MPS工件安裝單元控制系統(tǒng)設計畢業(yè)設計論文

1、核準通過，歸檔資料。 未經(jīng)允許，請勿外傳！ 本本科科畢畢業(yè)業(yè)設設計計 （論論文文） 題 目 mps 工件安裝單元控制系統(tǒng)設計 系（院） 機械工程系 年 級 2005 級 專 業(yè) 機械工程及自動化 班 級 學 號 9jwkffwvg#tym*jg plc controlling; system design; ladder diagram . 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） iii 目錄 1 緒論.1 1.1mps 生產(chǎn)模塊的國內(nèi)外發(fā)展狀況.1 1.1.1 國內(nèi)狀況.1 1.1.2 國外狀況.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)的設計要求以及設計方案.4 2.1 控

2、制系統(tǒng)的設計要求.4 2.1.1 控制系統(tǒng)的動作要求.4 2.1.2 工作過程.5 2.2 控制系統(tǒng)的設計方案.8 2.2.1plc 設計的總體思路.8 2.2.2 組態(tài)王畫面制作與控制的總體方案：.10 2.2.3 整個設計過程的總體步驟.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)的氣動原理圖 .15 3 控制系統(tǒng)電器元件的選擇及技術參數(shù).16 3.1 plc 的選用以及技術參數(shù)介紹.16 3.1.1 plc 的選用.16 3.1.2 plc 的技術參數(shù)介紹.16 3.2 氣缸的選擇.1

3、8 3.2.1 氣壓傳動的優(yōu)點.18 3.2.2 汽缸選擇的要點.18 3.2.3 直線汽缸的選擇 .19 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） iv 3.2.4 擺動汽缸的選擇.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 電機的選擇.27 4 控制系統(tǒng)的程序設計.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 三維實體造型.30 4.2.1 臺面造型設計.31 4.2.2 箱體及按鈕造型設計.31 4.2.3 汽缸及推桿的造型設計 .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 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） v 5.

5、控制系統(tǒng)的聯(lián)機調(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)按鈕響應速度調(diào)試.42 結(jié)束語.44 參考文獻.45 致謝.46 附錄.47 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 1 1 緒論 本章節(jié)將介紹 mps 生產(chǎn)模塊的國內(nèi)外發(fā)展狀況，研究本課題的意義以及研究的思 路和方法。 1.1mps1.1mps 生產(chǎn)模塊的國內(nèi)外發(fā)展狀況生產(chǎn)模塊的國內(nèi)外發(fā)展狀況 1.1.1 國內(nèi)狀況 經(jīng)濟和社會的發(fā)展，為培養(yǎng)現(xiàn)代制造業(yè)高級應用型人才提供了難

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

7、致性問題。雖然自動化系統(tǒng)本身并不直接 創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。 我國工業(yè)控制自動化的發(fā)展道路， 大多是在引進成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發(fā)和應用。目前我國工 業(yè)控制自動化技術、產(chǎn)業(yè)和應用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計算機系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形 成。目前，工業(yè)控制自動化技術正在向智能化、網(wǎng)絡化和集成化方向發(fā)展。長期以來， plc 始終處于工業(yè)控制自動化領域的主戰(zhàn)場，為各種各樣的自動化控制設備提供非常可 靠的控制方案，與 dcs 和工業(yè) pc 形成了三足鼎立之勢。 1.1.2 國外狀況 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期的生產(chǎn)實踐。在機 床制造業(yè)，德國

8、于 1930 年提出了“模塊化構(gòu)造”(modular construction)的設計方法。 由于用這種方法設計制造的機床具有很好的經(jīng)濟效益，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)，明確地引進了模塊 化構(gòu)造的概念：按不同功能制造模塊，其獨立性很強，模塊化的功能單元可獨立運轉(zhuǎn)， 整個控制系統(tǒng)是有上述模塊組成的多級系統(tǒng)。隨著先進制造技術的發(fā)展和計算機技術 的廣泛應用，使傳統(tǒng)的模塊化設計技術發(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，是對傳統(tǒng)標準化形式的發(fā)展。模塊化與成組技術、柔性生產(chǎn)技術、計算機輔 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 2 助

9、技術等現(xiàn)代制造技術之間的關系是相輔相成、互相支持，只有在生產(chǎn)中密切配合才 能發(fā)揮最大效益。 施進發(fā)等給出了機械的最新定義、闡述了模塊化機械產(chǎn)品的現(xiàn)狀及其實際意義， 建立了機械模塊學理論體系，并分析了機械模塊學的研究對象。模塊化是企業(yè)和產(chǎn)品 重組的基礎，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。 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 等就實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(mps)的有關問題進行了深入的研究。通過建立模 塊標準，建立有限的部件級的基本生產(chǎn)安裝單元(標準模塊)，而不是通常的整機設備。 把基本模塊分為四類：加上單元、運動單元、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?shù)哪K就能建立適應范圍寬的自動化、集成化的生 產(chǎn)系統(tǒng)。以生產(chǎn)實例說明：在設計工具的支持下根據(jù)特定產(chǎn)品的制造需求對模塊化制 造系統(tǒng)進行再設計是可行的。 隨著國外對 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計、建造、操作和控制技術而建立 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)品設計、制造裝備設計和制造系統(tǒng)設

11、計均采用模 塊化設計方法，把產(chǎn)品和制造系統(tǒng)設計有機地統(tǒng)一起來。通過制造特定的產(chǎn)品完成對 制造系統(tǒng)的再設計，使部件、產(chǎn)品、制造設備，連同設計、操作活動都以模塊為單位 進行描述，以模塊的組合來構(gòu)造和運行制造系統(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鍵技術。 上世紀 50 年代以來國外針對中、低檔消費品的生產(chǎn)，如兒童玩具、廚房用具等， 研究了實現(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)并行設計的 一種使能技術，在產(chǎn)品設計和制造系統(tǒng)設計之間建立了系統(tǒng)的聯(lián)系，通過為制造特定 的產(chǎn)品對制造

12、系統(tǒng)進行再設計。提出了模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的兩個基本工作原理，分析了 建立設備模塊標準和面向并行工程的 mps 設計支持工具的重要性。把 mps 總體設計過 程分為三個階段：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，并描述了它們在混合應用中的仿真環(huán)境，以說明該環(huán)境 的能力，最后給出了某些系統(tǒng)使用的實例，說明系統(tǒng)可在實時生產(chǎn)中應用。從模塊化 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 制造概念的形成可以看出，模塊化制造是符合當今制造業(yè)發(fā)展潮流、具有廣泛實踐基 礎、可具體執(zhí)行和操作的一種實用型先進制造模式和技術體系。模塊化制造系統(tǒng)是根 據(jù)特定模塊化產(chǎn)品的制造

13、要求設計而成的：產(chǎn)品性能和質(zhì)量提高的周期縮短，頻率提 高，快速響應市場需求；與其相適應的生產(chǎn)系統(tǒng)易于重組，以適應產(chǎn)品的快速變換。 滿足這兩個基本要求的實現(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。 國外自上世紀 60 年代出現(xiàn)第一臺工業(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，隨著計算機技術及產(chǎn)品的發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)亦相應地不斷發(fā)展。半導體技術集 成電路技術推動微處理器、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、商品化及推廣應用。 分布式控制系統(tǒng)已推出第四代產(chǎn)品，計算機技術、 通信技術、控制技術的發(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)絡的新一代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（fcs）發(fā)展。 現(xiàn)場總線技術近年迅速發(fā) 展，目前有 ff（現(xiàn)場總線基金會）、profibus（過程現(xiàn)場總線）、lonworks（局部操 作網(wǎng)絡）、can（控制局域網(wǎng)絡）、hart（可尋址遠程傳感器數(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)設計的課題來源于機械系實驗室現(xiàn)有的 mps 系統(tǒng)的實驗裝置。設計目 標是在已有硬件條件的基礎上對其控制系統(tǒng)進

15、行設計。 通過這次畢業(yè)設計，掌握控制系統(tǒng)的基本設計思路，了解 plc 構(gòu)成和編程方法， 并對通過組態(tài)軟件在電腦實現(xiàn)對裝置的動作的畫面模擬，并實現(xiàn)遠程控制。 模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)(mps)是機械工程系進行 plc 編程與操作以及 plc 聯(lián)網(wǎng)控制技能訓 練的教學設備。該系統(tǒng)由上料檢測站、搬運站、加工站、安裝站、安裝搬運站、分類 站等六個部分組成。每一站都有一套獨立的 plc 控制系統(tǒng)，都能單獨完成一個動作過 程。mps 安裝單元控制系統(tǒng)設計是通過傳送帶工作臺實現(xiàn)物流傳輸，并通過擺臂對工件 進行模擬安裝。 mps 系統(tǒng)解決了學生不能在實際生產(chǎn)線上操作訓練的問題，為教師和學生提供了一 套符合實際情況的模擬

16、教學環(huán)境。應用 mps 系統(tǒng)，學生們可以將所學到的專業(yè)知識進 行充分的綜合應用，技能得到充分的訓練。通過實訓，學生們的自我學習，獨立思考， 組織協(xié)調(diào)等綜合能力及團隊合作精神也會得到全面的提高。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 4 2 控制系統(tǒng)的設計要求以及設計方案 2.12.1 控制系統(tǒng)的設計要求控制系統(tǒng)的設計要求 2.1.1 控制系統(tǒng)的動作要求 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、檢測以及存儲等 功能，每一項功能在實驗臺上對應著一個單元。 本設計的主要任務和目標是通過傳送帶工作臺實現(xiàn)物流傳輸，并通過擺臂對工件 進行模擬安裝，完成該單元的控制系統(tǒng)設計。 本單元的動作流程

17、如圖 2.1。 圖 2.1 mps 工件安裝單元動作流程圖 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 5 本單元分為三種工件，白色，灰色和黑色。當傳送帶初端的電容傳感器檢測到工 件殼時擺臂會先擺動到右邊，當擺臂到達了右邊，會接觸到右邊的位置傳感器，通過 檢測單元傳輸過來的信息，汽缸會控制對應的推桿通過下料器推出對應顏色的工件， 此時工件所在操作臺上的光電傳感器會輸出信號然后汽缸會控制擺臂擺動到左邊，當 擺臂到達預定位置后會觸發(fā)左邊的位置傳感器，電機會帶動傳送帶轉(zhuǎn)動，然后工件殼 通過傳送帶傳送到末端，到達右端后右端的光纖傳感器會輸出信號，此時擺臂吸盤吸 住工件，當吸盤吸住工件后真空傳感器會輸出信號，此時擺臂

18、會擺動到右端，到達右 端后會再次接觸到右邊的位置傳感器，接著松下工件，工件會落入工件殼中，然后擺 臂再次擺回左邊，整個流程結(jié)束。 另外，要實現(xiàn)對不同顏色工件進行顏色匹配及安裝動作需要實現(xiàn)對上一單元的聯(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，本次設計僅對應一種顏色工件 的動作流程。 2.1.2 工作過程 （1）系統(tǒng)復位、開始 當急停按鈕、退出按鈕、復位按鈕后，plc 的外圍設備都回到其始位置。這時按下 運行按鈕后系統(tǒng)開始動作。 （2）擺臂右擺 當傳送帶初端的電容傳感器檢測到工件殼時擺臂會先擺動到右邊，為推桿推出工 件讓好位置。 在擺臂右擺到位后會進入下一動作的準備。 （3）推桿推出相應

19、工件 當擺臂到達了右邊，會接觸到右邊的位置傳感器，通過檢測單元傳輸過來的信息， 氣缸會控制對應的推桿通過下料器推出對應顏色的工件。 （4）擺臂左擺 工件到達指定位置后，件所在操作臺上的光電傳感器會輸出信號然后汽缸會控制 擺臂擺動到左邊。 （5）工件殼右移 當擺臂擺動到左邊后會觸發(fā)左邊的位置傳感器，電機會帶動傳送帶轉(zhuǎn)動，然后工 件殼通過傳送帶傳送到右端。 （6）吸盤吸住工件 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 6 當工件殼到達右端后右端的光電傳感器會輸出信號，然后汽缸會控制擺臂下的吸 盤會吸住工件。 （7）擺臂右擺 當吸盤吸住工件后真空傳感器會輸出信號，然后擺臂會再次擺到右端。 （8）吸盤松下 當擺臂

20、擺到右端后會觸發(fā)到右端的位置傳感器，然后汽缸會控制吸盤泄壓，工件 會掉落到工件夾中 （9）擺臂左擺 另外，裝置設有兩種工作模式：自動模式與單步模式。 在自動模式下，按下運行按鈕后，裝置將會連貫地執(zhí)行完一整套動作。若在動作 過程中按下暫停按鈕，則裝置執(zhí)行完一步動作后會暫時等待，等到再次按下運行按鈕 后才繼續(xù)執(zhí)行接下來的動作。 在單步模式下，裝置一次只會執(zhí)行一步動作，在按下運行按鈕后，才繼續(xù)執(zhí)行下 一步動作。在該模式下，暫停按鈕不起作用。 裝置還設有急停與復位功能。不管裝置運行到何種狀態(tài)，在按下急停按鈕后，整 個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)。此時按下復位按鈕 后，裝置復位

21、到基本位置，裝置動作返回初始準備狀態(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表 序號設備名稱規(guī)格型號/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 氣動執(zhí)行元 件 擺動氣缸只 1chelic 三個單作用缸，每個配 1 個 只 3smc 4 調(diào)速閥 1 個雙作用缸，每個配只 2chelic 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 2 個 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 國產(chǎn)品牌 位置傳感器只 2omron 11 傳感器 光電傳感器只 1 國產(chǎn)品牌 12 電機直流減速電機只 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 開關按鈕 綠色（帶燈）、黑色、 黃色、紅色、2 位旋鈕 開關 只若干施耐德 16 走線槽 25*30 米若干臺灣日成 17 鋁合金型材 及輔件 型材、螺母、端蓋套 1 大連伊通 18 開關電源 24v6a 套 1 臺灣明緯 19 專用機柜帶萬向輪臺 1 南航新興 20 電纜轉(zhuǎn)接端25 針塊若干phoenix（菲尼克 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 子模塊斯） 2.22.2 控制系統(tǒng)的設計方案控制系統(tǒng)的設計方案 2.2.1plc 設計的總體思路： 在這次的 mps 系統(tǒng)設計的過程中，plc 扮演著及其重要的角色?？删幊踢壿嬁刂破?（programmable logic control

24、ler） ，簡稱 plc，是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設 計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí) 行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模 擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc 及其有關的外圍設備都應該 按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。國外有很多的 公司如德國的西門子，日本的三菱等在 plc 的制造上處于領先地位。目前，我國自己 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、杭州機床電 器廠生產(chǎn)的 dkk 及 d 系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的 s 系

25、列、蘇州電子計算機廠生 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)也是我國比較著名的 plc 生產(chǎn)廠家。 plc 對該裝置進行控制的實質(zhì)就是控制其幾個輸入輸出變量的開關值，plc 控制的 總體思路是：在幾個輸入量滿足特定條件的情況下對指定的輸出量進行控制。因此在 plc 編程前首先要整理清楚各輸入輸出量的變化對裝置完成動作的影響。其后需要理順 安裝單元的動作要點及其順序，然后畫出順序功能圖。順序功能圖的條理與否對程序 編制過程起著十分重要的作用。 本次設計 plc 程序的編制方法采用較常用的梯形圖程序設計法。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。 梯形圖的設計方法常有經(jīng)驗法、根據(jù)繼電器電路圖設計法、順序控制設計法。對 于類似本次設計那樣，需控制較多變量而且動作較多的情況，順序控制設計法因為直 觀和條理性較強的優(yōu)勢，是首選的方法。因此，接下來的設計工作就是根據(jù)順序功能 圖將實現(xiàn)裝置基本動作的程序編制出來。并再次基礎上進行修改，以滿足組態(tài)控制的 要求。 設計方案： 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。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 9 方案 1 具有易于使用、堅固耐用、反應速度快、節(jié)省空間等優(yōu)點。 觸摸屏plc mps工件加

27、工單元 圖 2.2 方案 1 示意簡圖 方案 2 的可移植性好，可靠性高，抗干擾能力強，系統(tǒng)的設計、建造工作量小， 維護方便，容易改造以及易學易用等優(yōu)點。 圖 2.3 方案 2 示意簡圖 方案 3 的可靠性和自動化性比較差，改造性差。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 按鈕 mps工件加工單元 圖 2.4 方案 3 示意簡圖 由于實驗室已具備 pc 機以及組態(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，所以本設計選擇方案 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)自動化組態(tài)軟件。所謂組態(tài)（configuration）軟件，是在 人們對工業(yè)自動化和控

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計算機及軟件的各種資源進行配置，達到讓計算機或軟件按照 預先設置執(zhí)行特定任務、滿足用戶要求的目的。 其特點是： （1） 有較強的延續(xù)性和可擴展性。當現(xiàn)場或用戶的需求發(fā)生變化時，不需要作很多 的修改即可方便地完成軟件的更新和升級。 （2） 易學易用。 （3） 通用性高。每個用戶根據(jù)工程實際情況，可以利用組態(tài)軟件完成不同性質(zhì)的任 務，不受行業(yè)限制。 （4） 實時多任務。 組態(tài)王作為優(yōu)秀的國產(chǎn)組態(tài)軟件，其好處是界面全中文，更易于學習?？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

29、定動作： 2. 制作動畫以模擬裝置工作過程。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 組態(tài)王的界面是以二維點陣圖構(gòu)成的，對裝置工作過程中的動畫模擬也是以點陣 圖的方式呈現(xiàn)。因此在進行組態(tài)王的設計前，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，再對其進行畫面 截取，以構(gòu)成組態(tài)王畫面需要的點陣貼圖。 在組態(tài)王系統(tǒng)控制的制作時，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。其次對變量編程。實現(xiàn)組態(tài)王對 plc 輸出量的控制，從而間接控制裝 置動作。 2.2.3 整個設計過程的總體步驟： 結(jié)合以上分析，制定的設計過程大體如

30、下： 1.查閱資料對 mps 安裝單元的基本構(gòu)造與原理加以了解，并確定實現(xiàn)組態(tài)王對裝置的 控制需要實現(xiàn)對哪些輸入輸出量的控制，初步擬定好程序控制的思路。 2.查閱有關資料，確定元器件的選用。 3.利用 peo/e，對裝置造型進行繪制，并做出三維造型圖。 4.利用 photoshop 等圖像編輯軟件對三維造型圖進行截圖與修改。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陣圖。 5.利用已制成的點陣圖和組態(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 plc 控制程序進行編程與調(diào)試。使之能實現(xiàn)在工作臺上 操作裝置完成預定動作。 7.進一步

31、對 plc 程序進行完善，使組態(tài)王軟件能夠?qū)ζ溥M行控制。對組態(tài)王進行變 量設置與編程，并對組態(tài)王畫面進行完善。使之能夠?qū)崿F(xiàn)對安裝單元的控制，同時完 成動畫的制作。 8.對整個控制系統(tǒng)進行調(diào)試和糾錯。并完善最終的組態(tài)王的畫面。 9.進行說明書的編寫及相關圖紙的繪制。 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、氣動原理圖 3 張原理圖。 2.3.1 控制系統(tǒng)原理框圖 由所選擇的實驗方案和各種元器件，設計出如下控制系統(tǒng)原理框圖。如圖 2.5 所 示。通過操作臺上的各種按鈕旋鈕，向西門子 s7200plc 發(fā)出指令（也可以通過 pc 常熟理工

32、學院畢業(yè)設計（論文） 12 機上的 plc 軟件和組態(tài)軟件發(fā)送） ；信號由 plc 處理并通過標準的傳輸數(shù)據(jù)線和 i/o 接 線端子傳遞，實現(xiàn)控制電磁閥的動作，從而控制氣缸的動作（鉆頭以及檢測頭由氣缸 驅(qū)動） ；同時各種傳感器也通過數(shù)據(jù)線 i/o 接線端子向 plc 傳遞開關信號；操作臺上的 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 對照表，繪制出如下 plc 原理圖，見圖 3.2。輸入輸出 對照表如下： 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 13 表 2.2 i/o 對照表 輸入元件輸入地址輸出元件

33、輸出地址 運行按鈕i0.0擺動(左)電磁閥 1y1 q0.0 復位按鈕i0.1擺動(右)電磁閥 1y2 q0.1 功能按鈕i0.2水平(縮)電磁閥 2y1 q0.2 自動/單步旋鈕i0.3水平(伸)電磁閥 2y2 q0.3 單機/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/退出檢測開關i0.6真空電磁閥 4y1 q0.6 真空傳感器(npn)4b1i0.7運行燈 q0.7 擺動(左)磁性開關 1b1i1.0復位燈 q1.0 擺動(右)磁性開關 1b2 i1.1功能燈 q1.1 水平(縮)磁性開關 2b1i1.2 水平(伸)磁性開

34、關 2b2 i1.3 垂直(上)磁性開關(npn)3b1i1.4 常熟理工學院畢業(yè)設計（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 繼 電 器 k 1 傳送帶 電機 k1k1 24v 圖 2.6 控制系統(tǒng)的 plc 原理圖 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 15 2.3.3 控制系統(tǒng)的氣動原理圖 圖 2.7 控制系統(tǒng)的氣動原理圖 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 16 3 控制系統(tǒng)電器元件的選擇及技術參數(shù) 3.13.1 plcplc 的選用以及技術參數(shù)介紹的選用以及技術參數(shù)介紹 3.1.1 plc 的選用 經(jīng)過對系統(tǒng)動作的分析，系統(tǒng)一共有 13 個輸入，10 輸出（i/o 對照表見表 2.

36、2） ， 又因為本控制系統(tǒng)的動作比較簡單，可以使用小型 plc。西門子 s7-200 cpu224 型具 有反應快，可擴展，價格便宜的優(yōu)點。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 的技術參數(shù)介紹 西門子 s7-200 cpu 224 型的技術參數(shù)見表 3.1 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 表 3.1 西門子 s7-200 cpu224 型 plc 的技術參數(shù) 電源電壓dc 24v，ac 100230v 電源電壓波動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 保護等級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（600ma） 為擴展模塊提供 的輸出電流 660ma 程序存儲器8k 字節(jié)/典型值為 2.6k 條指令 數(shù)據(jù)存儲器2.5k 字 存儲器子模塊1 個可插入的存儲器子模塊 數(shù)據(jù)后備 整個 bd1 在 eeprom 中無需維護，在 ram 中當前的 db1 標志位、定時器、計 數(shù)器等通過高能電容或電池維持，后備時間 190h（400c 時 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，定時控制（1255ms） 子程序級8 級 用戶程序保護3 級口令保護 指令集邏輯運算、應用功能 位操作執(zhí)行時間0.37s 掃描時間監(jiān)控300ms（可重啟動） 內(nèi)部標志位256，可保持：eeprom 中 0112 計數(shù)器0256，可保持：256，6 個高速計數(shù)器 定時器 可保持：256，4 個定時器，1ms30s，16 個定時器 10ms5min，236 個定時器， 100ms54min 接口一個 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 i/o 數(shù)字量輸入：14，其中 4 個可用作硬件中斷，14 個用于高速功，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 最多可接擴展模 塊 7 個 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 18 3.23.2 氣缸的選擇氣缸的選擇 3.2.1 氣壓傳動的優(yōu)點 氣壓傳動具有以下獨特的優(yōu)點： (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， 不會污染空氣，且可少設計或可不用設計回氣管道。 (2) 工作環(huán)境適應性好。無論易燃、易爆，多塵埃

40、、輻射、強磁、震動、沖擊等 惡劣的環(huán)境當中，氣壓工作系統(tǒng)安全可靠。對于要求高凈化、無污染的場合，如食品 安裝、印刷、精密檢測等更具獨特的適應能力，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)集中供應和遠距離輸送。 (4) 氣動控制動作迅速，反應快，可在較短時間內(nèi)達到所需的壓力和速度。在一 定得超載運行下也能保證系統(tǒng)的安全工作，并且不易發(fā)生過熱現(xiàn)象。 (5) 氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造，使用壽命長，可靠性高，適于標準化， 系列化，通用化。 (6) 維護簡單，管道不易堵塞，不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充和更換等問題。 3.

41、2.2 汽缸選擇的要點 國內(nèi)外生產(chǎn)氣缸的廠家比較多，品種紛繁復雜數(shù)不勝數(shù)，比較有名的有德國的 festo 公司、日本的 smc 公司以及臺灣的 chelic 公司等。尤其是德國的 festo 公司更 是氣動行業(yè)的領頭企業(yè)，其產(chǎn)品質(zhì)量與性能相對于一些國內(nèi)和日本企業(yè)的要好上許多， 但相對于他們的價格也較高上許多。本次設計的系統(tǒng)是針對于實驗而言的，其上的氣 動元件并不需要極其精密準確的執(zhí)行動作，所以選擇相對而言價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 選擇氣缸時應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，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。選 型，要看執(zhí)行動作所要帶動的負載，決定這個力量的主要是缸徑，因為在氣壓一定的 情況下，推力等于壓力乘以缸徑。當然先選擇汽缸再定行程也是不科學的，應該是你 的行程先確定了，然后根據(jù)行程選擇汽缸型號，汽缸主要就是兩個參數(shù)，缸徑和行程。 在此次設計中選擇三個直線氣缸來實現(xiàn)推桿推下工件的動作，同時選用一個擺動 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 19 氣缸來實現(xiàn)搬運工件手臂的左右擺動。 3.2.3 直線汽缸的選擇 本裝置需要用到三個直線汽缸來推動工件下料到工作平臺，選用的是日本品牌 smc 型號為 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 詳細性能參數(shù)見下表： 表 3.2 smc cj2b10-30s 直線單作用汽缸技術參數(shù) 缸徑 10 使用流體空氣 動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 擺動汽缸的選擇 本設計中的裝置需要用到一個擺動汽缸來帶動擺臂的擺動以實現(xiàn)小工件的搬運。 選用的是臺灣 chelic 公司的產(chǎn)品。具體型號為 rtm20180。 常熟理工學院畢業(yè)設

44、計（論文） 20 圖 3.3chelic rtm20180 擺動汽缸 詳細技術參數(shù)見下表： 表 3.3 chelic rtm20180 擺動汽缸技術參數(shù) 型號 rtm 20 180 旋轉(zhuǎn)角度 180 缸徑 mm 20 軸式長軸切面 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，其中位于工作臺下面的兩個繼電器，其線圈與控制面板 的“急?！迸c“退出”按鈕相連，在通電后繼電器的觸點閉合使 plc 的 i0.6 輸入端通 入信號，即起到控制裝置“急?！惫δ艿淖饔谩?

45、位于臺面上的繼電器用于控制傳送帶電機電路的接通與斷開。 mps工件安裝單元所選擇的繼電器型號為：omron my4nj 常熟理工學院畢業(yè)設計（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 my4nj 接點容量 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 個電磁換向閥，用于控制三個直線單作用汽缸和一個擺動 汽缸及一個真空吸盤。由于擺動汽缸是雙作用的，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計系統(tǒng)選用的是 chelic 的電磁閥，按設計 要求選用 4 個單線圈的和 1 個雙線圈的，型號為：sm-5100-c4/ sm-5100-c4 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 22 圖 3.4chelic sm-5100-c4/ sm-5200-c4 電磁閥 3.4.2 所選電磁閥的技術參數(shù)介紹 兩種電磁閥分別見下表： 表 3.4 電磁閥技術參數(shù) 型號接頭配 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 由于本設計需要用吸盤吸附工件來實現(xiàn)工件的搬運，所以需選用一個真空發(fā)生器 來與吸盤配合進行工件的吸附，搬運。該設計方案的特點是所需的抽氣量小,真空度要 求不高且為間歇工作。根據(jù)本次設計的要求，

48、實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 型號的產(chǎn)品。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 23 圖 3.5 smc zh05d 真空發(fā)生器 具體技術參數(shù)見下表： 表 3.5 真空發(fā)生器性能參數(shù)表 型號 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 本設計需要一個真空數(shù)顯表來實現(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） ，再上計數(shù)器（如果輸入信號是數(shù)字量，則直接上計數(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 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 24 具體技術參數(shù)見表 3.6： 表 3.6 真空數(shù)顯表性能參數(shù)表 型號 zse30 額定壓力范圍-100100 kpa 設定壓力范圍-100100 kpa 設定顯示分辨率 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 個輸出 最大負載

50、電流 80ma 最大施加電壓30v(npn 輸出時） 殘留電壓1v 以下(負載電流 80ma 時) 響應時間 2.5ms 以下（帶振蕩防止機能時：可選 擇 20ms、160ms、640ms、1280ms ) 開關輸出 短路保護有 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。本設計 選用的是 chel

51、ic 的 afr-200 調(diào)壓過濾器。 常熟理工學院畢業(yè)設計（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 本設計需要一個傳感器來檢測大工件是否到位，由于檢測距離非常近，為 0- 15mm，所以選擇電容傳感器。出于經(jīng)濟的考慮，選用的是國產(chǎn)品牌型號為 c

52、12-d4nk 的 電容式傳感器。該傳感器的檢測范圍為 0-30mm，能滿足作業(yè)要求。 圖 3.8 國產(chǎn) c12-d4nk 電容式傳感器 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 26 3.8.2 真空傳感器的選擇 本設計需要選用一個真空傳感器來對吸盤處的壓力的測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： （1） 對壓力變化的反應快 （2） 良好的再現(xiàn)性 （3） 高可靠性 （4） 標準輸出信號（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） 強健的金屬殼體，防護等級 ip 54。 本設計選用的是國產(chǎn)型號為

53、hm27a 的真空傳感器 圖 3.9 國產(chǎn) hm27a 真空傳感器 3.8.3 位置傳感器的選擇 本設計需要選用兩個位置傳感器來對擺臂的位置進行檢測以此判斷擺臂所處狀態(tài)， 由于擺臂擺動時會產(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。擺臂頻繁運動會造成位置傳感器接觸端的彈簧片的損壞，所以該設計選用的是 omron 的按銷式位置傳感器，具體型號為 ss-5gl2。 圖 3.10 omron ss-5gl2 位置傳感器 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 27 3.8.4 光電傳感器的選擇 （1）擴散反射型光電傳感器的選擇 本設計需要一個傳感器對工作平臺的小工件進行檢測，以判斷它是否到

54、位。由于 小工件在工作臺上不方便用檢測距離為 0-15mm 的電容傳感器進行檢測，所以選用檢測 距離為 0-50mm 的擴散反射型光電傳感器。實際檢測距離能滿足作業(yè)要求。具體型號為 e12-d05nk。 圖 3.11 國產(chǎn) e12-d05nk 擴散反射型光電開關 （2）對射型光纖傳感器的選擇 本設計需要一個傳感器對傳送帶末端的工件殼進行檢測，以判斷它是否已經(jīng)到位。 由于檢測距離長達 60-80mm，普通的關電傳感器已經(jīng)不能滿足要求，所以選用了對射型 光纖傳感器。具體型號為 e3x-za11。該傳感器的檢測范圍為 0-500mm，實際檢測距離 可以滿足作業(yè)要求。 圖 3.12 omron e3x

55、-za11 對射型光纖開關 3.93.9 電機的選擇電機的選擇 直流電動機具有調(diào)速性能好，起動力矩大的特性，能較好地適合本系統(tǒng)要求，故 考慮某些原動機械選用直流電動機，出于成本的考慮，選用無錫洪湖磁電廠的直流減 速電機。具體型號為 37zyj-90。 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 28 圖 3.13 洪湖 37zyj-90 直流減速電機 具體技術參數(shù)見表 3.8： 表 3.8 37zyj-90 直流減速電機技術參數(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 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 29 4 控制系統(tǒng)的程序設計 4.14.1 plcplc 程序的編寫程序的編寫 根據(jù)設計任務書要求：本單元有單步運行、自動運行以及聯(lián)網(wǎng)運行 3 種運行方式 可供選擇。可以通過旋鈕選擇運行方式。單步運行是將本單元的動作分解成 8 步來完 成，每按一次運行鍵執(zhí)行 1 步動作，方便老師講解以及學生試驗。其中第 1 步：擺臂 右擺；第 2 步：推桿推出相應工件；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 復初始位置，如此就完成了一個動作循環(huán)。 本次設計中 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)設置的標準工具，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)設置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和 維護、文件建檔、運行和診斷功能等。step 7 的所有功能均有大量的在線幫助，

58、用鼠 標打開或選中某一對象，按 f1 可以得到該對象的在線幫助。 在 step 7 中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。step 7 用 simatic 管 理器對項目進行集中管理，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。 本次設計當中選擇軟件 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 設計中采用的是“步”的流程編程思想，這種編程思想的具有調(diào)試方便以及機器 的動作可靠等優(yōu)點。由以上要求得出流程圖如圖

59、 4.1： 常熟理工學院畢業(yè)設計（論文） 30 圖 4.1 流程圖 4.1.2plc 程序 詳細 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 三維實體造型三維實體造型 要制作組態(tài)畫面使其可以演示真實硬件的動作，必須要得到一些圖片，這些圖片 的來源很多，可以是實物的照片，也可以通過三維實體造型來獲得圖片，本次設計中 圖片都是通過實體造型獲得的。 用以 3d 造型的軟件比較多，市場上的主流軟件有 solidworks、pro/e、ug 等等， 這些軟件各有其優(yōu)點，由于設計者對 pro/e 有一定的基礎，所以從這些軟件中選取了 常熟理工學院畢業(yè)設

60、計（論文） 31 pro/e 作為此次的造型軟件。 4.2.1 臺面造型設計 臺面上的部件主要是展現(xiàn)系統(tǒng)操作時需要觀察的部件或者是必須在臺面的運動部 件。臺面造型設計就是對這些部件的位置進行分配，然后再造型最后裝配起來。具體 的臺面造型如圖 4.2 所示： 圖 4.2 工作臺面造型 4.2.2 箱體及按鈕造型設計 箱體以及按鈕均屬于臺面以下的設計，其中箱體內(nèi)還包括一個控制元件板，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 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它們進行調(diào)整， 在實際生產(chǎn)中應該設計一個電器柜將它們布置在內(nèi)。具體設計如