YL-335F型自动化生产线设计

毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 1 页 装 订 线 毕 业 论 文 课题名称 亚龙 YL 335F 型自动化生产线设计 系 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 2001 年 5 月 日 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 2 页 装 订 线 摘 要 随着科技的不断发展 现代化的自动生产设备越来越多的运用到工业生产中 因此 培养 掌握机电一体化技术 掌握 PLC 技术及 PLC 网络技术的技术人才是当务之急 亚龙 YL 335F 型 工业电气自动化及网络实训装置是一台针对于培养机电一体化技术的人才的实训设备 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置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 变频器技术等工业中常用的多 种技术 本文主要阐述了亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置基本的组成结构和功能 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置在铝合金导轨式实训台上安装供料 洗瓶 灌 装 加盖 分拣等工作单元 构成一个典型的啤酒自动灌装生产线的机械平台 系统各机构采 用了气动驱动 变频器驱动和步进控制 在控制方面 使用西门子 S7 300PLC S7 200PLC 及各 扩展模块 通过 PROFIBUS DP 组态 使得各个 PLC 及各个模块之间互相通讯 实现各个独立单元 的数据通讯 另外 通过编码器对位置的控制 各个单元能很好的实现本单元的功能 在该设 备中 我们还使用了人机界面面 通过触摸屏 控制生产线的启动 停止等功能 关键词 PROFIBUS DP 人机界面 传感器应用技术 气动控制技术 机械技术 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 3 页 装 订 线 Abstract With the continuous development of science and technology modern automatic production equipment more and more applied to industrial production Therefore cultivation of master electromechanical integration technology grasps the PLC technology and PLC network technology talent is critical Yalong YL 335F type industrial electrical automation and network training device is a based on cultivating the mechatronics technology talent training equipment Yalong YL 335F type industrial electrical automation and network training device comprehensive application of various technical knowledge such as pneumatic control technology mechanical technology mechanical transmission mechanical connection etc sensor application technology PLC control and network inverter technology industry commonly used many kinds of technology This article mainly expounds the yalong YL 335F type industrial electrical automation and network training device basic composition structure and function Yalong YL 335F type industrial electrical automation and network training device in aluminum alloy guide type training platform for feeding washing bottles installation filling and be capped sorting etc unit constitute a typical beer automatic filling line mechanical platform system agencies adopted pneumatic drive frequency converter drive and stepping control In control the use of Siemens s7 300 s7 200 PLC and mill each extension module through the PROFLBUS DP configuration making each PLC and each module to realize mutual communication between each independent unit data communications In addition through the encoder to position control each unit can be a very good realizing the function of this unit In the device we still USES the man machine key surface through the touch screen control line start and stop and other functions Keywords PROFLBUS DP The man machine key surface sensor application technology pneumatic control technology mechanical technology 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 4 页 装 订 线 目 录 1 亚龙 YL 335F型工业电气自动化及网络实训设备 5 1 1 概述 5 1 2 配置 5 1 3 设备总体结构 5 1 4 技术参数 5 2 亚龙 YL 335F 型生产线机构说明 7 2 1 工作原理 7 2 2 供料单元 7 2 3 清洗单元 8 2 4 灌装单元 9 2 5 加压盖单元 10 2 6 贴标机构 11 2 7 输送分拣及存储单元 12 2 8 控制模块介绍 12 2 8 1 PLC 模块 12 2 8 2 触摸屏控制 13 2 8 3 电源及指示报警显示 13 2 9 电气接线 13 3 1 气动控制系统 15 3 2 传感器使用说明 16 3 2 1 常用传感器的使用说明 16 3 3 2 磁性开关的使用说明 19 3 3 3 步进电机的使用说明 20 4 变频器 23 4 1 MM420 变频器的安装和接线 23 4 2 MM420 变频器的 BOP 操作面板 25 4 3 MM420 变频器的参数 27 4 4 MM420 变频器的参数访问 28 5 网络控制方案 30 总 结 35 致 谢 36 参考文献 37 西门子 S7 300I O 分配图 38 西门子 S7 200I O 分配图 39 附录 2 40 附图一 220V 电源原理图 40 附图二 S7 300 远程 I O 电源接线图 41 附图三 供料单元接线原理图 42 附图四 清洗单元接线原理图 43 附图五 灌装单元接线原理图 44 附图六 封盖单元接线原理图输入端 45 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 5 页 装 订 线 附图七 封盖单元接线原理图输出端 46 附图八 压盖单元接线原理图 47 附图九 检测分拣单元接线原理图输入端 48 附图十 检测分拣单元接线原理图输出端 49 附图十一 贴标单元接线原理图 50 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 6 页 装 订 线 1 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训设备 1 1 概述 该装置为机械 现代自动化控制 传感器应用技术等技术应用 研发方向的学生 研究生 及老师 提供一个开放性 技术实操性强的实训平台 整套设备模拟工业自动化生产线的生产 过程 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置在铝合金导轨式实训台上安装供料 洗 瓶 灌装 加盖 分拣等工作单元 构成一个典型的啤酒自动灌装生产线的机械平台 系统各 机构的采用了气动驱动 变频器驱动和步进控制 因此 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网 络实训装置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 变频器技术等工业中常用的多种技术 电气部分包括可编程控制器 气动系统 以及各种检测传感器组成的检测系统 传动执行部分有气缸传动 皮带传动 驱动 部分包括气动系统等 1 2 配置 该装置配置了可编程控制器 西门子 S7 200 S7 300 气动装置 液压装置 传感器 供 料装置 清洗装置 灌装装置 加压盖装置 贴标装置 分拣装置等实训机构 整个系统为模 块化结构 提供开放式实训平台 实训可根据不同的实训要求进行组合 系统的控制部分采用可编程控制器 西门子 S7 200 S7 300 执行机构由气动电磁阀 气 缸构成的气压驱动装置 实现了整个系统连续自动运行 整个实训装置的单元之间信号控制线 与驱动信号线都引到接线排上 又保证电路连接的快速 安全和可靠 1 3 设备总体结构 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 7 页 装 订 线 元 清洗单元 灌装单元 加压盖单元 贴标单元和分拣单元 6 个单元组成 在亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置上应用了磁感应式接近开关 或称磁性 开关 电感式接近开关 对射光电传感器 漫反射光电开关和光纤型光电传感器等多种类型的 传感器 分别用于判断物体的运动位置 物体的材质 气缸所处状态等多种功能 在亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置上采用了多种 PLC 模块 如 西门子 S 700 西门子数字量输出模块 西门子 ET200M 分布式接口模块等 可以满足多种控制需求 1 4 技术参数 1 工作电源 220VAC 10 50 Hz 2 设备外形尺寸 长 宽 高 1490 mm 885 mm 855 mm 3 电脑桌外形尺寸 长 宽 高 600mm 530mm 1000mm 4 台架材料 铝钢结构 5 整机消耗视在功率 1 KVA 6 安全保护措施 具有接地保护 漏电过载过流保护功能 具有误操作保护功能 安全性 符合相关的国标标准 所有材质均符合环保标准 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 8 页 装 订 线 2 亚龙 YL 335F 型生产线机构说明 2 1 工作原理 系统上电后在 若系统不再初始位置 则检查各气缸是否在初始位置 当系统复位到初始 位置后 料仓检测传感器检测料仓有工件时 系统处于可运行状态 系统启动后 供料单元开 始供料 供料完成后 启动输送单元对工件进行搬运 到达清洗单元后 启动清洗单元 对工 件进行模拟清洗动作 清洗完成后输送单元继续工作 把工件搬运到灌装单元 进行模拟灌装 灌装单元工作完成后 输送单元继续工作把工件搬运到加压盖单元的落料口 加压盖单元检测 到工件后启动加压机构 对工件进行加盖 压盖 加压盖完成后输送单元继续工作 把工件搬 运到贴标单元 进行模拟贴标 贴标单元工作完成后输送单元继续工作 把工件搬运到分拣单 元 进行成品分拣 分拣结束后一个工作周期结束 系统的工作方式分为两种 单周期工作方 式和多周期工作方式 单周期工作方式下系统只供给一个工件工作 工作结束后系统自动停止 多周期工作方式下供料单元连续供料工作 直到供料单元缺料才停止供料 系统工作完成后自 动停止 2 2 供料单元 图 2 1 供料模块 供料单元总成 由一只气缸 一套井式料仓和一个 U 型落料口组成 它的作用是储料和向 系统提供工件 供料单元的构成如图 2 1 所示 运动部分主要包括料仓和推料气缸 已经放置在 纵向料仓中的工件检测传感器检测到位 被单杆气缸驱动的推料板向前推动 当工件被推到位 后 推料气缸缩回 工件利用重力通过 U 型落料口掉落在输送带上 完成一次供料过程 输送 带的作用为工件提供一个运输通道和工件时提供一个加工平台 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 9 页 装 订 线 2 3 清洗单元 图 2 2 清洗单元 清洗单元是将由输送单元搬运过来的工件 对其模拟清洗的过程 清洗单元的结构组成如图 2 2 所示 该单元主要由一只标准缸 一台直流电机和相应的传感 器组成 其功能是完成对工件的清洗工作 当输送单元将工件搬运至清洗机加工位后 清洗机 上的标准气缸动作 同时清洗电机转动对工件进行清洗 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 10 页 装 订 线 2 4 灌装单元 图 2 3 灌装单元 灌装单元是将由输送单元搬运过来的工件 对其模拟灌装加工的过程 灌装单元的结构组成如图 2 3 所示 该单元主要由一只标准气缸 灌装结构及相应的传感器 组成 其功能是完成对工件的模拟灌装工作 当输送单元将工件搬运至灌装位后 灌装机上的 标准气缸动作 对工件进行模拟清洗 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 11 页 装 订 线 2 5 加压盖单元 图 2 4 加压盖单元 加压盖单元是将由输送单元搬运过来的工件 对其模拟加盖 压盖处理的过程 加压盖单元的结构组成如图 2 4 所示 该单元主要由三只标准气缸 加压盖结构及相应的传 感器组成 其功能是完成对工件的模拟加压盖工作 当输送单元将工件搬运至加压盖位后 加 盖机构推出一个瓶盖 接着压盖汽缸动作对工件进行模拟压盖 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 12 页 装 订 线 2 6 贴标机构 图 2 5 贴标机构 贴标单元是将由输送单元搬运过来的工件 对其模拟贴标的过程 贴标单元的结构组成如图 2 5 所示 该单元主要由一台步进电机 贴标结构及组成 其功能 是完成对工件的模拟贴标工作 当输送单元将工件搬运至贴标位后 步进电机带动贴标机构旋 转 对工件进行模拟贴标 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 13 页 装 订 线 2 7 输送分拣及存储单元 图 2 4 输送分拣及存储单元 该单元主要由一台直线皮带输送机 一套成品分拣机构 旋转编码器及一台变频器组成 其功能是实现工件在各个单元的之间的传送以及成品的工件根据不同的材质分别放入相应该不 的库槽中实现成品的分拣 结构组成如图 2 4 所示 2 8 控制模块介绍 本装置电气部分 由 S7 300PLC 为主控机 西门子 ET200M 和 ET200S 分布式 I O 接口模 块装置 S7 200 触摸屏 稳压开关电源及报警指示灯组成 2 8 1 PLC 模块 PLC 主控机用于按程序控制各执行部件的动作 从而完成预先设定的工作程序 主控机外 接西门子 ET200M ET200S 分布式 I O 接口模块模块和 S7 200PLC 不但保证了本装置控制对 I O 需求 也为教学过程中的扩展提供保障 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 14 页 装 订 线 2 8 2 触摸屏控制 本装置配置了西门子触摸屏 TP177A 来控制整个系统 可在触摸屏上进行启动 停止 急 停及可显示加工的工件累计个数和油压表的压力读数 并有运行 停止 料不足和缺料等指示 灯 并且能够监控整个系统的 I O 状态 控制画面如图 2 7 所示 图 2 7 触摸屏控制画面 2 8 3 电源及指示报警显示 24VDC 稳压开关电源 向各个 24VDC 用电部件提供稳定的电源 该电源的额定负载电源 为 6A 报警指示灯总成 该指示灯由一个红色灯 一个绿色灯和黄灯组成 可以表达 9 条 上电 待机 正常运行 缺料报警等 2 9 电气接线 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置的机械装置和电气控制是相对分离的 机 械装置整体安装在底板上 而控制装置则安装在工作台的网孔板上 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 2 8 和图 2 9 分别是装置侧的接线端口和 PLC 侧的 接线端口 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 15 页 装 订 线 图 2 8 装置侧的接线端口 图 2 9 PLC 侧的接线端口 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 另外 S7 300 ET200S ET200S 所接传感器为 PNP 型 若所选传感器为 NPN 型 则需先转 换成 PNP 型再接到 PLC 上 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 16 页 装 订 线 3 气动控制系统及传感器的应用 3 1 气动控制系统 本系统气动主要分为两部分 1 气动执行元件部分有双作用单出杆气缸等 2 气动控制 元件部分有单控电磁换向阀 节流阀 磁性限位传感器等 气缸示意图如图 3 1 所示 图 3 1 气缸示意图 注 气缸的正确运动使物料分到相应的位置 只要交换进出气的方向就能改变气缸的伸出 缩回 运动 气缸两侧的磁性开关可以识别气缸是否已经运动到位 滑台气缸的工作原理也 是如此 单电控换向阀示意图如图 3 3 所示 图 3 2 单电控换向阀示意图 注 单向电控阀用来控制气缸单个方向运动 实现气缸的伸出 缩回运动 与双向电控阀 区别在双向电控阀初始位置是任意的可以随意控制两个位置 而单控阀初始位置是固定的只能 控制一个方向 气动手爪控制如图 3 3 所示 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 17 页 装 订 线 图 3 4 手爪控制示意图 当手爪由单向电控气阀控制时 如上图所示 电控换向阀线圈得电 手爪夹紧 电控换向 阀线圈断电 手爪张开 当手爪由双向电控气阀控制时 手爪抓紧和松开分别由一个线圈控制 在控制过程中不允 许两个线圈同时得电 3 2 传感器使用说明 3 2 1 常用传感器的使用说明 电感式接近传感器由高频震荡 检波 放大 触发及输出电路等组成 震荡器在传感器检 测面产生一个交变电磁场 当金属物料接近传感器检测面时 金属中产生的涡流吸收了震荡器 的能量 使震荡减弱以至停滞 震荡器的震荡及停振这两种状态 转换为电信号通过整形放大 器转换成二进制的开关信号 经功率放大后输出 光电传感器是一种红外调制型无损检测光电传感器 采用高效果红外发光二极管 光敏三极 管作为光电转换元件 工作方式有同轴反射和对射型 在本实训装置中均采用同轴反射型光电 传感器 它们具有体积小 使用简单 性能稳定 寿命长 响应速度快 抗冲击 耐震动 接 受不受外界干扰等优点 光纤型传感器由光纤检测头 光纤放大器两部分组成 放大器和光纤检测头是分离的两个 部分 光纤检测头的尾端部分分成两条光纤 使用时分别插入放大器的两个光纤孔 光纤传感 器组件如图 3 6 所示 图 3 7 是放大器的安装示意图 光纤传感器是光电传感器的一种 光纤传感器具有下述优点 抗电磁干扰 可工作于恶劣 环境 传输距离远 使用寿命长 此外 由于光纤头具有较小的体积 所以可以安装在很小空 间的地方 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 18 页 装 订 线 图 3 6 光纤传感器组件 图 3 7 光纤传感器组件外形及放大器的安装示意 光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大 当光纤传感器灵敏度调得较小时 检测较远的物体光电探测器无法接收到反射信号 而检测较近的物体光电探测器就可以接收到 反射信号 所以在调节时一定要把灵敏度调到适当范围 图 3 8 给出了放大器单元的俯视图 调节其中部的 8 旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器 灵敏度调节 顺时针旋转灵敏度增大 调节时 会看到 入光量显示灯 发光的变化 当探测 器检测到物料时 动作显示灯 会亮 提示检测到物料 图 3 8 光纤传感器放大器单元的俯视图 E3Z NA11 型光纤传感器电路框图如图 3 9 所示 接线时请注意根据导线颜色判断电源极性 和信号输出线 切勿把信号输出线直接连接到电源 24V 端 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 19 页 装 订 线 图 3 9 E3X NA11 型光纤传感器电路框图 在亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置上所使用的气缸都是带磁性开关的气缸 这些气缸的缸筒采用导磁性弱 隔磁性强的材料 如硬铝 不锈钢等 在非磁性体的活塞上安 装一个永久磁铁的磁环 这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场 而安装在气缸外侧的磁 性开关则是用来检测气缸活塞位置 即检测活塞的运动行程的 磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件 舌簧开关成型于合成树脂块内 并且一般还有动作 指示灯 过电压保护电路也塑封在内 图 3 10 是带磁性开关气缸的工作原理图 当气缸中随活 塞移动的磁环靠近开关时 舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引 触点闭合 当磁环移开开 关后 簧片失磁 触点断开 触点闭合或断开时发出电控信号 在 PLC 的自动控制中 可以利 用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置 以确定工件是否被推出或气缸是否返回 图 3 10 带磁性开关气缸的工作原理图 在磁性开关上设置的 LED 显示用于显示其信号状态 供调试时使用 磁性开关动作时 输 出信号 1 LED 亮 磁性开关不动作时 输出信号 0 LED 不亮 磁性开关的安装位置可以调整 调整方法是松开它的紧定螺栓 让磁性开关顺着气缸滑动 到达指定位置后 再旋紧紧定螺栓 磁性开关有蓝色和棕色 2 根引出线 使用时蓝色引出线应连接到 PLC 输入公共端 棕色引 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 20 页 装 订 线 出线应连接到 PLC 输入端 磁性开关的内部电路如图 3 11 中虚线框内所示 图 3 11 磁性开关内部电路图 3 3 2 磁性开关的使用说明 磁性开关是用来检测气缸活塞位置的 即检测活塞的运动行程的 它可分为有触点式和无 触点式两种 本装置上用的磁性开关均为有触点式的 它是通过机械触点的动作进行开关的通 ON 断 OFF 用磁性开关来检测活塞的位置 从设计 加工 安装 调试等方面 都比使用其他限位开 关方式简单 省时 触点接触电阻小 一般为 50 200m 但可通过电流小 过载能力较差 只适合低压电路 响应快 动作时间为 1 2ms 耐冲击 冲击加速度可达 300 无漏电流存在 2 ms 使用注意事项 1 安装时 不得让开关受过大的冲击力 如将开关打入 抛扔等 2 不要把控制信号线与电力线 如电动机供电线等 平行并排在一起 以防止磁性开关的 控制电路由于干扰造成误动作 3 磁性开关的连接线不能直接接到电源上 必须串接负载 且负载绝不能短路 以免开关 烧坏 4 带指示灯的有触点磁性开关 当电流超过最大允许电流时 发光二极管会损坏 若电流 在规定范围以下 发光二极管会变暗或不亮 5 安装时 开关的导线不要随气缸运动 不仅仅是导线易断 而且应力加在开关内部 开 关内部元件可能破坏 6 磁性开关不要用于有磁场的场合 这会造成开关的误动作 或者使内部磁环减磁 7 DC24V 带指示灯的开关是有极性的 茶色线为 蓝色线为 本实训装置中所用 到的均为 DC24V 带指示灯有触点开关 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 21 页 装 订 线 3 3 3 步进电机的使用说明 本装置贴标单元所选用的步进电机是 Kinco 两相双极型步进电机 2S42Q 03848 与之配套的 驱动器为 Kinco 2M412 两相步进电机驱动器 1 2S42Q 03848 部分技术参数如表 3 1 所示 表 3 1 2S42Q 03848 部分技术参数 参数名称 步距角 相电流 A 保持扭矩 阻尼扭矩 电机惯量 参数值 1 8 1 2A 0 32Nm 0 02Nm 0 08kg cm2 2S42Q 03848 的两相双极型步进电机绕组接线图如图 3 10 所示 图 3 10 2S42Q 03848 的接线 2 Kinco 2M412 两相步进电机驱动器主要电气参数如下 供电电压 直流 12V 40V 输出相电流 0 20 1 20A 控制信号输入电流 6 20mA 冷却方式 自然风冷 该驱动器具有如下特点 采用双极型恒流驱动方式 最大驱动电流可达每相 1 2A 可驱动相电流小于 1 2A 的任何 两相双极型混合式步进电机 内部驱动直流电压达 40V 能提供更好的高速性能 对于电机的驱动输出电流可通过 DIP 开关调整 以配合不同规格的电机 具有 DIP 开关可设定电机静态锁紧状态下的自动半流功能 可以大大降低电机的发热 采用专用驱动控制芯片 具有最高可达 256 200 细分功能 细分可以通过 DIP 开关设定 保证提供最好的运行平稳性能 控制信号的输入电路采用光耦器件隔离 降低外部电气噪声干扰的影响 在 2M412 驱动器的侧面连接端子中间有一个红色的八位 DIP 功能设定开关 可以用来设定 驱动器的工作方式和工作参数 图 3 11 是该 DIP 开关功能说明 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 22 页 装 订 线 图 3 11 2M412 DIP 开关功能说明 驱动器的典型接线图如图 3 12 所示 MPS 中 控制信号输入端使用的是 DC24V 电压 所使 用的限流电阻 R1 为 2K 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 23 页 装 订 线 图 3 12 2M412 的典型接线图 图 3 12 中 驱动器还有一对脱机信号输入线 FREE 和 FREE 当这一信号为 ON 时 驱动器 将断开输入到步进电机的电源回路 MPS 没有使用这一信号 目的是使步进电机在上电后 即使 静止时也保持自动半流的锁紧状态 MPS 为 2M412 驱动器提供的外部直流电源为 DC24V 6A 输出的开关稳压电源 图 3 13 是 2M412 步进电机驱动器的图 图 3 13 2M412 步进电机驱动器 3 步进电机传动组件的基本技术数据 2S42Q 03848 步进电机步距角为 1 8 度 即在无细分的条件下 200 个脉冲电机转一圈 通过 驱动器设置细分精度最高可以达到 256 个脉冲电机转一圈 MPS 系统中为达到控制精度驱动器细分设置为 100 步 转即 每步机械电机驱动电流设位 1 20A 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 24 页 装 订 线 4 变频器 4 1 MM420 变频器的安装和接线 西门子 MM420 MICROMASTER420 是用于控制三相交流电动机 速度的变频器系列 该系列有多种型号 亚龙 YL 335F 型光机电一体化实 训考核装备选用的 MM420 订货号为 6SE6420 2UC17 5AA1 外形如图 4 1 所示 该变频器额定参数为 电源电压 200V 240V 额定输出功率 0 75KW 额定输入电流 4 7A 额定输出电流 3 9A 外形尺寸 A 型 操作面板 基本操作板 BOP 1 MM420 变频器的安装和拆卸 在工程使用中 MM420 变频器通常安装在配电箱内的 DIN 导轨上 安装和拆卸的步骤如 图 4 2 所示 图 4 2 MM420 变频器安装和拆卸的步骤 安装的步骤 用导轨的上闩销把变频器固定到导轨的安装位置上 向导轨上按压变频器 直到导轨的下闩销嵌入到位 从导轨上拆卸变频器的步骤 为了松开变频器的释放机构 将螺丝刀插入释放机构中 向下施加压力 导轨的下闩销就会松开 将变频器从导轨上取下 2 MM420 变频器的接线 图 4 1 变频器外形 图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 25 页 装 订 线 打开变频器的盖子后 就可以连接电源和电动机的接线端子 接线端子在变频器机壳下盖 板内 机壳盖板的拆卸步骤如图 4 3 所示 图 4 3 机壳盖板的拆卸步骤 拆卸盖板后可以看到变频器的接线端子如图 4 4 所示 图 4 4 MM420 变频器的接线端子 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 26 页 装 订 线 变频器主电路 控制电路的接线见图 4 5BOP作作 0V1作 1234作0V 4 7KAD 567891021345作 作 作 20V作4 1 3AC358PEFSL N 12 作3ACD作作DCAPEU VWCPURL BCAOUTPNRL1DA 4作250V C 作 3 D 作作0m作2 图 4 5 MM420 变频器方框图 4 2 MM420 变频器的 BOP 操作面板 图 4 11 是基本操作面板 BOP 的外形 利用 BOP 可以改变变频器 的各个参数 BOP 具有 7 段显示的五位数字 可以显示参数的序号和数值 报警 和故障信息 以及设定值和实际值 参数的信息不能用 BOP 存储 图 4 6 BOP 操作 面板 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 27 页 装 订 线 基本操作面板 BOP 备有 8 个按钮 表 4 1 列出了这些按钮的功能 表 4 1 基本操作面板 BOP 上的按钮及其功能 显示 按钮 功能 功能的说明 状态显示 LCD显示变频器当前的设定值 启动变频 器 按此键起动变频器 缺省值运行时此键是被封锁的 为了使此 键的操作有效 应设定P0700 1 停止变频 器 OFF1 按此键 变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车 缺 省值运行时此键被封锁 为了允许此键操作 应设定P0700 1 OFF2 按此键两次 或一次 但时间较长 电动机将在惯性作 用下自由停车 此功能总是 使能 的 改变电动 机的转动 方向 按此键可以改变电动机的转动方向 电动机的反向时 用负号 表示或用闪烁的小数点表示 缺省值运行时此键是被封锁的 为了使此键的操作有效应设定 P0700 1 电动机点 动 在变频器无输出的情况下按此键 将使电动机起动 并按预设 定的点动频率运行 释放此键时 变频器停车 如果变频器 电 动机正在运行 按此键将不起作用 功能 此键用于浏览辅助信息 变频器运行过程中 在显示任何一个参数时按下此键并保持不 动2秒钟 将显示以下参数值 在变频器运行中从任何一个参数 开始 1 直流回路电压 用d表示 单位 V 2 输出电流A 3 输出频率 Hz 4 输出电压 用o表示 单位V 5 由P0005选定的数值 如果P0005选择显示上述参数中的任何 一个 3 4或5 这里将不再显示 连续多次按下此键将轮流显示以上参数 跳转功能 在显示任何一个参数 rXXXX或PXXXX 时短时间按下此键 将立即跳转到r0000 如果需要的话 您可以接着修改其它的参 数 跳转到r0000后 按此键将返回原来的显示点 访问参数 按此键即可访问参数 增加数值 按此键即可增加面板上显示的参数数值 减少数值 按此键即可减少面板上显示的参数数值 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 28 页 装 订 线 4 3 MM420 变频器的参数 1 参数号和参数名称 参数号是指该参数的编号 参数号用 0000 到 9999 的 4 位数字表示 在参数号的前面冠以 一个小写字母 r 时 表示该参数是 只读 的参数 其它所有参数号的前面都冠以一个大写 字母 P 这些参数的设定值可以直接在标题栏的 最小值 和 最大值 范围内进行修改 下标 表示该参数是一个带下标的参数 并且指定了下标的有效序号 通过下标 可以对 同一参数的用途进行扩展 或对不同的控制对象 自动改变所显示的或所设定的参数 2 参数设置方法 用 BOP 可以修改和设定系统参数 使变频器具有期望的特性 例如 斜坡时间 最小和最 大频率等 选择的参数号和设定的参数值在五位数字的 LCD 上显示 更改参数的数值的步骤可大致归纳为 查找所选定的参数号 进入参数值访问级 修改 参数值 确认并存储修改好的参数值 表 4 5 说明如何改变参数 P0004 的数值 按照图中说明的类似方法 可以用 BOP 设定 常用的参数 参数 P0004 参数过滤器 的作用是根据所选定的一组功能 对参数进行过滤 或筛选 并集中对过滤出的一组参数进行访问 从而可以更方便地进行调试 P0004 可能的设定值如表 4 2 所示 缺省的设定值 0 表 4 2 参数 P0004 的设定值 设定值 所指定参数组意义 设定值 所指定参数组意义 0 全部参数 12 驱动装置的特征 2 变频器参数 13 电动机的控制 3 电动机参数 20 通讯 7 命令 二进制 I O 21 报警 警告 监控 8 模 数转换和数 模转换 22 工艺参量控制器 例如 PID 10 设定值通道 RFG 斜坡函数发生器 假设参数 P0004 设定值 0 需要把设定值改为 3 改变设定值步骤如表 4 3 所示 表 4 3 改变参数 P0004 设定数值的步骤 序号 操作内容 显示的结果 1 按 访问参数 2 按 直到显示出 P0004 3 按 进入参数数值访问级 4 按 或 达到所需要的数值 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 29 页 装 订 线 5 按 确认并存储参数的数值 6 使用者只能看到命令参数 4 4 MM420 变频器的参数访问 MM420 变频器有数千个参数 为了能快速访问指定的参数 MM420 采用把参数分类 屏 蔽 过滤 不需要访问的类别的方法实现 实现这种过滤功能的有如下几个参数 上面所述的参数 P0004 就是实现这种参数过滤功能的重要参数 当完成了 P0004 的设定 以后再进行参数查找时 在 LCD 上只能看到 P0004 设定值所指定类别的参数 参数 P0010 是调试参数过滤器 对与调试相关的参数进行过滤 只筛选出那些与特定功 能组有关的参数 P0010 的可能设定值为 0 准备 1 快速调试 2 变频器 29 下载 30 工厂的缺省设定值 缺省设定值为 0 参数 P0003 用于定义用户访问参数组的等级 设置范围为 1 4 其中 1 标准级 可以访问最经常使用的参数 2 扩展级 允许扩展访问参数的范围 例如变频器的 I O 功能 3 专家级 只供专家使用 4 维修级 只供授权的维修人员使用 具有密码保护 该参数缺省设置为等级 1 标准级 对于大多数简单的应用对象 采用标准级就可以满足 要求了 用户可以修改设置值 但建议不要设置为等级 4 维修级 用 BOP 或 AOP 操作板看 不到第 4 访问级的参数 例 1 用 BOP 进行变频器的 快速调试 快速调试包括电动机参数和斜坡函数的参数设定 并且 电动机参数的修改 仅当快速调 试时有效 在进行 快速调试 以前 必须完成变频器的机械和电气安装 当选择 P0010 1 时 进行快速调试 表 4 4 是对应亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置上选用的电动机 型 的电 动机参数设置表 表 4 4 设置电动机参数表 参数号 出厂值 设置值 说明 P0003 1 1 设用户访问级为标准级 P0010 0 1 快速调试 P0100 0 0 设置使用地区 0 欧洲 功率以 KW 表示 频率为 50Hz P0304 400 380 电动机额定电压 V P0305 1 90 0 18 电动机额定电流 A P0307 0 75 0 03 电动机额定功率 KW P0310 50 50 电动机额定频率 Hz P0311 1395 1300 电动机额定转速 r min 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 30 页 装 订 线 P3900 0 1 结束快速调试 快速调试的进行与参数 P3900 的设定有关 当其被设定为 1 时 快速调试结束后 要完成 必要的电动机计算 并使其他所有的参数 P0010 1 不包括在内 复位为工厂的缺省设置 当 P3900 1 并完成快速调试后 变频器已作好了运行准备 例 2 将变频器复位为工厂的缺省设定值 如果用户在参数调试过程中遇到问题 并且希望重新开始调试 通常采用首先把变频器的 全部参数复位为工厂的缺省设定值 再重新调试的方法 为此 应按照下面的数值设定参数 设定 P0010 30 设定 P0970 1 按下 P 键 便开始参数的复位 变频器将自动地把它 的所有参数都复位为它们各自的缺省设置值 复位为工厂缺省设置值的时间大约要 60 秒钟 表 4 5 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置 参数号 出厂值 设置值 说明 P0010 0 30 P0970 0 1 恢复出厂设置 P0003 1 3 设用户访问级为标准级 P0010 0 1 快速调试 P0100 0 0 设置使用地区 0 欧洲 功率以 KW 表示 频率为 50Hz P0304 400 380 电动机额定电压 V P0305 1 90 0 18 电动机额定电流 A P0307 0 75 0 03 电动机额定功率 KW P0310 50 50 电动机额定频率 Hz P0311 1395 1300 电动机额定转速 r min P0700 0 2 由端子排输入 P0701 1 16 固定频率设置 直接选择 ON P1000 2 3 频率给定输入方式为设定为数字设定值 P1001 5 20 固定频率 P1080 0 0 最低频率 P1082 50 50 最高频率 P1120 10 00 0 1 斜坡上升时间 P1121 10 00 0 1 斜坡下降时间 P3900 0 1 结束快速调试 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 31 页 装 订 线 5 网络控制方案 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置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 DP 通讯线串行通讯实现互连的分布式控制方式 组建 成网络后 系统中每一个工作单元也称作工作站 1 本系统 PLC 选用以西门子 S7 300 为主站和 S7 200 为从站组合通讯方式 通信方式采用 的是 PROFLBUS DP 总线通讯技术俗称 DP 组态 2 S7 300 与 S7 200 通过 EM277 进行 PROFIBUS DP 通讯 需要在 STEP7 中进行 S7 300 站组态 在 S7 200 系统中不需要对通讯进行组态和编程 只需要将要进行通讯的数据整理存放 在 V 存储区与 S7 300 的组态 EM277 从站时的硬件 I O 地址相对应就可以了 插入一个 S7 300 的站 选中 STEP7 的硬件组态窗口中的菜单 Option Install new GSD 导入 SIEM089D GSD 文件 安装 EM277 从站配置文件 如下图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 32 页 装 订 线 在 SIMATIC 文件夹中有 EM277 的 GSD 文件 导入 GSD 文件后 在右侧的设备选择列表中找到 EM277 从站 PROFIBUS DP Additional Field Devices PLC SIMATIC EM277 并且根据您的通讯字节数 选择一种通讯方式 本例中 选择了 8 字节入 8 字节出的方式 如下图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 33 页 装 订 线 根据 EM277 上的拨位开关设定以上 EM277 从站的站地址 如下图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 34 页 装 订 线 组态完系统的硬件配置后 将硬件信息下载到 S7 300 的 PLC 当中 S7 300 的硬件下载完成后 将 EM277 的拨位开关拨到与以上硬件组态的设定值一致 在 S7 200 中编写程序将进行交换的数据存放在 VB0 VB15 对应 S7 300 的 PQB0 PQB7 和 PIB0 PIB7 打开 STEP7 中的变量表和 STEP7 MicroWin32 的状态表进行监控 它们的数据交换结果如下图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 35 页 装 订 线 注意 VB0 VB7 是 S7 300 写到 S7 200 的数据 VB8 VB15 是 S7 300 从 S7 200 读取的 值 EM277 上拨位开关的位置一定要和 S7 300 中组态的地址值一致 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 36 页 装 订 线 总 结 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实训装置在铝合金导轨式实训台上安装供料 洗瓶 灌装 加盖 分拣等工作单元 构成一个典型的啤酒自动灌装生产线的机械平台 系统各机构 的采用了气动驱动 变频器驱动和步进控制 因此 亚龙 YL 335F 型工业电气自动化及网络实 训装置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 变频器技术等工业中常用的多种技术 当前自动化控制正向着成套化 系列化 多品种方向发展 以自动控制技术 数据通信技 术 图象显示技术为一体的综合性系统装置成为国内外过程控制的主导产品 现场总线成为自 动化控制技术发展的第一热点 因此 本设备在以后的升级改进中可能会融入现场总线技术 加强各个单站的独立性 使 每个单站自成一个子系统 又可以通过总线连接成一个分布式的整体 而且 在冲压单元和钻 孔单元没有对物料的材质进行考虑 而是将金属物料和塑料物料做相同处理 在以后的改进设 计中将会对不同的物料做不同的加工处理 总之 在以后的工作和学习中我会不懈努力 争取 有更大的进步 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 37 页 装 订 线 致 谢 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 38 页 装 订 线 参考文献 1 李燕红 李海华 传感器原理及其应用 北京 北京理工大学出版社 2 邱 道 尹 S7 300 400 PLC 入 门 和 应 用 分 析 北京 中 国 电 力 出 版 社 3 刘 君 华 传 感 器 技 术 及 应 用 实 例 北京 电 子 工 业 出 版 社 4 宋 小 春 张 运 刚 触 摸 屏 技 术 及 应 用 北京 人 民 邮 电 出 版 社 5 吴 作 明 工 控 组 态 软 件 及 PLC 应 用 技 术 北京 北 京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 6 孙 传 森 变 频 器 技 术 北京 高 等 教 育 出 版 社 7 刘 美 俊 变 频 器 应 用 与 维 护 技 术 北京 中 国 电 力 出 版 社 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 39 页 装 订 线 附录 1 西门子 S7 300I O 分配图 P 地址 名称 序号 地址 名称 1 I0 0 供料缩回检测 1 Q0 0 供料汽缸 2 I0 1 供料伸出检测 2 Q1 0 清洗汽缸 3 I0 2 料不足检测 3 Q1 1 清洗电机 4 I0 3 缺料检测 4 Q2 0 灌装汽缸 5 I1 0 供料处落料检测 5 Q3 0 顶料汽缸 6 I1 1 清洗处落料检测 6 Q3 1 推料汽缸 7 I1 2 清洗汽缸缩回检测 7 Q3 2 手爪汽缸 8 I1 3 清洗汽缸伸出检测 8 Q5 0 压盖汽缸 9 I2 0 灌装处有料检测 9 Q6 0 推料一汽缸 10 I2 1 灌装气缸缩回检测 10 Q6 1 推料二汽缸 11 I2 2 灌装气缸伸出检测 11 Q6 2 推料三汽缸 12 I3 0 加盖顶料缩回检测 12 13 I3 1 加盖顶料伸出检测 13 14 I3 2 加盖推料缩回检测 14 15 I3 3 加盖推料伸出检测 15 16 I3 4 加盖料不足检测 16 17 I3 5 加盖缺料检测 17 18 I3 6 加盖处有料检测 18 19 I3 7 手爪张开检测 19 20 I4 0 手爪加紧检测 20 21 I5 0 压盖汽缸缩回检测 21 22 I5 1 压盖汽缸伸出检测 22 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 40 页 装 订 线 23 I5 2 压盖处有料检测 23 24 I6 0 金属检测 24 25 I6 1 白料检测 26 I6 2 黑料检测 27 I6 3 推料一伸出检测 28 I6 4 推料二伸出检测 30 I6 5 推料三伸出检测 西门子 S7 200I O 分配图 P 地址 名称 序号 地址 名称 1 I0 0 编码器 A 1 Q0 0 步进电机脉冲 2 I0 1 编码器 B 2 Q0 2 步进电机方向 3 I0 2 编码器 Z 3 Q1 4 变频器 4 I0 3 贴标处有料检测 4 Q1 5 警示灯红 5 5 Q1 6 警示灯橙 6 6 Q1 7 警示灯绿 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 41 页 装 订 线 附录 2 附图一 220V 电源原理图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 42 页 装 订 线 附图二 S7 300 远程 I O 电源接线图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 43 页 装 订 线 附图三 供料单元接线原理图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 44 页 装 订 线 附图四 清洗单元接线原理图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 45 页 装 订 线 附图五 灌装单元接线原理图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 46 页 装 订 线 附图六 封盖单元接线原理图输入端 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 47 页 装 订 线 附图七 封盖单元接线原理图输出端 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 48 页 装 订 线 附图八 压盖单元接线原理图 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 49 页 装 订 线 附图九 检测分拣单元接线原理图输入端 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 50 页 装 订 线 附图十 检测分拣单元接线原理图输出端 毕业设计 论文 报告纸 共 52 页 第 51 页 装 订 线 附图十一 贴标单元接线原理图