基于PLC的教學用自動裝配生產(chǎn)線研究與開發(fā)_圖文

1、 摘要   I西安理工大學工程碩士學位論文   II目錄  目 錄  1.3本章小結(jié) . 4 2.4 本章小結(jié) . 17 I 西安理工大學工程碩士學位論文  II 3.6 本章小結(jié) .36 4.4本章小結(jié) .46 5.4本章小結(jié) .52 6.3本章小結(jié) .60 7 結(jié)論 .61 7.1 總體評價 .61 7.2 前景展望 .61 致 謝 .62 參考文獻 .63第 1 章 緒論

2、  1 1 緒論隨著科技的進步和裝配制造業(yè)的快速發(fā)展, 自動化裝配已經(jīng)成為當今世界裝配業(yè)發(fā)展 的主流, 人力手工裝配已被取代。 自動生產(chǎn)線能夠?qū)崿F(xiàn)自動裝配測量、 分類及上下料自動 化,還能獲得各工位的工作狀態(tài),提高生產(chǎn)效率,降低勞人類動強度,克服人為不穩(wěn)定因 素造成的產(chǎn)品品質(zhì)的不穩(wěn)定性,自動裝配技術(shù)具有促進產(chǎn)品制造系統(tǒng)的整體優(yōu)化的重要 性,自動裝配有很高的生產(chǎn)質(zhì)量和穩(wěn)定性, 不受操作人員疲勞、疏忽等因素影響。實踐表 明, 當產(chǎn)品數(shù)量和批量較大時, 自動化裝配與手工裝配和半自動化裝配相比, 生產(chǎn)效率大 大提高、成本明顯降低。同時, 在大多數(shù)場合, 裝配自動化所占用的

3、生產(chǎn)面積比手工裝配完成同樣生產(chǎn)任務的工作面積要小的多 【 1】 。  1.1 課題意義與研究現(xiàn)狀  2012年 5 月 7日,工業(yè)和信息化部印發(fā)了高端裝備制造業(yè) “ 十二五 ” 發(fā)展規(guī)劃 。該 規(guī)劃明確指出航空裝備、 衛(wèi)星及應用、軌道交通裝備、海洋工程裝備、智能制造等裝備的 發(fā)展是我國現(xiàn)階段高端裝備制造業(yè)發(fā)展的重點方向。 與國外先進水平相比, 我國在高端裝 備制造業(yè)仍存在一點差距, 且國內(nèi)該方面人才培養(yǎng)與企業(yè)實際需求存在較大缺口。 國內(nèi)高 校普遍缺乏該領(lǐng)域的先進教學設(shè)備, 學生在校階段缺乏足夠的感性認識, 實踐操作能力與 企業(yè)要求存在較大差距。 因此,

4、開發(fā)類似功能的生產(chǎn)線教學裝置, 學生能在接近工程實際 的設(shè)備上進行安裝、 編程、 調(diào)試和維護, 為培養(yǎng)學生的實踐操作能力提供了一個非常有效 的平臺 【 2】。 隨著生產(chǎn)過程的智能化、 網(wǎng)絡(luò)化, 國內(nèi)外對自動生產(chǎn)線相關(guān)技術(shù)的研究十分重視。 多 方面采取措施加速我國傳統(tǒng)工業(yè)設(shè)備的自動化改造, 大力發(fā)展我國生產(chǎn)自動化技術(shù)己成為 當務之急,其中培養(yǎng)高水平工業(yè)復合型人才成為一個促進工業(yè)化發(fā)展的重要渠道。故此, 對自動生產(chǎn)線教學裝置的研究與開發(fā)具有十分重要的意義, 該設(shè)備開發(fā)成功后, 能夠滿足 自動生產(chǎn)線技術(shù)教學的需要, 創(chuàng)立接近企業(yè)實際的工作情境來培養(yǎng)學生的工程意識、 工程實踐技能以及團結(jié)協(xié)作精神 【

5、3】 【 4】 。此外,生產(chǎn)線平穩(wěn)運轉(zhuǎn)以及適應生產(chǎn)工藝的多樣化是其重要特點, 工控智能化、 自動化是滿足這些條件的必要保障, 上位機監(jiān)控及通訊系統(tǒng)是 自動裝配生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù), 是生產(chǎn)線穩(wěn)定運行的保障, 為使培訓學員學習環(huán)境更符合實 際工業(yè)生產(chǎn)過程, 課題采用可編程控制器, 對教學用自動裝配生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)、 通訊系統(tǒng) 進行更進一步的研究與開發(fā), 使其功能更加綜合、 全面, 便于更多貼近工業(yè)實際的實訓項 目的開發(fā)是十分有必要的。本課題研究開發(fā)的自動裝配生產(chǎn)線適用于機電及自動化等相關(guān)專業(yè)培訓人員進行操 作實踐,它涵蓋了工業(yè)中所用到總線技術(shù)、機械傳動技術(shù)、 PLC 技術(shù)以及電氣控制技術(shù) 等多項技術(shù)。

6、能夠模擬零件的上下料、裝配、檢測、分類,能顯示各工位的工作狀態(tài),使西安理工大學工程碩士學位論文  2 學員處于一個與企業(yè)生產(chǎn)實際非常接近的情境,促進學員自動生產(chǎn)線設(shè)備的應用、裝配、 調(diào)試及維護能力得到全面提高。  目前,機械制造、電子行業(yè)、石油化工、食品、制藥、輕工等行業(yè)都離不開自動化生 產(chǎn)線的主導和支撐, 可以說, 自動化生產(chǎn)線是現(xiàn)代工業(yè)的生命線。 自動化生產(chǎn)線可以改變 原來需要人工與自動化專機共同參與才能完成工作的情況, 減少了整個生產(chǎn)過程所需要的人力物力,降低了生產(chǎn)成本,保證了產(chǎn)品質(zhì)量 【 7】 【 8】 。自動裝配生產(chǎn)線教學裝置將工業(yè)實際過程展現(xiàn)給學生,學

7、員可以對設(shè)備直接實踐操作, 學習可編程控制器編程、接線,傳感 器應用, 生產(chǎn)管理、 工藝流程設(shè)計等機電一體化相關(guān)課程的學習, 并能在裝置上進行生產(chǎn) 線檢測、傳動等各方面故障診斷與排除的練習。(1以德國 FESTO 為代表的教學儀器制造公司大都對自動生產(chǎn)線教學裝置進行了 開發(fā)和研制, 德國 FESTO 結(jié)合工業(yè)實際使用模塊化結(jié)構(gòu)將氣壓傳動、 電氣控制、 傳感器、 控制技術(shù)以及機械技術(shù)融合起來,為自動生產(chǎn)線教學裝置的實現(xiàn)提供了技術(shù)上有利的借鑒,也為培訓者獲得專業(yè)綜合知識、鍛煉機電技術(shù)綜合能力提供了良好的平臺 【 5】 。(2 在國內(nèi)大量廠商均開發(fā)有各具特點的基于 PLC 的教學用自動裝配生產(chǎn)線。

8、其中 浙江亞龍教育裝備股份有限公司開發(fā)的自動生產(chǎn)線加工培訓系統(tǒng)是目前國內(nèi)起步較早, 且內(nèi)容較完善的集機、光、電、氣等技術(shù)于一體的機電綜合實訓系統(tǒng) 【 5】 。應用組態(tài)及觸摸屏技術(shù)解決了人機交互的問題, 設(shè)備現(xiàn)場工作情況將以生動形象的動 畫形式顯示出來, 企業(yè)人員可以在控制室就能看到現(xiàn)場工作情況及設(shè)備運行參數(shù), 輕點觸 摸屏上相應圖符或文字便能實現(xiàn)遠程控制。而工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使整套設(shè)備實時性更好,生產(chǎn)線上各功能構(gòu)件間信息傳遞更加可靠及時 【 6】 。  a .教學用自動裝配生產(chǎn)線控制器使用現(xiàn)狀經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn), 目前國內(nèi)生產(chǎn)的自動生產(chǎn)線常采用單片機、 工控機、 可編程控制器 (PLC 三種模

9、式。 80 年代,單片機這種模式在國內(nèi)被廣泛使用,但由于單片機可靠性及其它方 面的限制,目前大多在儀表上仍然采用,工業(yè)現(xiàn)場的應用慢慢被  PLC 所替代。工控機對 操作人員的專業(yè)能力有很高的要求, 一般工人看到計算機便產(chǎn)生畏懼心理, 但對于不熟悉 計算機的人來說,仍然不夠簡便易學。 因此, 目前在企業(yè)生產(chǎn)控制中電子產(chǎn)品、汽車的自 動裝配生產(chǎn)線;制衣及造紙等輕工和化工企業(yè)的自動生產(chǎn)線大規(guī)模使用  PLC 控制。 PLC 具有響應快速、抗干擾能力強、 結(jié)構(gòu)簡單、應用靈活、易與上位機連接等優(yōu)點。同時 PLC 編程能按照控制要求靈活

10、改變的接線網(wǎng)絡(luò) 【 9】 。  b .教學用自動裝配生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)使用現(xiàn)狀計算機在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應用, 促進了工業(yè)信息化水平的快速發(fā)展, 工業(yè)信息化 的進程要求生產(chǎn)設(shè)備更為智能化、人性化。目前,自動生產(chǎn)線監(jiān)控技術(shù)在 ” 生產(chǎn)過程自動 化 ” 及 “ 制造自動化 ” 兩大領(lǐng)域被廣泛應用。包括航天、水利、國防、鋼鐵、冶金、石油化 工、水泥、工業(yè)水處理、食品制造加工、包裝業(yè)、電力等各個行業(yè)?；诂F(xiàn)場總線的自動第 1 章 緒論  3 線監(jiān)控系統(tǒng)應用數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù), 使控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備加入企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò), 使企業(yè) 信息覆蓋到生產(chǎn)現(xiàn)場。隨著自動控制系統(tǒng)和過程監(jiān)控系統(tǒng)廣

11、泛應用于工業(yè)中。 傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件, 被控對 象的工作流程要改變就必須修改系統(tǒng)的源程序,這就對工程人員要求有很強的編程功底, 程序的重復利用率也很低, 因此開發(fā)成本很高; 當開發(fā)程序或修改監(jiān)控系統(tǒng)源程序時, 如 果原編程人員因故不能繼續(xù)進行此項工作,需要由其他人員或新手替代進行源程序修改, 這是非常困擾工控軟件開發(fā)公司的事情, 這成為新型軟件開發(fā)工具組態(tài)軟件發(fā)展的強大推動力 【 10】 。 對于一個具有實用價值的可編程控制器控制系統(tǒng)而言, 除了基礎(chǔ)的硬件和軟件 外,還應配置適合用戶操作、觀測現(xiàn)場工作狀況的操作平臺。這時,組態(tài)監(jiān)控軟件的優(yōu)點 便體現(xiàn)出來,它用戶界面友好直觀、組態(tài)形式靈活多樣,在

12、某些應用場合甚至不可或缺。當前, 生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)上常用的便是觸摸屏及組態(tài)軟件, 采用組態(tài)軟件具有以下優(yōu)點 : 專為工業(yè)控制定制、專業(yè)性強、學習使用容易;方便組態(tài)動態(tài)畫面,縮短開發(fā)周期,從而 降低開發(fā)成本; 受編程人員變動影響小, 維護修改相對簡單。 因而獲得了工控人員的青睞。目前組態(tài)軟件逐步向以下方向發(fā)展 【 10】 :目前組態(tài)軟件發(fā)展迅速, 企業(yè)上層管理系統(tǒng)、 管理控制一體化、 遠程診斷和維護以及 與互聯(lián)網(wǎng)上的一系列的數(shù)據(jù)整合都可以在組態(tài)上實現(xiàn)。 隨著傳感器、 數(shù)據(jù)采集裝置及控制 器智能化程度的不斷提高, 實時數(shù)據(jù)的存儲與管理需求的不斷提高, 企業(yè)甚至可以在辦公 室里監(jiān)督訂貨、 制

13、造過程。因此, 部分組態(tài)軟件直接內(nèi)嵌了網(wǎng)頁服務器,用戶可以通過網(wǎng) 絡(luò)就可以直接訪問控制過程實時數(shù)據(jù)。嵌入式組態(tài)軟件可有效解決工業(yè) PC 機監(jiān)控系統(tǒng)的 工作效率、維護和升級等問題,使工業(yè) PC 機監(jiān)控系統(tǒng)向自動化領(lǐng)域的高端市場發(fā)展。目前組態(tài)軟件大多用于工業(yè)過程控制, 多數(shù)功能未考慮化驗分析、 虛擬儀器、 計算機 集成制造系統(tǒng)等領(lǐng)域的需求, 這些領(lǐng)域仍主要使用專用軟件。 因此, 這些領(lǐng)域也將是組態(tài) 監(jiān)控軟件的開拓空間,逐步提高系統(tǒng)的開放程度是組態(tài)軟件的發(fā)展需要。  1.2本文主要工作和研究內(nèi)容本文從剖析自動裝配生產(chǎn)線工藝流程著手,詳細論述基于西門子  S7­300、

14、S7­200 系 列  PLC 及組態(tài)王監(jiān)控軟件的自動裝配生產(chǎn)線控制及監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。該設(shè)計主要實 現(xiàn)模塊結(jié)構(gòu)、 硬件選型、 系統(tǒng)軟件及監(jiān)控界面的設(shè)計。 根據(jù)自動裝配生產(chǎn)線教學裝置的生 產(chǎn)工藝,采用  PLC 控制現(xiàn)場設(shè)備,應用上位機對自動生產(chǎn)線教學裝置進行監(jiān)控,顯示自 動線運行情況、 運行記錄, 操作者可通過上位機對生產(chǎn)線發(fā)運行指令。 論文模擬工廠軸承 自動裝配生產(chǎn)線的工作過程,設(shè)計一套基于西門子  PLC 的自動生產(chǎn)線教學裝置,在此基 礎(chǔ)上采用組態(tài)王軟件實現(xiàn)教學裝置的上位機監(jiān)控系統(tǒng)。主要工作及研究內(nèi)容如下:

15、(1現(xiàn)場調(diào)研自貢市東方機械廠軸承自動裝配生產(chǎn)線。參考該生產(chǎn)線,設(shè)計完成基 于  PLC 的教學用自動裝配生產(chǎn)線的總體控制方案。設(shè)計中將整個生產(chǎn)線分為五個模塊: 上料模塊、加工模塊、安裝模塊、輸送模塊、立體倉庫模塊,模擬實現(xiàn)工件的加工、裝配 與入庫過程。西安理工大學工程碩士學位論文  4  (2利用  STEP7 軟件對硬 件進行組態(tài),設(shè)計各工作模塊控制程序,并組建  PROFIBUS­DP現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò),在各模塊間傳遞工件信息及各模塊工作狀態(tài),實現(xiàn)自 動生產(chǎn)線教學裝置的協(xié)調(diào)控制。(3論文著重點在于根據(jù)自動生產(chǎn)線教

16、學裝置工藝流程編制控制程序,實現(xiàn)自動生 產(chǎn)線的協(xié)調(diào)控制。主要工作如下:輸入及輸出信號的統(tǒng)計; PLC 、步進電機及驅(qū)動器、伺 服電機及驅(qū)動器等設(shè)備的選型;模塊間通訊系統(tǒng)的設(shè)計; 設(shè)備信號接線;硬件組態(tài);設(shè)備 部分順控功能流程圖及程序的編制;程序調(diào)試。(4根據(jù)自動生產(chǎn)線教學裝置控制要求,利用組態(tài)王軟件設(shè)計上位機組態(tài)界面,實 現(xiàn)對整套自動生產(chǎn)線教學裝置各模塊執(zhí)行機構(gòu)和工件信息的實時監(jiān)控。(5現(xiàn)場安裝、接線、調(diào)試自動生產(chǎn)線教學裝置,滿足課題的設(shè)計目標和實際生產(chǎn) 目的,模塊間能可靠通訊,設(shè)備可靠平穩(wěn)運行。  1.3本章小結(jié)本章分析了國內(nèi)外自動生產(chǎn)線控制以及監(jiān)控等相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展情況,并且

17、對教 學用自動裝配生產(chǎn)線的研究背景與意義進行了分析, 明確了課題的研究內(nèi)容, 并對論文的 總體結(jié)構(gòu)進行了規(guī)劃。第 2 章 基于 PLC 控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計  2 基于  PLC控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計伴隨著汽車、拖拉機、自動加工機床等方面技術(shù)的發(fā)展,機械行業(yè)中普遍采用了自動 生產(chǎn)線。 組合機床自動線是最早出現(xiàn)的自動生產(chǎn)線, 在第二次世界大戰(zhàn)后得到了快速的發(fā) 展。 自動加工生產(chǎn)線實質(zhì)是將一組自動機床和輔助設(shè)備由工件加工、 傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng) 協(xié)調(diào)起來, 自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng), 簡稱自動生產(chǎn)線, 是現(xiàn)代生產(chǎn) 技術(shù)發(fā)展的主要趨勢

18、之一。 社會生產(chǎn)力發(fā)展, 工人體力勞動的減輕都離不開生產(chǎn)線技術(shù)的 發(fā)展,生產(chǎn)線適用于大批量生產(chǎn),具有加工精度高、生產(chǎn)效率高、占地面積小、能縮短生 產(chǎn)周期和降低成本等優(yōu)點, 并能保證生產(chǎn)的均衡。 整個生產(chǎn)線可以使用專用、 多功能機床 等來最大程度的實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。  2.1 方案設(shè)計目前工業(yè)實際中對自動線的需求越來越多, 少量小尺寸的相似的工件甚至是不同工件 的加工都可用自動生產(chǎn)線實現(xiàn), 可增強生產(chǎn)線的柔性。 通過更改設(shè)備的擺放順序, 可實現(xiàn) 生產(chǎn)經(jīng)營的快速轉(zhuǎn)換。 自動生產(chǎn)線發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增強多功能、 靈活性, 即 設(shè)備重新布置和互換加工設(shè)備的能力。企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)

19、品不同, 所需的生產(chǎn)線類型及功能也大相徑庭。 為適應不同產(chǎn)品生產(chǎn)的需 要,將發(fā)展能快速可調(diào)的多功能自動生產(chǎn)線, 例如工業(yè)機器人、多功能組合機床、成組技 術(shù)以及上位機等技術(shù)的加入。 這都使得生產(chǎn)線技術(shù)更加靈活、 更智能化。 但在自動生產(chǎn)線 核心技術(shù)及功能的實現(xiàn)方式上原理卻幾乎是相同的。 因此, 為便于各高校及企業(yè)進行自動 生產(chǎn)線的培訓、 學習及訓練, 很多公司根據(jù)實際自動生產(chǎn)線開發(fā)出了多種自動生產(chǎn)線教學 裝置 【 12】 。根據(jù)調(diào)研結(jié)果,課題組確定所開發(fā)的基于教學用的自動裝配生產(chǎn)線將綜合應用 PLC 、 氣壓傳動、 傳感檢測、 組態(tài)監(jiān)控及通信等多種技術(shù), 充分體現(xiàn)自動化生產(chǎn)線技術(shù)的系統(tǒng)性 及融合

20、性強等特點; 在結(jié)構(gòu)上采用開放式模塊化結(jié)構(gòu), 每個模塊結(jié)構(gòu)固定, 具有相應的生 產(chǎn)功能。 根據(jù)企業(yè)實際情況, 能夠通過對生產(chǎn)線不同模塊擺放位置的調(diào)整及配合, 模擬實 現(xiàn)不同的生產(chǎn)流程, 這更符合企業(yè)的需求。 自動生產(chǎn)線教學裝置為理論與實踐一體化教學 提供了非常好的一個平臺,可以有效縮短教學與實際工程應用的距離。  課題所設(shè)計的自動裝配生產(chǎn)線綜合體現(xiàn)了氣動、傳感器、 PLC 等多方面技術(shù)的綜合 應用, 設(shè)備可以達到與企業(yè)實際工作流程接近的程度。 調(diào)研發(fā)現(xiàn), 目前國內(nèi)外教學用自動 生產(chǎn)線設(shè)備大部分采用模塊化的設(shè)計思路, 由多個模塊實現(xiàn)相應的生產(chǎn)功能, 各模塊經(jīng)過 各種組合還可實現(xiàn)不同的生

21、產(chǎn)功能, 不僅能單站運行, 還能多模塊或全線聯(lián)機運行。 根據(jù) 所開發(fā)的自動裝配生產(chǎn)線機械結(jié)構(gòu)及布局將系統(tǒng)劃分為五個模塊:上料模塊、加工模塊、 安裝模塊、 輸送模塊、 立體倉庫模塊, 模擬實現(xiàn)工件的鉆孔加工、 裝配與入庫過程。 其中,5 西安理工大學工程碩士學位論文   6 各模塊能單獨工作, 也可以與其它模塊配合, 模擬實現(xiàn)生產(chǎn)線上部分或全部工作過程。 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成過程如圖 2­1所示。圖  2­1 系統(tǒng)組成  Fig.2­1  Structure of syst

22、em 該生產(chǎn)線各模塊分別實現(xiàn)以下功能:上料模塊作為整個自動裝配生產(chǎn)線的起始站, 向生產(chǎn)線提供所需的原材料, 按生產(chǎn)需 要將料倉中待裝配的工件自動取出,并檢測工件顏色,等待下一模塊搬運。加工模塊中,物流傳送過程的模擬是采用四工位工作臺實現(xiàn)的,該模塊可分為四步: 上料、鉆孔、檢測、卸料,具備待加工工件的模擬鉆孔、對工件鉆孔質(zhì)量的檢測等功能, 從而達到模擬實際工件鉆孔加工過程的效果。安裝模塊用于提供裝配用的 2號小零件, 并將該工件裝配到大工件的孔中。 它能自動 地取出料倉中放置的 2號小零件(黑色、白色 ,并將其裝配到安裝模塊物料平臺上 1號 大工件空腔中,實現(xiàn)大、小零件的裝配。輸送模塊

23、功能是伺服電機驅(qū)動操作手到指定模塊的物料臺, 在該物料臺上抓取所需工 件,將其輸送到指定模塊的物料臺。立體倉庫模塊是 4*4的倉庫, 用于存儲加工完畢的工。 件在生產(chǎn)線上該模塊按照檢測 到的工件信息, 自動將裝配好的工件運送至相應倉位。 它是自動生產(chǎn)線教學裝置的最后單 元。  根據(jù)課題要求, 所設(shè)計開發(fā)的基于教學用自動裝配生產(chǎn)線以完成零件鉆孔加工及裝配 功能為主, 其中該系統(tǒng)要實現(xiàn)零件從上料到加工, 再到入庫的一系列生產(chǎn)過程, 經(jīng)過對該 過程進行分解, 確定該系統(tǒng)主要完成零件上料、 加工前檢測毛坯是否合格、 零件鉆孔加工、 加工后檢測、裝配,最終分類入庫等各項功能。  a

24、.上料模塊上料模塊是自動裝配生產(chǎn)線的起始單元, 在生產(chǎn)線上向其它模塊提供待加工零件。 主 要由料盤機構(gòu)、提升機構(gòu)、工件顏色及到位檢測傳感器等部件實現(xiàn)功能。如圖 2­2所示。第 2 章 基于 PLC 控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計   7 圖  2­2 上料模塊結(jié)構(gòu)圖  Fig.2­2  Structure of feeding mechanism 設(shè)計中料盤機構(gòu)存放黑白兩種顏色的 1號零件毛坯。 零件存在料盤中, 當生產(chǎn)線需要 提供零件毛坯時, 電動機驅(qū)

25、動料盤順時針轉(zhuǎn)動, 零件便通過工件分隔條順序排列輸出至滑 槽, 順著滑槽被推到工件提取平臺中去。 工件提取平臺由一個氣缸驅(qū)動其上下運動, 氣缸 初始狀態(tài)是縮回, 用于接收從料盤送來的大工件, 當氣缸伸出時, 工件提升到輸送模塊能 夠到達的位置。 該機構(gòu)主要由輸出工位、 提升導向裝置和雙作用氣缸組成。 雙作用氣缸帶 動輸出工位進行上下往復運動; 提升導向裝置保證了輸出工位不偏轉(zhuǎn)。 零件檢測機構(gòu)包含 工件顏色及到位檢測兩個傳感器。 該部分由兩個光電接近開關(guān)構(gòu)成; 反射式光電傳感器安 裝在工件提取平臺底部, 檢測工件是否從料盤到達工件提取平臺; 漫反射式光電傳感器安 裝在工件提取平臺頂部,用于檢測工

26、件是黑色還是白色。  b .加工模塊加工模塊旋轉(zhuǎn)工作臺上具有四個工位,分別實現(xiàn)上 /下料、鉆孔、檢測四個功能。由 一直流電機旋轉(zhuǎn)驅(qū)動工作臺轉(zhuǎn)動模擬實現(xiàn)工件的物流傳送, 圖 2­3所示為加工模塊的整體 結(jié)構(gòu)。 圖  2­3 加工模塊結(jié)構(gòu)圖  Fig.2­3  Structure of processing module西安理工大學工程碩士學位論文  8  (1旋轉(zhuǎn)工作臺模塊旋轉(zhuǎn)工作臺模塊用于準確地將零件輸送至鉆孔、 檢測、 卸料等工序位置處。 該模塊主要設(shè)置

27、有四工位旋轉(zhuǎn)工作臺、 定速比直流電動機、 電感式接近開關(guān)、 光電式接近開關(guān)及支 架等完成相應功能。定速比直流電機用于驅(qū)動工作臺轉(zhuǎn)動, 轉(zhuǎn)盤上具有 4個用于輸送工件的圓形工位, 每 個工位底部中心均有一個通孔, 漫反射式光電接近開關(guān)所發(fā)出的光線通過該通孔, 如果被 工件阻擋,則發(fā)出信號;如果沒有工件,所發(fā)出光線不能被反射回來,不發(fā)出信號;以此 來判斷上料工位是否有工件傳送到位。電感式接近開關(guān)反饋信號給控制器對工作臺進行定位,在轉(zhuǎn)盤四個工位下各自有一金 屬凸臺定位塊, 當電感式接近開關(guān)檢測到該凸臺定位塊時, 給控制器反饋 1信號指示已轉(zhuǎn) 過 90度,以便于進行旋轉(zhuǎn)工作臺的定位控制。(2鉆孔模塊由工

28、件夾緊定位和工件鉆孔加工兩大部分構(gòu)成了鉆孔模塊,用于模擬零件鉆孔加工過 程。工件夾緊定位部件包含直線氣缸(頂料氣缸 、直線氣缸固定板、支撐架和磁感應式 接近開關(guān)等元器件。 為了保證零件的加工質(zhì)量, 使用一直線氣缸固定夾緊工位上到達加工 位置的待鉆孔零件, 使零件在鉆孔時不會出現(xiàn)位置偏移。 直線氣缸安裝在直線氣缸固定板 中部, 為了能準確判斷工件是否被夾緊或完全放松, 在直線氣缸前后兩端的運動位置均安 裝有磁感應式接近開關(guān)進行限位檢測。工件鉆孔加工部件包含導桿氣缸、 直流電機、 直流電機安裝板、 支撐架和磁感應式接 近開關(guān)等元器件。直流電機帶動旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)旋轉(zhuǎn)來模擬工件鉆孔加工的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)過

29、程, 將其安裝在直流電動機安裝板上, 通過繼電器對其進行啟?？刂?。 直流電動機在豎直 方向上下移動, 模擬鉆頭工進與返回的動作, 該動作由安裝于兩支撐架之間的導桿氣缸伸 出、 縮回實現(xiàn)。 為準確判定鉆頭上下極限位置, 在該氣缸上下兩個位置各安裝一干簧管式 接近開關(guān)。(3鉆孔檢測模塊該模塊設(shè)計有鉆孔檢測模塊, 這部分主要由檢測氣缸、 檢測氣缸固定架、 檢測模塊支 架及兩個干簧管接近開關(guān)構(gòu)成, 以此模擬生產(chǎn)線鉆孔加工結(jié)果檢測的生產(chǎn)過程。 若檢測氣 缸活塞桿能下降到極限位置, 則認為該工件鉆孔質(zhì)量合格; 否則認為該工件鉆孔質(zhì)量不合 格。  c .安裝模塊安裝模塊用于儲存 2號小零件,并在需

30、要時將料倉中黑、白兩種小零件區(qū)分出來,為 轉(zhuǎn)運機構(gòu)提取符合顏色要求的 2號小零件,并將其裝配到從加工模塊傳送過來的 1號大零 件空腔中。該模塊主要由轉(zhuǎn)運機構(gòu)、小零件平臺、推料氣缸,推料塊、閥組以及齒輪齒條 擺動缸等部件實現(xiàn)功能。第 2 章 基于 PLC 控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計   9 (1 送料機構(gòu)送料機構(gòu)有兩個料倉, 分別裝著黑色、 白色兩種 2號小零件, 根據(jù)生產(chǎn)需要選擇符合 顏色要求的 2號小零件必須對兩個料倉進行換位,該工作由一個雙作用換向氣缸實現(xiàn)。送料機構(gòu)工作過程如下:在料倉換位氣缸導向底座上方垂直安裝有兩個料倉, 分別堆 疊兩種顏色的 2號小零件, 兩

31、種顏色的選擇由料倉換位氣缸實現(xiàn)。 推料氣缸的推料塊從料 倉底部可垂直穿過, 推料塊與最下層的零件處于同一高度。 當推料氣缸驅(qū)動推料塊伸出時, 推料塊便會把最下面一層的 2號小零件水平推出到提取工件平臺, 為轉(zhuǎn)運機構(gòu)吸取 2號小 零件做好準備工作; 而當推料塊返回時, 料倉中高處的工件由于自重將自動下落一層, 為下次推料缸的工作做好準備【 14】 。 (2 轉(zhuǎn)運機構(gòu)轉(zhuǎn)運機構(gòu)的功能是吸取 2號小零件,并將其轉(zhuǎn)運至 1號大零件的空腔中 (模擬加工完 畢的盲孔 。轉(zhuǎn)運機構(gòu)由齒輪齒條擺動氣缸、擺臂、真空吸盤、真空發(fā)生器以及方向保持 裝置等組成。轉(zhuǎn)運機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖 2­4所示。齒輪齒條擺動氣缸

32、對擺臂進行驅(qū)動,該擺動氣缸最大擺動角度為 180°,可以根據(jù)實 際機械部件的位置需要對擺動角度進行調(diào)整。 采用真空吸盤吸附的方式將 2號小零件從小 工件平臺轉(zhuǎn)運至 1號大零件空腔內(nèi),吸盤內(nèi)腔負壓(真空由真空發(fā)生器產(chǎn)生。圖  2­4 轉(zhuǎn)運機構(gòu)  Fig.2­4 Structure ofTransport mechanism d .輸送模塊抓取機械手由伺服電機驅(qū)動并精準定位到指定物料臺抓取工件, 將其工件運送到指定 模塊后放下。 輸送模塊設(shè)計有抓取機械手裝置和直線運動傳動機構(gòu)、 拖鏈裝置、 伺服驅(qū)動

33、 裝置等實現(xiàn)工件從頭往后的傳送功能。(1抓取操作手為了能夠可靠抓取工件,課題所設(shè)計的操作手能夠?qū)崿F(xiàn)升降、伸縮、氣爪夾緊 /松開 三自由度運動,并能沿垂直軸擺動 90度。該裝置能夠由傳動機構(gòu)驅(qū)動其直線往復運動。 氣動手爪可在各個工作站物料臺上抓取 /放下工件;手臂的伸出和縮回由伸縮氣缸實現(xiàn); 手臂正反向 90度旋轉(zhuǎn)由回轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動;整個機械手提升與下降由提升氣缸驅(qū)動。西安理工大學工程碩士學位論文  10 (3 直線運動傳動機構(gòu)該機構(gòu)可使機械手做直線往返運動以完成精準定位。該部分傳動組件由直線平面導 軌、伺服電動機及伺服驅(qū)動器、同步齒形帶、滑動溜板、拖鏈、原點接近開關(guān)以及左、右極

34、限開關(guān)組成 【 14】 。伺服電機由伺服電機放大器驅(qū)動, 帶動滑動溜板在同步輪和同步帶的作用下沿直線導 軌作往返運動, 從而使滑動溜板上的機械手也往返運動。 同步輪共 12個齒, 齒距為 5mm ; 即電機旋轉(zhuǎn)一周操作手位移 60mm 。在直線導軌的原點位置安裝有接近開關(guān), 原點接近開關(guān)采用無觸點的電感式接近傳感 器,用來提供直線運動的起始點信號。 在直線導軌的兩側(cè)安裝有左、右兩個極限開關(guān),起 超程保護作用, 極限開關(guān)均采用有觸點的微動開關(guān), 當滑動溜板在運動中超出左或右極限 時向系統(tǒng)發(fā)出超程保護信號。  e .立體倉庫模塊立體倉庫模塊可以作為生產(chǎn)線最后一個模塊, 在整個生產(chǎn)線上負責

35、接收并存儲前方模 塊處理后的工件。 它由兩套步進驅(qū)動模塊來實現(xiàn)水平方向和垂直方向的移動, 模擬堆垛機 的運行情況。 在接收到前一模塊送來的工件時, 控制器按照工件信息將工件分類送往相應 倉位。該模塊主要由 X­Y直線驅(qū)動機構(gòu)、工件推料裝置、立體倉庫等部分組成。其結(jié)構(gòu) 如圖 2­5所示。圖  2­5 立體倉庫模塊結(jié)構(gòu)圖  Fig.2­5  Structure of warehouse (1 直線驅(qū)動機構(gòu)本設(shè)計中由步進電機及驅(qū)動器、 滾珠絲杠螺母副和直線導向桿等部件組成直線驅(qū)動機

36、 構(gòu),步進電機輸出的旋轉(zhuǎn)運動通過滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線往返運動。 立體倉庫立體倉庫第 2 章 基于 PLC 控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計  11 立體倉庫模塊設(shè)計安裝有兩套直線驅(qū)動模塊,兩模塊互成 90度垂直安裝,形成一個  X­Y軸的平面運動系統(tǒng),這樣工件在按照不同類型存儲時,可以實現(xiàn)水平和垂直兩個方 向倉庫位置的選擇。 兩個絲杠驅(qū)動模塊都安裝有電感式接近開關(guān)作為系統(tǒng)原點, 以校正位 置及提供一個位置參考點。 在兩軸運動極限處均設(shè)計有行程保護開關(guān), 用于兩套直線驅(qū)動 模塊的超程保護,以防止因超程而產(chǎn)生機械損傷。 PLC 高速脈沖端子發(fā)出的高速脈沖

37、信 號及方向電平信號由步進驅(qū)動器接收,驅(qū)動器將這些信號通過轉(zhuǎn)換成步進電機的驅(qū)動信 號。步進電機,方向電平控制它的旋轉(zhuǎn)方向,脈沖頻率  f控制它的轉(zhuǎn)速,脈沖數(shù)控制它的 轉(zhuǎn)角。(2 工件推出裝置工件推出裝置由推料塊、 一個雙作用氣缸和接收工件的推塊導槽構(gòu)成。 該裝置整體安 裝固定在 Y 軸絲杠螺母移動塊的側(cè)面上跟隨著在 X­Y平面移動。它實現(xiàn)的功能是將放置 好的在推塊導槽的工件通過推料塊將工件推進對應倉庫內(nèi)。 同樣, 為了保證推料塊可靠運 行,直線氣缸兩端安裝有干簧管接近開關(guān)進行限位檢測。(3立體倉庫倉庫為一 4行  4列的鏤空存儲架(16個存儲位置 ,每個存儲位置間

38、距離為 40mm , 用于分類存放不同的工件。立體倉庫平行安裝在絲桿驅(qū)動模塊 X­Y平面的一側(cè),用于接收工件推出裝置送來的成品工件 【 1】 【 12】 【 13】 。  2.2功能需求及主要技術(shù)指標在進行控制系統(tǒng)設(shè)計時, 首先要熟悉設(shè)備各項功能, 清楚設(shè)備所實現(xiàn)的功能需求以及 機械、 電器等執(zhí)行元件間的關(guān)系等, 認真分析被控對象工藝流程和要求, 明確各項任務要 求、聯(lián)鎖條件及控制方式,才能決定所需的軟件支持及規(guī)模。 在本系統(tǒng)中,根據(jù)上節(jié)模塊 功能的實現(xiàn)將控制任務分為獨立的五部分,化繁為簡,便于編程調(diào)試。  生產(chǎn)線能夠穩(wěn)定可靠運行、具備較強抗干擾能力、擴展及連接方

39、便、人機界面友好、 控制方法靈活多樣、開放性好、管理功能豐富;系統(tǒng)人機界面友好,畫面形象逼真、動感 強,對控制過程進行監(jiān)控,能夠生成報表并打印等;能夠滿足設(shè)計開關(guān)量控制、高速脈沖 輸出工作,并能進行速度與位置的動態(tài)控制要求;保證工件信息傳遞過程的穩(wěn)定性;根據(jù)生產(chǎn)線的工藝流程可看出,系統(tǒng)對實時性是有一定要求的,尤其是正常生產(chǎn)中, 要保證生產(chǎn)效率, 必須解決工藝的協(xié)調(diào)及時間匹配等問題, 當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時, 還能夠先 將系統(tǒng)各模塊復位,然后再從頭開始正常工作。為了保證一個功能的故障不會導致其他功能的故障或失效, 系統(tǒng)的控制、 報警、 監(jiān)控 和保護按功能和實際情況可進行最大程度的分割, 以此保護系統(tǒng)的

40、獨立性及人身和設(shè)備的 安全。系統(tǒng)有異常情況發(fā)生時,屏幕能及時彈出報警畫面、畫面顏色自動作相應變化。西安理工大學工程碩士學位論文  12  自動生產(chǎn)線教學裝置為理論與實踐一體化教學提供了非常好的一個平臺,可以有效縮短教學與實際工程應用的距離。所設(shè)計開發(fā)的設(shè)備將具有以下特點:(1組合性整個生產(chǎn)線由相對獨立又可相互通信連接的不同模塊構(gòu)成。該設(shè)備各工作模塊不僅可 以作為單獨的學習對象, 而且可以根據(jù)不同的學習難度及分組情況進行任意組合, 實現(xiàn)不 同的工作流程。各模塊分別由一 PLC 獨立控制,在單獨的模塊學習完成以后,還能將各 模塊進行聯(lián)網(wǎng)通信, 實現(xiàn)兩站、 多站以及全線的調(diào)試,

41、最終可綜合應用各項機電一體化技 術(shù)對整個控制系統(tǒng)編程、通信、裝配以及調(diào)試維護等。(2 綜合性設(shè)備包括機電控制技術(shù)所涉及的電氣控制及 PLC 、電機、氣動、組態(tài)以及傳感器等 綜合技術(shù), 能夠讓學員在模擬生產(chǎn)實際的自動裝配生產(chǎn)線上操作練習。 該系統(tǒng)通過 I/O通 信、 PPI 通信或 PROFIBUS 現(xiàn)場總線等通信模式, 將生產(chǎn)線上獨立模塊可高度、 高效的綜 合。整個生產(chǎn)線能夠滿足教師由淺入深的指導學生從安裝、 設(shè)計、編程、調(diào)試到設(shè)備檢查 維護等不同難度的教學。(3 模塊化從不同的單站到單站, 從各單站到整個生產(chǎn)線控制系統(tǒng), 各模塊間具有靈活的組合方 式;在各模塊間設(shè)置了統(tǒng)一標準化的接口;可對當

42、前系統(tǒng)定期升級。(4安全性生產(chǎn)線設(shè)計有單站運行、全線運行工作模式,還具有聯(lián)鎖、短路、急停、限位等多種 保護功能,以確保設(shè)備及操作人員的安全 【 5】 【 6】 。  教學用自動裝配生產(chǎn)線是小型零件、小型規(guī)模、快節(jié)拍的自動化加工、裝配、檢測、 入庫一體的模擬化生產(chǎn)裝置。生產(chǎn)線全長 3米,包含供料、類別檢測、上料、鉆孔、孔質(zhì) 量檢測、卸料、裝配、分類入庫等主要工位 9 個,能模擬兩種零件的加工及裝配過程。生 產(chǎn)節(jié)拍每零件 3分 25秒。裝配精度為 0.1mm 。生產(chǎn)線按照功能劃分為五個模塊,各自的 被控對象占用 PLC 點數(shù)統(tǒng)計如下:上料模塊共 11個輸入、 4個輸出點,用于為

43、整個自動裝配生產(chǎn)線提供原材料。 加工模塊共 15個輸入、 7個輸出點,模擬鉆孔過程,并能夠檢測孔的深度。安裝模塊共 13個輸入、  9個輸出點, 用于給鉆成的孔內(nèi)安裝小工件, 裝配精度 0.1mm 。 立體倉庫模塊共 11個輸入、 9個輸出點。其中  Q0.0和 Q0.1兩個輸出點作為高速脈 沖輸出端子使用, 分別為 X 、 Y 軸直線驅(qū)動模塊的步進電機提供脈沖信號。 該模塊用于存 儲加工的成品。輸送模塊共 17個輸入、 10個輸出點。其中 Q0.0作為高速脈沖輸出端子為伺服驅(qū)動 器提供脈沖信號, Q0.1為伺服驅(qū)動器提供方向信號。該模塊用于搬運工件,從上料模塊 到加工模塊

44、,再到安裝模塊,直至成品入庫。第 2 章 基于 PLC 控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計   13 2.3 控制系統(tǒng)技術(shù)方案適應生產(chǎn)工藝多樣化以及生產(chǎn)過程平穩(wěn)運行是自動裝配生產(chǎn)線的重要特征, 工控自動 化是滿足這些條件的必要保障。 采用可編程控制器作為控制系統(tǒng)核心, 具有成本低、 穩(wěn)定 性高,程序編寫和調(diào)試方便的特征。但 PLC 也有不足之處,如人機對話、故障判斷、在 線修改等方面,需要對 PLC 編程十分熟悉的專業(yè)人員操作。因此,為直觀地了解生產(chǎn)過 程和監(jiān)控信號動態(tài),課題選用一個上位機來配合 PLC ,利用組態(tài)軟件組態(tài)人機界面,組 成更直觀的控制系統(tǒng)。自動生產(chǎn)線

45、在工業(yè)環(huán)境下要求抗干擾能力強、 易于功能拓展、 輸入輸出設(shè)備便于連接。 可編程序控制器(PLC 抗干擾能力強、可靠性高、性價比高且編程簡單,被廣泛的應用 于現(xiàn)代化自動生產(chǎn)設(shè)備。因此,以 PLC 作為該教學裝置控制器非常實用。目前應用較廣 的 PLC 品牌有西門子, A­B,三菱等。課題采用工業(yè)可編程序控制器(簡稱 PLC 和上位機兩級控制的結(jié)構(gòu)方式,完成自 動上料、零件鉆孔、裝配及入庫等功能。系統(tǒng)邏輯功能全由 PLC 實現(xiàn),代替以往硬接線 和特殊的開關(guān)或其他輸入裝置。整個系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和控制由 PLC 實現(xiàn),上位計算 機人機畫面發(fā)出控制指令給現(xiàn)場設(shè)備, 同時還能直觀、 動態(tài)的顯示

46、各設(shè)備的運行狀態(tài)、 報 警信息,設(shè)計還具有系統(tǒng)聯(lián)鎖、調(diào)節(jié)控制、運行程序、監(jiān)控功能。課題首先根據(jù)裝置要求 設(shè)計氣動回路、電氣控制回路,然后根據(jù)工作流程進行 PLC 軟硬件以及 PROFIBUS 總線 通訊部分的設(shè)計,最終對設(shè)備進行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。  自動裝配生產(chǎn)線五個模塊可以根據(jù)需要進行組合, 課題所設(shè)計開發(fā)的五個模塊的工作 順序為:上料模塊作為整個自動裝配生產(chǎn)線的起始站, 向加工模塊提供所需的原材料; 加 工模塊四工位工作臺旋轉(zhuǎn)帶動四個工位的轉(zhuǎn)動, 模擬零件鉆孔、 檢測及物流傳送過程; 安 裝模塊提供裝配用的 2號小工件, 將其裝配在  1號大工件鉆好的孔中; 裝配好的工件

47、組合 最后存入立體倉庫模塊。 其中工件在各站間的傳輸由輸送模塊實現(xiàn)。 整個系統(tǒng)工作流程如 圖 2­6圖  2­6 系統(tǒng)工作流程圖  Fig.2­6 The work flow of system 課題所設(shè)計開發(fā)的自動裝配生產(chǎn)線五個模塊可獨立作為一個自動化裝置, 還可以模擬 工業(yè)現(xiàn)場狀況, 通過不同組合構(gòu)成工藝流程可變的自動化裝配生產(chǎn)線。 從目前國內(nèi)外常見西安理工大學工程碩士學位論文   14 的模塊化生產(chǎn)制造系統(tǒng)、 柔性制造系統(tǒng)的系統(tǒng)功能來看, 不管是工業(yè)

48、實際設(shè)備還是教學用 演示型設(shè)備,大都具有以下六個控制功能:復位功能、停止功能、手動單循環(huán)控制功能、 自動連續(xù)運行功能、單 /聯(lián)機功能、急?？刂?。生產(chǎn)線所加工的零件如圖 2­7。圖  2­7 工件外形圖  Fig.2­7 The shape ofsystem 兩工件具體信息見表 2­1所示。表  2­1 工件信息  工件信息在系統(tǒng)流程圖中用兩個二進制數(shù)表示:D0、 D1,當工件為白色時, PLC 接 收 1信號,當工件為黑色時, PLC 接收 0信

49、號。該生產(chǎn)線在開發(fā)時也同樣設(shè)計以上功能,各功能詳細介紹如下 : (1 復位功能 :當生產(chǎn)線各控制對象由于某種原因不在復位狀態(tài),不滿足運行初始條 件時,就需要通過該功能 (如按下復位按鈕 實現(xiàn)設(shè)備復位,使各執(zhí)行機構(gòu)返回工作初始狀 態(tài), 以滿足運行初始條件。 單模塊測試后或是在 “ 急停 ” 故障排除后等都會造成設(shè)備不滿足 初始條件。(2 停止功能 :能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)線正常運行時,間斷生產(chǎn)過程的功能。在停止生產(chǎn)線時, 正在加工過程的零件應繼續(xù)被加工直至整個生產(chǎn)過程完畢,生產(chǎn)線才能進入停止狀態(tài)。(3 手動單循環(huán)控制功能 :能夠完成零件加工過程中的某一道工序,實現(xiàn)生產(chǎn)單件零 件或進行試生產(chǎn)的功能

50、。 該功能無需各模塊間的信息傳送, 也不需要各模塊的協(xié)作, 就可 獨立實現(xiàn)。  (a零件  1 (b零件  2第 2 章 基于 PLC 控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計   15 (4 自動連續(xù)控制 :能夠?qū)崿F(xiàn)零件自動不間斷的生產(chǎn), 在生產(chǎn)線滿足正常運行初始條 件時, 按下啟動按鈕, 生產(chǎn)線將按照特定工作過程自動連續(xù)循環(huán)運行, 編程可實現(xiàn)工件某 道工序的批量加工。 該功能與手動單循環(huán)控制功能一樣, 不需要各模塊間的信息傳送, 也 不需要各模塊的協(xié)作,就可獨立實現(xiàn)。(5單 /聯(lián)機功能 :該功能有兩個狀態(tài),聯(lián)機狀態(tài)可以使五個工作模塊組合起

51、來全線 工作, 實現(xiàn)零件從毛坯到入庫整個生產(chǎn)過程, 單機狀態(tài)將使各模塊處于獨立狀態(tài)。 實現(xiàn)聯(lián) 機功能時需要模塊間的協(xié)調(diào)工作, 必須進行通信, 將工件及各模塊運行狀態(tài)信息進行傳遞, 合理地設(shè)計信息傳遞過程能夠優(yōu)化工藝流程,降低程序設(shè)計的復雜性。(6 急?？刂?:當設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)了危及人身、設(shè)備安全或生產(chǎn)安全的突發(fā)事 件時, 通過急?？刂瓶梢匀藶榈氖乖O(shè)備立即停止。 當按下急停按鈕時, 所有控制對象將立 即停止動作,無論它處于什么運行狀態(tài)、運行位置,并保持不動。  a. 硬件結(jié)構(gòu)本課題中將每個工作模塊的控制由一個獨立的可編程控制器實現(xiàn), 將上料模塊作為整個系統(tǒng)的主站,其余四個模塊均設(shè)

52、置為從站,自動裝配生產(chǎn)線總體架構(gòu)如圖 2­8所示 【 6】。圖  2­8 系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖  Fig.2­8 Hardware architecture of the system 據(jù) 課 題 中 自 動 裝 配 生 產(chǎn) 線 的 工 藝 與 被 控 設(shè) 備 數(shù) 量 , 上 料 模 塊 選 用 西 門 子  CPU315­2DP,其它四模塊均選用 CPU226 CN DC/DC/DC作為控制器,具有穩(wěn)定性較強、西安理工大學工程碩士學位論文

53、  16 工藝更改方便等特點。 各模塊間組建 PROFIBUS­DP現(xiàn)場總線控制網(wǎng)路實現(xiàn)整個系統(tǒng)數(shù)據(jù) 的傳遞與協(xié)調(diào)控制。 CPU315­2DP 的  DP 口可直接用于  PROFIBUS 通訊,而  CPU226CN 必須使用 EM277模塊才可以進行 PROFIBUS 通訊。  PLC 的 I/O端口接收各模塊傳感器、面板按鈕信號等,根據(jù) PLC 內(nèi)部程序運行結(jié)果, 發(fā)出信號控制各模塊的換向閥、繼電器、 步進電機驅(qū)動器、伺服電機驅(qū)動器等。步進電機 驅(qū)動

54、器控制立體倉庫模塊的步進電機的啟動、 停止和方向, 步進電機的旋轉(zhuǎn)可以驅(qū)動生產(chǎn) 線上堆垛機移動,實現(xiàn)工件的存儲。伺服電機驅(qū)動器控制伺服電機的啟動、停止及定位, 并能處理左右極限位置信號以及伺服電機編碼器反饋的信號。  b. 軟件結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)軟件設(shè)計流程如圖 2­9所示, 根據(jù)該流程圖細化每一工作模塊順序控制流程圖,在此基礎(chǔ)上可進行各模塊工作程序的設(shè)計。圖  2­9 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖  Fig.2­9 flow chart ofsoftware design 圖 2­

55、;9中,數(shù)據(jù)位 D0存儲一號大工件的顏色信息,數(shù)據(jù)位 D1存儲二號小工件的顏 色信息。當工件顏色為白色時,將相應的數(shù)據(jù)存儲位置 1,否則清 0。第 2 章 基于 PLC 控制的自動裝配生產(chǎn)線總體方案設(shè)計  17 編程時, 首先對設(shè)備各模塊進行初始化, 若有加工需求, 上位機對上料模塊發(fā)出命令, 上料模塊工作,并檢測 1號大工件的顏色信息存入 D0;然后輸送模塊將其送入加工模塊 進行鉆孔及孔的深度檢測; 當孔加工并檢測完畢, 輸送模塊再將 1號大工件送入安裝模塊, 進行安裝 2號小工件的工作;最終將裝配好的工件送入立體倉庫模塊分類存儲。  根據(jù)生產(chǎn)線控制系統(tǒng)所需 I

56、/O點數(shù)、存儲容量、運算功能、通訊功能、控制功能等選 擇合適的 PLC 型號后進行 PLC 硬件設(shè)計及組態(tài); 整個控制系統(tǒng)的職責實際上認為是在不 同時刻或在不同階段去完成各步的控制, 在不同時段有不一樣的工作任務。 而順序控制流 程圖是一種非常適合用于描述順序控制功能的圖解表示法, 編制設(shè)計復雜的順序控制程序 非常合適。 考慮到設(shè)計的生產(chǎn)線工作流程規(guī)律性強、 順序性強, 軟件的設(shè)計采用步進順序 控制法, 先畫出順序控制流程圖, 步的劃分將控制系統(tǒng)工作全過程按照狀態(tài)的變換劃分為 若干個步驟,再編程。根據(jù)自動裝配生產(chǎn)線工作要求,如何將上料、搬運、加工、安裝及 入庫過程統(tǒng)籌協(xié)調(diào)起來, 使各模塊快速、

57、 可靠的工作, 保證設(shè)備的正常運行。 通過 PC/PPI 電纜將計算機串口連接到主站上料模塊的通信端口上,并通過各模塊間的 PROFIBUS 網(wǎng) 絡(luò)對其它各模塊實時監(jiān)控。 設(shè)計上位機監(jiān)控管理系統(tǒng)畫面時, 首先整套自動裝配生產(chǎn)線各 模塊的參考數(shù)據(jù)變量需要定義完畢, 其次熟悉各模塊機構(gòu)配合情況以及實際運行過程、 信息傳遞情況,然后設(shè)計各模塊組態(tài)畫面及生產(chǎn)管理監(jiān)控畫面等 【 10】 【 11】 ?，F(xiàn)場總線是一種國際現(xiàn)場總線通信協(xié)議標準, 具有高速, 開放的結(jié)構(gòu), 被廣泛應用于 過程控制, 制造業(yè), 現(xiàn)場總線是適合于西門子中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)解決方案。 在自動生產(chǎn)線總 體控制方案規(guī)劃中,根據(jù)各模塊

58、間銜接順序,各模塊聯(lián)動效應時所需要的信息,選擇  PROFIBUS­DP通訊協(xié)議,建議使用基于 PROFIBUS­DP現(xiàn)場總線通信控制方案,與 PLC 控制系統(tǒng)、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)共同組成高速、實時、可靠的網(wǎng)絡(luò)化集成自動化控制系統(tǒng) 【 15】 。設(shè)計生產(chǎn)線上位機監(jiān)控系統(tǒng)可提高控制系統(tǒng)可靠性及生產(chǎn)效率, 降低操作人員操作難 度及工作強度。故將操作臺盡量簡化,僅設(shè)置開始、停止、急停、復位等重要按鈕,其他 功能均由監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn), 這是監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的最終目標。 采用組態(tài)王軟件, 利用上位機實 現(xiàn)良好的監(jiān)控管理功能和人機界面。 生產(chǎn)線部分主要操作都可以通過上位機完成,

59、例如復 位、啟動、停止等工作,這將減少外部元件,降低系統(tǒng)復雜度,提高系統(tǒng)集成度、安全度 和穩(wěn)定性。最終使上位機能實現(xiàn) PLC 對生產(chǎn)現(xiàn)場的直接監(jiān)控,還能在組態(tài)王開發(fā)的監(jiān)控 管理界面上直觀地進行系統(tǒng)運行操作。  2.4 本章小結(jié)根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)計要求, 對系統(tǒng)五個模塊機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計, 完成系統(tǒng)總體架構(gòu)及工藝 流程的設(shè)計, 并對各模塊所采用的控制器及監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)軟件進行了選擇, 上料模塊選用 西門子 S7­300 CPU315­2DP,其它四模塊均選用 S7­200 CPU226CN DC/DC/DC作為控制西安理工大學工程碩士學位論文  器,系統(tǒng)采用 PROFIBUS 現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)生產(chǎn)線各模塊的協(xié)調(diào)控制,確定設(shè)計中使用 組態(tài)王開發(fā)上位機監(jiān)控管理