电气自动化毕业设计(论文)基于N：N网络的自动化生产线的组态与实现

毕业设计报告（论文）题 目： 基于N：N网络的自动化生产线的组态与实现 所 属 系： 班 级： 学 员 姓 名： 学 号： 同 组 成 员： 指 导 教 师： 摘 要自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产过程。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元作为自动生产线的整体设计，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。所以，本设计综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。关键字：网络 组态 自动化 PLC 电机目 录第一章 概 述1第二章 自动生产线的组成及基本功能22.1 基本组成22.2 基本功能3第三章 电气控制73.1 接线端子及主令部件73.2 能源部件93.3 RS485总线的电气连接11第四章 供料与加工单元控制系统124.1 供料单元的结构和工作过程124.2 供料单元的PLC工作任务134.3 加工单元的结构和工作过程144.4 加工单元PLC工作任务144.5 PLC的I/O分配及系统安装接线154.6 供料加工单元气动控制回路17第五章 装配单元控制系统195.1 装配单元的结构与工作过程195.2 装配单元PLC工作任务195.3 PLC的I/O分配及系统安装接线205.4 装配单元的气动控制回路21第六章 分拣单元控制系统236.1 分拣单元的结构和工作过程236.2 旋转编码器的电气接线236.3 三菱 FR-E700变频器的使用246.4 分拣单元的PLC工作任务276.5 分拣单元PLC的I/O接线286.6 分拣单元的气动控制回路30第七章 输送单元控制系统317.1 输送单元的结构与工作过程317.2 松下MINASA4系列AC伺服电机驱动器简介317.3 输送单元的PLC工作任务357.4 输送单元的PLC的I/O 接线377.5 输送单元气动控制回路39总 结40致 谢40参考文献41附录1 供料与加工单元电气原理图42附录2 装配单元PLC接线原理图43附录3 分拣单元PLC接线原理图44附录4 输送单元PLC接线原理图4545第一章 概 述二十世纪以来，为了实现自动化，人们研究和制造了成千上万种自动控制系统，极大地推动了生产劳动、社会服务、军事工程和科学研究等活动。随着自动化技术的发展，这是机械化、电气化和自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产设备自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化（FA）。 现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。本系统模拟一个生产流水线的生产过程，完成一个工件的拆卸、分拣工作。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。整个过程要充分考虑生产过程中所出现的情况，对各种生产要求进行处理，系统分成五个操作站：供料站、安装站、加工站、运输站、分拣站。整个系统基于三菱PLC的N：N网络，包括变频控制、伺服控制等，是各种电气控制的综合应用。本课题由我和朱廷同学共同完成，在项目实施过程中，朱廷同学主要负责程序的编制，我主要负责机械部分的安装、电气原理图和气路的设计和连接、变频器和伺服放大器的参数设置。第二章 自动生产线的组成及基本功能2.1 基本组成自动生产线由安装在铝合金导轨式台面上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观如图2-1所示。图2-1 自动生产线外观图其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。设计中应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。2.2 基本功能各工作单元在台面上的分布如图2-2的俯视图所示。310430350560图2-2 自动生产线设备俯视图各个单元的基本功能如下：1、供料单元的基本功能：供料单元是本次设计中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。如图2-3所示为供料单元实物的全貌。图2-3 供料单元实物的全貌2、加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。如图2-4所示为加工单元实物的全貌。图2-4 加工单元实物的全貌3、装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。装配单元总装实物图如2-5。图2-5 装配单元总装实物图4、分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。如图2-6所示分拣单元实物的全貌。图2-6 分拣单元实物的全貌5、输送单元的基本功能：该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。输送单元的外观如图2-7所示。图2-7 输送单元外观图直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视工作目的而定。本次任务配置为伺服电机。第三章 电气控制3.1 接线端子及主令部件3.1.1 接线端子本次任务的设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。因此，工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。解决方案是：机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。图3-1和图3-2分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。图3-1 装置侧接线端口图3-2 PLC侧接线端口装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC24V电源的+24V端，底层端子用以连接DC24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。底层端子用以连接DC24V电源的+24V端和0V端。装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连结。其中25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。3.1.2 控制系统任务每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。按钮指示灯模块如图3-3所示。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。图3-3 按钮指示灯模块模块盒上器件包括：指示灯（24VDC）：黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。主令器件：绿色常开按钮SB1一只红色常开按钮SB2一只选择开关SA（一对转换触点）急停按钮QS（一个常闭触点）2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于采用三菱FX系列PLC的设备，各工作站PLC配置如下：输送单元：FX1N-40MT主单元，共24点输入，16点晶体管输出。供料单元：FX2N-32MR主单元，共16点输入，16点继电器输出。加工单元：FX2N-32MR主单元，共16点输入，16点继电器输出。装配单元：FX2N-48MR主单元，共24点输入，24点继电器输出。分拣单元：FX2N-32MR主单元，共16点输入，16点继电器输出。3.2 能源部件3.2.1 供电电源外部供电电源为三相五线制AC 380V/220V，图3-4为供电电源模块一次回路原理图。图中，总电源开关选用DZ47LE-32/C32型三相四线漏电开关。系统各主要负载通过自动开关单独供电。其中，变频器电源通过DZ47C16/3P三相自动开关供电；各工作站PLC均采用DZ47C5/2P单相自动开关供电。此外，系统配置4台DC24V6A开关稳压电源分别用作供料、加工和分拣单元，及输送单元的直流电源。图3-4 供电电源模块一次回路原理图图3-5 配电箱设备安装图3.2.2 气源处理装置本次任务的气源处理组件及其回路原理图分别如图3-6所示。气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，调节并保持恒定的工作压力。在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之把气路开关向右推入时气路关闭。图3-6 气源处理组件气源处理组件输入气源来自空气压缩机，所提供的压力为0.61.0MPa, 输出压力为00.8MPa可调。输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元。3.3 RS485总线的电气连接3.3.1 安装和连接N:N 通信网络网络安装前，应断开电源。各站PLC应插上485-BD通信板。它的LED 显示/端子排列如图3-7所示。图3-7 485-BD板显示/端子排列在N：N链接网络，各站点间用屏蔽双绞线相连，如图3-8所示，接线时须注意终端站要接上110欧姆的终端电阻（485BD板附件）。图3-8 PLC链接网络连接第四章 供料与加工单元控制系统4.1 供料单元的结构和工作过程供料单元的主要结构组成为：工件装料管，工件推出装置，支撑架，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。其中，机械部分结构组成如图4-1所示。图4-1 供料单元的主要结构组成其中，管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到出料台上。它主要由管形料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。该部分的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。在底座和管形料仓第4层工件位置，分别安装一个漫射式光电开关。它们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。若该部分机构内没有工件，则处于底层和第4层位置的两个漫射式光电接近开关均处于常态；若仅在底层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而第4层处光电接近开关常态，表明工件已经快用完了。这样，料仓中有无储料或储料是否足够，就可用这两个光电接近开关的信号状态反映出来。推料缸把工件推出到出料台上。出料台面开有小孔，出料台下面设有一个园柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，以便向系统提供本单元出料台有无工件的信号。在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。4.2 供料单元的PLC工作任务本章节只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况，单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。并且，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。具体的控制要求为： 设备上电和气源接通后，若工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且料仓内有足够的待加工工件，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。 若设备准备好，按下启动按钮，工作单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。启动后，若出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上。出料台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。 若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，HL2指示灯熄灭。 若在运行中料仓内工件不足，则工作单元继续工作，但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁，“设备运行”指示灯HL2保持常亮。若料仓内没有工件，则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪烁。工作站在完成本周期任务后停止。除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。4.3 加工单元的结构和工作过程加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。加工单元装置侧主要结构组成为：加工台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，底板等。其中，该单元机械结构总成如图4-2所示。图4-2 加工单元机械结构总成4.4 加工单元PLC工作任务加工单元作为独立设备运行时的情况，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关应置于“单站方式”位置。具体的控制要求为：1、初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪松开的状态，冲压气缸处于缩回位置，急停按钮没有按下。若设备在上述初始状态，则 “正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。2、若设备准备好，按下启动按钮，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当待加工工件送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。3、在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。HL2指示灯熄灭。4.5 PLC的I/O分配及系统安装接线1、供料加工单元装置侧的接线端口上各电磁阀和传感器的引线安排如表4-1所示。表4-1 供料加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配输入端口中间层输出端口中间层端子号设备符号信号线端子号设备符号信号线21B1顶料到位21Y顶料电磁阀31B2顶料复位32Y推料电磁阀42B1推料到位43 Y夹紧电磁阀52B2推料复位54 Y伸缩电磁阀6SC1供料台物料检测65 Y冲压电磁阀7SC2物料不足检测8SC3物料有无检测9SC4金属材料检测10SC5加工台物料检测113B1工件夹紧检测124B1加工台伸出到位134B2加工台缩回到位145B1加工压头上限155B2加工压头下限16#17#端子没有连接7#14#端子没有连接2，根据工作单元装置的I/O信号分配（表4-1）和工作任务的要求，供料单元PLC选用FX2N-32MR主单元，共16点输入和16点继电器输出。同时选用三菱FX2N-8ER扩展模块，共4点输入和4点继电器输出。PLC的I/O信号分配如表4-2所示，接线原理图则见附录1。表4-2 供料加工单元PLC的I/O信号表输入信号输出信号序号PLC输入点信号名称信号来源序号PLC输出点信号名称信号来源1X0顶料气缸伸出到位装置侧1Y0顶料电磁阀装置侧2X1顶料气缸缩回到位2Y1推料电磁阀3X2推料气缸伸出到位3Y2夹紧电磁阀4X3推料气缸缩回到位4Y3料台伸缩电磁阀5X4出料台物料检测5Y4冲压电磁阀6X5供料不足检测6Y57X6缺料检测7Y68X7金属工件检测89X10加工台物料检测9Y7正常工作指示按钮/指示灯模块10X11工件夹紧检测10Y10运行指示11X12加工台伸出到位12X13加工台缩回到位13X14加工压头上限14X15加工压头下限15X1616X1717X20停止按钮按钮/指示灯模块18X21启动按钮19X22急停按钮20X23工作方式选择4.6 供料加工单元气动控制回路供料单元气动控制回路的工作原理如图4-3所示。图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。图4-3 供料单元气动控制回路工作原理图加工单元的气动控制元件均采用二位五通单电控电磁换向阀，各电磁阀均带有手动换向和加锁钮。它们集中安装成阀组固定在冲压支撑架后面。气动控制回路的工作原理如图4-4所示。1B1和1B2为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在加工台伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，3B1为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、加工台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制端。图4-4 加工单元气动控制回路工作原理图第五章 装配单元控制系统5.1 装配单元的结构与工作过程装配单元的结构组成包括：管形料仓，供料机构，回转物料台，机械手，待装配工件的定位机构，气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。其中，机械装配图如图5-1所示：图5-1 装配单元机械装配图5.2 装配单元PLC工作任务1、装配单元各气缸的初始位置为：挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够的小园柱零件；装配机械手的升降气缸处于提升状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，且料仓上已经有足够的小园柱零件；工件装配台上没有待装配工件。则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。2、若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。如果回转台上的左料盘内没有小园柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。3、如果回转台上的右料盘内有小园柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配机械手抓取小园柱零件，放入待装配工件中的操作。4、完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。5、若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满足的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。6、在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。5.3 PLC的I/O分配及系统安装接线装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表5-1所示。表5-1 装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配输入端口中间层输出端口中间层端子号设备符号信号线端子号设备符号信号线2SC1零件不足检测21Y挡料电磁阀3SC2零件有无检测32Y顶料电磁阀4SC3左料盘零件检测43Y回转电磁阀5SC4右料盘零件检测54Y手爪夹紧电磁阀6SC5装配台工件检测65Y手爪下降电磁阀71B1顶料到位检测76Y手臂伸出电磁阀81B2顶料复位检测8AL1红色警示灯92B1挡料状态检测9AL2橙色警示灯102B2落料状态检测10AL3绿色警示灯115B1摆动气缸左限检测11125B2摆动气缸右限检测12136B2手爪夹紧检测13144B2手爪下降到位检测14154B1手爪上升到位检测163B1手臂缩回到位检测173B2手臂伸出到位检测装配单元的I/O点较多，选用三菱FX2N-48MR主单元，共24点输入，24点继电器输出。PLC的I/O分配如表5-2所示。PLC接线原理图见附录2。表5-2 装配单元PLC的I/O信号表输入信号输出信号序号PLC输入点信号名称信号来源序号PLC输出点信号名称信号来源1X000零件不足检测装置侧1Y000挡料电磁阀装置侧2X001零件有无检测2Y001顶料电磁阀3X002左料盘零件检测3Y002回转电磁阀4X003右料盘零件检测4Y003手爪夹紧电磁阀5X004装配台工件检测5Y004手爪下降电磁阀6X005顶料到位检测6Y005手臂伸出电磁阀7X006顶料复位检测7Y006红色警示灯8X007挡料状态检测8Y007橙色警示灯9X010落料状态检测9Y010绿色警示灯10X011摆动气缸左限检测10Y01111X012摆动气缸右限检测11Y01212X013手爪夹紧检测12Y01313X014手爪下降到位检测13Y01414X015手爪上升到位检测14Y015HL1按钮/指示灯模块15X016手臂缩回到位检测15Y016HL216X017手臂伸出到位检测16Y017HL317X02018X02119X02220X02321X024停止按钮按钮/指示灯模块22X025启动按钮23X026急停按钮24X027单机/联机5.4 装配单元的气动控制回路装配单元的阀组6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如图5-2所示。这些阀分别对供料，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。气动控制回路图如图5-3所示。 图5-2 装配单元的阀组 在进行气路连接时，请注意各气缸的初始位置，其中，挡料气缸在伸出位置，手爪提升气缸在提起位置。图5-3 装配单元气动控制回路第六章 分拣单元控制系统6.1 分拣单元的结构和工作过程分拣单元是本次设计中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣。使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。分拣单元主要结构组成为：传送和分拣机构，传动带驱动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，按钮/指示灯模块及底板等。其中，机械部分的装配总成如图6-1所示。图6-1 分拣单元的机械结构总成6.2 旋转编码器的电气接线旋转编码器有五个接线端子，每根导线的颜色不同，五根导线的颜色分别为白、绿、黄、灰、蓝其中白、绿、黄三根的分别代表（B）、（A）、（Z）三相。灰色和蓝色连接电源。灰色接电源正24V，蓝色接电源0V。6.3 三菱 FR-E700变频器的使用6.3.1 FR-E700变频器的安装和接线在使用三菱PLC的同时，变频器选用三菱FR-E700系列变频器中的FR-E740-0.75K-CHT型变频器，该变频器额定电压等级为三相400V，适用电机容量0.75kW及以下的电动机。FR-E700系列变频器的外观和型号的定义如图6-2所示。FR-E700系列变频器是FR-E500系列变频器的升级产品，是一种小型、高性能变频器。在本次介绍着重于变频器的接线、常用参数的设置等方面。图6-2 FR-E700系列变频器FR-E740系列变频器主电路的通用接线如图6-3所示。图6-3 FR-E740系列变频器主电路的通用接线图中有关说明如下：端子P1、P/+之间用以连接直流电抗器，不须连接时，两端子间短路。P/+与PR之间用以连接制动电阻器，P/+与N/-之间用以连接制动单元选件。YL-335B设备均未使用，故用虚线画出。交流接触器MC用作变频器安全保护的目的，注意不要通过此交流接触器来启动或停止变频器，否则可能降低变频器寿命。在本次设计系统中，没有使用这个交流接触器。进行主电路接线时，应确保输入、输出端不能接错，即电源线必须连接至R/L1、S/L2、T/L3，绝对不能接U、V、W，否则会损坏变频器。FR-E740系列变频器控制电路的接线如图6-4所示。图6-4 FR-E700变频器控制电路接线图本次FR-E700变频器的模拟量给定采用0-5V电压给定，模拟量模块采用三菱FX0N-3A。FR-E700变频器与三菱FX0N-3A的电路的接线如图6-5所示。图6-5 FR-E700变频器与三菱FX0N-3A的电路的接线图本次设计所用到的控制电路端子的功能说明如表6-1所示。表6-1 控制电路输入端子的功能说明种类端子编号端子名称端子功能说明接点输入STF正转启动STF信号ON时为正转、OFF时为停SD接点输入公共端（漏型）（初始设定）接点输入端子（漏型逻辑）的公共端子。外部晶体管公共端（源型）源型逻辑时当连接晶体管输出（即集电极开路输出）、例如可编程控制器（PLC）时，将晶体管输出用的外部电源公共端接到该端子时，可以防止因漏电引起的误动作。DC24V电源公共端DC24V 0.1A电源（端子PC）的公共输出端子。与端子5及端子SE绝缘。频率设定2频率设定（电压）如果输入DC05V （或010V），在5V （10V）时为最大输出频率，输入输出成正比。通过Pr.73 进行DC05V（初始设定）和DC010V输入的切换操作。5频率设定公共端频率设定信号（端子2或4）及端子AM的公共端子。请勿接大地。6.3.2 FR-E740变频器的本次参数的设定FR-E740变频器本次参数的设定如表6-2所示。表6-2 FR-E740变频器本次参数的设定表参数号参数意义设定参数备 注Pr.7加速时间1.0s电机加速时间为1.0sPr.8减速时间0.8s电机减速时间为0.8sPr.73模拟量输入选择1采用0-5V直流电压给定Pr.61基准电流0.18A以0.18A为（电机额定电流）基准Pr.83电机额定电压380V电机额定电压为380VPr.79运行摸式选择2外部运行模式固定6.4 分拣单元的PLC工作任务1、设备的工作目标是完成对白色芯金属工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金属或塑料工件进行分拣。为了在分拣时准确推出工件，要求使用旋转编码器作定位检测。并且工件材料和芯体颜色属性应在推料气缸前的适应位置被检测出来。2、设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸均处于缩回位置，则 “正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。3、若设备准备好，按下启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器即启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz的速度，把工件带往分拣区。如果工件为白色芯金属件，则该工件对到达1号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到1号槽中；如果工件为白色芯塑料，则该工件对到达2号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到2号槽中；如果工件为黑色芯，则该工件对到达3号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到3号槽中。工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期结束。仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。如果在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。6.5 分拣单元PLC的I/O接线1、根据工作任务要求，分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表6-3所示。表6-3 分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配输入端口中间层输出端口中间层端子号设备符号信号线端子号设备符号信号线2DECODE旋转编码器B相21Y推杆1电磁阀3旋转编码器A相32Y推杆2电磁阀4旋转编码器Z相43Y推杆3电磁阀5SC1进料口工件检测6SC2金属传感器17SC3光纤传感器891B推杆1推出到位102B推杆2推出到位113B推杆3推出到位12#17#端子没有连接5#14#端子没有连接2、PLC的I/O信号表见表6-4，I/O接线原理图见附录3所示。表6-4 分拣单元PLC的I/O信号表输入信号输出信号序号PLC输入点信号名称信号来源序号PLC输出点信号名称信号输出目标1X000旋转编码器B相装置侧1Y000STF变频器2X001旋转编码器A相2Y001RH变频器3X002旋转编码器Z相34X003进料口工件检测45X004电感式传感器56X005光纤传感器6Y004推杆1电磁阀7X0067Y005推杆2电磁阀8X007推杆1推出到位8Y006推杆3电磁阀9X010推杆2推出到位9Y007HL1按钮/指示灯模块10X011推杆3推出到位10Y010HL211X012启动按钮按钮/指示灯模块11Y011HL312X013停止按钮13X014急停按钮14X015单站/全线6.6 分拣单元的气动控制回路分拣单元的电磁阀组使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。这三个阀分别对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。本单元气动控制回路的工作原理如图6-6所示。图中1A、2A和3A分别为分拣一气缸、分拣二气缸和分拣三气缸。1B1、2B1和3B1分别为安装在各分拣气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制3个分拣气缸电磁阀的电磁控制端。图5-6 分拣单元气动控制回路工作原理图第七章 输送单元控制系统7.1 输送单元的结构与工作过程输送单元工艺功能是：驱动其抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台，在物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。输送单元在网络系统中担任着主站的角色，它接收来自触摸屏的系统主令信号，读取网络上各从站的状态信息，加以综合后，向各从站发送控制要求，协调整个系统的工作。输送单元由抓取机械手装置、直线运动传动组件、拖链装置、PLC模块和接线端口以及按钮/指示灯模块等部件组成。图7-1是安装在工作台面上的输送单元装置侧部分。图7-2 伺服电机结构概图图7-1 输送单元装置侧部分7.2 松下MINASA4系列AC伺服电机驱动器简介在输送单元上中，采用了松下MHMD022P1U永磁同步交流伺服电机，及MADDT1207003全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制装置。松下MHMD022P1U永磁同步交流伺服电机结构概图如图7-2。MHMD022P1U的含义：MHMD表示电机类型为大惯量，02表示电机的额定功率为200W，2表示电压规格为200V，P表示编码器为增量式编码器，脉冲数为2500p/r，分辨率10000，输出信号线数为5根线。MADDT1207003的含义：MADDT表示松下A4系列A型驱动器，T1表示最大瞬时输出电流为10A，2表示电源电压规格为单相200V，07表示电流监测器额定电流为7.5A，003表示脉冲控制专用。驱动器的外观和面板如图7-3所示。图7-3 伺服驱动器的面板图7.2.1 MADDT1207003伺服驱动器的安装和接线MADDT1207003伺服驱动器面板上有多个接线端口，其中：X1：电源输入接口，AC220V电源连接到L1、L3主电源端子，同时连接到控制电源端子L1C、L2C上。X2：电机接口和外置再生放电电阻器接口。U、V、W端子用于连接电机。必须注意，电源电压务必按照驱动器铭牌上的指示，电机接线端子（U、V、W）不可以接地或短路，交流伺服电机的旋转方向不象感应电动机可以通过交换三相相序来改变，必须保证驱动器上的U、V、W、E接线端子与电机主回路接线端子按规定的次序一一对应，否则可能造成驱动器的损坏。电机的接线端子和驱动器的接地端子以及滤波器的接地端子必须保证可靠的连接到同一个接地点上。机身也必须接地。RB1、RB2、RB3端子是外接放电电阻，MADDT1207003的规格为100/10W，本次没有使用外接放电电阻。X6：连接到电机编码器信号接口，连接电缆应选用带有屏蔽层的双绞电缆，屏蔽层应接到电机侧的接地端子上，并且应确保将编码器电缆屏蔽层连接到插头的外壳（FG）上。X5：I/O控制信号端口，其部分引脚信号定义与选择的控制模式有关，输送单元中，伺服电机用于定位控制，选用位置控制模式。所采用的是简化接线方式，如图7-4所示。图7-4 伺服驱动器电气接线图7.2.2 参数的设置MADDT1207003伺服驱动器的参数共有128个，Pr00-Pr7F，可以通过与PC连接后在专门的调试软件上进行设置，也可以在驱动器上的面板上进行设置。在PC上安装，通过与伺服驱动器建立起通信，就可将伺服驱动器的参数状态读出或写入，非常方便，见图7-5。因为本次参数设置较少，所以通过驱动器上操作面板来完成。操作面板如下图7-6所示。各个按钮的说明如表7-1。转速监测端子转矩监测端子轴地址选择开关显示单元 图7-5 驱动器参数设置软件Panaterm 图7-6 驱动器参数设置面板 表7-1 伺服驱动器面板按钮的说明按键说明激活条件功能在模式显示时有效在以下5种模式之间切换：1）监视器模式；2)参数设置模式；3）EEPROM写入模式；4）自动调整模式；5）辅助功能模式。一直有效用来在模式显示和执行显示之间切换仅对小数点闪烁的哪一位数据位有效改变个模式里的显示内容、更改参数、选择参数或执行选中的操作把移动的小数点移动到更高位数面板参数设置的操作：1参数设置，先按“Set”键，再按“Mode”键选择到“Pr00”后，按向上、下或向左的方向键选择通用参数的项目，按“Set”键进入。然后按向上、下或向左的方向键调整参数，调整完后，按“S”键返回。选择其它项再调整。2参数保存，按“M”键选择到“EE-SET”后按“Set”键确认，出现“EEP -”，然后按向上键3秒钟，出现“FINISH”或“reset”，然后重新上电即保存。3手动JOG运行，按“Mode”键选择到“AF-ACL”，然后按向上、下键选择到“AF-JOG”按“Set”键一次，显示“JOG -”，然后按向上键3秒显示“ready”，再按向左键3秒出现“sur-on”锁紧轴，按向上、下键，点击正反转。注意先将S-ON断开。7.2.3 MADDT1207003伺服驱动器本次的参数的设定本次伺服电机驱动器参数设置，如下表7-2。表7-2 伺服参数设置表格序号参数设置数值功能和含义参数编号参数名称1Pr01LED初始状态1显示电机转速2Pr02控制模式0位置控制（相关代码P）3Pr04行程限位禁止输入无效设置2当左或右限位动作，则会发生Err38行程限位禁止输入信号出错报警。设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。4Pr20惯量比1678该值自动调整得到，具体请参AC 5Pr21实时自动增益设置1实时自动调整为常规模式，运行时负载惯量的变化情况很小。6Pr22实时自动增益的机械刚性选择1此参数值设得很大，响应越快。7Pr41指令脉冲旋转方向设置1指令脉冲 + 指令方向。设置此参数值必须在控制电源断电重启之后才能修改、写入成功。8Pr42指令脉冲输入方式39Pr48指令脉冲分倍频第1分子10000现编码器分辨率为10000（2500p/r4），参数设置如表，则，10Pr49指令脉冲分倍频第2分子011Pr4A指令脉冲分倍频分子倍率012Pr4B指令脉冲分倍频分母60007.3 输送单元的PLC工作任务 1、输送单元在通电后，按下复位按钮SB1，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。在复位过程中，“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁。当抓取机械手装置回到原点位置，且输送单元各个气缸满足初始位置的要求，则复位完成，“正常工作”指示灯HL1常亮。按下起动按钮SB2，设备启动，“设备运行”指示灯HL2也常亮，开始功能测试过程。2、正常功能测试 抓取机械手装置从供料站出料台抓取工件，抓取的顺序是：手臂伸出手爪夹紧抓取工件提升台上升手臂缩回。 抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置向加工站移动，移动速度不小于300mm/s。 机械手装置移动到加工站物料台的正前方后，即把工件放到加工站物料台上。抓取机械手装置在加工站放下工件的顺序是：手臂伸出提升台下降手爪松开放下工件手臂缩回。 放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取加工站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。 抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后把工件放到装配站物料台上。其动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。 放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取装配站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。 机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90，伺服电机驱动机械手装置从装配站向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。 放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电机驱动机械手装置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，摆台顺时针旋转90，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。当抓取机械手装置返回原点后，一个测试周期结束。当供料单元的出料台上放置了工件时，再按一次启动按钮SB2，开始新一轮的测试。3、非正常运行的功能测试若在工作过程中按下急停按钮QS，则系统立即停止运行。在急停复位后，应从急停前的断点开始继续运行。但是若急停按钮按下时，输送站机械手装置正在向某一目标点移动，则急停复位后输送站机械手装置应首先返回原点位置，然后再向原目标点运动。在急停状态，绿色指示灯HL2以1Hz的频率闪烁，直到急停复位后恢复正常运行时，HL2恢复常亮。7.4 输送单元的PLC的I/O 接线1、根据工作任务要求，输送单元的装置侧的接线端口信号端子的分配如表7-3所示。表7-3 分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配输入端口中间层输出端口中间层端子号设备符号信号线端子号设备符号信号线2SC1原点传感器检测21Y推杆1电磁阀31K右限位保护32Y推杆2电磁阀42K左限位保护43Y推杆3电磁阀51B1机械手抬升下限检测61B2机械手抬升上限检测72B1机械手旋转左限检测82B2机械手旋转右限检测93B1机械手伸出检测103B2机械手缩回检测114B1机械手夹紧检测12#17#端子没有连接5#14#端子没有连接2、基于上述考虑，选用三菱FX1N-40MT PLC，共20点输入，20点晶体管输出。输送单元PLC的I/O信号分配见表7-4，I/O接线原理图见附录4所示。表7-4 输送单元PLC的 I/O信号表输入信号输出信号序号PLC输入点信号名称信号来源序号PLC输出点信号名称信号来源1X000原点传感器检测装置侧1Y000脉冲装置侧2X001右限位保护2Y001方向3X002左限位保护3Y0024X003机械手抬升下限检测4Y003抬升台上升电磁阀5X004机械手抬升上限检测装置侧5Y004回转气缸左旋电磁阀6X005机械手旋转左限检测6Y005回转气缸右旋电磁阀7X006机械手旋转右限检测7Y006手爪伸出电磁阀8X007机械手伸出检测8Y007手爪夹紧电磁阀9X010机械手缩回检测9Y010手