02模块化生产制造系统供料单元设计.docx
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02模块化生产制造系统供料单元设计
连云港职业技术学院
毕业论文
题 目：
模块化生产制造系统供料单元设计
作 者：
丁佳佳 学 号：
110103102
院 、系：
机电工程学院
专业班级：
电气自动化
指导教师：
邵林（校内）丁久让（校外）
2014年5月15日
模块化生产制造系统供料单元设计
摘要
MPS系统是一套包含工业自动化系统中不同程度的复杂控制过程的的教学培训装置，它具有模块化、综合性和易扩充等特点。
每一站就是一个模块，各自有一套独立的功能，各模块之间又能相互联系。
该系统由供料单元、检测单元、模拟加工单元、操作手单元、分拣单元等五个部分组成。
每一站都有一套独立的PLC控制系统，都能单独完成一个动作过程，将各站按一定顺序联接在一起后，就组成了一个模块化生产系统（MPS）。
本文针对MPS系统中的供料单元进行了设计和控制实现。
关键词：
PLC；供料单元；MPS
Modularproductionsystemfeedingunitdesign
Abstract
MPSsystemisacomplexcontrolprocessindifferentdegreeinindustrialautomationsystemofteachingandtrainingdevice,ithasamodular,comprehensiveandeasytoexpand.Isamoduleforeachstation,eachhasasetofindependentfunction,cancontacteachotheragainbetweeneachmodule.Thesystemconsistsofafeedingunit,detectionunit,analogprocessingunit,operatinghandunit,sortingunitiscomposedoffiveparts.EachstationhasasetofindependentPLCcontrolsystem,cancompleteacourseofactionalone,eachstationsequentiallyconnectedtogether,constituteamodularproductionsystem（MPS）.
ThepaperfeedingunitintheMPSsystemisdesignedandtherealizationofcontrol.
Keywords:
PLC;feedingunit;MPS
目录
摘要I
AbstractII
目录III
绪论1
第1章MPS总体技术研究2
1.1MPS系统的组成2
1.2技术指标2
1.3设计任务说明2
第2章供料单元主要功能分析、接口分析2
2.1供料单元控制面板设计2
2.2供料单元性能参数3
2.2.1顺序描述3
2.2.2主要组成元件3
第3章供料单元的设计6
3.1执行气缸的选择6
3.2PLC的硬件设计6
3.2.1可编程控制器（PLC）基本概念6
3.2.2PLC输入输出端子的分配7
3.2.3供料单元设计框图8
第4章供料单元使用说明及维护11
4.1工作流程11
4.2网络11
4.3MPS的操作风险11
总结12
致谢13
参考文献14
附录15
绪论
MPS（ModularProductionSystem）为模块化生产加工系统的简称。
该模块化生产系统能模拟实际工业生产中大量复杂控制过程的教学培训装置。
该教学系统集电气技术、PLC编程、传感器、气动等技术为一体，主要用于电气自动控制安装、调试、维修的技术人员的培训。
它具有模块化、综合性和易扩充性等特点。
该MPS模块加工系统采用现代气动技术及计算机控制技术，使生产线模块化和标准化，可对不同的生产装配线配备不同的标准化MPS气动模块，组成大型的加工、装配生产线。
模块间通过现场总线相互通讯，可大大缩短设计、加工、安装及调试周期。
第1章MPS总体技术研究
1.1MPS系统的组成
该模拟生产线是由独立的五个工作站相互连接而成。
它们分别是供料单元、检测单元、模拟加工单元、操作手单元、分拣单元。
这五个站连接成生产线后可完成工件类别的输送、检测、加工、搬运、和分类，如图1所示。
图1各功能模块组成示意图
1.2技术指标
●通讯方式：
I/O口通讯、现场总线通讯；
●工作电压：
交流220V；
●执行驱动：
24V/5A；
●工作气压：
0.5～0.85MPa，
●环境温度：
0°～55°C；
●相对湿度：
35～85％（不结露）；
●工作环境：
不许有腐蚀性、可燃性气体及导电尘埃；
●单站尺寸（长×宽×高）：
750mm×750mm×840mm五台
1.3设计任务说明
课题简介：
根据实验室所提供的设备，对供料单元的电路、控制程序和动作进行调试并绘制相应的技术资料。
主要动作为：
单作用气缸从料仓中推出工件，机械手将工件抓起，并在旋转缸的驱动下将工件移动至下一个工作站的传输位置。
设计要求：
绘制PLC接线图、拟定I/O分配表、流程图和关键程序等设计，最后简单介绍了系统的维护方法。
第2章供料单元主要功能分析、接口分析
2.1供料单元控制面板设计
本站控制面板设计有五个按钮开，二个选择开关和一个急停开关。
各开关的控制功能定义为：
●带灯按钮绿色：
启动
●带灯按钮红色：
停止
●两位旋钮绿色：
自动／手动
●按钮白色：
特殊功能按钮
●两位旋钮蓝色：
单站／联机工作
●带灯按钮黄色：
复位
●带灯按钮红色：
报警
●急停按钮红色：
急停
2.2供料单元性能参数
2.2.1顺序描述
●启动条件:
料仓中装有工件
●初始位置:
送料缸伸出,摆动缸处于“料仓”位置,真空关闭
●动作顺序:
按下START按钮后，摆动缸转换到“下一工位”位置。
送料缸缩回，工件从料仓中推出。
摆动缸转换到“料仓”位置。
机械手抓取工件。
送料缸伸出，工件落下。
摆动缸转换到“下一工位”位置。
摆动缸转换到“料仓”位置。
2.2.2主要组成元件
●空气过滤器
过滤、调压组件,两联件由过滤器、压力表，截止阀，快插接口和快速连接组成，安装在可旋转的支架上。
过滤器有分水装置，可去除压缩空气中的冷凝水、颗粒较大的固态杂质和油滴。
减压阀可以控制系统中的工作压力，同时能对压力的波动做出补偿。
滤杯带有手动排水阀。
●气动机械手
通过气动元件的伸出与缩回来控制机械手抓取部分的抓紧与松开。
●转换模块
转换模块在系统中作为气动提取装置使用。
通过气动机械手抓起加工工件，旋转气缸可将工件在0°到180°范围内旋转。
使用传感器来进行终端位置的检测。
●料仓
供料工作单元的主要作用是为加工过程逐一提供加工工件.在管状料仓中最多可存放8个工件，如图2所示。
图2料仓
●推料气缸
供料过程中,双作用气缸从料仓中逐一推出工件,双作用气缸将垂直进料料仓中的加工工件逐一推出。
气缸的定位由磁感应传感器检测。
送料的伸缩速度由单向节流阀设置，如图3所示。
●送料机构
送料机构主要有摆臂、抓取工件、放料等功能。
该机构的动作顺序为：
左旋转——吸取——右旋转——放料——左旋转（回到初始位）按下开始按钮，送料机构自动完成一个周期的动作后停止。
当出现异常时按下该站的“急停”按钮，该站立刻会停止运动。
第3章供料单元的设计
3.1执行气缸的选择
气缸选择的要点：
作用力的大小：
根据外部工作所需要的力的大小。
确定活塞杆上的推力或拉力。
必须指出，同一个气缸时的实际出力大小随要求的工作速度不同而有很大变化。
速度增高，则由于背压增高等因素影响，出力将急剧降低，其变化并非直线关系。
选择缸径时对此必须十分注意。
应该依据工作条件不同，按外载荷理论平衡条件所需气缸作用力近似地乘以1.15～2的备用系数，从而确定所需要气缸地内径。
活塞行程的长短：
行程就是气缸活塞所能移动的最大距离，带缓冲装置的气缸其缓冲部分的距离也包括在内。
行程的长短于使用场合有关，也受加工和结构上的限制。
安装形式：
根据安装位置、使用目的等因素来决定。
在一般场合下，多选用固定式气缸。
在车床或磨床上，工作需作连续的旋转，应选用回转气缸。
在活塞杆除作直线运动外。
又要作较大的圆弧运动时，则选用摆动式气缸（又叫轴销式气缸）。
活塞的运动速度：
主要决定于气缸进排气口及导管内径的大小。
如果要求活塞杆高速度地运动时，应选用大地进排气口及导管。
通常为了得到缓冲的、平稳的活塞杆运动速度，可选用节流装置或油液阻尼装置的气缸。
节流的方法有：
当用水平安装的气缸去推动负载时，推荐用排气节流；如果用垂直安装的气缸去举升重物时，则推荐用进气节流；当要求行程终点活塞杆运动平稳时，则选用带缓冲器的气缸等等。
3.2PLC的硬件设计
3.2.1可编程控制器（PLC）基本概念
可编程控制器（ProgrammablelogicController）是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
PLC英文全称ProgrammableLogicController,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:
一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
PLC的主要特点
●高可靠性
●采用模块化结构
●编程简单易学
●安装简单，维修方便
可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。
它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。
但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。
3.2.2PLC输入输出端子的分配
I／0端子是PLC的重要外部部件，是PLC与外部设备（输入设备、输出设备）连接的通道，其数量、类别也是PLC的主要技术指标之一。
I／O点的作用是将I／O设备与PLC进行连接，是PLC与现场构成系统，以便从现场通过输入设备（元件）得到信息（输入），或经过处理后的控制命令通过输出设备（原件）送到现场（输出），从而实现自动控制的目的。
根据系统要求可知PLC需要以下输入信号端：
传感器分别用来检测旋转气缸运动的左右旋转极限以及是否抓紧紧工件，推料气缸的伸缩极限。
本站主要采用压力式传感器和光电传感器。
另外控制面板上的八个按钮也是输入原件。
而PLC的输出信号有：
用来驱动2个气缸及机械手抓取松开的电磁阀等信号，2个用来显示工作状态的开始、复位信号指示灯。
3.2.3供料单元设计框图
表2气缸动作顺序表
工步
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
推料
1
0
0
0
0
0
机械手上移
0
0
0
0
0
0
机械手抓取
0
0
1
0
0
0
机械手右移
0
0
0
0
0
1
机械手松开
0
0
0
1
0
0
机械手左移
0
0
0
0
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推料返回
0
0
0
0
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推出加工件
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