基于plc的自动生产线.docx
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基于plc的自动生产线
项目5.3自动生产线
一、项目任务
现代化的自动生产设备(自动生产线)的最大特点是它的综合性和系统性,其中机械技术、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。
可编程序控制器以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中,担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。
YL-335A型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元,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PAC系统承担其控制任务,各PAC系统之间可以通过网络通讯实现互连的分布式控制方式。
因此,YL-335A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、PAC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。
利用YL-335A生产线组态,可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程,使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境,从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。
二、项目分析
1.系统基本组成及功能
YL-335A型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元等5个单元组成。
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。
其外观如图5-3-1所示。
基本功能如下:
图5-3-1YL-335A俯视图
(1)供料单元的基本功能:
按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送出到物料台上,以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。
(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。
(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。
(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滑槽分流的功能。
(5)输送单元的基本功能:
该单元具有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。
2.系统动作过程及设计要求
(1)供料单元控制要求:
供料单元的结构组成如图5-3-2所示。
其主要结构组成为:
进料模块和物料台,电磁阀组,接线端口,急停按钮和启动/停止按钮,走线槽、底板等。
图5-3-2供料单元结构图
该单元的工作过程要求如下:
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,而夹紧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。
(2)加工单元控制要求:
加工单元主要结构组成如图5-3-3所示,主要结构为:
物料台及滑动机构,加工(冲压)机构,电磁阀组,接线端口,急停按钮和启动/停止按钮,底板等。
图5-3-3加工单元示意图
1-底板2-滑动物料台部分3-冲压气缸部分
4-气动电磁阀5-物料台气动手爪6-物料台伸缩气缸
该单元的工作过程要求如下:
滑动物料台原始位置是处于物料台伸缩气缸伸出,物料台气动手爪张开的状态,当输送机构把物料送到料台上,物料检测传感器检测到工件后,PLC控制程序驱动机械手指将工件夹紧→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后机械手指松开的顺序完成工件加工工序,并向系统发出加工完成信号。
并为下一次工件到来加工做准备。
(3)装配单元控制要求:
装配单元是将该生产线中分散的两个物料进行装配的过程。
主要是通过对自身物料仓库的物料按生产需要进行分配,并使用机械手将其装配到来自加工单元的物料中心孔的过程。
装配单元总装实物图如5-3-4所示。
该单元的工作过程要求如下:
竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落,通过两直线气缸的共同作用,分别对底层相邻两物料夹紧与松开,完成对连续下落的物料的分配,被分配的物料按指定的路径落入由气动摆台构成的物料位置转换装置,由摆台完成180度位置变换后,由前后移动气缸,上下移动气缸,气动手指所组成的机械手夹持后位移,并装配到已定位的半成品工件中。
图5-3-4装配单元示意图
1-竖直料仓2-两个直线气缸3-物料位置转换装置
4-移动气缸5-气动手指6-气动电磁阀
(4)分拣单元控制要求:
分拣单元的结构组成如图5-3-5所示。
其主要结构组成为:
传送和分拣机构,传动机构,变频器模块,电磁阀组,接线端口,底板等。
分拣单元的控制过程要求如下:
当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时,将信号传输给PAC,通过PAC的程序启动变频器,带动电机运转驱动传送带工作,把工件带进分拣区。
如果进入分拣区工件为白色,则检测白色物料的光纤传感器动作,通过PAC的程序一号推料气缸启动,将白色料推到一号滑槽里,如果进入分拣区工件为黑色,检测黑色的光纤传感器作为二号滑槽推料气缸启动信号,将黑色料推到二号槽里。
图5-3-5分拣站示意图
1-三相电机驱动部分2-传送带3-检测黑色物料光纤传感器
4-检测白色物料光纤传感器5-一号滑槽6-二号滑槽7-入料口
(5)输送单元控制要求:
输送单元是YL-335A系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元。
该单元主要完成驱动它的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。
分拣单元的结构组成如图5-3-6所示,由抓取机械手装置、步进电机传动组件、按钮/指示灯模块和接线端子排等部件组成。
图5-3-6运输单元示意图
1-机械手及传输部分2-步进电机部分3-直线导轨
4-左限位保护开关5-原点限位开关6-右限位保护开关
输送单元的控制过程要求如下:
当操作人员按动复位按钮时,工作台复位到原点位置,按动启动按钮后,检测供料单元是否有料,若有料则机械手完成提升台上升→手爪伸出→提升台下降→手爪加紧→提升台上升动作抓取物料,PAC驱动步进电机运行带动机械手运行到加工单元位置后步进电机停止,机械手完成提升台下降→手爪放松→手爪缩回动作后等待加工单元完成加工动作,待加工单元加工完成将物料推出并松开手爪后,输送单元机械手将完成手爪伸出→手爪加紧→提升台上升动作抓取物料,PAC再次驱动步进电机运行带动机械手运行到装配单元位置后步进电机停止,机械手完成提升台下降→手爪放松→手爪缩回等待装配单元完成装配动作,待装配单元装配完成后,输送单元机械手将完成手爪伸出→手爪加紧→提升台上升→旋转气缸左转动作抓取物料,PAC再次驱动步进电机运行带动机械手运行到分拣单元位置后步进电机停止,机械手完成提升台下降→手爪放松→手爪缩回→旋转气缸右旋动作后,PAC驱动步进电机反向运行返回原点。
三、项目预备知识
1.软件:
指令
设计本项目控制程序需掌握:
基本逻辑指令,定时器、计数器指令、数据移位及转换指令,自锁、互锁系统,子程序调用等。
(二)硬件:
控制器/设备选型要求、
本项目需要的使用24V电源,PSD040、CPU310、ETM001、IC694MDL645、IC694MDL754等模块,启动、复位及停止按钮等设备。
四、项目实现
1.I/O分配
(1)供料单元I/O分配表如表5-3-1所示。
表5-3-1供料单元I/O分配表
输入
功能说明
输出
功能说明
%I00001
物料不够检测
%Q00010
顶料电磁阀
%I00002
物料有无检测
%Q00011
推料电磁阀
%I00003
物料台物料检测
%I00004
顶料到位检测
%I00006
推料缩回到位检测
%I00007
推料伸出到位检测
(2)加工单元I/O分配表如表5-3-2所示。
表5-3-2加工单元I/O分配表
输入
功能说明
输出
功能说明
%I00017
物料台物料检测
%Q00005
物料台夹紧电磁阀
%I00018
物料台夹紧检测
%Q00003
物料台伸缩电磁阀
%I00019
冲压上升到位检测
%Q00004
冲压电磁阀
%I00020
冲压下降到位检测
%I00021
物料台伸出到位检测
%I00022
物料台缩回到位检测
(3)装配单元I/O分配表如表5-3-3所示。
表5-3-3加工单元I/O分配表
输入
功能说明
输出
功能说明
%I00017
右测物料有无检测
%Q00010
档料电磁阀
%I00018
左测物料有无检测
%Q00011
顶料电磁阀
%I00019
物料有无检测
%Q00012
回转电磁阀
%I00020
物料不足检测
%Q00013
手爪夹紧电磁阀
%I00021
物料台检测
%Q00014
手爪下降电磁阀
%I00022
顶料伸出到位检测
%Q00015
手爪伸出电磁阀
%I00023
顶料缩回到位检测
%I00024
档料伸出到位检测
%I00025
档料缩回到位检测
%I00026
旋转汽缸左旋到位检测
%I00027
旋转汽缸右旋到位检测
%I00028
手爪夹紧到位
%I00029
手爪下降到位
%I00030
手爪上升到位
%I00031
手爪缩回到位
%I00032
手爪伸出到位
(4)分拣单元I/O分配表如表5-3-4所示。
表5-3-4分拣单元I/O分配表
输入
功能说明
输出
功能说明
%I00001
一号推料检测
%Q00010
一号推杆电磁阀
%I00002
二号推料检测
%Q00011
二号推杆电磁阀
%I00003
工作台物料有无检测
%Q00013
变频器运行
%I00004
二号推杆伸出到位
%I00012
变频器SW1
%I00005
一号推杆伸出到位
%I00006
二号推杆缩回到位
%I00007
一号推杆缩回到位
(5)输送单元I/O分配表如表5-3-5所示。
表5-3-5输送单元I/O分配表
输入
功能说明
输出
功能说明
%I00001
原点行程开关
%Q00002
提升台上升电磁阀
%I00002
右限位行程开关
%Q00003
回转汽缸电磁阀
%I00003
左限位行程开关
%Q00004
手爪伸出电磁阀
%I00006
提升台下限
%Q00005
手爪夹紧电磁阀
%I00007
提升台上限
%Q00006
手爪放松电磁阀
%I00008
回转汽缸右转到位
%Q00007
步进电机脉冲输出
%I00009
回转汽缸左转到位
%Q00008
步进电机方向控制
%I00010
手爪伸出到位
%I00011
手爪缩回到位
%I00012
手爪夹紧状态检测
%I00017
复位按钮
%I00018
启动按钮
%I00019
停止按钮
2.设计思路
(1)供料单元编程思路
①本单元流程图如图5-3-7所示
图5-3-7供料单元动作流程图
②编程要点
供料单元编程时,可参考上述流程图运用常用指令即可实现;在编程过程中,为了保护设备及使设备动作连贯流畅,可在程序中适当增加定时器。
③参考程序
项目参考程序如图5-3-8所示。
图5-3-8供料单元控制程序
(2)供料单元编程思路
①供料单元流程图如图5-3-9所示
图5-3-9加工单元动作流程图
②编程要点
加工单元的工艺过程是一个顺序控制过程,加工单元编程时,可参考上述流程图运用常用指令即可实现;在编程过程中,为了保护设备及使设备动作连贯流畅,可在程序中适当增加定时器。
③参考程序
项目参考程序如图5-3-10所示。
图5-3-10加工单元控制程序
(3)加工单元编程思路
①加工单元流程图如图5-3-11所示
图5-3-11装配单元动作示意图
②编程要点
装配单元的控制过程均为逻辑控制,编程时不仅要注意网络数据的读取与写入,更要理清输入继电器与输出继电器之间的逻辑关系。
为让整个装配单元的动作过程稳定可靠,逻辑严谨,与其他单元的配合竟然有序,满足该自动生产线的需要,编程时可适当使用定时器来增加动作间隔。
③参考程序
项目参考程序如图5-3-12所示。
图5-3-12装配站控制程序
(4)分拣单元编程思路
①分拣单元流程图如图5-3-13所示
图5-3-13分拣单元流程图
②编程要点
分拣单元传送带的运行是通过变频器控制三相异步电动机来实现的,在用PAC对变频器控制以前,要注意变频器相关参数的设置;分拣单元需要完成在传送带上把不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能,为了使工件能准确地推出,光纤传感器灵敏度的调整以及软件编程中定时器设定值的设置等,应相互配合;为让整个装配单元的动作过程稳定可靠,逻辑严谨,与其他单元的配合竟然有序,满足该自动生产线的需要,编程时可适当使用定时器来增加动作间隔。
③参考程序
项目参考程序如图5-3-14所示。
图5-3-14分拣单元控制程序
(5)输送单元编程思路
①输送单元流程图如图5-3-15所示
图5-3-15运输单元动作流程图
上述流程图中,如第3步中所示动作为“机械手从供料单元抓取物料”,具体可分解为:
提升台上升→手爪伸出→提升台下降→手爪加紧→提升台上升动作抓取物料;其余第5、7、9、11、13步中所示动作读者可自行完成,
②编程要点
运输单元中机械手的动作控制过程均为逻辑控制,编程时不仅要注意网络数据的读取与写入,更要理清输入继电器与输出继电器之间的逻辑关系。
为让整个装配单元的动作过程稳定可靠,满足该自动生产线的需要,编程时可适当使用定时器来增加动作间隔;机械手在直线导轨上的运行是由PAC控制步进电机带动传送皮带来完成的;该单元涉及的动作比较多,建议将不同的机械手动作作为子程序,需要时在主程序中进行调用;在调用子程序过程中,为避免动作误调用,可在不同动作的子程序中为本子程序设置一个变量作为标志。
③参考程序
项目参考程序主程序如图5-3-16所示。
图5-3-16控制主程序_MAIN
机械手在各个单元中的动作编程为子程序,需要时在主程序中调用。
图5-3-17机械手状态复位子程序
图5-3-18机械手返回原点子程序
图5-3-19机械手从供料单元抓取物料子程序
5-3-20机械手将物料放入加工单元子程序
图5-3-21机械手从加工单元抓取物料子程序
图5-3-22机械手将物料放入装配单元子程序
图5-3-23机械手从装配单元抓取物料子程序
图5-3-24机械手将物料放入分拣单元子程序
图5-3-25机械手在导轨上运行子程序
五、项目扩展
1.控制要求扩展
本套系统由于涉及动作较多,可扩展的地方也比较多,读者可根据现场实际情况扩展。
如:
(1)在每个单元上设置一个手动按钮,当需要单独调试某个单元时候,能够独立工作。
(2)加工单元中,工件的加工次数也可设置成多次加工。
(3)加入急停按钮,当某个单元正在工作过程中,发生意外,能保持当前工作状态不变,故障排除后,再从刚才的断点继续运行。
2.编程方法扩展
(1)步进电机的控制方式可扩展。
(2)引入总线控制方式。
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