学位论文汽车总拼控制系统设计Word下载.docx
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在计算机技术、自控领域引进消化现代控制论,应用PLC技术,网络技术等,使各种汽车生产线自动化水平和安全技术水平得到高度提升,实现各类汽车生产线自动化水平高,安全可靠,运行稳定,故障率降到最低,大大提高生产率,使我国汽车制造业夸人汽车制造大国的行列。
第1章控制系统分析
1.1系统两大部分
1.1.1左右侧围吊具系统
左右侧围吊具单个系统主要包括1个变频器箱(LCB##/RB01),1个信号箱(LCB##/RB02),1个操作盒(LCB##/OP##),还有现场汇线盒、传感器、电磁阀等。
1.1.2总拼电控制系统
总拼电控系统主要包括1台主控柜(MCB),6个远程信号箱(RB),2个操作盒(OP),还有现场若干传感器、电磁阀等。
1.2控制系统组成
控制设备采用日本三菱产品,主要由主控制器(Q02H)、远程I/O模块(AJ65SBTB1、AJ65BTB2)、变频器(FR-A740-3.7K)、现场总线(CC_LINK)组成。
气缸磁性开关采用日本SMC配套产品,限位开关和接近开关采用日本OMRON高性能开关,低压元器件采用法国TE产品。
接线端子及其附件采用德国魏德米勒产品。
导线和电缆采用国产标准电缆。
注意:
柜箱的接地线必须连接可靠!
柜箱应避免强磁场干扰!
1.3系统供电要求及上下电
1.3.1电源要求
进线电源:
AC380V±
10%50HZ三相四线制供电
控制系统容量:
1.5KVA
主断路器额定电流:
16A
控制电源电缆:
规格≥4×
4,从MCB主柜底部进入
进线电源必需稳定可靠,性能良好!
1.3.2系统供电操作
1、系统上电
上电前,确认MCB柜内断路器和控制元件须位于原始位置。
确知进线电缆有电(面板指示灯“AC380电源”亮代表有电)。
确知机械系统供气压力正常(0.4~0.55MPa)。
按照图纸电源系统顺序,依次上电。
确知系统供电正常(面板指示灯“AC220V电源”、“柜内模块源”、“柜内I/O源”亮代表供电正常)。
在给箱柜内模块和现场I/O上电前,需要确认所有设备元件处于正常和原始状态,PLC位于“STOP(停止)”状态。
确认无碍,然后上电。
上电结束。
2、系统去电
停止设备运行。
断开现场模块和现场I/O电源开关。
断开柜内设备电源开关。
断开进线电源总开关。
去电结束。
第2章工位操作
2.1侧围吊具操作步骤(左右侧围吊具操作步骤相同)
2.1.1侧围件运送流程图
图2-1侧围件运送流程图
2.1.2手动操作步骤
首先“运行模式”选择开关(12SA03)打到“手动”模式。
12位选择开关步骤介绍:
打到第1步-“前进”:
操作出动作,吊具平移向侧围下件工位;
操作入动作,运行停止。
打到第2步-“后退”:
操作出动作,吊具平移向总拼工位;
打到第3步-“上升”:
操作出动作,吊具上升;
打到第4步-“下降”:
操作出动作,吊具下降;
打到第5步-“水平位置锁”:
操作出动作,水平定位气缸顶出;
操作入动作,水平定位气缸缩回。
打到第6步-“垂直位置锁”:
操作出动作,垂直定位气缸顶出;
操作入动作,垂直定位气缸缩回。
打到第7步-“料抓”:
操作出动作,料抓机构气缸顶出,料抓松开;
操作入动作,料抓机构气缸缩回,料抓锁紧。
2.1.3自动运行程序
首先开关按钮上的“运行模式”选择开关打到“自动”模式。
前提条件:
1、此时总拼控制系统的模式选择开关也要打到“自动”。
2、当总拼工位完成一个焊接过程,侧围机构翻转水平后,延时3秒,给吊具系统一个启动信号。
正常运行开始时,吊具应该持件位于等待位。
按下“自动启动”按钮,吊具开始自动动作,首先向总拼方向平移,碰减速开关,平移减速,碰总拼停止开关后停止,水平定位夹紧,垂直定位缩回,吊具开始下降,延时12.5秒,减速,碰总拼下降到位开关后,吊具下降停止,料抓打开,侧围件被放下,打开到位,吊具上升,延时12.5S后,减速,碰上升到位停止开关,吊具上升停止。
垂直定位顶出,水平定位松开,吊具开始向侧围方向平移。
碰减速开关,平移减速,碰侧围停止开关后停止,水平定位夹紧,垂直定位缩回,吊具开始下降,延时12.5秒,减速,稍后料抓打开,碰侧围下降到位开关后,吊具下降停止。
此时,如果侧围下件工位检测开关检测有件,料抓闭合,然后吊具上升,过程同于在总拼侧上方,碰上升到位停止开关,吊具上升停止;
如果侧围下件工位检测开关检测无件,吊具仍然会上升,但会在上升一段后停止。
当吊具持件上升停止,垂直定位顶出,水平定位松开,吊具开始向总拼方向平移。
碰等待位开关,吊具平移停止。
到此时,吊具完成1个工作周期。
2.1.4操作的注意事项
1.目前吊具的运行频率设定在45HZ,变频器设定在“端子运行”模式。
2.正常生产中,吊具会自动停止在等待工位。
也可以手动控制吊具停止在侧围下件工位的正上方。
下次生产时,在自动模式“自动启动”,吊具仍会按照自动流程完成工作(前提是下件工位上有零件,如果没有零件,吊具不会动作)。
3.吊具在手动控制中,平移后退时到等待位不会停止,由眼观手动控制它的动作。
吊具在自动控制中,平移后退时到等待位会停止,再次按下“自动启动”,吊具继续运行。
4.需要定期检查吊具本体上的所有检测开关的状况,确保其处于正常状态,否则可能引发严重事故。
5.出现故障时,按下急停。
待故障消除后,旋出急停按钮,按下LCB01-OP01或者LCB02-OP01中的“故障复位”按钮,故障消除。
6.如果PLC重新上电、清零或重新输入程序,或者按下吊具操作盒的急停按钮。
再次使用自动时,需要首先把吊具手动控制停在侧围下件工位正上方,然后平移后退到等待位,然后再使其前进到侧围下件工位正上方。
此时吊具具备了自动运行条件,投入自动控制即可。
2.2总拼工位操作
2.2.1操作前检查
首次操作前,检查箱柜元件应处于原始状态。
本系统的原始状态为:
左右侧围所有的气缸松开到位,滑台后退到位,且滑台定位销吐出,侧围翻转成水平位置;
地板上的翻转和缩紧气缸松开到位,顶升气缸升起到位。
地板中的前后定位气缸松开到位。
2.2.2手动操作步骤
操作箱上的模式选择开关打到“手动”位置,此时“手动”指示灯应亮起,否则检查箱柜上急停按钮,或PLC的即时状态,或对应箱柜的模块状态。
1.起动操作过程
左右侧围件安放到位,地板件由前一个工位进入总拼工位。
起动第一步:
前提:
地板定位用位置检测开关不起作用时,采用下面操作。
一般情况下以自动模式为主。
OP01中的“08SA02”开关操作:
打到第10步:
地板前定位动作。
地板件由前一工位到达总拼工位时,操作出动作,前定位气缸出动作。
打到第11步:
地板后定位动作。
地板件完成总拼工位就位时,操作出动作,后定位气缸出动作。
动作完毕,地板件被限定到位。
起动第二步:
OP02中的“09SA01”开关操作:
打到第6步:
地板旋转单元(注:
此步操作的前提是地板零件已到位)。
操作出动作,旋转单元翻转垂直。
打到第7步:
地板升降单元(注:
此步操作的前提是地板翻转垂直到位)。
操作入动作,地板顶升降落。
打到第8步:
地板夹紧单元(注:
此步操作的前提是上面2步动作到位)。
操作出动作,地板锁紧销锁紧。
上面3步到位,转入操作侧围部分(左右侧围的相同功能步可以同步操作)。
起动第三步:
打到第1步:
侧围一次夹紧单元。
操作出动作,右侧围的对应气缸夹具夹紧。
打到第2步:
侧围二次夹紧单元。
打到第3步:
翻转台翻转90°
。
操作入动作,右侧围由水平位置翻转到垂直位置。
打到第4步:
侧围平移单元(注:
此步操作的前提是前3步动作到位)。
操作出动作,首先滑台锁紧销收回,然后右侧围的滑台平移气缸出动作,滑台前进。
打到第5步:
侧围下部夹紧单元(注:
此步操作的前提是上步滑台前进到位)。
起动第四步:
打到第9步:
前围上部翻转单元。
操作出动作,前围上部机构翻转。
前围上部定位单元。
操作出动作,前围上部定位销定位。
前围上部夹紧单元。
操作出动作,前围上部机构夹紧。
起动第五步:
左右侧围均前进到位,滑台定位销缩紧,地板定位锁紧到位。
顶盖横梁翻转单元。
操作出动作,顶盖4道横梁机构同时翻转。
顶盖横梁定位单元(注:
此步操作的前提是顶盖横梁翻转到位)。
操作出动作,对应气缸出动作。
顶盖横梁定位销(注:
此步操作的前提是顶盖横梁定位机构到位)。
此步完成后,开始手工上顶盖横梁件。
顶盖横梁夹紧单元(注:
此步操作的前提是横梁上件到位)。
操作出动作,将顶盖横梁夹紧。
起动操作完成。
2.完成操作过程
总拼工位的所有焊接等工作完成。
完成第一步:
顶盖横梁夹紧单元。
操作入动作,顶盖横梁夹紧夹具同时松开。
顶盖横梁定位销。
操作入动作,顶盖横梁定位销同时缩回。
顶盖横梁定位单元。
操作入动作,顶盖横梁定位夹具同时松开。
操作入动作,顶盖横梁同时翻转退回。
完成第二步:
操作入动作,前围上部夹紧夹具松开。
操作入动作,前围上部定位销缩回。
操作入动作,前围上部机构翻转退回。
完成第三步:
侧围下部夹紧单元。
操作入动作,右侧围的对应气缸夹具松开。
此步操作的前提是上面完成步骤完成到位)。
操作入动作,首先滑台锁紧销收回,然后右侧围的滑台平移气缸入动作,滑台后退。
滑台后退到位,定位销锁紧到位。
操作出动作,右侧围由垂直位置翻转到水平位置。
注:
OP02中的“09SA01”的操作前5步(用于左侧围)功能同于OP01中的“08SA02”的对应操作(用于右侧围),按照以上步骤进行。
完成第四步:
地板夹紧单元。
操作入动作,地板锁紧销缩回。
地板升降单元。
操作入动作,地板顶升上升。
地板旋转单元。
待地板件被托起,脱离定位机构后,操作入动作,对应机构翻转落下。
完成第五步:
操作入动作,前定位气缸夹具松开。
操作入动作,后定位气缸夹具松开。
动作完毕,车体件被送到下一个工位。
完成操作完成。
2.2.3总拼工位操作流程图
第一步
第二步
第三步
第四步
第五步
第3章控制系统的设计
3.1主控柜内布局
总拼的主控柜,它的内部元件适用于整个控制系统,它主要包括:
本站电源模块、本站PLCCPU、本站cc-link总线模块、本站I/O模块、PLC机架等。
它控制了整个总拼系统,包括总拼和左右侧围吊具。
图3-1主控柜布局图
它还采用了维护插座,低压供电回路断路器,控制电源控制接触器,中间继电器DC24V线圈,开关电源为AC220/DC24V,控制变压器为380/220V以及各式各样的汇流排来排列大量的线路,进而来控制总拼的整套系统。
3.2吊具变频箱
总拼系统中左右侧围吊具的变频箱,它包括:
一个型号为FR-A740-3.7K的三菱变频器、开关电源为100W、散热风扇采用的是AC220V,另外它还采用了大量的现场总线,断路器等。
除此之外,在吊具的上方还有一个远程信号箱来控制吊具的输入和输出,这个远程信号箱内部主要包括:
32点输入模块AJ65SBTBI-32D、16点输出模块AJ65BTB2-16R、吊具电机接触器等。
它主要是让电源线先经过此变频箱的变频器,然后再连接吊具。
它的主要作用就是通过变频器的自动改变频率和正反转来自动调节左右侧围吊具行走电机的正反转,来实现吊具的正行、逆行、上升和下降。
并且通过变频器自动有规律的调节行走电机的速率,进而来实现吊具的平稳安全运行和较高的工作效率。
3.3总拼远程信号箱
总拼的远程信号箱,就是从这里实现的PLC远程输入和输出控制的,它主要包括:
远程输入模块AJ65SBTB1-32D、低压断路器C65N、保险端子、还有各式各样的直通接线端子和线槽。
总拼远程信号箱还采用了远程输出模块AJ65SBTB1-32T,来配合输入模块AJ65SBTB1-32D来实现PLC的高效稳定工作。
通过它可以实现PLC的远程自动控制,不但节省人力,还大大提高了生产效率和安全系数。
3.4总拼就地操作盒
总拼控制系统的就地操作盒,它也就是人工操作按钮的内部结构,它主要包括了:
远程输入模块AJ65SBTBI-32D、远程输出模块AJ65SBTBI-16T、低压断路器C65N、保险端子以及各种各样的直通接线端子。
总拼就地操作盒拥有12位选择开关,通过PLC的输入和输出可高效稳定的的实现自动控制。
它的主要作用就是通过人对按钮的操作来实现PLC的自动控制。
进而来实现设备的高效安全的生产工作。
3.5元件的注释
表2-1原件注释表
类型符号
元器件名称
Q
空气开关(断路器)
FL
柜内照明
T
变压器
FM
冷却机
DF
开关电源
F
保险接线端子
PLC
可编程控制器
XT
接线端子
U
I/O分布模块
KM
交流接触器
LS
行程开关
DS
接进开关
KA
中间继电器
H
指示灯
SA
选择开关
SB
按钮
FR
变频器
第4章PLC控制程序设计
4.1PLC的说明
选用三菱Q系列PLC作为控制系统的使用。
Q系列PLC是三菱公司从原A系列PLC基础上发展过来的中、大型PLC系列产品,Q系列PLC采用了模块化的结构形式,系列产品的组成与规模灵活可变,最大输入输出点达到4096点;
最大程序存储器容量可达252k步,采用扩展存储器后可达32M;
基本指令的处理速度可以达到34ns;
其性能水平居世界领先地位,可以适合各种中等复杂机械、自动生产控制场合。
Q系列PLC的基本组成包括电源模板、CPU模块、基板、I/O模块等。
通过扩展基板与I/O模块可以增加I/O点数,通过扩展存储器可增加程序存储器容量,通过各种特殊功能模块可提高PLC的性能,扩大PLC的应用范围。
Q系列PLC可以实现多CPU模块在同一基板的安装,CPU模块间可以通过自动刷新来进行定期通信或通过特殊指令进行瞬时通信,以提高系统的处理速度。
特殊设计的过程控制CPU模块与高分辨率的模拟量输入/输出模块,可以适合各类过程控制的需要。
最大可以控制32轴的高速运动控制CPU模块,可以满足各种运动控制的需要。
4.2控制系统的硬件设计
4.2.1PLC的选型方法及原则
机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下,保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。
应考虑的因素如下:
1.结构合理
对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合,选用整体式结构的PLC;
否则,选用模块式结构的PLC。
2.功能强弱适当
对于开关量控制的工程项目,若控制速度要求不高,一般选用低档的PLC。
对于以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目,可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块,以及具有加减乘除运算和数据传输功能的低档机的PLC。
3.机型统一
PLC的结构分为整体式和模块式两种。
整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上,并封装在一个壳体内,省去了插接环节,因此体积小、价格便宜。
但由于整体式结构的PLC功能有限,只适合于控制要求比较简单的系统。
一般大型的控制系统都使用模块式结构,这样功能易扩展,比整体式灵活。
4.是否在线编程
PLC的特点之一是使用灵活。
当被控设备的工艺过程改变时,只需用编程器重新修改程序就满足新的控制要求,给生产带来很大方便。
5.PLC的环境适应性
由于PLC是直接用于工业控制的工业控制器,生产厂家都把它设计成能在恶劣的环境条件下可靠地工作。
尽管如此,每种PLC都有自己的环境技术条件,用户在选用时,特别是在设计控制系统时,对环境条件要进行充分的考虑,要根据具体的情况进行合理的选择。
6.PLC容量选择
PLC容量包括两个方面:
一是I/O的点数;
二是用户存储器的容量(字数)。
容量的选择除满足控制要求外,还应留有适当的余量以做备用。
根据经验,在选择存储容量时,一般按实际需要的10%~25%考虑余量。
对于开关量控制系统,存储器字数为开关量乘以8。
对于有模拟量控制功能的PLC,所需存储器字数为模拟内存单元数乘以100。
I/O点数也应留有适当余量。
由于目前I/O点数较多的PLC价格较高,若备用的I/O的点的数量太多将使成本增加。
根据被控对象的输入和输出信号的总点数,并考虑到今后的调整和扩充,通常I/O点数按实际需要的10%~15%考虑备用量。
4.2.2确定I/O点及分配
输入设备——用以产生输入控制信号(如按钮、指令开关、限位开关、接近开关、传感器等)。
输出设备——由PLC的输出信号驱动的执行元件,如继电器、接触器、电磁阀、指示灯等。
本系统中实际需要输入点20个点,输出点16点,根据输入输出点数,以及考虑到今后对系统的维护和扩充使用,要保留一定的余量,而且此为总系统的的一部分需求量较大,因此我们选用的PLC型号为三菱公司的Q系列。
表4-1
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