2023年生產(chǎn)線系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

實(shí)訓(xùn)教學(xué)指導(dǎo)書

機(jī)電一體化柔性裝配系統(tǒng)PLC控制

天津市龍洲科技儀器有限公司

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

目錄

機(jī)電一體化柔性裝配系統(tǒng)概述..................................................................1

第一單元上料單元...........................................................................5

一、單元簡介.............................................................................5

二、實(shí)訓(xùn)目的..............................................................................7

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備..............................................................................7

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟........................................................................8

五、控制要求..............................................................................9

六、I/O編號分配表........................................................................14

第二單元下料單元..........................................................................16

一、單元簡介.............................................................................16

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................18

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................18

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟.......................................................................18

五、控制要求.............................................................................19

六、I/O編號分配表.......................................................................22

第三單元加蓋單元..........................................................................24

一、單元簡介.............................................................................24

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................25

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................25

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................26

五、控制要求.............................................................................27

六、I/O編號分配表.......................................................................29

第四單元穿銷單元..........................................................................31

一、單元簡介.............................................................................31

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................32

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................32

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................32

五、控制要求.............................................................................34

六、I/O編號分配表.......................................................................36

第五單元模擬單元..........................................................................38

一、單元簡介............................................................................38

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................39

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................39

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................39

五、控制要求.............................................................................40

六、I/O編號分配表.......................................................................42

I

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

第七單元伸縮換向單元.....................................................................44

一、單元簡介............................................................................44

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................46

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................46

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................46

五、控制要求.............................................................................47

六、I/O編號分配表.......................................................................50

第八單元檢測單元..........................................................................52

一、單元簡介.............................................................................52

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................53

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................53

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................53

五、控制要求.............................................................................54

六、I/O編號分配表.......................................................................56

第九單元分揀單元..........................................................................58

一、單元簡介.............................................................................58

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................59

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................59

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................59

五、控制要求.............................................................................60

六、I/O編號分配表.......................................................................64

第十單元升降梯立體倉庫單元...............................................................66

一、單元簡介.............................................................................66

二、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................70

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................70

四、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................70

五、控制要求.............................................................................72

六、I/O編號分配表.......................................................................78

第十一單元傳送單元.......................................................................80

一、轉(zhuǎn)角單元............................................................................80

二、直線單元.............................................................................81

第十二單元裝配生產(chǎn)線全程連續(xù)控制.........................................................82

一、實(shí)訓(xùn)目的.............................................................................82

二、實(shí)訓(xùn)設(shè)備.............................................................................82

三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟......................................................................82

四、控制要求.............................................................................85

五、系統(tǒng)全程控制中需注意的問題..........................................................86

六、I/O編號分配表.......................................................................86

七、主站控制變量傳送分配表..............................................................86

2

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

附錄..................................................................................88

附錄1：上料單元電源系統(tǒng)圖................................................................88

附錄2：上料單元?dú)鈩?dòng)原理圖................................................................89

附錄3：上料單元PLC控制接線圖...........................................................90

附錄4：下料單元電源系統(tǒng)圖................................................................91

附錄5：下料單元PLC控制接線圖...........................................................92

附錄6：加蓋單元電源系統(tǒng)圖................................................................93

附錄7：加蓋單元PLC控制接線圖...........................................................94

附錄8：穿銷單元電源系統(tǒng)圖................................................................95

附錄9：穿銷單元?dú)鈩?dòng)原理圖................................................................96

附錄10：穿銷單元PLC控制接線圖..........................................................97

附錄11：模擬單元電源系統(tǒng)圖..............................................................98

附錄12：模擬單元?dú)鈩?dòng)原理圖..............................................................99

附錄13：模擬單元PLC控制接線圖.........................................................100

附錄14：伸縮換向單元電源系統(tǒng)圖.........................................................101

附錄15：伸縮換向單元?dú)鈩?dòng)原理圖.........................................................102

附錄16：伸縮換向單元PLC控制接線圖.....................................................103

附錄17：檢測單元電源系統(tǒng)圖..............................................................104

附錄18：檢測單元PLC控制接線圖.........................................................105

附錄19：分揀單元電源系統(tǒng)圖..............................................................106

附錄20：分揀單元?dú)鈩?dòng)原理圖..............................................................107

附錄21：分揀單元PLC控制接線圖.........................................................108

附錄22：升降梯立體倉庫單元電源系統(tǒng)圖...................................................109

附錄23：升降梯立體倉庫單元?dú)鈩?dòng)原理圖...................................................110

附錄24：升降梯立體倉庫單元PLC控制接線圖...............................................111

附錄25：電源系統(tǒng)總圖....................................................................112

附錄26：電源系統(tǒng)用電分配圖..............................................................113

附錄27：氣路連接總圖....................................................................114

附錄28：S7-300PLC控制接線圖...........................................................115

附錄29：移動(dòng)配電平臺(tái)用戶擴(kuò)展接口分配圖.................................................116

3

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

機(jī)電一體化柔性裝配系統(tǒng)概述

Me093399型機(jī)電一體化教學(xué)系統(tǒng)是以工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)化裝配生產(chǎn)線為原型開發(fā)的教學(xué)、實(shí)

驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)綜合應(yīng)用平臺(tái)。本裝置采用鋁合金結(jié)構(gòu)件搭建各分站主體設(shè)備，選取多種機(jī)械傳動(dòng)方式

實(shí)現(xiàn)站間串聯(lián)，整條生產(chǎn)線充分展現(xiàn)了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的典型部分。系統(tǒng)控制過程中除涵蓋多種

基本控制方法外，還凸現(xiàn)組態(tài)控制、工業(yè)總線、電腦視覺、實(shí)時(shí)監(jiān)控等先進(jìn)技術(shù)，為培養(yǎng)現(xiàn)代化

應(yīng)用型人才創(chuàng)設(shè)了完整、靈活、模塊化、易擴(kuò)展的理想工業(yè)場景。

為便于協(xié)調(diào)整個(gè)生產(chǎn)線的全程控制，系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)主站總控制臺(tái)，主站總控制臺(tái)是整個(gè)裝

配生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行的指揮調(diào)度中心，其主要功能是實(shí)現(xiàn)全程運(yùn)行的總體控制，完成全系統(tǒng)的通訊

連接等。

裝配生產(chǎn)線示意圖如圖1所示。

圖1連續(xù)生產(chǎn)線示意圖

I

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

整個(gè)系統(tǒng)主要由12個(gè)從站點(diǎn)組成，每個(gè)從站單元完成特定的工作任務(wù)，以裝配、檢驗(yàn)、分揀、

入庫的方式順序完成各種裝配操作和物流處理過程。各單元的主要功能如下所述：

1.銃床單元（站點(diǎn)1）：本站有工件時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)卡緊和銃削加工。

2.上料單元（站點(diǎn)2）：根據(jù)工件的位置情況，從料槽中抓取裝配主體送入數(shù)控銃床單元或

將銃床單元加工后的產(chǎn)品轉(zhuǎn)送下料單元。

3.下料單元（站點(diǎn)3）：將前站送入本單元下料倉的工件主體，通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)間歇

機(jī)構(gòu)帶動(dòng)同步齒型帶使之下落，工件主體下落至托盤后經(jīng)傳送帶向下站運(yùn)行。

4.加蓋單元（站點(diǎn)4）：通過直流電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿，經(jīng)減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)擺臂將上蓋裝配至工

件主體，完成裝配后工件隨托盤向下站傳送。

5.穿銷單元（站點(diǎn)5）：通過旋轉(zhuǎn)推筒推送銷釘?shù)姆椒?，完成工件主體與上蓋的實(shí)體連接裝

配，完成裝配后的工件隨托盤向下站傳送。

6.模擬單元（站點(diǎn)6）：本站增加了模擬量控制的PLC特殊功能模塊，以實(shí)現(xiàn)對完成裝配

的工件進(jìn)行模擬噴漆和烘干，完成噴漆烘干后的工件隨托盤向下站傳送。

7.伸縮換向單元（站點(diǎn)7）：將前站傳送過來的托盤及組裝好的工件經(jīng)換向、提升、旋轉(zhuǎn)、

下落后伸送至傳送帶向下站傳送。

8.檢測單元（站點(diǎn)8）：運(yùn)用各類檢測傳感裝置對裝配好的工件成品進(jìn)行全面檢測（包括上

蓋、銷釘?shù)难b配情況，銷釘材質(zhì)、標(biāo)簽有無等），并將檢測結(jié)果送至PLC進(jìn)行處理，以此作為后

續(xù)站控制方式選擇的依據(jù)（如分揀站依標(biāo)簽有無判別正、次品；倉庫站依銷釘材質(zhì)確定庫位）。

9.分揀單元（站點(diǎn)9）：根據(jù)檢測單元的檢測結(jié)果（標(biāo)簽有無），采用氣動(dòng)機(jī)械手對工件進(jìn)行

分類，合格產(chǎn)品隨托盤進(jìn)入下一站入庫；不合格產(chǎn)品進(jìn)入廢品線，空托盤向下站傳送。

10.升降梯立體倉庫（站點(diǎn)10）：本站由升降梯與立體倉庫兩部分組成，可進(jìn)行兩個(gè)不同生

產(chǎn)線的入庫和出庫。在本裝配生產(chǎn)線中可根據(jù)檢測單元對銷釘材質(zhì)的檢測結(jié)果將工件進(jìn)行分類入

庫（金屬銷釘和尼龍銷釘分別入不同的倉庫）。若傳送至本單元的為分揀后的空托盤,則將其放行。

綜上所述，站點(diǎn)1、2、3、4、5主要完成順序邏輯控制；站點(diǎn)6實(shí)現(xiàn)對模擬量的控制；站點(diǎn)

8綜匯了激光發(fā)射器、電感式、電容式、色彩標(biāo)志等多種傳感器的應(yīng)用，站點(diǎn)9突出體現(xiàn)了氣動(dòng)

機(jī)械手的控制，站點(diǎn)10則實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。

在裝配生產(chǎn)線運(yùn)行中各個(gè)站點(diǎn)既可以自成體系，彼此又有一定的關(guān)聯(lián)。為此，采用了

PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)，通過1個(gè)主站（S7—300系列PLC）和10個(gè)從站（S7—200系列PLC）

組成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主從站之間的通信聯(lián)系，控制系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

在主站總控制臺(tái)的上位計(jì)算機(jī)上安裝有Wince組態(tài)監(jiān)控軟件，Wince所創(chuàng)建的監(jiān)控功能可通

過動(dòng)畫組件對各單元的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬，為操作人員提供系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)裝配

生產(chǎn)線的全程監(jiān)控。

完成本實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目涉及到現(xiàn)場所需的諸多綜合技術(shù)應(yīng)用，如：機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、電氣控制技術(shù)、

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機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

氣動(dòng)與液壓技術(shù)、傳感器的應(yīng)用、PLC控制技術(shù)、過程控制技術(shù)和現(xiàn)代化生產(chǎn)中的組態(tài)控制、工

業(yè)總線、電腦視覺、實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

在完成項(xiàng)目時(shí)應(yīng)由易到難，逐步深入，可從單站控制入手。完成單站控制的步驟如圖3所示：

圖3單站控制的完成步驟

在每一站點(diǎn)單元控制的基礎(chǔ)上可以再擴(kuò)展為系統(tǒng)的全程控制，進(jìn)而完成PROFIBUS現(xiàn)場總線控制和

對整個(gè)模擬生產(chǎn)線的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

主站CPU單元6ES7315-2AG10-0AB0+6SE7307-IBA00-0AA0電池+40針前連接器6ES7

PC+WINCC

392-1AM00-0AA0+存儲(chǔ)卡6SE7953-8LF00-0AA0+I/O數(shù)字模塊(16)6SE7323-1BL00-0AA0+W

組態(tài)監(jiān)控軟件

板6ES7390-1AE80-0AA0+STEP7V5.2編程軟件

PROFIBUS總線

從

從

從

從

從

從

從

站

站

站

站

站

站

站

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中

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圖2控制系統(tǒng)組成框圖

4

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

第一單元上料單元

一、單元簡介

上料單元是整個(gè)裝配生產(chǎn)線的起點(diǎn)，該單元的主要功能是根據(jù)不同的控制要求從料槽中抓取裝配主

體送入數(shù)控銃床單元或?qū)|床單元加工后的產(chǎn)品轉(zhuǎn)送下料單元。

本單元的主體結(jié)構(gòu)組成如圖1-1所示，包括揚(yáng)臂同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、水平移

動(dòng)支架及其齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、托盤直線傳送單元、托盤轉(zhuǎn)向從動(dòng)單元、軌道等。

圖1-1工件主體上料單元

本單元在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及到行星齒輪系、螺紋微調(diào)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、張緊機(jī)構(gòu)等相關(guān)的機(jī)械原

理、機(jī)械零件知識，行星齒輪系的結(jié)構(gòu)圖如圖1-2所示：

機(jī)構(gòu)名稱：行星齒輪系

工作特性：降速比大，增加扭矩

齒輪0和電機(jī)安裝在一起，齒輪A與齒輪

0、B相嚙合。

本機(jī)應(yīng)用目的：齒輪A帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤（齒輪B）取、送

件。

圖1-2行星齒輪系結(jié)構(gòu)圖

5

機(jī)電一體化柔性實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)

螺紋微調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖1-3所示:

機(jī)構(gòu)名稱：螺紋微調(diào)機(jī)構(gòu)

雙端螺紋管

工作特性：調(diào)動(dòng)螺母，利用螺距差實(shí)現(xiàn)微調(diào)

通過旋轉(zhuǎn)此處進(jìn)行微動(dòng)調(diào)節(jié)

本機(jī)應(yīng)用目的：調(diào)節(jié)平行四邊形的精度

長雙端螺紋管雙端螺紋管短雙端螺紋管

圖1-3螺紋微調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

齒輪齒條機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖如圖14所示：

直流電機(jī)2455

機(jī)構(gòu)名稱：齒輪齒條機(jī)構(gòu)

0

工作特性：降速比大，增加水平推動(dòng)力

A

齒輪0和電機(jī)安裝在一起，與齒輪A相

B