，与其他单元的配合竟然有序，满足该自动生产线的需要，编程时可适当使用定时器来增加动作间隔。4、分拣单元编程思路（1）分拣单元流程图如图5-3-13所示图5-3-13 分拣单元流程图（2）编程要点分拣单元传送带的运行是通过变频器控制三相异步电动机来实现的，在用PAC对变频器控制以前，要注意变频器相关参数的设置；分拣单元需要完成在传送带上把不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能，为了使工件能准确地推出，光纤传感器灵敏度的调整以及软件编程中定时器设定值的设置等，应相互配合；为让整个装

18、配单元的动作过程稳定可靠，逻辑严谨，与其他单元的配合竟然有序，满足该自动生产线的需要，编程时可适当使用定时器来增加动作间隔。5、输送单元编程思路（1）输送单元流程图如图5-3-15所示图5-3-15 运输单元动作流程图上述流程图中，如第3步中所示动作为“机械手从供料单元抓取物料”，具体可分解为：提升台上升手爪伸出提升台下降手爪加紧提升台上升动作抓取物料；其余第5、7、9、11、13步中所示动作读者可自行完成，（2）编程要点运输单元中机械手的动作控制过程均为逻辑控制，编程时不仅要注意网络数据的读取与写入，更要理清输入继电器与输出继电器之间的逻辑关系。为让整个装配单元的动作过程稳定可靠，满足该自动生产线的需要，编程时可适当使用定时器来增加动作间隔；机械手在直线导轨上的运行是由PAC控制步进电机带动传送皮带来完成的；该单元涉及的动作比较多