機(jī)電一體化技術(shù) -課件 項目八

機(jī)電一體化技術(shù)主編

張奇良

魯佳

王紅錦PARTONE項目八機(jī)電一體化技術(shù)綜合實例目錄/CONTENTS任務(wù)一供料單元任務(wù)二加工單元任務(wù)三裝配單元任務(wù)四分揀單元行業(yè)PPT模板/hangye/任務(wù)五輸送單元PARTONE任務(wù)一供料單元一、供料單元的結(jié)構(gòu)組成

供料單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-1所示。其主要結(jié)構(gòu)為:工件推出與支撐、工件漏斗、電磁閥組、端子排組件、PLC、急停按鈕和啟動/停止按鈕、走線槽、底板等。1.工件推出與支撐及漏斗部分

用于儲存工件原料,并在需要時將料倉中最下層的工件推出到物料臺上。它主要由大工件裝料管、推料氣缸、頂料氣缸、磁感應(yīng)接近開關(guān)、漫射式光電傳感器組成。

為使氣缸的動作平穩(wěn)可靠,氣缸的作用氣口都安裝了氣缸節(jié)流閥。氣缸節(jié)流閥的作用是調(diào)節(jié)氣缸的動作速度。節(jié)流閥上帶有氣管的快速接頭,只要將合適的外徑氣管插入快速接頭就可以將管連接好,使用時十分方便。已安裝快速接頭的氣缸節(jié)流閥的氣缸外觀如圖8-2所示。

一個雙動氣缸裝有兩個限出型氣缸節(jié)流閥的連接和調(diào)節(jié)原理示意圖如圖8-3所示。2.電磁閥組

電磁閥組是將多個閥與消聲器、匯流板等集中在一起構(gòu)成的一組控制閥的集成,而每個閥的功能是彼此獨立的。二、氣動控制回路

氣動控制回路是本工作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu),該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制邏輯功能是由PLC實現(xiàn)的。供料單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-5所示。三、PLC的I/O接線圖

本單元中,傳感器信號占用7個輸入點,留出1個點提供給啟動/停止按鈕作為本地主令信號,則所需PLC的I/O點數(shù)為8點輸入、2點輸出。選用西門子S7-200-222AC/DC/RLY主單元,共8點輸入和6點繼電器輸出,供料單元PLC的I/O接線圖如圖8-6所示。020301四、順序功能圖

供料單元的順序功能圖如圖8-7所示。五、參考程序1.參考程序供料站的參考程序詳細(xì)內(nèi)容請掃描二維碼查看。2.編程要點(1)注意使用首次掃描時,應(yīng)使系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。(2)使推料氣缸動作的條件是物料臺無料,在程序中注意使用I0.6的常閉觸點。(3)從氣動控制回路中可以看出夾緊氣缸在未通電時是伸出狀態(tài)的,這一點在編程時需注意。PARTTWO任務(wù)二加工單元一、加工單元的結(jié)構(gòu)組成

加工單元的主要結(jié)構(gòu)組成為:物料臺及滑動機(jī)構(gòu)、加工(沖壓)機(jī)構(gòu)、電磁閥組、接線端口、PLC模塊、急停按鈕和啟動/停止按鈕、底板等。其結(jié)構(gòu)組成如圖8-8所示。1.物料臺及滑動機(jī)構(gòu)

物料臺用于固定被加工工件,并把工件移到加工(沖壓)機(jī)構(gòu)正下方進(jìn)行沖壓加工。它主要由氣動手爪、氣動手指、物料臺伸縮氣缸、線性導(dǎo)軌及滑塊、磁感應(yīng)接近開關(guān)、漫射式光電傳感器組成。2.加工(沖壓)機(jī)構(gòu)

加工(沖壓)機(jī)構(gòu)用于對工件進(jìn)行沖壓加工。它主要由沖壓氣缸、沖壓頭、安裝板等組成。3.電磁閥組

加工單元的氣動手爪、物料臺伸縮氣缸和沖壓氣缸均用三個二位五通的帶手控開關(guān)的單電控電磁閥控制,三個控制閥集中安裝在帶有消聲器的匯流板上。二、氣動控制回路

加工單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-9所示。1B1和1B2為安裝在控制沖壓氣缸上的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān),2B1和2B2為安裝在物料臺伸縮氣缸上的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān),3B1為安裝在物料夾緊氣缸工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。1Y1、2Y1和3Y1分別為控制沖壓氣缸、料臺伸縮氣缸和物料夾緊氣缸的電磁閥的電磁控制端。

從圖8-9中可以看到,當(dāng)氣源接通時,物料臺伸縮氣缸的初始狀態(tài)是在伸出位置。這一點,在進(jìn)行氣路安裝時應(yīng)注意。三、PLC的I/O接線圖

在加工單元中,傳感器信號占用6個輸入點,留出2個點提供給急停按鈕和啟/停按鈕作為本地主令信號,所需PLC的I/O點數(shù)為8點輸入/3點輸出。四、順序功能圖加工單元的順序功能圖如圖8-11所示。五、參考程序

1.參考程序

限于篇幅影響,程序在這里不再單獨列出。

2.編程要點

(1)物料臺伸縮氣缸在未得電時是伸出的。

(2)當(dāng)檢測到物料時,機(jī)械手應(yīng)延遲一段時間再夾緊,否則可能會造成物料還沒有到位就夾緊,從而夾不住物料。

(3)當(dāng)一個循環(huán)結(jié)束時,需要等物料被機(jī)械手拿走之后再讓程序回到初始等待步,否則,程序會因仍檢測到有物料而循環(huán)加工。PARTTHREE任務(wù)三裝配單元一、裝配單元的結(jié)構(gòu)組成

結(jié)構(gòu)組成包括:簡易物料倉庫、物料分配機(jī)構(gòu)、被分配物料位置變換機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、半成品工件的定位機(jī)構(gòu)、氣壓傳動系統(tǒng)及電磁閥組、信號采集及自動控制系統(tǒng),以及用于電氣連接的端子排組件,整條生產(chǎn)線狀態(tài)指示的警示燈和用于其他機(jī)構(gòu)安裝的鋁型材支架及底板,傳感器安裝支架等其他附件。

裝配單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-12所示。1.簡易物料倉庫2.物料分配機(jī)構(gòu)3.被分配物料位置變換機(jī)構(gòu)4.機(jī)械手5.半成品工件的定位機(jī)構(gòu)6.電磁閥組7.警示燈8.氣動擺臺二、氣動控制回路

裝配單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-13所示。三、PLC的I/O接線圖

裝配單元PLC的I/O接線圖如圖8-14所示。四、順序功能圖

裝配單元的順序功能圖如圖8-15所示,分為3個部分,即下料部分、旋轉(zhuǎn)部分和裝配部分,3個部分互相獨立。五、參考程序1.參考程序2.編程要點(1)本單元的編程分為3個部分:下料部分、旋轉(zhuǎn)部分和裝配部分,各部分可以單獨編程。(2)頂料氣缸和擋料氣缸在未通電時都是伸出狀態(tài)。(3)當(dāng)判斷左側(cè)料盤無料時,要等待2s之后再下料,以免料盤在旋轉(zhuǎn)時(未旋轉(zhuǎn)到位)會檢測到左側(cè)無料而下料,物料落不到料盤中。(4)當(dāng)擋料板上無料時,將頂料氣缸縮回,這樣在裝料時料會落到擋料板,從而避免裝料時因頂料氣缸伸出而物料落不到擋料板上。(5)料盤的旋轉(zhuǎn)條件是判斷當(dāng)前料盤是處于左轉(zhuǎn)到位還是右轉(zhuǎn)到位,如果左轉(zhuǎn)到位且左側(cè)有料右側(cè)無料,則料盤右轉(zhuǎn);反之亦然。(6)裝配完畢,仍然要等物料被機(jī)械手拿走后程序才回到初始等待步。PARTFOUR任務(wù)四分揀單元一、分揀單元的結(jié)構(gòu)組成

分揀單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-16所示。其主要結(jié)構(gòu)組成為:傳送和分揀機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、變頻器模塊、電磁閥組、接線端口、PLC模塊、底板等。0203012.傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)采用的是三相異步減速電動機(jī),用于拖動傳送帶輸送物料。它主要由電動機(jī)支架、電動機(jī)、聯(lián)軸器等組成。1.傳送和分揀機(jī)構(gòu)傳送和分揀機(jī)構(gòu)用于傳送已經(jīng)加工、裝配好的工件,光纖傳感器檢測到并進(jìn)行分揀。它主要由傳送帶、料抖、物料槽、推料(分揀)氣缸、漫射式光電傳感器、光纖傳感器、磁感應(yīng)接近式傳感器組成。3.電磁閥組分揀單元的電磁閥組只使用了兩個二位五通的帶手控開關(guān)的單電控電磁閥,它們安裝在匯流板上。這兩個閥分別對白料推動氣缸和黑料推動氣缸的氣路進(jìn)行控制,以改變各自的動作狀態(tài)。二、氣動控制回路

分揀單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-17所示。圖中1B1為安裝在分揀一氣缸的前極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān),2B1為安裝在分揀二氣缸的前極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān),1Y1和2Y1分別為控制分揀一氣缸和分揀二氣缸的電磁閥的電磁控制端。三、PLC的I/O接線圖

在分揀單元中,傳感器信號占用5個輸入點,留出2個點提供給急停按鈕和啟動/停止按鈕作為本地主令信號,共需7點輸入;輸出點數(shù)為4,其中2個輸出點提供給變頻器使用。選用西門子S7-200-222AC/DC/RLY主單元,共8點輸入和6點繼電器輸出,分揀單元PLC的I/O接線圖如圖8-18所示。四、西門子MM420變頻器簡介

西門子MM420(MicroMaster420)是用于控制三相交流電動機(jī)速度的變頻器系列。該系列有多種型號,從單相電源電壓、額定功率120W到三相電源電壓、額定功率11kW均可供用戶選用。

MM420變頻器的原理圖如圖8-19所示。1.基本操作面板(BOP)的功能MM420變頻器基本操作面板(BOP)的外形如圖8-20所示。2.用基本操作面板(BOP)更改參數(shù)的數(shù)值改變參數(shù)P0004數(shù)值的步驟如表8-1所示,修改下標(biāo)參數(shù)P0719數(shù)值的步驟如表8-2所示。按照表中說明的類似方法,可以用“BOP”設(shè)定任何一個參數(shù)。3.MM420變頻器的參數(shù)設(shè)置(1)參數(shù)號和參數(shù)名稱。參數(shù)號是指該參數(shù)的編號。參數(shù)號用0000~9999的4位數(shù)字表示。當(dāng)參數(shù)號的前面冠以一個小寫字母“r”時,表示該參數(shù)是“只讀”的參數(shù)。(2)常用參數(shù)的設(shè)置。YL-335A上常用變頻器參數(shù)的設(shè)置值如表8-3所示,如果希望設(shè)置更多的參數(shù),則應(yīng)參考MM420用戶手冊。五、順序功能圖分揀單元的順序功能圖如圖8-21所示。六、參考程序編程要點(1)當(dāng)檢測到物料時,延遲一段時間后再啟動變頻器,以免物料還未被放穩(wěn)就啟動輸送帶而造成物料傾覆。(2)黑色和白色檢測傳感器是相同的傳感器,只是由于其靈敏度不同而檢測出不同顏色的物料。靈敏度高用于檢測黑色物料,靈敏度低用于檢測白色物料。故必須先檢測白色的物料,即前面的傳感器的靈敏度要調(diào)得低點,若調(diào)得高,則會造成黑白物料都會被推到第一個料倉內(nèi)。(3)推料氣缸沒有縮回到位傳感器。PARTTHREE任務(wù)五輸送單元一、輸送單元的結(jié)構(gòu)組成

輸送單元由抓取機(jī)械手裝置、步進(jìn)電動機(jī)傳動組件、PLC模塊、按鈕/指示燈模塊和接線端子排等部件組成,輸送單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-22所示。

1.氣動手指

氣動手指由一個二位五通雙向電控閥控制,帶狀態(tài)保持功能用于各個工作站抓物搬運。4.提升氣缸

提升氣缸由一個二位五通單向電控閥控制,用于整個機(jī)械手提升或下降。2.雙桿氣缸

雙桿氣缸由一個二位五通單向電控閥控制,用于控制手爪伸出或縮回。5.步進(jìn)電動機(jī)

步進(jìn)電動機(jī)傳動組件用以拖動抓取機(jī)械手裝置做往復(fù)直線運動,完成精確定位功能。3.回轉(zhuǎn)氣缸

回轉(zhuǎn)氣缸由一個二位五通單向電控閥控制,用于控制手臂正反90°旋轉(zhuǎn),氣缸的旋轉(zhuǎn)角度可以任意調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)范圍為0°~180°,通過節(jié)流閥下方的兩個固定緩沖器進(jìn)行調(diào)節(jié)。6.按鈕/指示燈模塊

該模塊放置在抽屜式模塊放置架上,模塊上安裝的所有元器件的引出線均連接到面板上的安全插孔中。二、氣動控制回路輸送單元的抓取機(jī)械手裝置是由氣動驅(qū)動的,其氣動控制回路的工作原理圖如圖8-23所示。

在圖8-23中,氣動驅(qū)動的手指氣缸的電磁閥采用的是二位五通的帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導(dǎo)控制閥(簡稱雙電控電磁閥),雙電控電磁閥采用兩端都為電磁線圈驅(qū)動的方式。雙電控電磁閥的外形如圖8-24所示。三、PLC的I/O接線圖

輸送單元PLC的輸入端和輸出端接線原理圖分別如圖8-25和圖8-26所示。四、順序功能圖

輸送單元的順序功能圖如圖8-27所示,學(xué)習(xí)者在編寫程序時可以參考該順序功能圖。五、步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動器

輸送單元所選用的步進(jìn)電動機(jī)是Kinco三相步進(jìn)電動機(jī)3S57Q-04056,與之配套的驅(qū)動器為Kinco3M458三相步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器。

1.步進(jìn)電動機(jī)技術(shù)參數(shù)

3S57Q-04056部分技術(shù)參數(shù)如表8-4所示。2.驅(qū)動器電氣參數(shù)

三相步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器主要電氣參數(shù)有:供電電壓為直流24~40V;輸出相電流3.0~5.8A;控制信號輸入電流6~20mA;冷卻方式為自然風(fēng)冷。

在3M458步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的側(cè)面連接端子中間有一個紅色的八位DIP功能設(shè)定開關(guān),可以用來設(shè)定驅(qū)動器的工作方式和工作參數(shù)。該DIP開關(guān)的序號位置如圖8-29所示,DIP開關(guān)的功能如表8-5所示,細(xì)分設(shè)定表如表8-6所示,輸出相電流設(shè)定表如表8-7所示。

3.步進(jìn)電動機(jī)傳動組件的基本技術(shù)數(shù)據(jù)

3S57Q-04056步進(jìn)電動機(jī)步距角為1.8°,即在無細(xì)分的條件下每200個脈沖電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈(通過驅(qū)動器設(shè)置細(xì)分精度最高可以達(dá)到10000個脈沖電動機(jī)轉(zhuǎn)一圈)。

步進(jìn)電動機(jī)傳動組件采用同步輪和同步帶傳動。同步輪齒距為5mm,共11個齒,即旋轉(zhuǎn)一周機(jī)械手裝置的位移為55mm。

YL-335A系統(tǒng)中為達(dá)到控制精度,驅(qū)動器細(xì)分設(shè)置為10000步/轉(zhuǎn)(每步機(jī)械手位移0.0055mm),電動機(jī)驅(qū)動電流設(shè)置為5.2A。

六、PLC的脈沖輸出功能

S7-200有兩個PTO/PWM發(fā)生器,用以建立高速脈沖串(PTO)或脈寬調(diào)節(jié)(PWM)信號波形。一個發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點Q0.0,另一個發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點Q0.1。其中,PTO提供方波(50%占空比)輸出,脈沖周期和數(shù)量可由用戶控制。七、使用位控向?qū)Ь幊?/p>

STEP7-Micro/WTNV4.0軟件的位控向?qū)茏詣犹幚鞵TO脈沖的單段管線和多段管線、脈寬調(diào)制、SM位置配置和創(chuàng)建包絡(luò)表。

本節(jié)將給出一個在YL-335A上實現(xiàn)簡單工作任務(wù)的例子,闡述使用位控向?qū)Ь幊痰姆椒ê筒襟E。YL-335A上實現(xiàn)步進(jìn)電動機(jī)運行所需的運動包絡(luò)如表8-8所示。

使用位控向?qū)Ь幊痰牟襟E如下。

(1)在STEP7-Micro/WTNV4.0軟件中執(zhí)行“工具”→“位置控制向?qū)?..”菜單命令,并在“位置控制向?qū)А睂υ捒蛑袉螕簟芭渲肧7-200PLC內(nèi)置PTO/PWM操作”單選按鈕,配置PTO/PWM操作如圖8-31所示。(2)單擊“下一步>”按鈕,選擇“Q0.0”選項,再次單擊“下一步>”按鈕,選擇“線性脈沖輸出(PTO)”選項,選擇“線性脈沖輸出(PTO)”操作如圖8-32所示。(3)單擊“下一步>”按鈕,填寫最高電機(jī)速度“90000”和電機(jī)的啟動/停止速度“600”,填寫最高電機(jī)速度和電機(jī)的啟動/停止速度操作如圖8-33所示。(4)單擊“下一步>”按鈕,填寫電機(jī)加速時間“1500”和電機(jī)減速時間“200”,電機(jī)加速時間和減速時間配置過程如圖8-34所示。

(5)單擊“下一步>”按鈕,出現(xiàn)配置運動包絡(luò)界面,運動包絡(luò)配置過程如圖8-35所示,單擊“新包絡(luò)”按鈕,打開提示對話框“增加一個新的運動包絡(luò)嗎?”,選擇“是”。圖8-35中新建了包絡(luò)“0”,一個包絡(luò)內(nèi)可以完成29步獨立動作,在本系統(tǒng)中只需要單步即梯形加速曲線。在“為包絡(luò)0選擇操作模式”下拉列表中選擇“相對位置”選項,在“步0的目標(biāo)速度”數(shù)值框中輸入“60000”,在“步0的結(jié)束位置”數(shù)值框中輸入“85600”,速度和位置參數(shù)配置過程如圖8-36所示。

以上已完成一個包絡(luò)的設(shè)置,按上述方法可以將表8-10中剩余序號為2、3