專業(yè)畢業(yè)課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)電一體化模塊化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說明書院系：機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)老師：時(shí)間：目錄一、設(shè)計(jì)目的 ,3二、設(shè)計(jì)要求 ,4r I-4 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ三、MPS系統(tǒng)的總體介紹1、概述 ,5I、 I人 -，J2、系統(tǒng)機(jī)構(gòu) ,5四、供料單元的結(jié)構(gòu)與控制1 IO 接線端口 , 72進(jìn)料模塊 ,73轉(zhuǎn)運(yùn)模塊 ,9五、氣動(dòng)控制回路 ,10六、電氣接口地址 ,11七、程序控制1控制任務(wù) ,121 4 1 H -J I y -4 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ12編寫程序 ,12 TRn I- 1 /，*

2、3下載調(diào)試 ,22八、參考文獻(xiàn) ,23、設(shè)計(jì)目的學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案擬定、分析與比較的方法。通過對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)掌 握幾種典型傳動(dòng)原件的工作原理、設(shè)計(jì)計(jì)算方法與選用原則。通過對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，掌握常用伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理、計(jì)算選擇方法與控制驅(qū)動(dòng)方式，學(xué)會(huì)選用典型的位移速度傳感器：如交流、步進(jìn)伺服進(jìn)給系統(tǒng)。通過對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 掌握一些典型硬件電路的設(shè)計(jì)方法和控制軟件的設(shè)計(jì)思路： 如 控制系統(tǒng)選用原則、 CPU選擇、存儲(chǔ)器擴(kuò)展、10接口擴(kuò)展、AD與DA配置、鍵盤與顯示電路 設(shè)計(jì)等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電機(jī)的控制軟件等。綜合運(yùn)用并鞏固所學(xué)機(jī)械技術(shù)、 PLC技術(shù)、通信技術(shù)、氣

3、動(dòng)技術(shù)和傳感技術(shù)知識(shí)；熟悉 工業(yè)控制中常見的機(jī)電一體化技術(shù)。二、設(shè)計(jì)要求1、PLC 主機(jī)：西門子 S7-200 系列2、PLC軟件用 STEP 7-MicroWIN3、PLC通信擴(kuò)展模塊：PPI網(wǎng)絡(luò)4、氣動(dòng)軟件 FluidSIM-P 3.65、面板按鈕和指示燈如下：圖1-面板指示圖開始（START）燈：Q1.0 按鈕：11.0 復(fù)位（RESET）燈：Q1.1 按鈕：I1.1 單機(jī)（SPECIAL）運(yùn)行按鈕：I1.手動(dòng)自動(dòng)（MANUNAUT運(yùn)行按鈕：11.3 單機(jī)聯(lián)網(wǎng)（SINGLENET運(yùn)行按鈕：11.4。三、MPS系統(tǒng)的總體介紹1、概述模塊化系統(tǒng)是一套綜合了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用到的復(fù)雜控制過

4、程的裝置，根據(jù)現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)發(fā)展和未來趨勢(shì)而專門設(shè)計(jì)，其主要由物料的供料單元、檢測(cè)單元、加工單元、安裝搬運(yùn)單元、安裝單元、自動(dòng)化立體倉庫單元組成，模擬與實(shí)際生產(chǎn)過程相似的自動(dòng)化控制設(shè)備。系統(tǒng)集成應(yīng)用了工業(yè)傳感器、步進(jìn)電機(jī)、HMI人機(jī)界面等產(chǎn)品，開發(fā)了PLC智能控制系統(tǒng)、氣動(dòng)控制系統(tǒng)專業(yè)知識(shí)應(yīng)用能力、綜合實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力為主要目標(biāo)。模塊化系統(tǒng)的各個(gè)工作單元都具有各自獨(dú)立的工作內(nèi)容，各工作單元既可以單獨(dú)使用，也可以靈活組合在一起使用。每一種組合都會(huì)形成一種新的、實(shí)用的、與實(shí)際緊密結(jié)合的自動(dòng)化生產(chǎn)過程。軟件系統(tǒng)，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)生產(chǎn)訂單的下達(dá)與管理，生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行過程的監(jiān)控，生產(chǎn) 數(shù)據(jù)庫管理、查詢，

5、設(shè)備工作狀態(tài)及故障的實(shí)時(shí)監(jiān)控、跟蹤過程。基于局域網(wǎng)的遠(yuǎn)程教學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)傳輸、程序下載、視頻監(jiān)控、生產(chǎn)訂單操作等功能。2、系統(tǒng)機(jī)構(gòu)MPS系統(tǒng)是由獨(dú)立的各站相互連接而成。各站是安裝在帶槽的鋁平板上，可容易的連接在一起組成一條自動(dòng)加工生產(chǎn)線。圖2-流程圖四、供料單元的結(jié)構(gòu)與控制供料單元可作為起始單元，在整個(gè)系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其它單元提供原料的作用。 它的具體功能是：按照需要將放置在料倉中的待加工工件（原料）自動(dòng)地取出，并將其傳送到下個(gè)工作單元。圖4-控制單元1. 10接線端口它是該工作單元與 PLC之間進(jìn)行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號(hào)（直流電源、輸入、輸出）線路都

6、接到該端口上，再通過信號(hào)電纜線連接到PLC上。2. 進(jìn)料模塊該模塊用于儲(chǔ)存工件原料、并在需要時(shí)將料倉中的工件分離出來，為轉(zhuǎn)送模塊取走一個(gè)工件作好準(zhǔn)備。該模塊主要由料倉、雙作用氣缸、推料塊、工件檢測(cè)傳感器等組成。進(jìn)料模塊的工作過程是這樣的：工件垂直疊放在料倉中，推料桿位于料倉的底層并可從料倉的底部通過，推料桿與最下層的工件處于同一水平位置。當(dāng)氣缸驅(qū)動(dòng)推料桿前進(jìn)時(shí)，推料桿便把最下層的工件水平推到預(yù)定位置，從而把工件移出料倉； 而當(dāng)推料桿返回時(shí)， 料倉 中的工件在重力的作用下，就自動(dòng)下落，向下移動(dòng)一個(gè)工件，為下次工作作好了準(zhǔn)備。圖5-進(jìn)料在推料缸的兩個(gè)極限位置分別裝有一個(gè)磁感應(yīng)式接近開關(guān)，分別用于識(shí)

7、別推料缸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置。在該模塊料倉的底層位置，安裝有對(duì)射式光電傳感器的探頭，用于檢測(cè)料倉中存儲(chǔ)料的情況（有無料）。該對(duì)射式光電傳感器由光纖（探頭）和光電傳感器主體組成。探頭）處于相對(duì)的位置工作的光電接近開關(guān)。對(duì)射式光電接近開關(guān)的工作原理是：當(dāng)物體通過傳感器的光路時(shí)，光路被遮斷，光接收器接收不到發(fā)射器發(fā)出的光，則接近開關(guān)的“觸點(diǎn)”不動(dòng)作； 當(dāng)光路上無物體遮斷光線時(shí)，則光接收器可以接收到發(fā)射器傳送的光，因而接近 開關(guān)的“觸點(diǎn)”動(dòng)作，輸出信號(hào)將被改變。注意：光纖在安裝和使用中，不能將光纖折成“死彎”或使其受到其它形式的損傷。3. 轉(zhuǎn)運(yùn)模塊它的功能是吸取工件， 并將工件傳送到下一個(gè)工作單元。轉(zhuǎn)運(yùn)

8、模塊主要由旋轉(zhuǎn)氣缸、 擺臂、真空吸盤、真空壓力檢測(cè)傳感器、真空吸盤方向保持裝置等組成。旋轉(zhuǎn)氣缸是擺臂的驅(qū)動(dòng)裝置，其轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)角為 180,轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。在轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸的兩個(gè)極限位置上各裝有一個(gè)磁感應(yīng)式的接近開關(guān)，利用接近開關(guān)的信號(hào)狀態(tài)來標(biāo)識(shí)兩個(gè)極限位置。真空吸盤用于抓取工件。吸盤內(nèi)腔的負(fù)壓（真空）是靠真空發(fā)生器產(chǎn)生的。真空檢測(cè)傳感器，它是具有開關(guān)量輸出的真空壓力檢測(cè)裝置，當(dāng)進(jìn)氣口的氣壓小于一定的負(fù)壓（真空）值時(shí)，傳感器動(dòng)作，輸出開關(guān)量1，同時(shí)LED點(diǎn)亮，否則，輸出信號(hào) 0 ,LED熄滅。圖7-運(yùn)轉(zhuǎn)模塊真空吸盤方向保持裝置， 它的作用是：使真空吸盤在擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中始終保持垂直向 下的

9、姿態(tài)，以使被運(yùn)送的工件在運(yùn)送過程中不致翻轉(zhuǎn)。它的工作原理是： 旋轉(zhuǎn)氣缸固定在支架上，輸出軸從固定齒輪的軸孔中穿過，并可自由轉(zhuǎn)動(dòng)，擺臂則固定在旋轉(zhuǎn)氣缸的轉(zhuǎn)軸上； 擺臂的另一端安裝有一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)帶有齒輪的吸嘴，吸嘴的齒輪與旋轉(zhuǎn)氣缸輸出軸外圍的固定齒輪通過一個(gè)同步帶相連。當(dāng)旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 擺臂與固定齒輪之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致同步帶的運(yùn)動(dòng)， 通過同步帶帶動(dòng)了吸嘴的轉(zhuǎn)動(dòng)；固定齒輪與活動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比為1:1,這樣擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)的角度等于吸嘴轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，因此，保證了吸嘴在擺臂轉(zhuǎn)動(dòng)的過程 中始終保持方向不變。五、氣動(dòng)控制回路圖8-控制回路該工作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁

10、控制或手動(dòng)控制。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制功能是通過PLC控制實(shí)現(xiàn)的。在供料單元的氣動(dòng)控制原理圖中，1A為旋轉(zhuǎn)缸；1B1和1B2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；2A為真空發(fā)生器；2B1為真空壓力檢測(cè)傳感器；3A為雙作用推料氣缸；3B1、3B2為磁感應(yīng)式接近開關(guān)；1Y1、1Y2為控制旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥的兩個(gè)控制信號(hào)；2Y1、2Y2為控制真空發(fā)生器的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；3Y1為控制推料缸的電磁閥的電磁控制信號(hào)。六、電氣接口地址系統(tǒng)中的每個(gè)部件上的輸入、輸出信號(hào)與 口實(shí)現(xiàn)的。各接口地址已經(jīng)固定。各單元中的需要與 的線路、各個(gè)電磁閥的控制線路及電源線路）PLC之間的通訊電路聯(lián)接是通過10接線端PLC進(jìn)行通訊聯(lián)接的線

11、路（包括各個(gè)傳感器 都已事先聯(lián)接到了各自的10 接線端口上，在與PLC聯(lián)接時(shí)，只需使用一根專用電纜即可實(shí)現(xiàn)快速連接。序 號(hào)設(shè)備 符號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備用違信號(hào)特征1RI對(duì)射式光電件感器判斷料倉是否有匚件信號(hào)為1 信號(hào)為0料倉中育丄件 料倉中無工件21B1脫感應(yīng)式接近開關(guān)判斷擺臂的位豐信號(hào)為1擺臂擺回到位31B2磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷擺畔的位置信號(hào)為1擺臂擺出到他斗2B1真簾壓力低感器判斷是否吸到工件信號(hào)為1 信號(hào)為0吸到了工件未吸/耒吸到工件53B1磁感應(yīng)式接近開關(guān)判斷氣缸的前后位就信號(hào)為1推料缸返回到位63B2磁感應(yīng)式接近開關(guān)劌斷氣缸的前后位胃信號(hào)為1推料缸推出到位7K1繼電器控制蜂鳴器信號(hào)為1蜂鳴

12、器鳴響S11電磁閥控制擺臂的動(dòng)作信號(hào)為1擺臂擺冋91Y2電磁閥控制找臂的動(dòng)作信號(hào)為1住臂擺出102Y1電磁閥控制吸、放工件信號(hào)為1真簾發(fā)生器復(fù)位112V2電磁閥控制吸、放工件信號(hào)為1真空發(fā)生器動(dòng)作123Y1電磁閥控制推料缸的動(dòng)作信號(hào)為1信號(hào)為0推料缸推出工件推料缸返回圖9-地址表七、程序控制1 .控制任務(wù)當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，推料缸縮回到位，旋轉(zhuǎn)擺臂擺回到位。然后進(jìn)入工作運(yùn)行模式， 按啟動(dòng)按鈕時(shí)，供料單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)將把存放在料倉中 的工件取出并轉(zhuǎn)送出去， 然后各執(zhí)行機(jī)構(gòu)回到初始位置。即每執(zhí)行一個(gè)新的工作循環(huán)都需按一次啟動(dòng)按鈕。要求在啟動(dòng)前，供料單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須

13、是處于初始位置，否則不允許啟動(dòng)。在啟動(dòng)前，供料單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)若不在初始位置、料倉中若無工件，則不允許啟動(dòng)。2 .編寫程序F面為供料單元的手動(dòng)控制程序框圖，按此框圖編寫PLC程序。0B1 : Main Program Sweep (Cycle)110.0步序1S311.1停止按鈕（ 常閉） S2110.1步序2S4l/l(s)_Ino.o步序i S3RI程序段2 :允許復(fù)位指示燈TO110.1步序2S41.2靈位_?屑渙； 罠位衛(wèi)屑測(cè) Reset_OK 1/111.1停止按鈕（常閉）S21/1Q1.1允許復(fù)位指示燈H20_I程序段3 :有Step2到Step3程序段4:初始化10.211.1停止

14、按鈕（常閉Q1 2豐斗倉如指示燈H3*1/1程序段 6 :由 Step3iiJStep410.3步序4S6*TS _|10.2步序3S5-(RI注耀:11.110.2傅止按鈕(步序3常閉WS2T I1/1掛序段6 :貝位完成標(biāo)志10.3步序4S611.1停止按鈕 峯閉 S2K1.2臣位J?屑浣；匡位J?脣測(cè)Reset-OKS |程序段7 :由Step倒Step511.1n.2no. 3停止按鈕（亙位_?屑浣；no. 4步序4常閉）蔓位衛(wèi)屑測(cè)步序5S6S2Reset_OKSTI1/11 IIIno. 3步序4 S61(R)I程序段8 :由Stepl到Step511.1停止按鈕(HO. 4常閉步序

15、5M14.2S2S廠T Il/l(s)_|10.0步序13程序段 9 :由 Step5iJStep8程序段10 :允許啟動(dòng)指示燈 注釋:Q1.0允許啟動(dòng)指示燈（）_I11.1no. 5停止搠丑（步序6常閉S8S2T Il/k-程序段11 :由Step6到Step7111.1 11.010-5停止按鈕（ 啟動(dòng)無鈕（B10.6步序6常閉常并步序7程序段12 :由Step?到S匕p8工07下一站已準(zhǔn)備好VP_F 廠10.7步序311.110.6停止按鈕（步序7常閉，s9yT I/IWS：_I10.6步序7R：If?燈斑 13 :耳區(qū)動(dòng)扌工缶I：至放未斗彳立1O. V工九i00.4驅(qū)動(dòng)扌罷缸到 下沾位

16、 3T2*停止按切啟閉i/rQO- 3驅(qū)動(dòng)擺缸到L科倉位*3Y1*1程序段 14 :由 Step8giJStep9程序段 15 :由 Step91iJSteplO11.1步序10*S12*料蟲舊示 燈 H3*Q1.O允許啟動(dòng)指示燈程序段16 :料倉空指示燈1II. 1停止按鈕（ 常閉 S2*程序段 17： ftSteplOJlJStepllm.o步序9SilIO.6料倉空m. 2 步序iiIO.l推料缸伸出 到位Q0.0工件被推出1Y1R 程序段18 :由Step9到Stepll注釋:n.i停止按鈕（常閉0程序段19 :推料桿縮回11.1H1.2停止按鈕（步序11常閉S13S2夕T I/I料超

17、醫(yī)示燈H3R 訪段 20:由Stepl倒Stepl2程序段21 :驅(qū)動(dòng)擺缸到供料位11.1m. 3停止按（步序12 常閉）S14S2T I1/100.3驅(qū)動(dòng)擺缸到L料倉位3YL(s)_IQO.4驅(qū)動(dòng)擺缸到下站位3Y2(R)_I程序段22 :步序12到步序13程序段23 :頁空吸盤吸氣工丄.：！11-4停止按鈕（步序13常閉sby111/100.1真空吸盤吸氣2Y1/S _I00. 2真空吸盤吹氣2Y2（M100.0工件被推岀1Y13）|程序段24 :由Stepl3到Stepl4程序段25 :驅(qū)動(dòng)擺缸到放料位11.1ni. 5停止按鈕（步序14常閉）“S16S2T I1/1Q0.4驅(qū)動(dòng)擺缸到 下

18、站位 3Y27）_|Q0.3驅(qū)動(dòng)擺缸到 L料倉位 3Y1R_I程序段26 :由St ep 14到Stepl514程序段27 :真空吸盤吸氣11.1H1.6停止按鈕（步序15常閉S17S2T I1/100.2真空吸盤吹z(mì)=-2Y2s|Q0.1真空吸盤吸2也R_I程序段28:由Stepl5iiJStep9 （自動(dòng)方式11.1m.6停止按鈕（10.3ni.o步序15常閉）工件被吸住步序9S17S22B1sirm.6步序15S17OB100 : Complete RestartIl. 2立J?屑湖 Reset OK -I10.410.210.3擺動(dòng)缸擺到推料缸縮回工件覷住料倉位到位#2Br3S1lBfT/IIIIl-程序段2:復(fù)位站輸出MOVEENENOINOUT0-QBO 站輸出字 -OBStat程序段3：設(shè)蠱初始步，復(fù)位其他步ENMOVEENOW# 16# 100-INmo步序字OUT-sxvr程序段4:啟動(dòng)標(biāo)圭注髓:11.0M14. 2啟動(dòng)按鈕 常幵） srI 1H.1停止按鈕（ 常閉