MPS工件安裝單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、核準(zhǔn)通過，歸檔資料。 未經(jīng)允許，請(qǐng)勿外傳！ 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) （論論文文） 題 目 mps 工件安裝單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系（院） 機(jī)械工程系 年 級(jí) 2005 級(jí) 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 9jwkffwvg#tym*jg plc controlling; system design; ladder diagram . 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 目錄 1 緒論.1 1.1mps 生產(chǎn)模塊的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r.1 1.1.1 國(guó)內(nèi)狀況.1 1.1.2 國(guó)外狀況.1 1.2 研究 mps 工件安裝單元的目的和意義.3 2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)方案.4 2.1 控

2、制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.4 2.1.1 控制系統(tǒng)的動(dòng)作要求.4 2.1.2 工作過程.5 2.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.8 2.2.1plc 設(shè)計(jì)的總體思路.8 2.2.2 組態(tài)王畫面制作與控制的總體方案：.10 2.2.3 整個(gè)設(shè)計(jì)過程的總體步驟.11 2.3 控制系統(tǒng)的電氣原理圖 .11 2.3.1 控制系統(tǒng)原理框圖.11 2.3.2 控制系統(tǒng)的 plc 原理圖 .12 2.3.3 控制系統(tǒng)的氣動(dòng)原理圖 .15 3 控制系統(tǒng)電器元件的選擇及技術(shù)參數(shù).16 3.1 plc 的選用以及技術(shù)參數(shù)介紹.16 3.1.1 plc 的選用.16 3.1.2 plc 的技術(shù)參數(shù)介紹.16 3.2 氣缸的選擇.1

3、8 3.2.1 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn).18 3.2.2 汽缸選擇的要點(diǎn).18 3.2.3 直線汽缸的選擇 .19 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iv 3.2.4 擺動(dòng)汽缸的選擇.19 3.3 繼電器的選擇.20 3.3.1 繼電器的選擇.20 3.3.2 所選繼電器的性能參數(shù).21 3.4 電磁換向閥的選擇 .21 3.4.1 電磁閥的選擇.21 3.4.2 所選電磁閥的技術(shù)參數(shù)介紹.22 3.5 真空發(fā)生器的選擇 .22 3.6 真空數(shù)顯表的選擇 .23 3.7 調(diào)壓過濾器的選擇 .24 3.8 傳感器的選擇.25 3.8.1 電容式傳感器的選擇.25 3.8.2 真空傳感器的選擇.26 3.8.

4、3 位置傳感器的選擇.26 3.8.4 光電傳感器的選擇.27 3.9 電機(jī)的選擇.27 4 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì).29 4.1 plc 程序的編寫.29 4.1.1plc 控制的流程圖.29 4.1.2plc 程序.30 4.2 mps 工件安裝單元 pro/e 三維實(shí)體造型.30 4.2.1 臺(tái)面造型設(shè)計(jì).31 4.2.2 箱體及按鈕造型設(shè)計(jì).31 4.2.3 汽缸及推桿的造型設(shè)計(jì) .32 4.2.4 系統(tǒng)造型的整體裝配.33 4.3 組態(tài)的制作.34 4.3.1 組態(tài)王軟件介紹.34 4.3.2 組態(tài)變量的聲明.35 4.3.3 組態(tài)制作界面.36 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） v 5.

5、控制系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)調(diào)試.36 5.1 plc 程序的調(diào)試.36 5.2 控制系統(tǒng)組態(tài)部分調(diào)試 .40 5.2.1 組態(tài)與 plc 之間的通信.40 5.2.2 組態(tài)畫面刷新率調(diào)試.41 5.2.3 組態(tài)畫面顯示調(diào)試.42 5.2.4 組態(tài)按鈕響應(yīng)速度調(diào)試.42 結(jié)束語.44 參考文獻(xiàn).45 致謝.46 附錄.47 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 本章節(jié)將介紹 mps 生產(chǎn)模塊的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，研究本課題的意義以及研究的思 路和方法。 1.1mps1.1mps 生產(chǎn)模塊的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r生產(chǎn)模塊的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1.1.1 國(guó)內(nèi)狀況 經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，為培養(yǎng)現(xiàn)代制造業(yè)高級(jí)應(yīng)用型人才提供了難

6、得的機(jī)遇。 隨著 中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和加入 wto ，我國(guó)將成為世界制造業(yè)基地。發(fā)展現(xiàn)代制造業(yè)和提 升城市的實(shí)力和水平，不僅需要大量的高級(jí)專門人才，同時(shí)更需要培養(yǎng)一大批面向生 產(chǎn)、建設(shè)、服務(wù)和管理第一線的具備高等專業(yè)文化水平的高等技術(shù)“應(yīng)用型”人才， 目前這方面人才需求旺盛。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì) 算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策， 達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè) 自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為 20 世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中 最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一

7、致性問題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接 創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。 我國(guó)工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路， 大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國(guó)工 業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國(guó)工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形 成。目前，工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。長(zhǎng)期以來， plc 始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供非常可 靠的控制方案，與 dcs 和工業(yè) pc 形成了三足鼎立之勢(shì)。 1.1.2 國(guó)外狀況 模塊化的概念由來己久。模塊化制造的思想也來源于人們長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐。在機(jī) 床制造業(yè)，德國(guó)

8、于 1930 年提出了“模塊化構(gòu)造”(modular construction)的設(shè)計(jì)方法。 由于用這種方法設(shè)計(jì)制造的機(jī)床具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，因而采用模塊化構(gòu)造在世界得 到迅速發(fā)展。日本通產(chǎn)省在 1977 年開始研制柔性安裝單元(fmc)，明確地引進(jìn)了模塊 化構(gòu)造的概念：按不同功能制造模塊，其獨(dú)立性很強(qiáng)，模塊化的功能單元可獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)， 整個(gè)控制系統(tǒng)是有上述模塊組成的多級(jí)系統(tǒng)。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù) 的廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。模塊化是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展 的要求，是對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化形式的發(fā)展。模塊化與成組技術(shù)、柔性生產(chǎn)技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 助

9、技術(shù)等現(xiàn)代制造技術(shù)之間的關(guān)系是相輔相成、互相支持，只有在生產(chǎn)中密切配合才 能發(fā)揮最大效益。 施進(jìn)發(fā)等給出了機(jī)械的最新定義、闡述了模塊化機(jī)械產(chǎn)品的現(xiàn)狀及其實(shí)際意義， 建立了機(jī)械模塊學(xué)理論體系，并分析了機(jī)械模塊學(xué)的研究對(duì)象。模塊化是企業(yè)和產(chǎn)品 重組的基礎(chǔ)，是產(chǎn)品及其制造系統(tǒng)持續(xù)更新和并行開發(fā)的最佳基礎(chǔ)。 模塊化制造作為一種現(xiàn)代制造環(huán)境下的制造哲理和方法論也早就引起了人們的注 意。rogers 等就實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(mps)的有關(guān)問題進(jìn)行了深入的研究。通過建立模 塊標(biāo)準(zhǔn)，建立有限的部件級(jí)的基本生產(chǎn)安裝單元(標(biāo)準(zhǔn)模塊)，而不是通常的整機(jī)設(shè)備。 把基本模塊分為四類：加上單元、運(yùn)動(dòng)單元、模塊化刀具裝卡單

10、元以及可配置的控制 系統(tǒng)。通過從模塊目錄中選取適當(dāng)?shù)哪K就能建立適應(yīng)范圍寬的自動(dòng)化、集成化的生 產(chǎn)系統(tǒng)。以生產(chǎn)實(shí)例說明：在設(shè)計(jì)工具的支持下根據(jù)特定產(chǎn)品的制造需求對(duì)模塊化制 造系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)是可行的。 隨著國(guó)外對(duì) ims(智能制造系統(tǒng))中的模塊化制造的研究，提出了一種基于模塊化理 論的制造系統(tǒng)模型模塊化制造模型(modular manufacturing model)，即基于模塊 化理論的制造系統(tǒng)模型。利用從這種模型派生的設(shè)計(jì)、建造、操作和控制技術(shù)而建立 的制造系統(tǒng)就是模塊化制造系統(tǒng)。利用該模型，模塊化制造系統(tǒng)與虛擬制造聯(lián)系起來， 可以在虛擬環(huán)境下構(gòu)造制造系統(tǒng)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造裝備設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)設(shè)

11、計(jì)均采用模 塊化設(shè)計(jì)方法，把產(chǎn)品和制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)有機(jī)地統(tǒng)一起來。通過制造特定的產(chǎn)品完成對(duì) 制造系統(tǒng)的再設(shè)計(jì)，使部件、產(chǎn)品、制造設(shè)備，連同設(shè)計(jì)、操作活動(dòng)都以模塊為單位 進(jìn)行描述，以模塊的組合來構(gòu)造和運(yùn)行制造系統(tǒng)。提出了模塊化制造系統(tǒng)的基本構(gòu)造 方法，以基于機(jī)器人的模塊化制造系統(tǒng)為例，分析了模塊化制造系統(tǒng)研究中存在的主 要問題及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。 上世紀(jì) 50 年代以來國(guó)外針對(duì)中、低檔消費(fèi)品的生產(chǎn)，如兒童玩具、廚房用具等， 研究了實(shí)現(xiàn)模塊化化生產(chǎn)系統(tǒng)(mps)的合理性。把 mps 作為產(chǎn)品和生產(chǎn)系統(tǒng)并行設(shè)計(jì)的 一種使能技術(shù)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)之間建立了系統(tǒng)的聯(lián)系，通過為制造特定 的產(chǎn)品對(duì)制造

12、系統(tǒng)進(jìn)行再設(shè)計(jì)。提出了模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的兩個(gè)基本工作原理，分析了 建立設(shè)備模塊標(biāo)準(zhǔn)和面向并行工程的 mps 設(shè)計(jì)支持工具的重要性。把 mps 總體設(shè)計(jì)過 程分為三個(gè)階段：產(chǎn)品分析、面向 mps 的產(chǎn)品建模和 mps 綜合。繼而討論了模塊化制 造系統(tǒng)的連接和分布式配置，并描述了它們?cè)诨旌蠎?yīng)用中的仿真環(huán)境，以說明該環(huán)境 的能力，最后給出了某些系統(tǒng)使用的實(shí)例，說明系統(tǒng)可在實(shí)時(shí)生產(chǎn)中應(yīng)用。從模塊化 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 制造概念的形成可以看出，模塊化制造是符合當(dāng)今制造業(yè)發(fā)展潮流、具有廣泛實(shí)踐基 礎(chǔ)、可具體執(zhí)行和操作的一種實(shí)用型先進(jìn)制造模式和技術(shù)體系。模塊化制造系統(tǒng)是根 據(jù)特定模塊化產(chǎn)品的制造

13、要求設(shè)計(jì)而成的：產(chǎn)品性能和質(zhì)量提高的周期縮短，頻率提 高，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求；與其相適應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)易于重組，以適應(yīng)產(chǎn)品的快速變換。 滿足這兩個(gè)基本要求的實(shí)現(xiàn)條件就是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的模塊化和制造系統(tǒng)裝備的模塊化。而 后者又包括制造裝備(含軟硬件)和管理體系模塊化。 國(guó)外自上世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)第一臺(tái)工業(yè)過程控制系統(tǒng)以來已經(jīng)過三代產(chǎn)品的發(fā)展變 化，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及產(chǎn)品的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)亦相應(yīng)地不斷發(fā)展。半導(dǎo)體技術(shù)集 成電路技術(shù)推動(dòng)微處理器、微控制器的發(fā)展，1 位、4 位、8 位、16 位、32 位微處理器， 各種控制器、控制裝置、plc 更新?lián)Q代加快，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)芯片已問世，模擬控制器、智 能控制器已初步

14、商品化及推廣應(yīng)用。 分布式控制系統(tǒng)已推出第四代產(chǎn)品，計(jì)算機(jī)技術(shù)、 通信技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展，使控制系統(tǒng)向全數(shù)字化、全分散式、全開放可互操作和 開放式互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的新一代現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（fcs）發(fā)展。 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)近年迅速發(fā) 展，目前有 ff（現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)）、profibus（過程現(xiàn)場(chǎng)總線）、lonworks（局部操 作網(wǎng)絡(luò)）、can（控制局域網(wǎng)絡(luò)）、hart（可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路）等。 1.21.2 研究研究 mpsmps 工件安裝單元的目的和意義工件安裝單元的目的和意義 我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題來源于機(jī)械系實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的 mps 系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置。設(shè)計(jì)目 標(biāo)是在已有硬件條件的基礎(chǔ)上對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)

15、行設(shè)計(jì)。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路，了解 plc 構(gòu)成和編程方法， 并對(duì)通過組態(tài)軟件在電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置的動(dòng)作的畫面模擬，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(mps)是機(jī)械工程系進(jìn)行 plc 編程與操作以及 plc 聯(lián)網(wǎng)控制技能訓(xùn) 練的教學(xué)設(shè)備。該系統(tǒng)由上料檢測(cè)站、搬運(yùn)站、加工站、安裝站、安裝搬運(yùn)站、分類 站等六個(gè)部分組成。每一站都有一套獨(dú)立的 plc 控制系統(tǒng)，都能單獨(dú)完成一個(gè)動(dòng)作過 程。mps 安裝單元控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是通過傳送帶工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)物流傳輸，并通過擺臂對(duì)工件 進(jìn)行模擬安裝。 mps 系統(tǒng)解決了學(xué)生不能在實(shí)際生產(chǎn)線上操作訓(xùn)練的問題，為教師和學(xué)生提供了一 套符合實(shí)際情況的模擬

16、教學(xué)環(huán)境。應(yīng)用 mps 系統(tǒng)，學(xué)生們可以將所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)進(jìn) 行充分的綜合應(yīng)用，技能得到充分的訓(xùn)練。通過實(shí)訓(xùn)，學(xué)生們的自我學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考， 組織協(xié)調(diào)等綜合能力及團(tuán)隊(duì)合作精神也會(huì)得到全面的提高。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)方案 2.12.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 2.1.1 控制系統(tǒng)的動(dòng)作要求 使 mps 生產(chǎn)模塊的工件加工能夠完成工件的輸送、加工、裝配、檢測(cè)以及存儲(chǔ)等 功能，每一項(xiàng)功能在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)應(yīng)著一個(gè)單元。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)和目標(biāo)是通過傳送帶工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)物流傳輸，并通過擺臂對(duì)工件 進(jìn)行模擬安裝，完成該單元的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 本單元的動(dòng)作流程

17、如圖 2.1。 圖 2.1 mps 工件安裝單元?jiǎng)幼髁鞒虉D 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 本單元分為三種工件，白色，灰色和黑色。當(dāng)傳送帶初端的電容傳感器檢測(cè)到工 件殼時(shí)擺臂會(huì)先擺動(dòng)到右邊，當(dāng)擺臂到達(dá)了右邊，會(huì)接觸到右邊的位置傳感器，通過 檢測(cè)單元傳輸過來的信息，汽缸會(huì)控制對(duì)應(yīng)的推桿通過下料器推出對(duì)應(yīng)顏色的工件， 此時(shí)工件所在操作臺(tái)上的光電傳感器會(huì)輸出信號(hào)然后汽缸會(huì)控制擺臂擺動(dòng)到左邊，當(dāng) 擺臂到達(dá)預(yù)定位置后會(huì)觸發(fā)左邊的位置傳感器，電機(jī)會(huì)帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，然后工件殼 通過傳送帶傳送到末端，到達(dá)右端后右端的光纖傳感器會(huì)輸出信號(hào)，此時(shí)擺臂吸盤吸 住工件，當(dāng)吸盤吸住工件后真空傳感器會(huì)輸出信號(hào)，此時(shí)擺臂

18、會(huì)擺動(dòng)到右端，到達(dá)右 端后會(huì)再次接觸到右邊的位置傳感器，接著松下工件，工件會(huì)落入工件殼中，然后擺 臂再次擺回左邊，整個(gè)流程結(jié)束。 另外，要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同顏色工件進(jìn)行顏色匹配及安裝動(dòng)作需要實(shí)現(xiàn)對(duì)上一單元的聯(lián) 網(wǎng)操作，為了便于編寫程序和制作組態(tài)王的監(jiān)控畫面，本次設(shè)計(jì)僅對(duì)應(yīng)一種顏色工件 的動(dòng)作流程。 2.1.2 工作過程 （1）系統(tǒng)復(fù)位、開始 當(dāng)急停按鈕、退出按鈕、復(fù)位按鈕后，plc 的外圍設(shè)備都回到其始位置。這時(shí)按下 運(yùn)行按鈕后系統(tǒng)開始動(dòng)作。 （2）擺臂右擺 當(dāng)傳送帶初端的電容傳感器檢測(cè)到工件殼時(shí)擺臂會(huì)先擺動(dòng)到右邊，為推桿推出工 件讓好位置。 在擺臂右擺到位后會(huì)進(jìn)入下一動(dòng)作的準(zhǔn)備。 （3）推桿推出相應(yīng)

19、工件 當(dāng)擺臂到達(dá)了右邊，會(huì)接觸到右邊的位置傳感器，通過檢測(cè)單元傳輸過來的信息， 氣缸會(huì)控制對(duì)應(yīng)的推桿通過下料器推出對(duì)應(yīng)顏色的工件。 （4）擺臂左擺 工件到達(dá)指定位置后，件所在操作臺(tái)上的光電傳感器會(huì)輸出信號(hào)然后汽缸會(huì)控制 擺臂擺動(dòng)到左邊。 （5）工件殼右移 當(dāng)擺臂擺動(dòng)到左邊后會(huì)觸發(fā)左邊的位置傳感器，電機(jī)會(huì)帶動(dòng)傳送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，然后工 件殼通過傳送帶傳送到右端。 （6）吸盤吸住工件 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 當(dāng)工件殼到達(dá)右端后右端的光電傳感器會(huì)輸出信號(hào)，然后汽缸會(huì)控制擺臂下的吸 盤會(huì)吸住工件。 （7）擺臂右擺 當(dāng)吸盤吸住工件后真空傳感器會(huì)輸出信號(hào)，然后擺臂會(huì)再次擺到右端。 （8）吸盤松下 當(dāng)擺臂

20、擺到右端后會(huì)觸發(fā)到右端的位置傳感器，然后汽缸會(huì)控制吸盤泄壓，工件 會(huì)掉落到工件夾中 （9）擺臂左擺 另外，裝置設(shè)有兩種工作模式：自動(dòng)模式與單步模式。 在自動(dòng)模式下，按下運(yùn)行按鈕后，裝置將會(huì)連貫地執(zhí)行完一整套動(dòng)作。若在動(dòng)作 過程中按下暫停按鈕，則裝置執(zhí)行完一步動(dòng)作后會(huì)暫時(shí)等待，等到再次按下運(yùn)行按鈕 后才繼續(xù)執(zhí)行接下來的動(dòng)作。 在單步模式下，裝置一次只會(huì)執(zhí)行一步動(dòng)作，在按下運(yùn)行按鈕后，才繼續(xù)執(zhí)行下 一步動(dòng)作。在該模式下，暫停按鈕不起作用。 裝置還設(shè)有急停與復(fù)位功能。不管裝置運(yùn)行到何種狀態(tài)，在按下急停按鈕后，整 個(gè)安裝單元立即停止工作。接著需要按退出按鈕，退出急停狀態(tài)。此時(shí)按下復(fù)位按鈕 后，裝置復(fù)位

21、到基本位置，裝置動(dòng)作返回初始準(zhǔn)備狀態(tài)。 根據(jù)以上的敘述，將要選用的電氣元件羅列如下表所示： 表 2.1 要選用的電氣元件明細(xì)表 序號(hào)設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)/類型單位數(shù)量品牌 1 plc 控制系統(tǒng)s7200(cpu224)套 1 siemens （西門子） 2 profibus 連 接組件 profibus 電纜、總線 連接器 套 1 siemens （西門子） 直線氣缸只 3smc 3 氣動(dòng)執(zhí)行元 件 擺動(dòng)氣缸只 1chelic 三個(gè)單作用缸，每個(gè)配 1 個(gè) 只 3smc 4 調(diào)速閥 1 個(gè)雙作用缸，每個(gè)配只 2chelic 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 個(gè) 5 電磁閥單電磁頭/雙電磁頭只

22、5chelic 6 真空壓力組 件 真空發(fā)生器、真空吸盤套 1smc 7 氣管4、8米若干 smc 8 過濾減壓閥 0.8mpa 只 1chelic 9 氣動(dòng)輔件 閥島、快換接頭、消音 器 只若干 chelic 10 繼電器 24v 只 3 omron （歐姆龍） 光纖傳感器只 1 omron 真空傳感器只 1smc 電容傳感器只 1 國(guó)產(chǎn)品牌 位置傳感器只 2omron 11 傳感器 光電傳感器只 1 國(guó)產(chǎn)品牌 12 電機(jī)直流減速電機(jī)只 2 無錫紅湖 13 接線端子 二層接線端子、三層接 線端子 只若干 phoenix（菲尼克 斯） 14 電氣輔件型條、端蓋套若干 phoenix（菲尼克 斯

23、） 15 開關(guān)按鈕 綠色（帶燈）、黑色、 黃色、紅色、2 位旋鈕 開關(guān) 只若干施耐德 16 走線槽 25*30 米若干臺(tái)灣日成 17 鋁合金型材 及輔件 型材、螺母、端蓋套 1 大連伊通 18 開關(guān)電源 24v6a 套 1 臺(tái)灣明緯 19 專用機(jī)柜帶萬向輪臺(tái) 1 南航新興 20 電纜轉(zhuǎn)接端25 針塊若干phoenix（菲尼克 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 子模塊斯） 2.22.2 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 2.2.1plc 設(shè)計(jì)的總體思路： 在這次的 mps 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，plc 扮演著及其重要的角色?？删幊踢壿嬁刂破?（programmable logic control

24、ler） ，簡(jiǎn)稱 plc，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè) 計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí) 行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模 擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該 按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。國(guó)外有很多的 公司如德國(guó)的西門子，日本的三菱等在 plc 的制造上處于領(lǐng)先地位。目前，我國(guó)自己 已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 cf 系列、杭州機(jī)床電 器廠生產(chǎn)的 dkk 及 d 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 s 系

25、列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生 產(chǎn)的 yz 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫 華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國(guó)比較著名的 plc 生產(chǎn)廠家。 plc 對(duì)該裝置進(jìn)行控制的實(shí)質(zhì)就是控制其幾個(gè)輸入輸出變量的開關(guān)值，plc 控制的 總體思路是：在幾個(gè)輸入量滿足特定條件的情況下對(duì)指定的輸出量進(jìn)行控制。因此在 plc 編程前首先要整理清楚各輸入輸出量的變化對(duì)裝置完成動(dòng)作的影響。其后需要理順 安裝單元的動(dòng)作要點(diǎn)及其順序，然后畫出順序功能圖。順序功能圖的條理與否對(duì)程序 編制過程起著十分重要的作用。 本次設(shè)計(jì) plc 程序的編制方法采用較常用的梯形圖程序設(shè)計(jì)法。該方法的好

26、處是 形象、直觀、易于使用、條理清楚，而且之后調(diào)試與修改也較為方便。 梯形圖的設(shè)計(jì)方法常有經(jīng)驗(yàn)法、根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法。對(duì) 于類似本次設(shè)計(jì)那樣，需控制較多變量而且動(dòng)作較多的情況，順序控制設(shè)計(jì)法因?yàn)橹?觀和條理性較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是首選的方法。因此，接下來的設(shè)計(jì)工作就是根據(jù)順序功能 圖將實(shí)現(xiàn)裝置基本動(dòng)作的程序編制出來。并再次基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，以滿足組態(tài)控制的 要求。 設(shè)計(jì)方案： 1.觸摸屏 plc 控制 2.pc 組態(tài)監(jiān)控及 plc 控制 3.按鈕和繼電器控制。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 方案 1 具有易于使用、堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)。 觸摸屏plc mps工件加

27、工單元 圖 2.2 方案 1 示意簡(jiǎn)圖 方案 2 的可移植性好，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小， 維護(hù)方便，容易改造以及易學(xué)易用等優(yōu)點(diǎn)。 圖 2.3 方案 2 示意簡(jiǎn)圖 方案 3 的可靠性和自動(dòng)化性比較差，改造性差。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 按鈕 mps工件加工單元 圖 2.4 方案 3 示意簡(jiǎn)圖 由于實(shí)驗(yàn)室已具備 pc 機(jī)以及組態(tài)王軟件以及方案二具有可移植性很好容易改造等 一系列的優(yōu)勢(shì)，所以本設(shè)計(jì)選擇方案 2. 2.2.2 組態(tài)王畫面制作與控制的總體方案： 組態(tài)王是一種通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件。所謂組態(tài)（configuration）軟件，是在 人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化和控

28、制系統(tǒng)的高通用性的要求下誕生的一種控制系統(tǒng)軟件。組態(tài)的 含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照 預(yù)先設(shè)置執(zhí)行特定任務(wù)、滿足用戶要求的目的。 其特點(diǎn)是： （1） 有較強(qiáng)的延續(xù)性和可擴(kuò)展性。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)或用戶的需求發(fā)生變化時(shí)，不需要作很多 的修改即可方便地完成軟件的更新和升級(jí)。 （2） 易學(xué)易用。 （3） 通用性高。每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，可以利用組態(tài)軟件完成不同性質(zhì)的任 務(wù)，不受行業(yè)限制。 （4） 實(shí)時(shí)多任務(wù)。 組態(tài)王作為優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)組態(tài)軟件，其好處是界面全中文，更易于學(xué)習(xí)?？刂品奖?且直觀。 組態(tài)王畫面制作過程總體分為兩步： 1. 利用組態(tài)的按鈕控件控制裝置完成預(yù)

29、定動(dòng)作： 2. 制作動(dòng)畫以模擬裝置工作過程。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 組態(tài)王的界面是以二維點(diǎn)陣圖構(gòu)成的，對(duì)裝置工作過程中的動(dòng)畫模擬也是以點(diǎn)陣 圖的方式呈現(xiàn)。因此在進(jìn)行組態(tài)王的設(shè)計(jì)前，需要截取和繪制大量的安裝單元器件的 模型圖。為了滿足畫面上的需求，先用 pro/e 繪制裝置的 3 維造型，再對(duì)其進(jìn)行畫面 截取，以構(gòu)成組態(tài)王畫面需要的點(diǎn)陣貼圖。 在組態(tài)王系統(tǒng)控制的制作時(shí)，首先需要建立一些變量，包括系統(tǒng)內(nèi)部變量和來自 于 plc 的變量。其次對(duì)變量編程。實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì) plc 輸出量的控制，從而間接控制裝 置動(dòng)作。 2.2.3 整個(gè)設(shè)計(jì)過程的總體步驟： 結(jié)合以上分析，制定的設(shè)計(jì)過程大體如

30、下： 1.查閱資料對(duì) mps 安裝單元的基本構(gòu)造與原理加以了解，并確定實(shí)現(xiàn)組態(tài)王對(duì)裝置的 控制需要實(shí)現(xiàn)對(duì)哪些輸入輸出量的控制，初步擬定好程序控制的思路。 2.查閱有關(guān)資料，確定元器件的選用。 3.利用 peo/e，對(duì)裝置造型進(jìn)行繪制，并做出三維造型圖。 4.利用 photoshop 等圖像編輯軟件對(duì)三維造型圖進(jìn)行截圖與修改。制作出拆成若干零 件的、適合組態(tài)王畫面的裝置元件的點(diǎn)陣圖。 5.利用已制成的點(diǎn)陣圖和組態(tài)王軟件自帶的一些控件，初步完成組態(tài)王操控界面的 繪制。 6.利用 v4.0 step 7 軟件對(duì) plc 控制程序進(jìn)行編程與調(diào)試。使之能實(shí)現(xiàn)在工作臺(tái)上 操作裝置完成預(yù)定動(dòng)作。 7.進(jìn)一步

31、對(duì) plc 程序進(jìn)行完善，使組態(tài)王軟件能夠?qū)ζ溥M(jìn)行控制。對(duì)組態(tài)王進(jìn)行變 量設(shè)置與編程，并對(duì)組態(tài)王畫面進(jìn)行完善。使之能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)安裝單元的控制，同時(shí)完 成動(dòng)畫的制作。 8.對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和糾錯(cuò)。并完善最終的組態(tài)王的畫面。 9.進(jìn)行說明書的編寫及相關(guān)圖紙的繪制。 2.32.3 控制系統(tǒng)的電氣原理圖控制系統(tǒng)的電氣原理圖 本小節(jié)包含了控制系統(tǒng)原理框圖、plc 原理圖、氣動(dòng)原理圖 3 張?jiān)韴D。 2.3.1 控制系統(tǒng)原理框圖 由所選擇的實(shí)驗(yàn)方案和各種元器件，設(shè)計(jì)出如下控制系統(tǒng)原理框圖。如圖 2.5 所 示。通過操作臺(tái)上的各種按鈕旋鈕，向西門子 s7200plc 發(fā)出指令（也可以通過 pc 常熟理工

32、學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 機(jī)上的 plc 軟件和組態(tài)軟件發(fā)送） ；信號(hào)由 plc 處理并通過標(biāo)準(zhǔn)的傳輸數(shù)據(jù)線和 i/o 接 線端子傳遞，實(shí)現(xiàn)控制電磁閥的動(dòng)作，從而控制氣缸的動(dòng)作（鉆頭以及檢測(cè)頭由氣缸 驅(qū)動(dòng)） ；同時(shí)各種傳感器也通過數(shù)據(jù)線 i/o 接線端子向 plc 傳遞開關(guān)信號(hào)；操作臺(tái)上的 各種指示燈可以指示 plc 的工作狀態(tài)。 圖 2.5 控制系統(tǒng)原理框圖 2.3.2 控制系統(tǒng)的 plc 原理圖 根據(jù)所選的 plc 性能i/o 對(duì)照表，繪制出如下 plc 原理圖，見圖 3.2。輸入輸出 對(duì)照表如下： 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 表 2.2 i/o 對(duì)照表 輸入元件輸入地址輸出元件

33、輸出地址 運(yùn)行按鈕i0.0擺動(dòng)(左)電磁閥 1y1 q0.0 復(fù)位按鈕i0.1擺動(dòng)(右)電磁閥 1y2 q0.1 功能按鈕i0.2水平(縮)電磁閥 2y1 q0.2 自動(dòng)/單步旋鈕i0.3水平(伸)電磁閥 2y2 q0.3 單機(jī)/聯(lián)網(wǎng)旋鈕i0.4垂直(上)電磁閥 3y1 q0.4 暫停按鈕i0.5垂直(下)電磁閥 3y2 q0.5 急停/退出檢測(cè)開關(guān)i0.6真空電磁閥 4y1 q0.6 真空傳感器(npn)4b1i0.7運(yùn)行燈 q0.7 擺動(dòng)(左)磁性開關(guān) 1b1i1.0復(fù)位燈 q1.0 擺動(dòng)(右)磁性開關(guān) 1b2 i1.1功能燈 q1.1 水平(縮)磁性開關(guān) 2b1i1.2 水平(伸)磁性開

34、關(guān) 2b2 i1.3 垂直(上)磁性開關(guān)(npn)3b1i1.4 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 光 電 傳 感 器 b 2 擺 缸 右 傳 感 器 1 b 2 擺 缸 左 傳 感 器 1 b 1 光 纖 傳 感 器 b 3 電 容 傳 感 器 b 1 +24v 真 空 傳 感 器 2 b 1 j2 j1 +24v start reset function step stop communication 繼 電 器 j 1 繼 電 器 j 2 +24v quit j1 j2 220v ac +24v start reset function j1 j2 j1 j2 +24v +24v 真

35、空 2 y 1 擺 缸 左 1 y 1 擺 缸 右 1 y 2 推 桿 左 3 y 1 推 桿 中 4 y 1 推 桿 右 5 y 1 電 機(jī) 繼 電 器 k 1 傳送帶 電機(jī) k1k1 24v 圖 2.6 控制系統(tǒng)的 plc 原理圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 2.3.3 控制系統(tǒng)的氣動(dòng)原理圖 圖 2.7 控制系統(tǒng)的氣動(dòng)原理圖 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 3 控制系統(tǒng)電器元件的選擇及技術(shù)參數(shù) 3.13.1 plcplc 的選用以及技術(shù)參數(shù)介紹的選用以及技術(shù)參數(shù)介紹 3.1.1 plc 的選用 經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)動(dòng)作的分析，系統(tǒng)一共有 13 個(gè)輸入，10 輸出（i/o 對(duì)照表見表 2.

36、2） ， 又因?yàn)楸究刂葡到y(tǒng)的動(dòng)作比較簡(jiǎn)單，可以使用小型 plc。西門子 s7-200 cpu224 型具 有反應(yīng)快，可擴(kuò)展，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)。所以本系統(tǒng)選擇的是西門子 s7-200 cpu224 型。 圖 3.1 西門子 s7-200 plc 3.1.2 plc 的技術(shù)參數(shù)介紹 西門子 s7-200 cpu 224 型的技術(shù)參數(shù)見表 3.1 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 表 3.1 西門子 s7-200 cpu224 型 plc 的技術(shù)參數(shù) 電源電壓dc 24v，ac 100230v 電源電壓波動(dòng)dc 20.4-28.8v，ac 84-264v（47-63hz） 環(huán)境溫度、濕度水平安裝 0

37、550c，垂直安裝 0450c，595% 大氣壓8601080hpa 保護(hù)等級(jí)ip20 到 iec529 輸出給傳感器的 電壓 dc 24v （20.4-28.8v） 輸出給傳感器的 電流 280ma，電子式短路保護(hù)（600ma） 為擴(kuò)展模塊提供 的輸出電流 660ma 程序存儲(chǔ)器8k 字節(jié)/典型值為 2.6k 條指令 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2.5k 字 存儲(chǔ)器子模塊1 個(gè)可插入的存儲(chǔ)器子模塊 數(shù)據(jù)后備 整個(gè) bd1 在 eeprom 中無需維護(hù)，在 ram 中當(dāng)前的 db1 標(biāo)志位、定時(shí)器、計(jì) 數(shù)器等通過高能電容或電池維持，后備時(shí)間 190h（400c 時(shí) 120h），用電池后備 200 天 編程語言l

38、ad，fbd，stl 程序結(jié)構(gòu)一個(gè)主程序塊（可以包括子程序） 程序執(zhí)行自由循環(huán)。中斷控制，定時(shí)控制（1255ms） 子程序級(jí)8 級(jí) 用戶程序保護(hù)3 級(jí)口令保護(hù) 指令集邏輯運(yùn)算、應(yīng)用功能 位操作執(zhí)行時(shí)間0.37s 掃描時(shí)間監(jiān)控300ms（可重啟動(dòng)） 內(nèi)部標(biāo)志位256，可保持：eeprom 中 0112 計(jì)數(shù)器0256，可保持：256，6 個(gè)高速計(jì)數(shù)器 定時(shí)器 可保持：256，4 個(gè)定時(shí)器，1ms30s，16 個(gè)定時(shí)器 10ms5min，236 個(gè)定時(shí)器， 100ms54min 接口一個(gè) rs485 通信接口 可連接的編程器 /pc pg740p = 2 * roman ii，pg760p = 2

39、 * roman ii，pc= 本機(jī) i/o 數(shù)字量輸入：14，其中 4 個(gè)可用作硬件中斷，14 個(gè)用于高速功，能數(shù)字量輸出： 10， 可連接的 i/o 數(shù)字量輸入/輸出：最多 94/74，模擬量輸入/輸出：最多 28/7（或 14）as 接口輸 入/輸出：496 最多可接擴(kuò)展模 塊 7 個(gè) 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 3.23.2 氣缸的選擇氣缸的選擇 3.2.1 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn) 氣壓傳動(dòng)具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)： (1) 空氣 作為工作介質(zhì)，取之不盡用之不竭，來源方便，用過后可直接排入大氣， 不會(huì)污染空氣，且可少設(shè)計(jì)或可不用設(shè)計(jì)回氣管道。 (2) 工作環(huán)境適應(yīng)性好。無論易燃、易爆，多塵埃

40、、輻射、強(qiáng)磁、震動(dòng)、沖擊等 惡劣的環(huán)境當(dāng)中，氣壓工作系統(tǒng)安全可靠。對(duì)于要求高凈化、無污染的場(chǎng)合，如食品 安裝、印刷、精密檢測(cè)等更具獨(dú)特的適應(yīng)能力，優(yōu)于液壓、電子、電氣控制。 (3) 空氣的粘度小，只有油液的萬分之一，流動(dòng)的阻力小，管路損失只有油路損 失的千分之一，便于介質(zhì)集中供應(yīng)和遠(yuǎn)距離輸送。 (4) 氣動(dòng)控制動(dòng)作迅速，反應(yīng)快，可在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的壓力和速度。在一 定得超載運(yùn)行下也能保證系統(tǒng)的安全工作，并且不易發(fā)生過熱現(xiàn)象。 (5) 氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，使用壽命長(zhǎng)，可靠性高，適于標(biāo)準(zhǔn)化， 系列化，通用化。 (6) 維護(hù)簡(jiǎn)單，管道不易堵塞，不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換等問題。 3.

41、2.2 汽缸選擇的要點(diǎn) 國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)氣缸的廠家比較多，品種紛繁復(fù)雜數(shù)不勝數(shù)，比較有名的有德國(guó)的 festo 公司、日本的 smc 公司以及臺(tái)灣的 chelic 公司等。尤其是德國(guó)的 festo 公司更 是氣動(dòng)行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)，其產(chǎn)品質(zhì)量與性能相對(duì)于一些國(guó)內(nèi)和日本企業(yè)的要好上許多， 但相對(duì)于他們的價(jià)格也較高上許多。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是針對(duì)于實(shí)驗(yàn)而言的，其上的氣 動(dòng)元件并不需要極其精密準(zhǔn)確的執(zhí)行動(dòng)作，所以選擇相對(duì)而言價(jià)格比較公道的亞洲公 司產(chǎn)品。 氣缸的選擇必須要根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來 選擇氣缸時(shí)應(yīng)使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常 工作；但缸徑

42、過大，不僅使設(shè)備笨重、成本高，同時(shí)耗氣量增大，造成能源浪費(fèi)。選 型，要看執(zhí)行動(dòng)作所要帶動(dòng)的負(fù)載，決定這個(gè)力量的主要是缸徑，因?yàn)樵跉鈮阂欢ǖ?情況下，推力等于壓力乘以缸徑。當(dāng)然先選擇汽缸再定行程也是不科學(xué)的，應(yīng)該是你 的行程先確定了，然后根據(jù)行程選擇汽缸型號(hào)，汽缸主要就是兩個(gè)參數(shù)，缸徑和行程。 在此次設(shè)計(jì)中選擇三個(gè)直線氣缸來實(shí)現(xiàn)推桿推下工件的動(dòng)作，同時(shí)選用一個(gè)擺動(dòng) 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 氣缸來實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)工件手臂的左右擺動(dòng)。 3.2.3 直線汽缸的選擇 本裝置需要用到三個(gè)直線汽缸來推動(dòng)工件下料到工作平臺(tái)，選用的是日本品牌 smc 型號(hào)為 c j2b10-30s 的直線單作用汽缸 圖 3

43、.2 smc cj2b10-30s 直線單作用汽缸 詳細(xì)性能參數(shù)見下表： 表 3.2 smc cj2b10-30s 直線單作用汽缸技術(shù)參數(shù) 缸徑 10 使用流體空氣 動(dòng)作方式單作用彈簧壓回 最高使用壓力 mpa 0.7 最低使用壓力 mpa 0.15 環(huán)境和流體溫度 -10c70c 活塞速度 50750mm/s 緩沖橡膠緩沖 行程公差 mm+1.0 0 給油不需要 接管口徑 m5*0.8 行程 mm 45 3.2.4 擺動(dòng)汽缸的選擇 本設(shè)計(jì)中的裝置需要用到一個(gè)擺動(dòng)汽缸來帶動(dòng)擺臂的擺動(dòng)以實(shí)現(xiàn)小工件的搬運(yùn)。 選用的是臺(tái)灣 chelic 公司的產(chǎn)品。具體型號(hào)為 rtm20180。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)

44、計(jì)（論文） 20 圖 3.3chelic rtm20180 擺動(dòng)汽缸 詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見下表： 表 3.3 chelic rtm20180 擺動(dòng)汽缸技術(shù)參數(shù) 型號(hào) rtm 20 180 旋轉(zhuǎn)角度 180 缸徑 mm 20 軸式長(zhǎng)軸切面 使用壓力范圍 kgf/cm2（kpa） 1.57（150700） 出力/扭力 n*m 0.81 3.33.3 繼電器的選擇繼電器的選擇 3.3.1 繼電器的選擇 本裝置的繼電器有三個(gè)，其中位于工作臺(tái)下面的兩個(gè)繼電器，其線圈與控制面板 的“急停”與“退出”按鈕相連，在通電后繼電器的觸點(diǎn)閉合使 plc 的 i0.6 輸入端通 入信號(hào)，即起到控制裝置“急?！惫δ艿淖饔谩?

45、位于臺(tái)面上的繼電器用于控制傳送帶電機(jī)電路的接通與斷開。 mps工件安裝單元所選擇的繼電器型號(hào)為：omron my4nj 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 3.4 歐姆龍 my4nj 繼電器 3.3.2 所選繼電器的性能參數(shù) 其主要的技術(shù)參數(shù)如下表： 表 3.4 繼電器性能參數(shù)表 參數(shù)說明 種類power 繼電器+led 型號(hào) my4nj 接點(diǎn)容量 5a 240vac/ 5a 28vdc 工作電壓 24vdc 安全保證 csa,ce 連續(xù)排列 4 尺寸(mm) 436*27*20(l*w*h) 3.43.4 電磁換向閥的選擇電磁換向閥的選擇 3.4.1 電磁閥的選擇 mps 工件加工單元用

46、到 5 個(gè)電磁換向閥，用于控制三個(gè)直線單作用汽缸和一個(gè)擺動(dòng) 汽缸及一個(gè)真空吸盤。由于擺動(dòng)汽缸是雙作用的，所以要采用雙線圈的電磁換向閥， 而其他的都可以采用單線圈電磁換向閥本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的是 chelic 的電磁閥，按設(shè)計(jì) 要求選用 4 個(gè)單線圈的和 1 個(gè)雙線圈的，型號(hào)為：sm-5100-c4/ sm-5100-c4 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 圖 3.4chelic sm-5100-c4/ sm-5200-c4 電磁閥 3.4.2 所選電磁閥的技術(shù)參數(shù)介紹 兩種電磁閥分別見下表： 表 3.4 電磁閥技術(shù)參數(shù) 型號(hào)接頭配 管 電磁數(shù)位置數(shù)有效 斷面 積 mm2 適用壓力范圍 kpa 電

47、壓規(guī)格 v sm-5100- c4 4 單線圈二位五通 12100700dc24 sm-5100- c4 4 單線圈二位五通 12100700dc24 sm-5100- c4 4 單線圈二位五通 12100700dc24 sm-5100- c4 4 單線圈二位五通 12100700dc24 sm-5200- c4 4 雙線圈二位五通 12100700dc24 3.53.5 真空發(fā)生器的選擇真空發(fā)生器的選擇 由于本設(shè)計(jì)需要用吸盤吸附工件來實(shí)現(xiàn)工件的搬運(yùn)，所以需選用一個(gè)真空發(fā)生器 來與吸盤配合進(jìn)行工件的吸附，搬運(yùn)。該設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)是所需的抽氣量小,真空度要 求不高且為間歇工作。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求，

48、實(shí)際工作中需要吸盤吸起的工件質(zhì)量很 小，為 12g，所以選用的真空發(fā)生器是日本 smc 公司的 zh05d 型號(hào)的產(chǎn)品。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 3.5 smc zh05d 真空發(fā)生器 具體技術(shù)參數(shù)見下表： 表 3.5 真空發(fā)生器性能參數(shù)表 型號(hào) 噴嘴直 徑 mm 主體形 式 最高真空 度 kpa 最大吸入 流量 l/min(anr ) 空氣消 耗量 l/min(a nr) 連接形式 (快換接 頭螺紋 擰入) zh05d0.5 直接配管 型 +88513 6 rc1/8 3.63.6 真空數(shù)顯表的選擇真空數(shù)顯表的選擇 本設(shè)計(jì)需要一個(gè)真空數(shù)顯表來實(shí)現(xiàn)把連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成斷續(xù)變

49、化的數(shù)字量 （a/d 轉(zhuǎn)換） ，再上計(jì)數(shù)器（如果輸入信號(hào)是數(shù)字量，則直接上計(jì)數(shù)器） 、寄存器、譯碼 器，最后在 led 數(shù)碼管上顯示出來。所選用的是 smc 的 zse30 真空數(shù)顯表。 圖 3.6 smc zse30 真空數(shù)顯表 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 具體技術(shù)參數(shù)見表 3.6： 表 3.6 真空數(shù)顯表性能參數(shù)表 型號(hào) zse30 額定壓力范圍-100100 kpa 設(shè)定壓力范圍-100100 kpa 設(shè)定顯示分辨率 0.2kpa 使用流體空氣 惰性氣體 不燃性氣體 電源電壓dc12v24v100% 消耗電流45ma 以下 型式npn 或 pnp 集電極開路 1 個(gè)輸出 最大負(fù)載

50、電流 80ma 最大施加電壓30v(npn 輸出時(shí)） 殘留電壓1v 以下(負(fù)載電流 80ma 時(shí)) 響應(yīng)時(shí)間 2.5ms 以下（帶振蕩防止機(jī)能時(shí)：可選 擇 20ms、160ms、640ms、1280ms ) 開關(guān)輸出 短路保護(hù)有 顯示方式 31/2 位數(shù) 7 段顯示 2 色顯示 (紅/ 綠) 采樣周期: 5 次/ 秒 顯示精度 2%滿刻度、 2 個(gè)單位(25) 接管口徑 01 規(guī)格:r1/8 .m5 x 0.8, t1 規(guī)格: npt1/8, m5x0.8 3.73.7 調(diào)壓過濾器的選擇調(diào)壓過濾器的選擇 調(diào)壓過濾器選擇的主要參數(shù)是：接管口徑、最大流量和使用壓力范圍等。本設(shè)計(jì) 選用的是 chel

51、ic 的 afr-200 調(diào)壓過濾器。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 3.7chelic afr-200 調(diào)壓過濾器 具體參數(shù)性能見表 3.7. 表 3.7 調(diào)壓過濾器性能參數(shù)表 型式 接管口徑 rc(pt) 最大流量 l/min (anr) 過濾度 壓力表 使用壓力范圍 kgf/cm2 (kpa) afr-2001/47505um1/80.5-8.5 (50-850) 3.83.8 傳感器的選擇傳感器的選擇 3.8.1 電容式傳感器的選擇 本設(shè)計(jì)需要一個(gè)傳感器來檢測(cè)大工件是否到位，由于檢測(cè)距離非常近，為 0- 15mm，所以選擇電容傳感器。出于經(jīng)濟(jì)的考慮，選用的是國(guó)產(chǎn)品牌型號(hào)為 c

52、12-d4nk 的 電容式傳感器。該傳感器的檢測(cè)范圍為 0-30mm，能滿足作業(yè)要求。 圖 3.8 國(guó)產(chǎn) c12-d4nk 電容式傳感器 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 3.8.2 真空傳感器的選擇 本設(shè)計(jì)需要選用一個(gè)真空傳感器來對(duì)吸盤處的壓力的測(cè)量判斷吸盤所處的吸放狀 態(tài)，以此來判斷工件的吸放狀態(tài)。真空傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 對(duì)壓力變化的反應(yīng)快 （2） 良好的再現(xiàn)性 （3） 高可靠性 （4） 標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)（電壓或電流） （5） 容易與 plc 系統(tǒng)和其它控制系統(tǒng)連接 （6） 經(jīng)久耐用的傳感器，彈性螺旋燈絲。 （7） 強(qiáng)健的金屬殼體，防護(hù)等級(jí) ip 54。 本設(shè)計(jì)選用的是國(guó)產(chǎn)型號(hào)為

53、hm27a 的真空傳感器 圖 3.9 國(guó)產(chǎn) hm27a 真空傳感器 3.8.3 位置傳感器的選擇 本設(shè)計(jì)需要選用兩個(gè)位置傳感器來對(duì)擺臂的位置進(jìn)行檢測(cè)以此判斷擺臂所處狀態(tài)， 由于擺臂擺動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性力，所以選用了按銷式的位置傳感器安放在擺臂兩端的下 面。擺臂頻繁運(yùn)動(dòng)會(huì)造成位置傳感器接觸端的彈簧片的損壞，所以該設(shè)計(jì)選用的是 omron 的按銷式位置傳感器，具體型號(hào)為 ss-5gl2。 圖 3.10 omron ss-5gl2 位置傳感器 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 3.8.4 光電傳感器的選擇 （1）擴(kuò)散反射型光電傳感器的選擇 本設(shè)計(jì)需要一個(gè)傳感器對(duì)工作平臺(tái)的小工件進(jìn)行檢測(cè)，以判斷它是否到

54、位。由于 小工件在工作臺(tái)上不方便用檢測(cè)距離為 0-15mm 的電容傳感器進(jìn)行檢測(cè)，所以選用檢測(cè) 距離為 0-50mm 的擴(kuò)散反射型光電傳感器。實(shí)際檢測(cè)距離能滿足作業(yè)要求。具體型號(hào)為 e12-d05nk。 圖 3.11 國(guó)產(chǎn) e12-d05nk 擴(kuò)散反射型光電開關(guān) （2）對(duì)射型光纖傳感器的選擇 本設(shè)計(jì)需要一個(gè)傳感器對(duì)傳送帶末端的工件殼進(jìn)行檢測(cè)，以判斷它是否已經(jīng)到位。 由于檢測(cè)距離長(zhǎng)達(dá) 60-80mm，普通的關(guān)電傳感器已經(jīng)不能滿足要求，所以選用了對(duì)射型 光纖傳感器。具體型號(hào)為 e3x-za11。該傳感器的檢測(cè)范圍為 0-500mm，實(shí)際檢測(cè)距離 可以滿足作業(yè)要求。 圖 3.12 omron e3x

55、-za11 對(duì)射型光纖開關(guān) 3.93.9 電機(jī)的選擇電機(jī)的選擇 直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能好，起動(dòng)力矩大的特性，能較好地適合本系統(tǒng)要求，故 考慮某些原動(dòng)機(jī)械選用直流電動(dòng)機(jī)，出于成本的考慮，選用無錫洪湖磁電廠的直流減 速電機(jī)。具體型號(hào)為 37zyj-90。 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 3.13 洪湖 37zyj-90 直流減速電機(jī) 具體技術(shù)參數(shù)見表 3.8： 表 3.8 37zyj-90 直流減速電機(jī)技術(shù)參數(shù)表 減速比 1/61/1 0 1/17 .5 1/3 0 1/5 0 1/1 60 1/2 70 1/4 70 1/8 10 電壓 （dc ） 空載電 流 （ma） 負(fù)載電 流 （m

56、a） 轉(zhuǎn)矩 (kgcm ) 0.811.52.54.012. 0 20. 0 20. 0 20. 0 轉(zhuǎn)速 (r/min) 50030017010060181163.7 24120350 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 4 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 4.14.1 plcplc 程序的編寫程序的編寫 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求：本單元有單步運(yùn)行、自動(dòng)運(yùn)行以及聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行 3 種運(yùn)行方式 可供選擇?？梢酝ㄟ^旋鈕選擇運(yùn)行方式。單步運(yùn)行是將本單元的動(dòng)作分解成 8 步來完 成，每按一次運(yùn)行鍵執(zhí)行 1 步動(dòng)作，方便老師講解以及學(xué)生試驗(yàn)。其中第 1 步：擺臂 右擺；第 2 步：推桿推出相應(yīng)工件；第 3 步：擺臂左擺；第

57、4 步：工件殼右移；第 5 步：吸盤吸住工件；第 6 步：擺臂右擺；第 7 步：吸盤松下；第 8 步：擺臂左擺，恢 復(fù)初始位置，如此就完成了一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。 本次設(shè)計(jì)中 plc 的編程軟件選擇西門子 s7 系列 plc 編程專用軟件step7。 step 7 編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品包括 simatic s7、m7、c7 和基于 pc 的 winac,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是 simatic 工業(yè)軟件的重要組成 部分。step 7 具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和 維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。step 7 的所有功能均有大量的在線幫助，

58、用鼠 標(biāo)打開或選中某一對(duì)象，按 f1 可以得到該對(duì)象的在線幫助。 在 step 7 中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。step 7 用 simatic 管 理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽 simatic s7、m7、c7 和 winac 的數(shù)據(jù)。 實(shí)現(xiàn) step 7 各種功能所需的 simatic 軟件工具都集成在 step 7 中。 本次設(shè)計(jì)當(dāng)中選擇軟件 step 7 主要是利用其可跟組態(tài)連接通信以及方便快捷的編 程調(diào)試方法。 4.1.1plc 控制的流程圖 設(shè)計(jì)中采用的是“步”的流程編程思想，這種編程思想的具有調(diào)試方便以及機(jī)器 的動(dòng)作可靠等優(yōu)點(diǎn)。由以上要求得出流程圖如圖

59、 4.1： 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 4.1 流程圖 4.1.2plc 程序 詳細(xì) plc 程序參考附錄 4.24.2 mpsmps 工件安裝單元工件安裝單元 pro/epro/e 三維實(shí)體造型三維實(shí)體造型 要制作組態(tài)畫面使其可以演示真實(shí)硬件的動(dòng)作，必須要得到一些圖片，這些圖片 的來源很多，可以是實(shí)物的照片，也可以通過三維實(shí)體造型來獲得圖片，本次設(shè)計(jì)中 圖片都是通過實(shí)體造型獲得的。 用以 3d 造型的軟件比較多，市場(chǎng)上的主流軟件有 solidworks、pro/e、ug 等等， 這些軟件各有其優(yōu)點(diǎn)，由于設(shè)計(jì)者對(duì) pro/e 有一定的基礎(chǔ)，所以從這些軟件中選取了 常熟理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)

60、計(jì)（論文） 31 pro/e 作為此次的造型軟件。 4.2.1 臺(tái)面造型設(shè)計(jì) 臺(tái)面上的部件主要是展現(xiàn)系統(tǒng)操作時(shí)需要觀察的部件或者是必須在臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)部 件。臺(tái)面造型設(shè)計(jì)就是對(duì)這些部件的位置進(jìn)行分配，然后再造型最后裝配起來。具體 的臺(tái)面造型如圖 4.2 所示： 圖 4.2 工作臺(tái)面造型 4.2.2 箱體及按鈕造型設(shè)計(jì) 箱體以及按鈕均屬于臺(tái)面以下的設(shè)計(jì)，其中箱體內(nèi)還包括一個(gè)控制元件板，這塊 板上具體擺放了一些系統(tǒng)的控制元件，比如：plc、繼電器、接線槽、轉(zhuǎn)接端子、開關(guān) 電源等。這些電器元件都是系統(tǒng)內(nèi)部控制元件，一般情況下不需要對(duì)它們進(jìn)行調(diào)整， 在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)電器柜將它們布置在內(nèi)。具體設(shè)計(jì)如