自动化生产线加工单元课程设计doc.docx
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自动化生产线加工单元课程设计doc
自动化生产线加工单元课程设计
姓名丁守旺
学号**********
班级13级电气2班
专业电气自动化
院系电子电气工程学院
自动化生产线加工单元课程设计
摘要:
针对国内对自动化生产设备日益依赖的状况,本文结合YL-335B自动化试验台装置,介绍了一种基于PLC控制的自动生产线加工单元的设计与实现。
阐述了该装置的组成结构、气动回路、控制系统和工作原理。
该设计具有结构简单、通用性强、便于学习等特点。
关键词:
自动化、生产线、实验台、PLC
1了解YL-335B自动生产线装备
1.1YL-335B的基本组成
亚龙YL-335B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5个单元组成。
其外观如图1-1所示。
每一工作单元既可自成一个独立的系统,同时又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。
图1-1YL-335B外观图
在控制方面,YL-335B采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案,即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务,各PLC之间通过RS485串行通信实现互连的分布式控制方式。
1.2YL-335B加工单元的基本功能
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。
2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2-1所示。
图2-1加工单元机械结构总成
2.1自动生产线_物料台及滑动机构
加工台用于固定被加工件,并把工件移到加工(冲压)机构正下方进行冲压加工。
它主要由气动手爪、手指、加工台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。
滑动加工台的工作原理:
滑动加工台在系统正常工作后的初始状态为伸缩气缸伸出,加工台气动手指张开的状态,。
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控制程序驱动气动手指将工件夹紧→加工台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→加工台重新伸出→到位后气动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。
为下一次工件到来加工做准备。
1
在移动料台上安装一个漫射式光电开关。
若加工台上没有工件,则漫射式光电开关均处于常态;若加工台上有工件,则光电接近开关动作,表明加工台上已有工件。
该光电传感器的输出信号送到加工单元PLC的输入端,用以判别加工台上是否有工件需进行加工;当加工过程结束,加工台伸出到初始位置。
移动料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸缩气缸上两个磁性开关位置来定位的。
要求缩回位置位于加工冲头正下方;伸出位置应与输送单元的抓取机械手装置配合动作,确保输送单元的抓取机械手能顺利地把待加工工件放到料台上。
2.2加工(冲压)机构
加工机构用于对工件进行冲压加工。
它主要由冲压气缸、冲压头、安装板等组成。
冲压台的工作原理是:
当工件到达冲压位置时,即伸缩气缸活塞杆缩回到位,冲压缸伸出对工件进行加工,完成加工动作后冲压缸缩回,为下一次冲压做准备。
冲头根据工件的要求对工件进行冲压加工,冲头安装在冲压缸头部。
安装板用于安装冲压缸,对冲压缸进行固定。
3配件选用
3.1了解直线导轨
直线导轨是一种滚动导引,它由钢珠在滑块与导轨之间作无限滚动循环,使得负载平台能沿着导轨以高精度作线性运动,其摩擦系数可降至传统滑动导引的1/50,使之能达到很高的定位精度。
直线导轨副通常按照滚珠在导轨和滑块之间的接触牙型进行分类,主要有两列式和四列式两种。
该装置上均选用普通级精度的两列式直线导轨副,其接触角在运动中能保持不变,刚性也比较稳定。
3.2加工单元的气动元件
加工单元所使用气动执行元件包括标准直线气缸、薄型气缸和气动手指,下面只介绍前面尚未提及的薄型气缸和气动手指。
3.2.1、薄型气缸
薄型气缸属于省空间气缸类,即气缸的轴向或径向尺寸比标准气缸有较大减小的气缸。
具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。
薄型气缸的特点是:
缸筒与无杆侧端盖压铸成一体,杆盖用弹性挡圈固定,缸体为方形。
这种气缸通常用于固定夹具和搬运中固定工件等。
在该加工单元中,薄型气缸用于冲压,这主要是考虑该气缸行程短的特点。
3.2.2、气动手指(气爪)
气爪用于抓取、夹紧工件。
气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。
该加工单元所使用的是滑动导轨型气动手指,如图3-1(a)所示。
其工作原理可从其中剖面图(b)和(c)看出。
图3-1气动手指实物和工作原理
3.2.3、气动控制回路
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3-2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3-2加工单元气动控制回路工作原理图
4加工单元PLC控制系统设计
4.1工作任务
只考虑加工单元作为独立设备运行时的情况,本单元的按钮/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,表示设备已准备好。
否则,该指示灯以1Hz频率闪烁。
2、若设备已准备好,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。
4.2PLC的I/O分配及系统安装接线
1、装置侧接线端口信号分配如表4-1所示
2、加工单元选用S7-224AC/DC/RLY主单元,共14点输入和10点继电器输出。
PLC的I/O信号表如表4-2所示,接线原理图如图4-1所示。
表4-1加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配
表4-2加工单元PLC的I/O信号表
图4-1加工单元PLC的I/O接线原理图
13.4.3编写和调试PLC控制程序
1、编写程序的思路
加工单元主程序流程与供料单元类似,也是PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段,确认系统已经准备就绪后,才允许接收启动信号投入运行。
但加工单元工作任务中增加了急停功能。
为此,调用加工控制子程序的条件应该是“单元在运行状态”和“急停按钮未按”两者同时成立,如图3-12所示。
图3-12加工控制子程序的调用
这样,当在运行过程中按下急停按钮时,立即停止调用加工控制子程序,但急停前当前步的S元件仍在置位状态,急停复位后,就能从断点开始继续运行。
加工过程也是一个顺序控制,其步进流程图如图3-13所示。
图3-13加工过程的流程图
从流程图可以看到,当一个加工周期结束,只有加工好的工件被取走后,程序才能返回S0.0步,这就避免了重复加工的可能。
2、调试与运行
(1)调整气动部分,检查气路是否正确,气压是否合理,气缸的动作速度是否合理。
(2)检查磁性开关的安装位置是否到位,磁性开关工作是否正常。
(3)检查I/O接线是否正确。
(4)检查光电传感器安装是否合理,灵敏度是否合适,保证检测的可靠性。
(5)放入工件,运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。
(6)调试各种可能出现的情况,比如在任何情况下都有可能加入工件,系统都要能可靠工作。
(7)优化程序。
参考文献:
[1]中国--亚龙科技集团.亚龙YL-335A型自动化生产线实训考核装备[M].2008.
[2]李道霖张仕军李彦海李雪梅.电气控制与PLC原理及应用(西门子系列)
[M].电子工业出版社.2004.
[3]汪晓平等.可编程控制器系统开发实例导航[M].人民邮电出版社.2004.
[4]廖常初等.PLC编程及应用[M].机械工业出版社.2004.
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