机电一体化毕业设计.docx
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机电一体化毕业设计
江西机电职业技术学院
毕业论文
学校：
江西机电职业技术学校
专业：
机电一体化技术
班级：
10级机电
（2）班
学生姓名：
黄奕林
学号：
47
指导教师：
刘曼
2013年7月8日
前言
实现自动化的有效方式，而且目前国内真正懂得PLC的人才太少，希望针对本次设计对作为自动化专业的学生，PLC是我们最基础的专业课。
众所周知，PLC自从问世以来就在自动控制各个行业发挥着难以取代的核心控制作用。
PLC运行可靠，适用于各种恶劣的工业环境，PLC和工控机（IPC）相比，其运行可靠、可扩展性好、便于电气连接、控制更专业，但是工控机良好的人机界面，方便高级语言都是PLC所不能比拟的。
尽管PLC、IPC在自动化控制中扮演不同角色，在许多运行连续时间较短，环境相对比较好的地方，人们还是希望使用IPC进行核心控制。
使用IPC进行核心控制有很多种实现方式，当然其中最为简单的办法就是使用组态软件。
在工厂和企业里面PLC一直是我们自动化的人大有裨益。
第1章亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置
1.1外观
图1-1亚龙YL-235A
1.2概述
亚龙YL－235A型光机电一体化实训考核装置，由铝合金导轨式实训台、上料机构、上料检测机构、搬运机构、物料传送和分拣机构等组成。
各个机构紧密相连，学生可以自由组装和调试。
控制系统采用模块组合式，由触摸屏模块、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、接线端子排和各种传感器等组成。
触摸屏模块、PLC模块、变频器模块、按钮模块等可按实训需要进行组合、安装、调试。
该系统包含了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、机械传动、气动、触摸屏控制、可编程控制器、传感器，变频调速等多项技术，为学生提供了一个典型的综合实训环境，使学生对过去学过的诸多单科的专业和基础知识，在这里能得到全面的认识、综合的训练和实际运用。
1.3实训项目
1.自动检测技术使用实训
2.气动技术应用实训
3.可编程控制器编程实训
4.电气控制电路实训
5.变频器应用实训
6.触摸屏应用实训
7.自动控制技术教学与实训
8.机械系统安装和调试实训
9.系统维护与故障检测实训
1.4配置
该装置配置了触摸屏模块、可编程控制器（PLC）、变频器装置、气动装置、传感器、气动机械手装置、上料器、送料传动和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，实训模块可根据不同的实训要求进行组合；同时学校还可以根据教学需要，配置不同品牌的（PLC）模块和变频器模块以及触摸屏模块，也可以增加其它实训模块。
系统的控制部分采用触摸屏模块和可编程控制器（PLC），执行机构由气动电磁阀-气缸构成的气压驱动装置，实现了整个系统自动运行，并完成物料的分拣。
整个实训考核装置的模块之间连接方式采用安全导线连接，以确保实训和考核的安全。
第2章亚龙YL-235A型光机电一体化实训考核装置机构说明
2.1整机工作流程
图2-1
2.2工作原理
在触摸屏上按启动按扭后，装置进行复位过程，当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器开始检测；如果送料电机运行若干秒钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料，这时要停机并报警；当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，手臂伸出，手爪下降将物料放到传送带上，落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料，同时机械手按原来位置返回进行下一个流程；传感器则根据物料的材料特性、颜色特性进行辨别，分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。
2.3送料机构
图2-2
1－转盘2－调节支架3－直流电机4－物料5－出料口传感器6－物料检测支架
放料转盘：
转盘中共放三种物料：
金属物料、白色非金属物料、黑色非金属物料。
驱动电机：
电机采用24V直流减速电机，转速6r/min；用于驱动放料转盘旋转。
物料支架：
将物料有效定位，并确保每次只上一个物料。
出料口传感器：
物料检测为光电漫反射型传感器，主要为PLC提供一个输入信号，如果运行中，光电传感器没有检测到物料并保持若干秒钟，则应让系统停机然后报警。
2.4机械手搬运机构
图2-3
1－旋转气缸2－非标螺丝3－气动手爪4－手爪磁性开关Y59BLS5－提升气缸
6－磁性开关D-C737－节流阀8－伸缩气缸9－磁性开关D-Z7310－左右限位传感器
11－缓冲阀12－安装支架
整个搬运机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧。
手爪提升气缸：
提升气缸采用双向电控气阀控制。
磁性传感器：
用于气缸的位置检测。
检测气缸伸出和缩回是否到位，为此在前点和后点上各一个，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；（在应用过程中棕色接PLC主机输入端，蓝色接输入的公共端）
手爪:
抓取和松开物料由双电控气阀控制，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，在控制过程中不允许两个线圈同时得电。
旋转气缸：
机械手臂的正反转，由双电控气阀控制。
接近传感器：
机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出。
（在应用过程中棕色线接直流24V电源“+”、蓝色线接直流24V电源“-”、黑色线接PLC主机的输入端）
双杆气缸：
机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。
气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。
缓冲器：
旋转气缸高速正转和反转时，起缓冲减速作用。
2.5物料传送和分拣机构
图2-4
1－磁性开关D-C732－传送分拣机构3－落料口传感器4－落料口5－料槽
6－电感式传感器7－光纤传感器8－过滤调压阀9－节流阀10－三相异步电机
11－光纤放大器12－推料气缸
落料口传感器：
检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号。
落料孔：
物料落料位置定位。
料槽：
放置物料。
电感式传感器：
检测金属材料，检测距离为3~5mm。
光纤传感器：
用于检测不同颜色的物料，可通过调节光纤放大器来区分不同颜色的灵敏度。
三相异步电机：
驱动传送带转动，由变频器控制。
推料气缸：
将物料推入料槽，由电控气阀控制。
2.6气动原理
本装置气动主要分为两部分：
一、气动执行元件部分有单出杆气缸、单出双杆气缸、旋转气缸、气动手爪。
二、气动控制元件部分有单控电磁换向阀、双控电磁换向阀、节流阀、磁性限位传感器。
图2-5气路原理图
2.7气缸电控阀使用
图2-6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。
图2-7双向电磁阀示意图
注：
双向电控阀用来控制气缸进气和出气，从而实现气缸的伸出、缩回运动。
电控阀内装的红色指示灯有正负极性，如果极性接反了也能正常工作，但指示灯不会亮。
图2-8单相电磁阀示意图
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。
气动手爪控制图：
图2-9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，当电控气阀得电，手爪夹紧。
当电控气阀断电后手爪张开。
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。
2.8传感器应用说明
2.8.1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特点。
2.8.2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。
触点电阻小，一般为50～200mΩ，吸合功率小，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。
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）不要把连接导线与动力线（如电动机等）、高压线并在一起；
3）磁性开关的配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。
第3章亚龙YL-235A光机电一体化实训考核装置电气电路说明
3.1电气电路组成
本装置电气部分主要有电源模块、按钮模块、可编程控制器（PLC）模块、变频器模块、三相异步电动机、接线端子排等组成。
所有的电气元件均连接到接线端子排上，通过接线端子排连接到安全插孔，由安全接插孔连接到各个模块，提高实训考核装置安全性。
结构为拼装式，各个模块均为通用模块，可以互换，能完成不同的实训项目，扩展性较强。
3.2西门子PLC主机、变频器
图3-1
电源模块：
三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器、单相电源插座用于模块电源连接和给外部设备提供电源，模块之间电源连接采用安全导线方式连接。
按钮模块：
提供了多种不同功能的按钮和指示灯（DC24V），急停按钮、转换开关、蜂鸣器。
所有接口采用安全插连接。
内置开关电源（24V/6A一组，12V/2A一组）为外部设备工作提供电源。
PLC模块：
主机采用西门子S7-200226继电器输出型+EM222CN（I/O扩展模块），所有接口采用安全插连接。
变频器模块：
变频器采用西门子MM420（三相输入），所有接口采用安全插连接。
警示灯：
共有绿色和红色两种颜色。
引出线五根，其中并在一起的两根粗线是电源线（红线接“+24”，黑红双色线接“GND”），其余三根是信号控制线（棕色线为控制信号公共端，如果将控制信号线中的红色线和棕色线接通，则红灯闪烁，将控制信号线中的绿色线和棕色线接通，则绿灯闪烁）。
3.2.1西门子PLC控制原理图
3.2.2西门子I/O分配图
输入地址
输出地址
序号
地址
备注
序号
地址
备注
1
I0.0
启动
15
Q0.1
放松继电器
2
I0.1
停止
16
Q0.2
夹紧继电器
3
I0.2
夹紧限位
17
Q0.3
左转继电器
4
I0.3
左转限位
18
Q0.4
右转继电器
5
I0.4
右转限位
19
Q0.5
伸出继电器
6
I0.5
伸出限位
20
Q0.6
缩回继电器
7
I0.6
缩回限位
21
Q0.7
上升继电器
8
I0.7
上限位
22
Q1.0
下降继电器
9
I1.0
下限位
23
Q1.1
推料一继电器
10
I1.1
平台检测传感器
24
Q1.2
推料二继电器
11
I1.2
推料一前点
25
Q1.3
推料三继电器
12
I1.4
推料二前点
26
Q1.5
变频器五端子
13
I1.6
推料三前点
27
Q1.6
运行指示
14
I2.3
物料检测光电传感器
28
3.2.3端子接线布置图
3.2.4西门子变频器操作
3.2.5西门子变频器参数设置
序号
参数代号
设置值
说明
1
P0010
30
调出出厂设置参数
2
P0970
1
恢复出厂值
3
P0003
3
参数访问级
4
P0004
0
参数过滤器
5
P0010
1
快速调试
6
P0100
0
工频选择
7
P0304
380
电动机的额
8
P0305
0.17
电动机的额定电流
9
P0307
0.03
电动机的额定功率
10
P0310
50
电动机的额定频率
11
P0311
1500
电动机的额定速度
12
P0700
2
选择命令源
13
P1000
1
选择频率设定值
14
P1080
0
电动机最小频率
15
P1082
50.00
电动机最大频率
16
P1120
2
斜坡上升时间
17
P1121
2
斜坡下降时间
18
P3900
1
结束快速调试
19
P0003
3
检查P0003是否是“3”
20
P1040
10
频率设置
小结
三年的大学学习，让我们对机械设计与制造方面的知识有了一个系统而又全新的的认识。
毕业设计是我们学习中最后一个重要的实践性环节，是一个综合性较强的设计任务，它为我们以后从事技术工作打下了一个良好的基础，对我们掌握所学知识情况进行了全面而又直观的检测。
为了能够较好的完成这次毕业设计，我投入了万分的精力做了充分的准备工作。
首先，我先针对课程设计课题来考虑，在指导老师的指点和帮助下，对所需的资料进行搜集和整理，根据设计的要求，再对资料做一个简单的归类。
其次，依据指导老师给出的设计任务要求，先制定设计的总体方案，按照指导老师要求的设计进度，一步步的完成此次的设计任务。
前几周的数控拆装综合实验，为我此次的毕业设计做了很好的铺垫，让我做起来没有太多陌生的感觉，更加得心应手些。
课程设计虽已结束，但想想我在其中所学到的知识，所遇到的困难，仍记忆犹新。
它让我明白了无论是设计新产品，还是改造原先的老产品，都是一个复杂的技术过程，容不得半点含糊。
设计人员应先明白设计的目的，了解产品的价值和实用性，其次要对设计的产品进行构思，确定总体方案，查阅资料，最后编写产品的设计说明书，进行绘图。
这次的课程设计培养了我独立设计思考和分析解决问题的能力，拓宽了我的知识面，是一次很好的锻炼机会！
感谢指导老师刘曼老师对我此次课程设计的指导!
参考文献
[1]刘曼.PLC应用技术.北京:
邮电大学出版社，2010.8.
[2]田淑珍.可编程控制器原理及应用.北京：
机械工业出版社，2005.
[3]王永华，现代电气控制及PLC应用技术.北京：
北京航空大学出版社，2003.
[4]廖常初.PLC编及应用.北京：
机械工业出版社，2005.
[5]严盈富.PLC入门.北京：
人民邮电出版社，2005.
[6]胡学林.可编程控制器应用技术.北京：
高等教育出版社，2005.
[7]张世生.可编程控制器应用技术.西安：
西安电子科技大学出版社，2009.
[8]吕景泉，可编程控制器技术编程.北京：
高等教育出版社，2006.
附录
梯形图
PLC外部接线图
气路图
端子接线布置图
升级会员 