畢業(yè)設計（論文）柔性生產線—操作手單元

1、天津理工大學 畢業(yè)設計論文 柔性生產線操作手單元 柔性生產線操作手單元 摘 要 隨著工業(yè)自動化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，操作手的應用 也逐漸普及，主要在汽車，電子，機械加工、食品、醫(yī)藥等領域的生產流水線 或貨物裝卸調運, 可以更好地節(jié)約能源和提高運輸設備或產品的效率，以降低 其他搬運方式的限制和不足，滿足現代經濟發(fā)展的要求。 模塊化生產培訓系統(tǒng)（modular production training system，mps）是由 上海英集斯自動化技術有限公司研制的教學設備。mps 體現了機電一體化技術 的實際應用。目前最多可由 9 個單元組成，一個單元亦可自成一個獨立的控制 系統(tǒng)，而

2、由多個單元組成的生產系統(tǒng)可以體現自動生產線的控制特點。操作手 是工業(yè)機器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱為工業(yè)機器人?？删?程控制器是繼電器控制和計算機控制出上開發(fā)的產品，逐漸發(fā)展成以微器處理 為核心把自動化技術、計算機技術、通信技術融為一體的新型工業(yè)自動控制裝 置。本文應用西門子公司的 s7-200plc，通過其硬件結構、編程指令和 step 7 軟件的操作實現機械手搬運控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器 （plc）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時期功能范圍得到廣泛應用。 關鍵詞：mps, 操作手，可編程控制器（plc） ，氣動控制 flexible production line

3、 - gunner unit abstract with the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electronic, mechanical processing, food, medicine and other areas of the product

4、ion line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of modern economic development. modular production training system（mps）is by

5、the shanghai ying set is developed, automation technology co. ltd. of teaching equipment. mps embodies the practical application of mechatronics technology. currently up by nine unit, a unit of its an independent control also by more than one unit system, composed of production system can reflect th

6、e automatic production line control characteristics. gunner is an important part of the industrial robot, and in many cases it can be called industrial robots. industrial robot is set machinery, electronics, control, computer, sensors, artificial intelligence science advanced technology in the integ

7、ration of modern manufacturing important automation equipment. widely used industrial robots, not only can improve the quality of products and production, and to safeguard the personal safety and improve working environment, reduce labor intensity and improve labor productivity, save materials consu

8、mption and reduce the production cost, has the extremely vital significance. make the system reliable, stable and functional range widely used period. key words:： mps ， gunner ， plc ， pneumatic control 目 錄 第一章 緒論 .1 1.1 柔性生產線概論.1 1.2 柔性生產線的一般組成.1 1.3 mps 的基本功能.1 1.4 mps 的公共模塊和器件.3 1.5 mps 的發(fā)展前景.4 1.

9、6 simatic s7200plc 簡介.4 第二章 操作手單元的結構與控制 .6 2.1 操作手單元的結構.6 2.1.1 操作手單元的功能.6 2.1.2 操作手單元的結構組成.6 2.1.3 操作手結構示意圖，.6 2.2 操作手單元的控制.7 2.3 控制系統(tǒng)硬件的設計.8 2.3.1 氣壓傳動的選擇.8 2.3.2 氣動控制回路.9 2.3.3 傳感器的選擇：.10 2.3.4 電源的選擇.10 2.4 plc 的 i/o 接線.10 2.5 操作手單元的編程：.11 2.5.1 控制任務.11 2.5.2 編寫程序.12 2.5.3 下載調試.13 第三章 plc 選型及程序的編

10、寫.15 3.1 plc 的選型.15 3.2 程序的編寫.16 參考文獻 .21 致謝 .22 第一章 緒論 1.1 柔性生產線概論 隨著科學技術的發(fā)展，人類社會對產品的功能與質量的要求越來越高，產品更新換代的 周期越來越短，產品的復雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產方式受到了挑戰(zhàn)。為了同 時提高制造工業(yè)的柔性和生產效率，使之在保證產品質量的前提下，縮短產品生產周期， 降低產品成本，是終使中小批量生產能與大批量生產抗衡，柔性自動化系統(tǒng)便應運而生。 模塊化柔性加工系統(tǒng)是用來學習自動控制技術、人工智能、計算機網絡控制等先進技術的 開放式的實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了現場通訊技術（ profibus ）

11、以及以太網通訊技術。它 使得學生方便地了解這套先進技術如同在工業(yè)上的應用，使學生能近距離地學習這些技術。 該系統(tǒng)具有多種驅動形式：有氣壓傳動、傳送帶、步進電機、直流伺服電機、交流伺服電 機、變頻調速電機等工業(yè)常見的傳動。系統(tǒng)為方便學生進行電氣控制的自由組合和創(chuàng)新性 學習，每個單元均配置 smt 智能教學實訓臺，這解決了“生產線教學學生不能親自設計控 制系統(tǒng)”的難題，是國內唯一也是最領先技術產品。 1.2 柔性生產線的一般組成 多個單元組成的 mps 系統(tǒng)可以較為實地模擬出一個自動生產加工流水線的工作過程。 其中，每個工作單元都可以自成一個獨立的系統(tǒng)，同時也都是一個機電一體化的系統(tǒng)。各 個單元的

12、執(zhí)行機構主要是氣動執(zhí)行機構和電機驅動機構，這些執(zhí)行機構的運動位置都可以 通過安裝在其上面的傳感器的信號來判斷。 在 mps 設備上應用多種類型的傳感器，分別用于判斷物體的運動位置、物體的通過狀 態(tài)、物體的顏色、物體的材質和物體的高度等。傳感器技術是機電一體化技術中的關鍵技 術之一，是現代工業(yè)實現高度自動化的前提之一。 在控制方面，mps 設備采用 plc 進行控制，用戶可根據需要選擇不同廠家的 plc（上海 英集斯公司主要使用三菱公司的 fx2n 系列 plc、西門子公司的 s7-200 系列 plc 和 s7-300 系列 plc）。本文所選為西門子公司的 s7-200 系列。 mps 設備

13、的硬件結構是相對固定的，但可以根據對設備的理解、對生產加工工藝的理 解，編寫一定的生產工藝過程，然后再通過編寫 plc 控制程序實現該工藝過程，從而實現 對 mps 設備的控制。 一般來講，柔性生產線由上料檢測單元，供料單元，檢測單元，加工單元，搬運單元， 安裝單元，安裝搬運單元，操作手單元，立體存儲單元，機械手單元，分類工作單元等單 元有機組成。 1.3 mps 的基本功能 mps 設備提供了一個半開放式的學習環(huán)境，雖然各個組成單元的結構已經固定，但是， 設備的各個執(zhí)行機構按照什么樣的動作順序執(zhí)行，各個單元之間如何配合，最終使 mps 模 擬一個什么樣的生產加工控制過程，mps 作為一條自動

14、生產流水線具有怎樣的操作運行模 式等，用戶都可根據自己的理解，運用所學理論知識，設計出 plc 控制程序，使 mps 設備 實現一個最符合實際的自動控制過程。 mps 系統(tǒng)中每個單元都具有最基本的功能，用戶可在這些基本功能的基礎上進行流程編排設 計。 (1) 上料檢測單元。功能簡介：完成整個系統(tǒng)的上料工作，將工件輸出，判斷出其顏色，并 將其信息發(fā)給后一站。此站可配合觸摸屏或組態(tài)控制作為整個系統(tǒng)的主站。 plc 主機：西門子 s7 系列。擴展模塊：ppi、mpi、profibus 網絡。組成模塊：回轉料斗、 提升裝置、光電識別組件。 (2) 為供料單元。 功能簡介：為加工過程逐一提供加工工件。由

15、雙作用氣缸從料倉中逐一推出工件，轉換模塊 上的真空吸盤將工件吸起，在旋轉缸的驅動下將工件移動至下一個工作站的傳輸位置。plc 主機：西門子 s7 系列。擴展模塊：ppi、mpi、profibus 網絡。 組成模塊：真空組件、旋轉模塊、供料模塊。 (3) 檢測單元 功能簡介：檢測加工工件的各種特性，如顏色、材質、高度等。plc 主機：西門子 s7 系列。 擴展模塊：ppi、mpi、profibus 網絡。組成模塊：工件高度檢測模塊、提升模塊、工件材 質及顏色識別組件。 （4）加工單元。 功能簡介：工件將在旋轉平臺上被檢測及加工。通過具有四個工位的加工旋轉平臺，進行加 工模擬，并進行加工質量的模擬

16、檢測。plc 主機：西門子 s7 系列。擴展模塊： ppi、mpi、profibus 網絡。組成模塊：旋轉平臺、模擬鉆孔模塊、模擬檢測組件。 （5）為搬運單元。 功能簡介：該搬運單元由無桿氣缸、橢圓形活塞氣缸和夾爪等部件組成，通過移動、上下伸 縮、抓取等動作，將前一單元上的工件傳入下一執(zhí)行單元。plc 主機：西門子 s7 系列。擴 展模塊：ppi、mpi、profibus 網絡。組成模塊：提升模塊、氣動夾爪組件、直線運動無桿 缸。 （6）安裝單元。 功能簡介：該單元提供兩色小工件，氣缸將料倉中的兩色小工件交替推出，由真空吸盤吸取， 通過轉臂輸入到大工件的空腔中。plc 主機：西門子 s7 系列

17、。擴展模塊： ppi、mpi、profibus 網絡。組成模塊：送料模塊、旋轉模塊、真空組件。 （7）安裝搬運單元。 功能簡介：將工件從前一站搬運至下一站，并可在本站上完成大、小工件的組裝。plc 主機： 西門子 s7 系列。擴展模塊：ppi、mpi、profibus 網絡。組成模塊：直線轉旋轉運動模塊、 氣動夾爪裝置。 （8）操作手單元。 功能簡介：該單元由不同的氣動執(zhí)行部件組成，通過擺動、伸縮、氣動抓取等動作，將前一 單元上的工件傳入下一執(zhí)行單元的輸入工位。plc 主機：西門子 s7 系列。擴展模塊： ppi、mpi、profibus 網絡。組成模塊：伸出及提升模塊、旋轉模塊、氣動夾爪組件

18、。 （9）立體存儲單元。功能簡介：該單元為倉庫存儲的模擬，它將系統(tǒng)加工完成的合格產品 按照不同類別進行分類立體存放。plc 主機：西門子 s7 系列。擴展模塊： ppi、mpi、profibus 網絡。步進電機及驅動器：start。組成模塊：步進電機控制模塊、滾 珠絲桿模塊、工件推出組件、立體倉庫。 （10）為機械手單元。 功能簡介：該單元是一個 6 個關節(jié)的機械手，它可以用來完成抓取動作，可以進行工件的組 裝，產生一個完整的產品。手臂本體：日本莫托曼 hp3。擴展模塊：控制器、變壓器。組成 模塊：手臂本體、手臂控制器、氣動夾爪。 （11）分類工作單元。 功能簡介：將工件從傳送帶的前端輸送到后

19、端。它帶有工件滑槽及導向裝置，能夠將工件按 類別進行存儲。plc 主機：西門子 s7 系列。擴展模塊：ppi、mpi、profibus 網絡。組成模 塊：傳送帶、阻擋裝置、工件滑槽。 1.4 mps 的公共模塊和器件 （1） 供電電源模塊 供電電源模塊及電路原理如圖 1-13 和圖 1-14 所示。外部供電電源為三相五線制 ac 380 v/220 v，三根相線經三相三線漏電保護開關后連接到三個安全導線插孔處，零線和接地線 也連接到安全導線插孔處。另外，模塊上還提供兩個單相電源插座，為 plc 模塊和按鈕/指 示燈模塊提供 ac 220 v 電源。 圖 1.1 為供電電源模塊一次回路原理圖。

20、圖 1.1 （2） 氣源處理組件 氣源處理組件及其回路原理圖如圖 1.2 所示。 圖 1.2 氣源處理組件是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜 質及凝結水，以調節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時，應注意經常檢查過濾器中凝結水的 水位，在超過最高標線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝 了一個快速氣路開關，用于啟/閉氣源，當把氣路開關向左拔出時，氣路接通氣源，反之， 把氣路開關向右推入時氣路關閉。 氣源處理組件的輸入氣源來自空氣壓縮機，所提供的壓力為 0.6 mpa1.0 mpa，輸出壓力 為 00.8 mpa 可調。輸出的壓縮空氣通過快速三通接

21、頭和氣管輸送到各工作單元。 1.5 mps 的發(fā)展前景 模塊化生產培訓系統(tǒng)是先進工業(yè)自動化及制造的基本部分，將先進制造系統(tǒng)的物料供 給、分揀、加工、檢測和立體倉庫等主要單元展現給學生，同時學生可以自己動手實踐，學 習 plc 編程、生產管理、流程設計等機械設計制造及自動化的相關課程。 隨著技術的發(fā)展，工控技術的不斷完善，上海英集斯自動化技術有限公司在原有的 mps 系統(tǒng) 中加入了觸摸屏控制系統(tǒng)、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和生產管理執(zhí)行系統(tǒng)，進一步提升了模塊化生產培 訓系統(tǒng)的科技含量，使學生在“用最先進的技術培訓今天的學生，為未來而服務！”這樣的 理念下前進。 觸摸屏是一個智能化操作部件，是極富吸引力的全新多

22、媒體操作裝置，用戶只要用手指輕輕 地觸摸顯示屏上的圖符或文字就能實現對設備操作，可顯示設備運行狀況和運行參數。 組 態(tài)監(jiān)控程序的應用解決了人-機界面控制中的動畫顯示問題，監(jiān)控信息將以更加形象、生動 的動畫方式顯示出來。盡管觸摸屏和組態(tài)監(jiān)控軟件的出現至今只有短短的幾年時間，但實際 應用已經證明，觸摸屏和組態(tài)監(jiān)控軟件可以取代設備的操作面板和儀表。生產管理執(zhí)行系統(tǒng) （mes）的應用是模塊化生產培訓系統(tǒng)的一次飛躍，它引入了信息管理技術，真正實現了對 生產的有效管理。 1.6 simatic s7200plc 簡介 plc在早期是一種開關邏輯控制裝置，被稱為可控編程控制器，簡稱plc。plc是一種專門

23、用于工業(yè)控制的計算機。具有可靠性高、抗干擾能力強、靈活性擴展性強、控制速度快、延 時的可調性和精度高。硬件反面：a屏蔽：對電源變壓器、cpu、編程器等主要部件，采用導 電、導磁良好的材料進行屏蔽，以防止外界干擾。b隔離：在微處理器與i/o電路之間，采用 光電隔離措施，有效隔離i/o接口與cpu之間電的聯系，減少故障和誤動作；各i/o口之間亦 彼此隔離。隨著微電子技術的快速發(fā)展，plc的制造成本不斷下降，而功能卻大大增強。應 用領域以覆蓋所有的工業(yè)企業(yè)，如機床電機控制、電梯運行控制、冶金系統(tǒng)的高爐上料、汽 車裝配線、以及一些自動化流水線等。 本設計的柔性加工系統(tǒng)中采用了西門子公司 s7200 的

24、 plc，cpu 為 226。s7-200 是一 種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 s7-200 系列的強大功能使其無論在獨立運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因 此 s7-200 系列具有極高的性能/價格比。s7-200 系列出色表現在以下幾個方面：1：極高的 可靠性 2:極豐富的指令集 3: 易于掌握 4:便捷的操作 5:豐富的內置集成功能 6: 實時特 性 7:強勁的通訊能力 8:豐富的擴展模塊 。s7-200 系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強 大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。應用領域極為廣 泛，覆

25、蓋所有與自動檢測，自動化控制有關的工業(yè)及民用領域，包括各種機床、機械、電力 設施、民用設施、環(huán)境保護設備等等。如：沖壓機床，磨床，印刷機械，橡膠化工機械，中 央空調，電梯控制，運動系統(tǒng)。cpu 226 的 plc 集成 24 輸入/16 輸出共 40 個數字量 i/o 點。 可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字量 i/o 點或 35 路模擬量 i/o 點。13k 字節(jié)程 序和數據存儲空間。6 個獨立的 30khz 高速計數器，2 路獨立的 20khz 高速脈沖輸出，具有 pid 控制器。2 個 rs485 通訊/編程口，具有 ppi 通訊協議、mpi 通訊協議和自由方式通訊能 力

26、。i/o 端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點， 更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能。可完全適應于一些 復雜的中小型控制系統(tǒng)。 simatic s7-200 系列 plc 適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。 s7-200 系列的強大功能使其無論在運行中，或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此 s7- 200 系列具有極高的性能/價格比。 s7-200 系列出色表現在以下幾個方面： （1） 極高的 可靠性 （2）極豐富的指令集（3）易于掌握（4）便捷的操作（5）豐富的內置集成功能 （6）實時特性（7）強勁的通訊能

27、力（8）豐富的擴展模塊 s7-200 系列在集散自動化系統(tǒng) 中充分發(fā)揮其強大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復雜的自動化控制。 第二章 操作手單元的結構與控制 2.1 操作手單元的結構 2.1.1 操作手單元的功能操作手單元的功能 操作手單元可以模擬提取工件，按照要求將工件分流的過程。 2.1.2 操作手單元的結構組成操作手單元的結構組成 操作手單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣源處理組件、i/o 接線端口、閥組等組成。 1. 提取模塊 提取模塊實際上是一個“氣動機械手” ，主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸） 、一個 轉動氣缸及氣動夾爪等組成。提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的

28、前端，用于實現垂直方向 的運動，以便于提取工件。該氣缸在結構上不同于一般的直線氣缸，它是一個桿不回轉型氣 缸，它的活塞桿為六邊形，這樣活塞桿就不能隨便轉動，便于氣動手指夾取工件。 擺臂氣缸構成了氣動機械手的“手臂” ，可以實現水平方向上的伸出、縮回動作。同時它還 是一個雙聯氣缸（也叫倍力缸） ，它擁有兩個壓力腔和兩個活塞桿，在同等壓力下，雙聯氣 缸的輸出力是一般氣缸的兩倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在氣缸的兩個極限位置上分別 安裝有磁感應式接近開關，用于判斷氣缸的動作是否到位。轉動氣缸用于實現擺臂氣缸的轉 動，其轉動角度為 180，在氣缸的兩個極限位置上分別安裝有一個阻尼缸（用于緩沖旋轉 過來

29、的沖擊）和一個電感式接近開關（用于判斷氣缸旋轉是否到位） 。 氣動夾爪則用于抓取工件。 2. 滑槽模塊 滑槽模塊只有在帶有組態(tài)操作的 mps 系統(tǒng)上才會安裝?；勰K用于存放不合格的工件。 2.1.3 操作手結構示意圖，操作手結構示意圖， 如下圖 2.1： 圖 2.1 操作手單元的連線 連 線 表 (siemens ) 一電源線一電源線 124vna（紅） 1)p0(6)-xk1(1) 5# 2)p0(8)-xk1(2) 5# 3)xk1(a)-1l+ ( q 側) 8# 4)xk1(b)-2l+ ( q 側) 10# 224v（紅） 1)24v 電源-xk1(7) 3# 2)24v 電源-l

30、+（q 側電源） 9# 3)xk1(3)-p0(12) 3# 4)xk1(4)-p0(11) 3# 5)xk1(5)-p0(10) 3# 6)xk1(6)-p0(9) 3# 7)xk1(c)-t01( 24v) 2# 8)xk1(e)-c4（紅）(9,10) 9)xk1(d)-c4（橙） （21,22） 10) ti1( 24v)-l+ （i 側） 3# 3.地線 (0v )（藍） 1)電源 0v-xk1(j) 4# 2)電源 0v-m-（q 側電源） 9# 3)xk1(h)-c4(黑)（11,12） 4)xk1(i)-c4(綠)（23,24） 5)ti1(0v)-m(i 側) 3# 6)xk

31、1(k)-t01(0v) 2# 7)xk1 (9)-p0 (13) 3# 8)ti1(0v)-m (q 側) 6# 9)ti1(0v)-2m (q 側) 6# 10) ti1(0v)-1m (i 側) 1 # 11) t01(0v)-2m (i 側) 7# 二信號線（黑）二信號線（黑） 1plc 的輸入 1)i0.0-c4 (13 ) (橙-) 2)i0.1-c4 (14 ) (橙色) 3)i0.2-c4 (15 ) (天藍-) 4)i0.3-c4 (16 ) (天藍) 5)i0.4-c4 (17 ) (白-) 6)i0.5-c4 (18 ) (白色) 7)i0.6-c4 (19 ) (黃-)

32、 8)i0.7-c4 (20 ) (黃色) 9)i1.0-ti1 (i0 ) 3# 10) i1.1-ti1 (i1 ) 3# 11) i1.2-ti1 (i2 ) 3# 12) i1.3-ti1 (i3 ) 3# 13) i1.4-ti1 (i4 ) 3# 14) i1.5-ti1 (i5 ) 3# 2. plc 的輸出 1)q0.0-c4 (1 ) (紫色) 2)q0.1-c4 (2 ) (紫-) 3)q0.2-c4 (3 ) (咖啡) 4)q0.3-c4 (4 ) (咖啡-) 5)q0.4-c4 (5 ) (灰色) 6)q0.5-c4 (6 ) (灰-) 7)q0.6-c4 (7 ) (

33、黑色) 8)q0.7-c4 (8 ) (黑-) 9)q1.0-to1 (o0 ) 10# 10) q1.1-to1 (o1 ) 10# 三急停繼電器連線三急停繼電器連線 11) ti1 (i7 )-po(14 ) 5# 紅 12) to1(o6)-po( 5 ) 1# 黑 13) ti1(i6)- po( 7) 4# 紅 注：打陰影的線號先連線。注：打陰影的線號先連線。 2.2 操作手單元的控制 本操作手用于柔性生產線上工件的自動搬運，其結構如上圖所示。由 1、2 兩個氣缸缸 完成工件的加緊和提升的動作。1 號氣缸兩個電磁閥控制工件的夾緊、放松，2 號氣缸通過 電磁閥控制工件的上升、下降，由底

34、盤電動機帶動底盤旋轉。當工件在旋轉帶上運行時，并 且到旋轉帶的端部的時候，接近開關檢測到有物體存在的時候，旋轉帶停止,2 氣缸活塞縮 回，帶動豎軸下降，下降到行程開關 sq3，1 氣缸的驅使手爪夾緊工件，并延時。 2 氣缸活 塞伸出，帶動豎軸上升，3 氣缸活塞縮回，帶動橫軸縮回，同時底盤電動機帶動底盤旋轉。 當底盤步進電機旋轉 180后，其到達 b 傳送帶的上方時，3 氣缸活塞伸出，帶動橫軸前伸， 同時 2 氣缸活塞縮回，帶動豎軸下降，下降到行程開關 sq3，1 氣缸的驅使手爪放松工件， 延時 2 秒 后。2 氣缸活塞伸出，帶動豎軸上升，3 氣缸活塞縮回，帶動橫軸縮回，同時底盤 電動機帶動底盤

35、旋轉。當底盤步進電機旋轉 180后，其到達旋轉的上方時 一次的搬運過 程就完成。即循環(huán)動作簡圖，如下圖， 圖 2.2 2.3 控制系統(tǒng)硬件的設計 2.3.1 氣壓傳動的選擇氣壓傳動的選擇 氣壓傳動簡稱氣動，是以壓縮空氣為工作介質來傳遞和控制信號，控制和驅動各種機械 設備，以實現生產過程機械化、自動化的一門技術。 一個完整的氣動自動化系統(tǒng)由氣源裝置、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、檢測元件及 控制器組成。如圖 2.3 所示。 圖 2.3 （1）氣源裝置：主要作用是提供清潔、干燥的壓縮空氣。 （2）控制元件：其作用是調節(jié)和控制壓縮空氣的壓力、流量和流動方向，以便使執(zhí)行 元件能按要求的程序和性能工作。

36、控制元件分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥等。 （3）執(zhí)行元件：是將氣體的壓力能轉換為機械能的一種能量轉換裝置。它包括實現直 線往復運動的氣缸和實現連續(xù)回轉運動或擺動的氣動馬達或擺動馬達。 （4）輔助元件：其作用是輔助氣動系統(tǒng)正常工作，主要由凈化壓縮空氣的凈化器、過濾 器、干燥器等組成，另外還包括供給系統(tǒng)潤滑的油霧器、消除噪聲的消聲器、提供給系 統(tǒng)冷卻的冷卻器等。 （5）檢測元件：其作用是檢測氣缸的運動位置，判斷工件有無及工件性質等。 （6）控制器：其作用是對檢測元件提供的信號進行邏輯運算，提供執(zhí)行元件輸出信號， 控制系統(tǒng)按照預定的要求有序工作。 氣壓傳動具有以下優(yōu)點： （1）以空氣作為工

37、作介質，取之不盡，來源方便，且無污染、環(huán)保。 （2）工作環(huán)境適應性好，可工作在易燃、易爆、多塵、強輻射等環(huán)境。 在操作手單元中，氣爪有個不同的意義，氣爪能實現各種抓取功能，是現代氣動機械手 的關鍵部件。 氣爪具有如下特點： 所有的結構都是雙作用的，能實現雙向抓取，可自動對中，重復精度高； 抓取力矩恒定； 在氣缸兩側可安裝非接觸式檢測開關； 有多種安裝、連接方式。 本文所使用的為 festo 平行氣爪，平行氣爪通過兩個活塞工作，兩個氣爪對中心移動。 這種氣爪可以輸出很大的抓取力，既可用于內抓取，也可用于外抓取。 2.3.2 氣動控制回路氣動控制回路 操作手的全部動作由氣缸驅動。該控制回路的執(zhí)行機

38、構是氣動控制系統(tǒng)，其方向控制閥 的控制方式為電磁控制或手動控制。各執(zhí)行機構的邏輯控制功能是通過 plc 控制實現的。 在操作手單元的氣動控制原理圖及 io 圖如 2.4 示， 操作手單元的 in 圖 操作手單元的 out 圖 圖 2.4 1a 為旋轉氣缸；1b1 和 1b2 為電感式接近開關；2a 為擺臂雙聯氣缸；2b1、2b2 為磁感應式 接近開關；3a 為氣動夾爪；3b1 為磁感應式接近開關；4a 為桿不回轉的提取氣缸； 4b1、4b2 為磁感應式接近開關；1y1、1y2 為旋轉氣缸的電磁閥的兩個控制信號；2y1、2y2 為控制擺臂氣缸的電磁閥的兩個電磁控制信號；3y1、3y2 為控制氣動

39、夾爪開與閉的電磁閥 的兩個電磁控制信號；4y1 為提取氣缸的電磁閥的電磁控制信號。 2.3.3 傳感器的選擇：傳感器的選擇： 接近開關的選擇： 選擇磁感應式接近開關，原理如下圖 型號為 jkt09-f4a 70b 具體參數： 開關頻率:100 , 最大連續(xù)工作 500mah 2.3.4 電源的選擇電源的選擇 本系統(tǒng)需要的用電設備有：plc、繼電器、交流電機、光電傳感器等設備。 通過初步計算：得出以下的結果： 工作壓力 0.8mbar 最大輸出流量 300l/min 電機功率 8kw 電機轉速 500 轉/min 負載能力 115kg 其中，交流電機連線圖如下， 2.4plc 的 i/o 接線

40、mps 中的每個部件上的輸入、輸出信號與 plc 之間的通信電路連接是通過 i/o 接線端口 實現的。各接口地址已經固定。各單元中需要與 plc 進行通信連接的線路（包括各個傳感器 的線路、各個電磁閥的控制線路及電源線路）都已事先連接到了各自的 i/o 接線端口上，在 與 plc 連接時，只需使用一根專用電纜即可實現快速連接。 操作手單元 i/o 設備符號與說明見表 2.1。 序 號 設備 符號 設備名稱設備用途信號特征 11b1電感式傳感器判斷擺臂的左右位置信號為 1：擺臂在最左端 21b2電感式傳感器判斷擺臂的左右位置信號為 1：擺臂在最右端 32b1磁感應式接近開關判斷擺臂伸縮情況信號為

41、 1：擺臂縮回到位 42b2磁感應式接近開關判斷擺臂伸縮情況信號為 1：擺臂伸出到位 53b1磁感應式接近開關判斷夾爪開閉情況 信號為 1：夾爪已打開 信號為 0：夾爪夾緊 64b1磁感應式接近開關判斷夾爪上下的位置信號為 1：夾爪上升返回到位 74b2磁感應式接近開關判斷夾爪上下的位置信號為 1：夾爪下降到位 81y1電磁閥控制旋轉氣缸左右動作信號為 1：旋轉缸左轉 91y2電磁閥控制旋轉氣缸左右動作信號為 1：旋轉缸右轉 102y1電磁閥控制擺臂氣缸伸縮動作信號為 1：擺臂縮回 112y2電磁閥控制擺臂氣缸伸縮動作信號為 1：擺臂伸出 123y1電磁閥控制夾爪開閉的動作信號為 1：夾爪打開 133y2電磁閥控制夾爪開閉的動作信號為 1：夾爪閉合 144y1電磁閥控制提取缸上下的動作 信號為 1：夾爪下降 信號為 0：夾爪上升 表表 2.1 2.5 操作手單元的編程： 2.5.1 控制任務控制任務 當設備接通電源與氣源、plc 運行后，首先執(zhí)行復位動作，旋轉氣缸驅動的擺臂左 轉到最左端，擺臂縮回到位，夾爪打開，提取氣缸上升到位。 然后進入工作運行模式，按啟動按鈕，操作