機電一體化專業(yè)畢業(yè)論文正稿

1、機電職業(yè)技術學院機電職業(yè)技術學院畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文題 目：YL235A設備設計機械手傳送帶物料分揀任務五學 校：專 業(yè)： 機電一體化 班 級：學 號： 學生： 指導教師： 起止日期； 2011 年 9 月-2012 年 5 月 2 / 27前言前言 作為自動化專業(yè)的學生，PLC 是我們最基礎的專業(yè)課。眾所周知，PLC 自從問世以來就在自動控制各個行業(yè)發(fā)揮著難以取代的核心控制作用。PLC 運行可靠，適用于各種惡劣的工業(yè)環(huán)境，PLC 和工控機（IPC）相比，其運行可靠、可擴展性好、便于電氣連接、控制更專業(yè)，但是工控機良好的人機界面，方便高級語言都是 PLC 所不能比擬的。組態(tài)軟件在很多場合應用

2、于控制，可整個控制的中心往往還是 PLC，組態(tài)軟件（上位機）所起的控制作用很小。人機界面一般用于簡單的動作控制，工藝參數(shù)的編制，配方的設定等等，雖然在概念上屬于控制疇，但它并未真正起到核心控制作用，因為真正長期的自動運行控制是由 PLC 完成。我們不經(jīng)常使用工控機作為核心控制部分的原因有兩點：第一，工控機不適于在很惡略的環(huán)境下運行；第二，工控機經(jīng)常采用的WINDOWS系統(tǒng)并不能夠讓人放心，其長期運行效果并不好。盡管 PLC、IPC 在自動化控制中扮演不同角色，在許多運行連續(xù)時間較短，環(huán)境相對比較好的地方，人們還是希望使用 IPC 進行核心控制。使用 IPC 進行核心控制有很多種實現(xiàn)方式，當然其

3、中最為簡單的辦法就是使用組態(tài)軟件。在工廠和企業(yè)里面 PLC一直是實現(xiàn)自動化的有效方式，而且目前國真正懂得 PLC 的人才太少，希望針對本次實訓對我們自動化的人大有裨益。 3 / 27目 錄1.1 外觀 51.2 概述51.3 實訓項目61.4 配置61.5 配置清單71.5.1 PLC 與變頻器選配表81.6 技術參數(shù)9第第 2 2 章亞龍章亞龍 YL-235AYL-235A 型光機電一體化實訓考核裝置機構(gòu)說明型光機電一體化實訓考核裝置機構(gòu)說明 10102.1 整機工作流程102.2 工作原理102.3 送料機構(gòu)112.4 機械手搬運機構(gòu)122.5 物料傳送和分揀機構(gòu)132.6 氣動原理142

4、.7 氣缸電控閥使用152.8 傳感器應用說明172.8.1 常用傳感器的使用說明 172.8.2 磁性開關的使用說明 17第第 3 3 章亞龍章亞龍 YL-235AYL-235A 光機電一體化實訓考核裝置電氣電路說明光機電一體化實訓考核裝置電氣電路說明 183.1 電氣電路組成183.2 西門子 PLC 主機、變頻器183.2.1 端子接線圖 193.2.2 西門子 PLC 控制原理圖 203.2.3 西門子 I/O 分配圖 213.2.4 西門子變頻器操作 223.2.5 西門子變頻器參數(shù)設置 25 4 / 27小結(jié) 26參考文獻 27附錄西門子控制原理圖電氣圖梯形圖指令表 5 / 27第

5、第 1 1 章章 亞龍亞龍 YL-235AYL-235A 型光機電一體化實訓考核型光機電一體化實訓考核裝置裝置1.1 外觀圖 1-1 亞龍 YL-235A1.2 概述亞龍 YL235A 型光機電一體化實訓考核裝置，由鋁合金導軌式實訓臺、上料機構(gòu)、上料檢測機構(gòu)、搬運機構(gòu)、物料傳送和分揀機構(gòu)等組成。各個機構(gòu)緊密相連，學生可以自由組裝和調(diào)試?？刂葡到y(tǒng)采用模塊組合式，由觸摸屏模塊、PLC 模塊、變頻器模塊、按鈕模塊、電源模塊、接線端子排和各種傳感器等組成。觸摸屏模塊、PLC 模塊、變頻器模塊、按鈕模塊等可按實訓需要進行組合、安裝、調(diào)試。 6 / 27該系統(tǒng)包含了機電一體化專業(yè)學習中所涉與的諸如電機驅(qū)動

6、、機械傳動、氣動、觸摸屏控制、可編程控制器、傳感器，變頻調(diào)速等多項技術，為學生提供了一個典型的綜合實訓環(huán)境，使學生對過去學過的諸多單科的專業(yè)和基礎知識，在這里能得到全面的認識、綜合的訓練和實際運用。1.3 實訓項目1.自動檢測技術使用實訓2.氣動技術應用實訓3.可編程控制器編程實訓4.電氣控制電路實訓5.變頻器應用實訓6.觸摸屏應用實訓7.自動控制技術教學與實訓8.機械系統(tǒng)安裝和調(diào)試實訓9.系統(tǒng)維護與故障檢測實訓1.4 配置該裝置配置了觸摸屏模塊、可編程控制器（PLC） 、變頻器裝置、氣動裝置、傳感器、氣動機械手裝置、上料器、送料傳動和分揀裝置等實訓機構(gòu)。整個系統(tǒng)為模塊化結(jié)構(gòu)提供開放式實訓平臺

7、，實訓模塊可根據(jù)不同的實訓要求進行組合；同時學校還可以根據(jù)教學需要，配置不同品牌的（PLC）模塊和變頻器模塊以與觸摸屏模塊，也可以增加其它實訓模塊。系統(tǒng)的控制部分采用觸摸屏模塊和可編程控制器（PLC） ，執(zhí)行機構(gòu)由氣動電磁閥-氣缸構(gòu)成的氣壓驅(qū)動裝置，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)自動運行，并完成物料的分揀。整個實訓考核裝置的模塊之間連接方式采用安全導線連接，以確保實訓和考核的安全。 7 / 271.5 配置清單序序號號名稱名稱主要元件或型號、規(guī)格主要元件或型號、規(guī)格數(shù)量數(shù)量單位單位備注備注1 1實訓桌1190800840 MM12 2觸摸屏模塊1塊3 3PLC 模塊1臺4 4變頻器模塊1臺用戶可在清單選擇，詳

8、見附表一5 5電源模塊三相電源總開關（帶漏電和短路保護）1個，熔斷器 3 只，單相電源插座 2 個，安全插座 5 個；1塊6 6按鈕模塊24V/6A、12V/2A 各一組；急停按鈕 1 只，轉(zhuǎn)換開關 2 只，蜂鳴器 1 只，復位按鈕黃、綠、紅各 1 只，自鎖按鈕黃、綠、紅各 1只，24V 指示燈黃、綠、紅各 2 只；1套7 7物料傳送機部件直流減速電機（24V，輸出轉(zhuǎn)速 6 R/MIN）1 臺，送料盤 1 個，光電開關 1 只；1套8 8氣動機械手部件單出雙桿氣缸 1 只，單出桿氣缸 1 只，氣手爪 1 只，旋轉(zhuǎn)氣缸 1 只，電感式接近開關 2 只，磁性開關 5 只，緩沖閥 2 只，非標螺絲

9、2 只，雙控電磁換向閥 4 只；1套9 9皮帶輸送機部件三相減速電機（380V，輸出轉(zhuǎn)速40R/MIN）1 臺，平皮帶 1355492 MM 1條；1套1010物件分揀部件單出桿氣缸 3 只，金屬傳感器 1 只，光纖傳感器 2 只，光電傳感器 1 只，磁性開關6 只，物件導槽 3 個，單控電磁換向閥 3只1套 8 / 271111接線端子模塊接線端子和安全插座1塊1212物料金屬 5 個，尼龍黑白各 5 個15個1313安全插線1套1414氣管461套1515PLC 編程線纜亞龍1條1616PLC 編程軟件1套拷貝版1717觸摸屏與計算機通信線1條1818觸摸屏與 PLC 通信線1條1919配

10、套工具1套2020產(chǎn)品配套光盤程序與相關資料1套2121線架1個2222實訓指導書1套2323電腦推車亞龍1臺可選2424計算機品牌機1臺可選2525空氣壓縮機1臺可選2626塑料泡沫盒1套圖 1-21.5.11.5.1 PLCPLC 與變頻器選配表與變頻器選配表序號序號名稱名稱型號與規(guī)格型號與規(guī)格單位單位數(shù)量數(shù)量三菱 PLC 主機FX2N-48MR臺11 1三菱變頻器E540，0.75KW臺1西門子 PLC 主機CPU226CN+EM222CN，AC/DC/RLY臺12 2西門子變頻器MM420，0.75KW， （三相輸入）臺1歐姆龍 PLC 主機CPM2AH-40CDR+CPM1A-8ER

11、臺13 3歐姆龍變頻器3G3JV-A4007，0.75KW臺1松下 PLC 主機FPX-L60臺14 4松下變頻器BFV00074，0.75KW臺1 9 / 275 5其它圖 1-31.61.6 技術參數(shù)技術參數(shù)1、交流電源：三相 AC 380V10% 50 HZ；2、溫度：-1040；環(huán)境濕度：90%（25） ；3、實訓桌外形尺寸：長寬高=1200MM800MM840MM；4、整機消耗：1.5KVA；5、安全保護措施：具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國家標準。采用高絕緣的安全型插座與帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。 10 / 27第第 2 2 章章 亞龍亞龍 YL-235AYL

12、-235A 型光機電一體化實訓考核型光機電一體化實訓考核裝置機構(gòu)說明裝置機構(gòu)說明2.12.1 整機工作流程整機工作流程圖 2-12.22.2 工作原理工作原理 在觸摸屏上按啟動按扭后，裝置進行復位過程，當裝置復位到位后，由 PLC 啟動送料電機驅(qū)動放料盤旋轉(zhuǎn)，物料由送料盤滑到物料檢測位置，物料檢測光電傳感器開 11 / 27始檢測；如果送料電機運行若干秒鐘后，物料檢測光電傳感器仍未檢測到物料，則說明送料機構(gòu)已經(jīng)無物料，這時要停機并報警；當物料檢測光電傳感器檢測到有物料，將給 PLC 發(fā)出信號,由 PLC 驅(qū)動機械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂縮回，手臂向右旋轉(zhuǎn)到右限位，手臂伸出，手爪下降

13、將物料放到傳送帶上，落料口的物料檢測傳感器檢測到物料后啟動傳送帶輸送物料，同時機械手按原來位置返回進行下一個流程；傳感器則根據(jù)物料的材料特性、顏色特性進行辨別，分別由 PLC 控制相應電磁閥使氣缸動作，對物料進行分揀。2.32.3 送料機構(gòu)送料機構(gòu)圖 2-21 1轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)盤 2 2調(diào)節(jié)支架調(diào)節(jié)支架 3 3直流電機直流電機 4 4物料物料 5 5出料口傳感器出料口傳感器 6 6物料檢測支架物料檢測支架放料轉(zhuǎn)盤：放料轉(zhuǎn)盤： 轉(zhuǎn)盤中共放三種物料：金屬物料、白色非金屬物料、黑色非金屬物料。驅(qū)動電機：驅(qū)動電機： 電機采用 24V 直流減速電機，轉(zhuǎn)速 6R/MIN；用于驅(qū)動放料轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。物料支架：物料支架：

14、 將物料有效定位，并確保每次只上一個物料。出料口傳感器：出料口傳感器： 物料檢測為光電漫反射型傳感器，主要為 PLC 提供一個輸入信號，如果運行中，光電傳感器沒有檢測到物料并保持若干秒鐘，則應讓系統(tǒng)停機然后報警。 12 / 272.42.4 機械手搬運機構(gòu)機械手搬運機構(gòu)圖 2-31 1旋轉(zhuǎn)氣缸旋轉(zhuǎn)氣缸 2 2非標螺絲非標螺絲 3 3氣動手爪氣動手爪 4 4手爪磁性開關手爪磁性開關 Y59BLSY59BLS 5 5提升氣缸提升氣缸 6 6磁性開關磁性開關 D-C73D-C73 7 7節(jié)流閥節(jié)流閥 8 8伸縮氣缸伸縮氣缸 9 9磁性開關磁性開關 D-Z73D-Z73 1010左右限位傳感器左右限位

15、傳感器 1111緩沖閥緩沖閥 1212安裝支架安裝支架整個搬運機構(gòu)能完成四個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉(zhuǎn)、手爪上下、手爪松整個搬運機構(gòu)能完成四個自由度動作，手臂伸縮、手臂旋轉(zhuǎn)、手爪上下、手爪松緊。緊。手爪提升氣缸：手爪提升氣缸：提升氣缸采用雙向電控氣閥控制。磁性傳感器：磁性傳感器：用于氣缸的位置檢測。檢測氣缸伸出和縮回是否到位，為此在前點和后點上各一個，當檢測到氣缸準確到位后將給 PLC 發(fā)出一個信號；（在應用過程中棕色接 PLC 主機輸入端，藍色接輸入的公共端）手爪手爪: : 抓取和松開物料由雙電控氣閥控制，手爪夾緊磁性傳感器有信號輸出，指示燈亮，在控制過程中不允許兩個線圈同時得電。旋轉(zhuǎn)氣

16、缸：旋轉(zhuǎn)氣缸：機械手臂的正反轉(zhuǎn)，由雙電控氣閥控制。接近傳感器：接近傳感器：機械手臂正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位后，接近傳感器信號輸出。 （在應用過程中 棕棕色線接直流色線接直流 24V24V 電源電源“+”“+”、藍色線接直流、藍色線接直流 24V24V 電源電源“-”“-”、黑色線接、黑色線接PLCPLC 主機的輸入端）主機的輸入端）雙桿氣缸：雙桿氣缸：機械手臂伸出、縮回，由電控氣閥控制。氣缸上裝有兩個磁性傳感器，檢 13 / 27測氣缸伸出或縮回位置。緩沖器：緩沖器： 旋轉(zhuǎn)氣缸高速正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時，起緩沖減速作用。2.52.5 物料傳送和分揀機構(gòu)物料傳送和分揀機構(gòu)圖 2-41 1磁性開關磁性開關 D-C73

17、D-C73 2 2傳送分揀機構(gòu)傳送分揀機構(gòu) 3 3落料口傳感器落料口傳感器 4 4落料口落料口 5 5料槽料槽 6 6電感式傳感器電感式傳感器 7 7光纖傳感器光纖傳感器 8 8過濾調(diào)壓閥過濾調(diào)壓閥 9 9節(jié)流閥節(jié)流閥 1010三相異步電機三相異步電機 1111光纖放大器光纖放大器 1212推料氣缸推料氣缸落料口傳感器：落料口傳感器：檢測是否有物料到傳送帶上，并給 PLC 一個輸入信號。落料孔：落料孔：物料落料位置定位。料槽：料槽：放置物料。電感式傳感器：電感式傳感器：檢測金屬材料，檢測距離為 35MM。光纖傳感器：光纖傳感器：用于檢測不同顏色的物料，可通過調(diào)節(jié)光纖放大器來區(qū)分不同顏色的靈敏度

18、。三相異步電機：三相異步電機：驅(qū)動傳送帶轉(zhuǎn)動，由變頻器控制。推料氣缸：推料氣缸：將物料推入料槽，由電控氣閥控制。 14 / 272.62.6氣動原理氣動原理 本裝置氣動主要分為兩部分：一、氣動執(zhí)行元件部分有單出桿氣缸、單出雙桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣缸、氣動手爪。二、氣動控制元件部分有單控電磁換向閥、雙控電磁換向閥、節(jié)流閥、磁性限位傳感器。圖圖 2-52-5 氣氣 路路 原原 理理 圖圖2.72.7 氣缸電控閥使用氣缸電控閥使用圖圖 2-62-6 氣缸示意圖氣缸示意圖注：注：氣缸的正確運動使物料分到相應的位置，只要交換進出氣的方向就能改變氣缸的伸出（縮回）運動，氣缸兩側(cè)的磁性開關可以識別氣缸是否已經(jīng)運動到

19、位。 15 / 27圖圖 2-72-7雙向電磁閥示意圖雙向電磁閥示意圖注：注：雙向電控閥用來控制氣缸進氣和出氣，從而實現(xiàn)氣缸的伸出、縮回運動。電控閥裝的紅色指示燈有正負極性，如果極性接反了也能正常工作，但指示燈不會亮。圖圖 2-82-8 單相電磁閥示意圖單相電磁閥示意圖注：注： 單向電控閥用來控制氣缸單個方向運動，實現(xiàn)氣缸的伸出、縮回運動。與雙向電控閥區(qū)別在雙向電控閥初始位置是任意的可以隨意控制兩個位置，而單控閥初始位置是固定的只能控制一個方向。氣動手爪控制圖：氣動手爪控制圖： 16 / 27圖圖 2-92-9 手爪控制示意圖手爪控制示意圖 當手爪由單向電控氣閥控制時，如上圖所示，當電控氣閥得

20、電，手爪夾緊。當電控氣閥斷電后手爪開。當手爪由雙向電控氣閥控制時，手爪抓緊和松開分別由一個線圈控制，在控制過程中不允許兩個線圈同時得電。2.82.8 傳感器應用說明傳感器應用說明2.8.12.8.1 常用傳感器的使用說明常用傳感器的使用說明電感式接近傳感器由高頻震蕩、檢波、放大、觸發(fā)與輸出電路等組成。震蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當金屬物料接近傳感器檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了震蕩器的能量。使震蕩減弱以至停滯。震蕩器的震蕩與停振這兩種狀態(tài)，轉(zhuǎn)換為電信號通過整形放大器轉(zhuǎn)換成二進制的開關信號，經(jīng)功率放大后輸出。光電傳感器是一種紅外調(diào)制型無損檢測光電傳感器。采用高效果紅外發(fā)光二極管光敏

21、三極管作為光電轉(zhuǎn)換元件。工作方式有同軸反射和對射型。在本實訓裝置中均采用同軸反射型光電傳感器，它們具有體積小，使用簡單，性能穩(wěn)定，壽命長，響應速度快，抗沖擊，耐震動，接受不受外界干擾等特點。2.8.22.8.2 磁性開關的使用說明磁性開關的使用說明磁性開關是用來檢測氣缸活塞位置的，即檢測活塞的運動行程的。它可分為有觸 17 / 27點式和無觸點式兩種。本裝置上用的磁性開關均為有觸點式的。它是通過機械觸點的動作進行開關的通（ON）斷（OFF） 。用磁性開關來檢測活塞的位置，從設計、加工、安裝、調(diào)試等方面，都比使用其他限位開關方式簡單、省時。觸點電阻小，一般為 50200M，吸合功率小，過載能力較

22、差，只適合低壓電路。響應快，動作時間為 1.2MS。耐沖擊，沖擊加速度可達 300,無漏電流存在。2/m s使用注意事項：1）安裝時，不得讓開關受過大的沖擊力，如將開關打入、拋扔等；2）不要把連接導線與動力線（如電動機等） 、高壓線并在一起；3）磁性開關的配線不能直接接到電源上，必須串接負載。且負載絕不能短路，以免開關燒壞；4）帶指示燈的有觸點磁性開關，當電流超過最大電流時，發(fā)光二極管會損壞；若電流在規(guī)定圍以下，發(fā)光二極管會變暗或不亮。 18 / 27第第 3 3 章章 亞龍亞龍 YL-235AYL-235A 光機電一體化實訓考核裝置電氣電路說明光機電一體化實訓考核裝置電氣電路說明3.13.1

23、 電氣電路組成電氣電路組成本裝置電氣部分主要有電源模塊、按鈕模塊、可編程控制器（PLC）模塊、變頻器模塊、三相異步電動機、接線端子排等組成。所有的電氣元件均連接到接線端子排上，通過接線端子排連接到安全插孔，由安全接插孔連接到各個模塊，提高實訓考核裝置安全性。結(jié)構(gòu)為拼裝式，各個模塊均為通用模塊，可以互換，能完成不同的實訓項目，擴展性較強。3.23.2 西門子西門子 PLCPLC 主機、變頻器主機、變頻器電源模塊：電源模塊：三相電源總開關（帶漏電和短路保護） 、熔斷器、單相電源插座用于模塊電源連接和給外部設備提供電源，模塊之間電源連接采用安全導線方式連接。按鈕模塊：按鈕模塊：提供了多種不同功能的按

24、鈕和指示燈（DC24V） ，急停按鈕、轉(zhuǎn)換開關、蜂鳴器。所有接口采用安全插連接。置開關電源（24V/6A 一組，12V/2A 一組）為外部設備工作提供電源。PLCPLC 模塊：模塊：主機采用西門子 S7-200 226 繼電器輸出型+EM222CN（I/O 擴展模塊） ，所有接口采用安全插連接。變頻器模塊：變頻器模塊：變頻器采用西門子 MM420（三相輸入） ，所有接口采用安全插連接。警示燈：警示燈：共有綠色和紅色兩種顏色。引出線五根，其中并在一起的兩根粗線是電源線（紅線接“+24” ，黑紅雙色線接“GND” ） ，其余三根是信號控制線（棕色線為控制信號公共端，如果將控制信號線中的紅色線和棕色

25、線接通，則紅 19 / 27燈閃爍，將控制信號線中的綠色線和棕色線接通，則綠燈閃爍） 。3.2.23.2.2 西門子西門子 PLCPLC 控制原理圖控制原理圖 20 / 273.2.23.2.2 西門子西門子 PLCPLC 控制原理圖控制原理圖 21 / 273.4.33.4.3 西門子西門子 I/OI/O 分配圖分配圖輸輸 入入 地地 址址輸輸 出出 地地 址址序號序號地址地址備注備注序號序號地址地址備注備注1 1I0.0啟動1 1Q0.0驅(qū)動手臂正轉(zhuǎn)2 2I0.1停止2 2Q0.1驅(qū)動手臂反轉(zhuǎn)3 3I0.2氣動手爪傳感器3 3Q0.2驅(qū)動轉(zhuǎn)盤電機4 4I0.3旋轉(zhuǎn)左限位傳感器4 4Q0.3

26、驅(qū)動手爪抓緊5 5I0.4旋轉(zhuǎn)右限位傳感器5 5Q0.4驅(qū)動手爪松開6 6I0.5氣動手臂伸出傳感器6 6Q0.5驅(qū)動提升氣缸下降7 7I0.6氣動手臂縮回傳感器7 7Q0.6驅(qū)動提升氣缸上升8 8I0.7手爪提升限位傳感器8 8Q0.7驅(qū)動臂氣缸伸出9 9I1.0手爪下降限位傳感器9 9Q1.0驅(qū)動臂氣缸縮回1010I1.1物料檢測傳感器1010Q1.1驅(qū)動推料一伸出1111I1.2推了一伸出限位傳感器1111Q1.2驅(qū)動推料二伸出1212I1.3推了一縮回限位傳感器1212Q1.3驅(qū)動推料三伸出1313I1.4推了二伸出限位傳感器1313Q1.4驅(qū)動報警1414I1.5推了二縮回限位傳感器

27、1414Q1.5驅(qū)動變頻器1515I1.6推了三伸出限位傳感器1515Q1.6運行指示1616I1.7推了三縮回限位傳感器1616Q1.7停止指示1717I2.0啟動推料一傳感器1818I2.1啟動推料二傳感器1919I2.2啟動推料三傳感器2020I2.3啟動傳送帶 22 / 273.4.43.4.4 西門子變頻器操作西門子變頻器操作 23 / 27 24 / 27 25 / 273.4.53.4.5 西門子變頻器參數(shù)設置西門子變頻器參數(shù)設置序號序號參數(shù)代號參數(shù)代號設置值設置值說明說明1 1P001030調(diào)出出廠設置參數(shù)2 2P09701恢復出廠值3 3P00033參數(shù)訪問級4 4P00040參數(shù)過濾器5 5P00101快速調(diào)試6 6P01000工頻選擇7 7P0304380電動機的額8 8P03050.17電動機的額定電流9 9P03070.03電動機的額定功率1010P031050電動機的額定頻率1111P03111500電動機的額定速度1212P07002選擇命令源1313P10001選擇頻率設定值1414P