机电一体化实训操作系统说明书.docx
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机电一体化实训操作系统说明书
机电一体化
实训操作系统
说明书
一系统概述
本套机电一体化实训系统是以台湾eVIEW触摸屏为监控设备，西门子S7-300型可编程序控制器作为主控制器,S7-200型可编程控制器作为单元控制器，所有的设备之间采用西门子专用网络连接的形式。
配有由8个单元组成的执行器及机械装置，每站的执行器采用托板形式，由托板固定在实验平台上，每站的控制器采用挂板形式，挂在实验台的网孔板上，电、气连接由学生自己动手，完成插接过程，提高动手能力
系统涵盖了自动化领域中的常用技术；可编程控制器技术、触摸屏监控技术、气动技术、机械传动技术、传感器技术、配线技术、机械装配技术、机电联调技术、PLC编程技术、各种常用电机的控制技术等
本套系统由8个单元组成；它们是储料单元、翻转送料单元、尺寸检测单元、材质检测单元、机械手送料单元、加工单元、搬运单元、立体仓储单元。
每个单元有各自动作特点和要求，可成组编程，也可以单元分步编程，其工作任务是将随设备一起提供的工件由原料仓库取出，经过高度检测，材质检测，然后对非金属工件进行加工，最后按材料的不同将工件进行分捡入库。
同时在几个工作单元之间配以不同形式的工件传送装置最终完成一整套工作及工艺过程。
二控制器介绍
1.触摸屏：
触摸屏是一种典型的人机界面，它在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。
使用触摸屏能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误。
使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC控制器所需的I/O点数。
MT500系列触摸屏是专门面向PLC应用的，它不同于一些简单的仪表式或其它的一些简单的控制PLC的设备，其功能非常强大，使用非常方便，非常适合现代工业越来越庞大的工作量及功能的需求。
日益成
为现代工业必不可少的设备之一。
2.西门子S7-300可编程控制器：
SIMATICS7-300是一种通用型PLC，能适合自动化工程中的各种应用场合，尤其是在生产制造过程中的应用。
模块化、无排风扇结构、易于实现分布式的配置、以及用户易于掌握等特点，使得S7-300在实施各种控制任务时，成为一种既经济又切合实际的解决方案。
S7-300具有以下显著特点：
●循环周期短，处理速度高
●指令集功能强大、可用于复杂功能
●产品设计紧凑、可用于空间有限的场合
●模块化结构、适合密集安装
●有不同档次的CPU、各种各样的功能模块合I/O模块可供选择
●100％免维护
STEP7编程软件用于SIMATICS7等的编程、监控和参数设置的标准工具，为了在个人计算机上使用STEP7,应配置MPI通信卡或PC/MPI通信适配器，将计算机连接到MPI或PROFIBUS网络，来下载和上载PLC的用户程序和组态数据。
3.PROFIBUS网络：
PROFIBUS是一种国际性的开放式现场总线标准，属于单元级和现场级的SIMATIC网络，适用于传输中小量的数据。
其开放性可以允许许多家厂商开发各自的符合PROFIBUS协议的产品，这些产品均可以连接在同一个PROFIBUS网络上。
PROFIBUS是一种电气网络，物理传输介质可以是屏蔽双绞线、光纤或无线传输。
目前的PROFIBUS有三种系列：
PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。
PROFIBUS-DP应用于现场级；PROFIBUS-PA用于车间级；PROFIBUS-FMS专为过程自动化设计，可用于有爆炸危险的环境中。
我们在设备中使用的是PROFIBUS-DP。
PROFIBUS-DP的最高传输率为12Mbps，经过优化的高速、廉价的传输形式，适用于自动控制系统与现场设备之间的实时通信，它采用了RS-485传输。
4.西门子S7-200可编程控制器：
S7-200系列属于整体式小型PLC,用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统，将CPU模块、I/O模块和电源装在一个箱型机壳内，CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。
EM277PROFIBUS-DP从站模块用于将S7-200CPU连接到PROFIBUS-DP网络。
通信速率为9600～12Mbps。
STEP7-Micro/Win32是专门为S7-200设计的，在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件，CPU通过PC/PPI电缆或插在计算机中的CP5611等通信卡与计算机通信。
三系统单元介绍及资料
本系统的8个单元各自配有自己的SIEMENSS7-200PLC可编程序控制器作为单元控制器，每个单元还配有独立的操作按钮：
自动/手动选择；启动/停止选择；单步运行；系统复位。
因为每一站都可以方便的连接电源系统，气动系统，机械系统，操作系统，所以每一站可以作为独立的系统进行控制，也可以根据不同的需要进行两站或者多站组合，完成所需要的系统动作。
其中每站可以进行单步分解动作控制，单站手动单循环控制，自动响应循环控制。
0.0号工作台主要功能：
①整套设备的总电源供应（AC220V和DC24V）,具有电路分断和急停的功能，通过工作台后面的电源插孔和导线依次连接到后续的工作台上；
②整套设备的总气源供应，具有气路急停和气压调节的功能，通过工作台前面的气路快接插头和气管依次连接导后续的工作台上；
③触摸屏和S7-300PLC固定在网孔板上，同时从0号台取得电源（触摸屏使用DC24V供电，S7-300PLC使用AC220V供电）
0号台外形图
1储料单元
动作过程：
工件由气缸推出到料板上，然后等待下一单元将工件取走。
气缸的顶出与收回靠一个二位五通双控电磁阀控制。
由传感器识别顶料杆（气缸）的位置；当传感器无信号时说明料库中无原料，顶料杆不能推出；由行程开关完成识别工件是否已被推到料板上。
动作要求：
-工件通过顶料杆由仓库被分离到料板上
-判断料板上有无工件
-当料库无工件时，顶料杆将不能推出
-当工件被分离到料板上后，发出信号给下一单元
第一站挂板配线图
第一站托板配线图
2翻转送料单元
动作过程：
翻转臂在两个单元间设定的位置准确地传送工件。
采用直流减速电机完成该动作，并通过真空吸盘抓取工件。
系统通过三个传感器识别旋转臂的位置，并向其他单元发出启动信号；由一个微动开关识别工件是否被抓牢.
动作要求：
-工件被抓取
-当工件被抓取后，旋转臂由左向右运动
-旋转臂到达右侧将释放工件
-释放工件后旋转臂向左运动
第二站挂板配线图
第二站托板配线图
3尺寸检测单元
动作过程：
当接到工件后，托料盘上升至顶端，由传感器识别工件的高度是否符合要求。
若“合格”，托料盘下降至中部停稳后，推料气缸工作，将工件推出，工件将沿滑槽到下一单元，当下一站单元识别工件已到位，这时停在中部的托料盘继续下降到底端，等待下一工件的到来；若“不合格”，托料盘直接下降至底端。
将不合格工件，推入废料槽。
动作要求：
-托料盘上升
-托料盘到达顶部，需要延时（进行检测）
-根据测量结果，托料盘下降到中部或底部推料
-记录检测结果
第三站挂板配线图
第三站托板配线图
4材质检测单元
动作过程：
当接到工件后传送带开始转动，带动工件向后运动，其间经过三个传感器，来识别工件的材质，到达检测完成位置后发出信号由下一个工作站将工件取走，传送带停止转动，等待下一个工件的到来。
动作要求：
-由变频器驱动三相交流电动机来完成工件在传送带上的运动和停止
-存储工件的检测结果，提供给加工单元和立体仓储单元
第四站挂板配线图
第四站托板配线图
5机械手搬运单元
动作过程：
当工件被送到机械手下方后，机械手将向下运动，然后锁紧夹爪，当工件被夹住后，机械手上升，到达上端后，手臂向右旋转180°。
当到达右侧后夹爪向下并释放工件，然后上升，最后机械手臂向左摆动、复位，并发出信号，将控制权交给下一单元。
动作要求：
-机械夹爪上下运动
-机械夹爪锁紧后将有信号产生
-机械手臂左右摆动（180°）
-只有当机械手臂下降到低端时才能作开合动作
-完成动作后，发出信号给下一单元
第五站挂板配线图
第五站托板配线图
6加工单元
动作过程：
当工件被送到锁紧槽后，拉缸向后，将工件锁紧，然后钻机启动，并缓慢下降，当到达规定位置后钻机上升，升至顶端后停转，这时拉缸复位向前，并发出信号，将控制权移交给下一站。
动作要求：
-钻机旋转
-钻机上下运动
-锁紧槽锁紧（既拉缸向后）后，钻机才能旋转并下降
-锁紧槽释放后要发出一个信号给下一站
第六站挂板配线图
第六站托板配线图
7传送单元
动作过程：
接到信号后，旋臂顺时针旋转180°，当到达工件上方时，旋臂下降，再抽真空，工件被吸住后，旋臂上升至顶端，并逆时针旋转180°后旋臂真空释放将工件放置在立体仓库得接料库位上，为下次动作作准备。
动作要求：
-旋臂做上下运动
-旋臂顺时针或逆时针旋转180°
-用抽真空抓取工件
第七站挂板配线图
第七站托板配线图
8立体仓储单元
动作过程：
接到第4站的取空料盘信号后，叉车根据来料种类将该类库位的空盘取出并放置在装料位,等待第7站将来料装入料盘中,当第7站完成放料的工作后,叉车将料盘放入相应料仓位。
叉车返回原位,为下次动作做准备，同时在仓库未满的情况下，触发第1站的动作。
动作要求：
-何种货物及到来的先后顺序由程序事先指定所放的库位
-叉车作X,Y,Z三维的运动
-叉车运行定位信号由传感器产生
第八站挂板配线图
第八站托板配线图
四附录
附录A：
系统整体动作流程图：
摆杆向左
顶料杆收回
启动
摆缸向右
顶料杆推出
抽真空抓件
工件释放
摆缸复位
料块下降“合格”
料块上升
检测
N
Y
料块下降“不合格”
推料“不合格”
检测工件材质
机械手向下
传送带转动
机械手向上
机械手摆向右
机械手闭合
机械手下降
机械手打开、向上
机械手臂向左
是塑料工件？
Y
卡料缸拉紧
第八站判断工件材质
取相应空盘到接料位
旋转臂下降
抽真空
旋转臂左转
旋转臂右转
真空释放
旋转臂上升
工件释放
叉车入库
附录B：
单元PLC输入/输出部件使用明细表：
序号
名称
传感器数量（个）
驱动部件数量（个）
光电传感器
霍尔传感器
电感传感器
磁性开关
微动开关
电磁阀
继电器
驱动器控制
1
储料单元
1
2
1
2
2
翻转送料单元
3
1
1
2
3
尺寸检测单元
1
3
1
4
4
材质检测单元
2
1
1
3
5
机械手搬运单元
3
2
2
2
6
加工单元
4
2
1
7
传送单元
3
2
2
3
8
立体仓储单元
2
6
6
标号定义
×GD×
×HE×
×DG×
×QG×
×KG×
×D×
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