KNTM601型MPS模块化生产制造系统实验指导书.docx

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KNTM601型MPS模块化生产制造系统实验指导书

KNT-M601MPS模块化生产制造系统

实验指导书

第一章KNT-M601MPS模块化生产制造系统概述............................6

1.1KNT-M601MPS模块化生产制造系统的基本组成.........................6

1.2KNT-M601MPS模块化生产制造的基本功能............................7

1.3KNT-M601MPS模块化生产制造的特点和实训项目.......................8

1.4KNT-MT601MPS模块化生产制造系统的技术参数.......................10

第二章供料单元的结构与控制.......................................11

2.1供料传输单元的结构.............................................11

2.1.1供料传输单元的功能...........................................11

2.1.2供料传输单元的结构组成.......................................11

2.1.3供料传输单元气动控制回路.....................................14

2.2供料传输单元的PLC控制及编程调试................................15

第三章机械手单元的结构与控制.....................................21

3.1机械手单元的结构...............................................21

3.1.1机械手单元的功能.............................................21

3.1.2机械手单元的结构组成.........................................21

3.1.3机械手单元气动控制回路.......................................23

3.2机械手单元的PLC控制及编程调试..................................23

第四章加工单元的结构与控制.......................................28

4.1加工单元的结构.................................................28

4.1.1加工单元的功能...............................................28

4.1.2加工单元的结构组成...........................................28

4.1.3加工单元的气动控制回路.......................................29

4.2加工单元的PLC控制及编程调试....................................30

第五章搬运单元的结构与控制.......................................35

5.1搬运单元的结构.................................................35

5.1.1搬运单元的功能...............................................35

5.1.2搬运单元的结构组成...........................................35

5.1.3搬运单元的气动控制回路.......................................36

5.2搬运单元的PLC控制及编程调试....................................37

5.3搬运单元的步进电机的使用.......................................42

第六章装配单元的结构与控制.......................................50

6.1装配单元的结构.................................................50

6.1.1装配单元的功能...............................................50

6.1.2装配单元的结构组成...........................................50

6.1.3装配单元的气动控制回路.......................................51

6.2装配单元的PLC控制及编程调试....................................52

第七章检测分拣单元的结构与控制...................................57

7.1检测分拣单元的结构.............................................57

7.1.1检测分拣单元的功能...........................................57

7.1.2检测分拣单元的结构组成.......................................57

7.1.3检测分拣单元的气动控制回路...................................58

7.2检测分拣单元的PLC控制及编程调试................................59

第八章教学项目...................................................64

8.1教学项目一供料传输站电气控制.................................64

8.2教学项目二机械手站电气控制...................................64

8.3教学项目三加工站电气控制.....................................64

8.4教学项目四搬运站电气控制.....................................65

8.5教学项目五装配站电气控制.....................................65

8.6教学项目六检测分拣站电气控制.................................66

8.7西门子PLC编程软件的使用.......................................66

第九章综合实训项目...............................................91

前言

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，在这里，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PLC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（PLC）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。

因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。

康尼KNT-M601MPS模块化生产制造系统该系统由供料传输单元、搬运单元、加工单元、装配搬运单元、装配单元、分拣单元等组成，综合运用了PLC控制、气动驱动技术，多种传感器，构成一个典型的自动生产线的机械平台。

利用KNT-M601MPS模块化生产制造系统，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。

KNT-M601MPS从选材、造型及功能等多方面力求贴合实际工业生产，着重体现真实工业现场的技术应用。

是为职业院校、职业教育培训机构专门研制的一种典型的机电一体化实训设备。

尤其适合机电一体化、自动化等相关专业的教学和培训。

同时本设备的各个模块可分别逐次运行，使学生可以由浅入深、渐进全面的掌握各项自动控制及相关技术，并可以通过拆装、调试进一步提高学生的动手能力。

本设备主要技术及程序均向用户开放，也提供给院校一个二次开发的良好平台。

本实训指导书主要阐述康尼KNT-M601MPS模块化生产系统实训考核装备的基本结构、工作原理和工作过程。

实训指导书力求采用项目教学的方法介绍本装备所涉及的技术，使学生在知识的学习和综合应用，PLC的编程，设备的安装与调试等方面能收到较好的效果。

鉴于时间仓促和限于编者水平，书中难免有错误及不当之处，恳请读者批评指正。

开发背景

越来越多现代企业已跨入自动化生产线的行列。

上图为机械制造生产线，还有冶金、钢铁、化工、造纸、饮料等。

为学生将来快速适应企业岗位要求，学校引进先进教学设备，模拟现场控制。

利用KNT-M601MPS模块化生产制造系统，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。

使学生可以由浅入深、渐进全面的掌握各项自动控制及相关技术，并可以通过拆装、调试进一步提高学生的动手能力。

本设备主要技术及程序均向用户开放，也提供给院校一个二次开发的良好平台。

第一章KNT-M601MPS模块化生产制造系统概述

1.1KNT-M601MPS模块化生产制造系统的基本组成

康尼KNT-M601模块化生产系统装备由供料传输单元、机械手单元、加工单元、搬运单元、装配单元、检测分拣单元等组成。

系统图如图1-1所示。

图1-1KNT-M601系统图

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。

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，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一个典型的一维位置控制系统。

在KNT-M601模块化生产系统设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色等。

传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。

在控制方面，每个单元单独使用西门子CPU226AC/DC/继电器PLC进行控制，每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，每台PLC点对点硬连接联网（各PLC之间可以通过PPI总线通讯实现互连的分布式控制方式或点对点硬连接或其他）

系统特征

1.各工作站采用模块化形式，各模块易于搭建、拆卸和维护，各工作站之间可随意组合，连接方便、快捷。

2.系统中采用国际知名公司（如德国费斯托、日本SMC、韩国Autonics等）工业元件，质量可靠、性能稳定，故障率低，从而保证学校教学的顺利进行很高的兼容和扩展性。

3.通过本系统的学习，学生可以获得气动、工程控制、传感器、可编程控制器等工业现场综合技术和专业知识。

4.本系统具有很高的兼容和扩展性，随着工业现场技术的快速发展，本系统可以紧跟现场技术升级扩展，深入地满足教学的需要。

5.本系统可以锻炼学习者创造性的思维和动手能力，学习者可以利用本系统从机械组装、综合布线、PLC编程与调试、现场总线等方面入手逐一的进行工程实训；也可以在本系统基础之上进行二次开发与研究。

6.可根据客户要求提供解决方案

1.2KNT-M601MPS模块化生产制造系统各单元的基本功能

1、供料检测单元的基本功能：

供料检测单元的主要作用是提供毛坯件。

在管状料仓中可存放多个毛坯件。

供料过程中，推料气缸从料仓中将毛坯件逐一推出至传输带的起始端，对工件进行属性区分并记录，传输带启动将工件移动至传输带末端停止。

2、机械手单元的基本功能：

在机械手单元，升降气缸下降将工件升起后，气缸移动到加工侧第一个工位处放下。

3、加工单元的基本功能：

上单元之合格工件通过滑道进入四工位转台机构；分别设置为一号待料工位、二号钻孔工位、三号深度检测工位、四号卸料工位，分别间隔90°转角。

当检测分拣单元的工件通过滑道落入待料工位后，转台机构逐次旋转90°，钻孔机构模拟钻孔，深度检测机构检测孔深。

当工件转至第四工位时通知下一单元的机械手实施卸料工作。

4、搬运单元的基本功能：

首先判断加工零件的合格与否，将不合工件从卸料工位直接提取到废料槽；而将合格的加工工件则输送至装配单元，当装配完成后再将装配好的总成送到分拣单元。

5、装配搬运单元的基本功能：

首先载有工件的装配平台旋转90度后，定位气缸推出并使工件贴紧装配件料仓，推料缸将圆柱销推出装配到工件的柱型孔中，装配平台恢复到平行状态，完成装配过程

6、分拣单元的基本功能：

进入分拣单元的加工工件被分别放置在二根不同的滑槽上。

当加工好的工件被送到检测机构上来，直流电机带动皮带转动通过分拣机构判断高低、黑白件，导向气缸根据记录的工件属性分别动作，完成分拣入槽。

所有单元具体操作如下：

所有单元在上电后需要复位，硬件复位把手/自动选择手动，然后按下复位键，则复位开始；软件复位，先把硬件的联机选择联机位，在触摸屏上把联机选择在联机位，手/自动选择手动，然后在触摸屏或上位机上按下复位键，则复位开始，复位完成后启动绿灯闪烁。

复位以后如果想单机运行某个单元，则把该单元硬件上联机选择单机，手/自动选择自动，然后按启动按钮，则该单元会开始动作。

如果需要所有的单元联机动作，把所有单元的联机选择联机，手/自动选择自动（包括软硬件上都需要这样操作），然后再触摸屏或硬件上逐一按一下启动按钮，当每个单元的启动绿灯常亮的时候，把工件放在供料单元的供料口处，所有的单元则开始自动联机动作。

1.3KNT-M601MPS模块化生产制造系统的特点和实训项目

KNT-MT601模块化生产制造系统设备是一套半开放式的设备，用户在一定程度上可根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型，最多可由6个单元组成，最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统。

由多个单元组成的系统，PLC网络的控制方案可以体现出自动生产线的控制特点。

设备中的各工作单元均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安装，控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。

其中，各单元采用了最为灵活的拆装式模块结构：

组成该单元的按钮/指示灯模块、电源模块、PLC模块、步进电机驱动器模块等均放置在安装支架上；模块之间、模块与实训台上接线端子排之间的连接方式采用导线连接，最大限度地满足了综合性实训的要求。

总的来说，KNT-MT601模块化生产制造系统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、PLC控制和组网、步进电机位置控制等。

利用该系统，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。

利用KNT-MT601模块化生产制造系统可以完成以下实训任务：

MPS实验室相关培训项目

一、PLC的设计与应用

（1）数据传输功能实验

（2）定时、计数、移位功能实验

（3）比较功能实验

（4）步进功能的应用实验

（5）跳转功能的应用实验

（6）子程序调用功能的应用实验

（7）中断控制功能的应用实验

（8）变频调速的PWM控制功能的应用实验

二、传感器技术及应用

（1）光电传感器的特性研究及应用

（2）电感传感器的特性研究及应用

（3）电磁传感器的特性研究及应用

（4）位置传感器的特性研究及应用

三、气动控制技术

（1）电控气动阀的工作原理及应用

（2）气动二联体的工作原理及应用

（3）各种气缸的工作原理及应用

四、运动控制系统

（1）直流电机的控制技术

（2）步进电机的控制技术

六、故障检测技术技能培训

（1）程序故障设置的排除训练

（2）参数故障设置的排除训练

（3）电气接线故障设置的排除训练

（4）机械故障设置的排除训练

1.4KNT-MT601模块化生产制造系统的技术参数

1、交流电源：

三相五线制，AC380V/220V±10%50Hz；

2、温度：

-10℃~40℃；环境湿度：

≤90%（25℃）；

3、整机消耗：

≤1.5kVA；

4、气源工作压力：

最小0.5Mbar，最大1Mbar。

4、安全保护措施：

具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。

采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。

第二章供料传输单元的结构与控制

2.1供料传输单元的结构

2.1.1供料传输单元的功能

供料传输单元是KNT-MT601模块化生产制造系统中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。

如图2-1所示为供料传输单元实物的全貌。

组成：

主要由铝合金型材基体、料仓、推料气缸、传输带、光电传感器、磁感应开关、电磁阀及PLC控制系统等组成。

功能：

为系统供料（提供毛坯零件）。

工作过程描述：

当供料传输单元的料仓工件有无传感器（光纤放大器）检测到料仓内有毛坯零件时，推料气缸动作，活塞杆伸出，将毛坯零件从仓内推到传输带上，传输带开始运行，同时推料气缸活塞杆收回，准备从仓内推出下个毛坯零件。

传输带将毛胚零件送到其末端阻挡机构，并将毛胚零件劫下，设在挡机构处的工件有无传感器检测到有毛坯零件，发信号给机械手工作站，来搬取毛坯零件。

2.1.2供料检测单元的结构组成

1、技术指标：

项目

技术参数

备注

尺寸

500（W）×750（D）×1055（H）㎜

重量

50kg

电源

AC220V,50Hz

工作电压

DC24V,5A

工作压力

4.0～4.5bar

组件

工作台

尺寸

500×750×825mm

材质

铝型材架体、T型槽铝板

空气

单元

压力范围

0.5～0.85MPa

带润滑器和过滤器

过滤精度

5㎛

联结器尺寸

G1/4

额定流量

550ℓ/min

推料气缸

缸径

16mm

带磁性传感器和流量控制

行程

50mm

传输带模块

带式传送，直流电机

光电传感器

工作电源

DC24V

光纤漫反射型

电磁阀组

二位五通单电控电磁阀一个

控制方式

PLC控制

2、供料单元操作面板

（1）操作面板：

启动按钮、停止按钮、手/自动按钮、功能按钮、联机按钮、复位按钮及急停按钮组成。

（2）各按钮安装位置如下：

（3）按钮功能

启动按钮：

启动供料检测单元PLC及外围设备工作。

停止按钮：

设备完成剩余工序回到准备状态。

手/自动切换开关：

设备自动运行及手动操作切换开关。

功能按钮：

备用。

联机切换开关：

设备单站工作与多站联网工作切换开关。

复位按钮：

设备回准备工作状态。

急停按钮：

系统运行出现意外，不管设备工作在何种状态，都停止。

3、传感器

（1）传感器种类：

磁感应接近开关、光电传感器、数字式真空压力开关。

（2）传感器安装位置

（3）传感器作用

气缸及磁感应接近开关：

为了使气缸的动作平稳可靠，气缸的作用气口都安装了限出型气缸截流阀。

气缸截流阀的作用是调节气缸的动作速度。

截流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。

图2-2是安装了带快速接头的限出型气缸截流阀的气缸外观。

图2-2安装了带快速接头的限出型气缸截流阀的气缸

图2-3是一个双动气缸装有两个限出型气缸节流阀的连接和调节原理示意图，当调节节流阀A时，是调整气缸的伸出速度，而当调节节流阀B时，是调整气缸的缩回速度。

图2-3气缸原理示意图

从图2-2上可以看到，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个极限位置都分别装有一个磁感应接近开关，如图2-4所示。

磁感应接近开关的基本工作原理是：

当磁性物质接近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。

若在气缸的活塞（或活塞杆）上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。

当气缸的活塞杆运动到哪一端时，哪一端的磁感应式接近开关就动作并发出电信号。

在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。

在传感器上设置有LED显示用于显示传感器的信号状态，供调试时使用。

传感器动作时，输出信号“1”，LED亮；传感器不动作时，输出信号“0”，LED不亮。

传感器（也叫做磁性开关）的安装位置可以调整，调整方法是松开磁性开关的紧定螺钉，让磁性开关在气缸的滑轨里滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺钉。

图2-4磁感应接近开关

2.1.3气动控制回路

1、气动回路组成：

过滤减压阀、手动阀、标准气缸、电磁阀、单向节流阀等组成。

2、气动回路动作分析：

当二位五通电磁阀线圈不得电时，二位五通电磁阀右侧气路通，气缸活塞带动阀杆退回，当二位五通电磁阀线圈得电，左侧气路通，汽缸活塞带动阀杆推料。

图2-8供料传输单元气动原理图。

图2-8供料传输单元气动原理图

2.2供料传输单元的PLC控制及编程

此单元选用西门子CPU226AC/DC/继电器PLC控制。

各单元间采用PPI总线通讯实现联机控制。

1、编写供料传输单元控制程序（参考程序见本公司附件中的光盘）

2、绘制电气元件布置图

此站需布置的控制元件：

小型断路器、开关单元、可编程控制器。

原则：

各元件安装说明、安装空间大小、拆接线方便。

3、PLC的I/O接线

供料传输单元电气原理如图2-9、图2-10、图2-11所示。

图2-9供料传输单元电气原理图

（1）

图2-10供料传输单元电气原理图

（2）

图2-11供料传输单元电气原理图（3）

4、编写供料传输单元程序

供料传输单元的工艺过程是一个简单的顺序控制过程，这里不再赘述。

5、调试供料单元程序

1）通电前设备检查

a气路检查：

检查气源是否引入装置；空气组合元件是否有作用，且压力表调至0.4Mpa；检查气路是否接错；手动动作电磁阀，调节流阀流量，使汽缸动作正常。

b传感器检查：

气缸到位后，磁性开关是否动作；数字式压力开关设定值是否正确，压力达到设定值，开关是否动作，料仓有料时，对射型光纤开关是否动作，灵敏度调整是否合乎要求；各传感器接线是否正确。

c按钮检查：

动作按钮，触点是否动作，接线是否正确。

2）设备调试

可首先通过仿真软件，模拟设备控制过程进行调试，确定程序是否合乎工艺要求。

再连至供料传输单元设备上进一步调试。

a程序下载：

将已编制好的程序编译后，通过PPI通信电缆线下载到PLC中去。

注意：

通信参数（通信口地址及传输速率）设置正确。

b程序运行：

PLC投到“RUN”状态，可通过开关或编程软件。

c操作设备：

设备送电、送气，手自动切换开关置于自