机电一体化报告Word格式文档下载.docx
《机电一体化报告Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化报告Word格式文档下载.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械技术可以承受较大载荷，但不易实现微小和复合运动的控制，而电子技术则相反，不能承受较大载荷，却容易实现微小运动和复合运动的控制。
所以，传统意义上的机电一体化，主要指机械与电工电子及电气控制着两方面的一体化，并且明显偏重于机械方面。
当前，科技发展的态势特别注重学科间的交叉、融合以及电子计算机的应用。
机电一体化技术的内涵也发生了变化，它是利用电子技术、信息技术（主要包括传感器技术、控制技术、计算机技术等）使机械实现柔性化和智能化的技术。
其本质是将电子技术引入机械控制中，也就是利用传感器检测机械运动，将检测信息输入计算机，计算得到能够实现预期运动的控制信号，由此来控制执行装置。
机电一体化技术将机械技术与电子技术实现完美结合，充分发挥各自长处，实现互补。
所以说，机电一体化技术是自动化技术与机械设备紧密结合的产物，也是也是机械设备向自动化方向发展的必然趋势。
他的应用范围涉及了工业、农业、交通、能源、国防等众多领域，具有广阔的发展前景。
图2-1仓储站
第二章MPS模块化生产系统
仓储站
MPS模块化生产系统（6单元完全配置）是一套采用德国先进技术、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，对生产线进行模块化及标准化，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。
模块包括：
物料输送，工件装夹，机械加工，质量检测，产品分检等。
模块间通过现场总线互相通讯，可大大缩短设计、加工、安装及调试周期。
MPS系统解决了我们不能在实际生产线上操作训练的问题，为教师和学生提供了一套符合实际情况的模拟教学环境。
应用MPS系统，教师可以根据学生的实际情况从设计、装配、编程、试运行、操作、维护和故障排除等多方面进行培训。
应用MPS系统，我们可以
将所学到的专业知识进行充分的综合应用，技能得到充分的训练。
通过实训，我们的自我学习，独立思考，组织协调等综合能力及团队合作精神也会得到全面的提高。
本章主要介绍第六站仓储站的组成与工作过程。
2.1仓储站的组成
仓储站主要有气动部分、检测部分、控制部分以及动作执行部分等四部分组成，图2-1为仓储站的实物图。
2.1.1机构气动部分
如图2-2所示，为MPS模块化生产系统中的仓储站机械执行部分，利用PLC控制步进电机的工作来准确定位，从进料口运送物料到指定的仓库口，并通过气动装置将物料推进仓库。
此单个站的运动过程如下：
按下“上电”按钮，复位后机构先运动到最左边第二层仓储口，在按下“特殊”按钮后，机构依次运动到最右边第四，第三，第二，第一层后，再重复循环，在MPS模块化
生产系统中，机构运动的目的地是根据辨别颜色的光电传感器的信号来传送的。
图2-3为机构的气动回路图，该气动回路采用一个双作用缸，两个节流阀，一个两位五
通电磁换向阀，机构中气动部分主要应用在物料的推出装置，该气动回路并可以利用FESTO
设备模拟连接，模拟利用FESTO软件绘制出气动回路图。
2.1.2机构传感器部分
本机构主要运用的传感器是电磁传感器，电磁传感器的工作原理为：
有金属靠近传感器时，使传感器内部产生感应磁场，触使传感器输出部分输出。
机构中还运动到行程开关，分
别应用于X轴和Y轴复位以及+X,-X,+Y,-Y方向的急停。
2.1.3传感器工作原理及应用
2.1.3.1电阻式传感器
电阻式传感器测量原理：
被测的非电量一一△R――电量输出。
其基本原理为：
设有一
根长度为L,截面积为A,电阻率为p的金属丝，则它的电阻值R可用下式表示：
R=p“a三个参数：
长度L,截面积A,电阻率p，如果发生变化，则它的电阻值R随之发生变化，构成不同电阻传感器：
1、长度L发生变化一一电位器式传感器；
2、截面积A、长度L发生变化一一电阻应变片传感器；
3、电阻率p发生变化一一热敏电阻、光导性光检测器等。
应用：
应变片直接粘贴在试件上，用来测量工程结构受力后的应力分析或所产生的应变，为结构设计、应力校正或分析结构在使用中产生破坏的原因等提供试验数据，如电
阻应变仪。
在测量齿轮轮齿弯矩或立柱应力时，也常在被测位置处直接粘贴应变片进行测量。
2.1.3.2电容式传感器
电容式传感器是被测量转换为电容量变化的一种传感器，它结构简单、灵敏度高，
动态响应特性好、适应性强、抗过载能力大、价格便宜，一般可用于测量压力、力、位移、
振动、液位等。
容易实现非接触测量，但其有泄露电阻和非线性。
电容式传感器的工作原理：
设两极板相互覆盖的有效面积为A，两极板间的距离为d,极板间
介质的介电常数为&
在忽略极板边缘影响的条件下，平板电容器的电容C为：
c=£
A/d
电容式传感器分为三种：
改变极板面积的变面积式；
改变极板距离的变间隙式；
改变介电常
数的变介电常数型
电容式传感器应用于测量位移，压力，加速度，液位，荷重，厚度等。
2.1.3.3电感式传感器
工作原理：
电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化实现测量的一种装置。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在将被测量转换成线圈自感或线圈互感的
变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
这类传感器的主要特征是具有
电感绕组。
电感式传感器具有以下优点：
结构简单可靠、输出功率大、输出阻抗小、抗干扰能力强、对工作环境要求不高、分辨力较小（如在测量长度时一般可达）、示值误差一般为
示值范围的、稳定性好。
它的缺点是频率响应低，不宜用于快速测量。
力和压力的测量振动和加速度的测量液位测量位移测量
2.1.4机构的控制部分
本机构的所有的控制环节全部由PLC控制，机构所采用的PLC为三菱FX2N-48MT型。
如图2-5,为PLC与步进电机驱动器接线图，X0X1为用来检测机构是否处于原点位置，X3X4为两个电磁传感器用于检测气缸推杆的位置，X10――X16为按钮开关，Y0――Y3作为控
制步进电机用，Y4作为换向阀的控制端，Y10――Y16为指示灯。
图2-5PLC接线图
可编程控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。
它采用
一种可编程存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时和算术运算等操作的指令，通过数字式模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。
可编程控制器及其有
源设备的设计原则是：
它应按易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能”。
定义明
确指出了PLC应直接用于工业环境，通过存放在存储器内的程序来实现其控制功能，若要对控制功能作必要的修改，只需改变指令即可，使硬件软件化，同时PLC还具有很强的抗
干扰能力，具有很强的环境适应性。
这正是PLC区别于一般微机的一个重要特征。
PLC的主要功能
（1）条件控制PLC具有逻辑运算功能，可代替继电器进行开关量控制。
（2）限时控制PLC具有定时功能，它为用户提供了用定时指令设置的若干个电子定时器进行限时控制和延时控制。
（3）计数控制PLC具有计数控制功能，它为用户提供了用设置指令计数的若干个计数器，电子值可以在运行中读出与修改。
（4）步进控制PLC具有步进控制功能，使系统在完成前道工序后才能转入下道工序，实现步进控制。
（5）数据处理PLC具有数据处理功能，如并行运算、并行数据传送、BCD码的自行运算等。
（6）通信和联网PLC采用通信技术，进行上位链接，构成一台计算机与每台PLC的分布控制网络，以完成复杂的网络控制和通信。
（7）A／D、D／A转换可完成对模拟量的控制。
（8）对控制系统进行监控操作人员可以通过监控命令监控有关程序的运行状态，调整走时计数设定值。
（9）自诊断功能可以在线诊断系统的软、硬件故障状况，诊断机器和生产过程中的故障状况PLC的工作基本原理
可编程序控制器要完成控制任务是在其硬件的支持下，通过执行反映控制要求的用户程序来完成的。
这一点是和计算机的工作原理一致的，所以可编程序控制器工作的基本原理是建立在计算机工作原理基础上的。
从广义上讲，可编程控制器PLC实质上也是一种计算机控制系统，只不过它具有比计算机更强的与工业过程相连的接口，具有更适用于控制要求的编程语言。
由于它是作为继电控制盘的替代物，其核心为计算机芯片，因此与继电器控制逻辑的工作原理有很大差别。
继电器控制装置采用硬逻辑共行运行的方式，即如果一个继电器的线圈通电或断电，该继电器的所有触点（包括它的常开触点或常闭触点）不论在继电器线路的哪个位置上，都会立即同时动作。
然而PLC的CPU则采用顺序逐条地扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括它的常开
触点或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
为了消除两者之间由于运行方式不同而造成的这种差异，考虑到继电器控制装置中各类触点的动作时间一般在
100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms,因此，PLC采用了一种不同
于一般微型计算机的运行方式——扫描技术。
这样，对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置在互助的处理结果上就没有什么差别了。
2．1．5机构的动作执行部分
机构的运动主要有步进电机来完成的,通过PLC给步进电机驱动器输入脉冲信号,通过驱动器驱动步进电机运动。
步进电机的基本原理
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”,）它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的；
同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
步
进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差（精度为100%）的特点,广泛
应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式
步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为
反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，都很大。
反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分
驱动方案所选用的步进电机。
步进电机的控制:
进给方向控制即步进电机的转向控制。
步进电机的转向可以通过改变步进电机各绕组的
通电顺序来改变其转向；
如三相步进电机通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A…时步进电机正转当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A…顺序通电时步进电机反转。
因此可以通过PLC输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序来实现，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进
电机绕组的通电顺序实现。
步进电机驱动控制系统主要由三部分组成：
1.步进控制器。
2.驱动器，把控制器输出的脉冲加以放大，以驱动步进电机。
3.步进电机。
步进驱动控制器实际上就是按设定的控制方式所规定的顺序送脉冲序列，即可实现驱动步进
电机按一定的数学模型的转动。
输入顺序脉冲序列的速率就是步进电机的速率。
步进电机的驱动电源：
供给驱动器的电源，步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。
2.2硬件设计
该机构有输入部分、控制部分、执行部分三部分组成，主要元件有输入检测装置；
各类
按钮、开关；
三菱FX2N-48MT型PLC;
电磁继电器；
各种气缸（电磁阀线圈）；
电机（接通电机的各种接触器）；
信号指示灯；
步进电机；
型号为SH-2H042Ma步进电机驱动器。
该机构工作过程为：
PLC通过光电传感器接收的信号，辨别出工件的颜色，再通过软件使得机构运动到指定的储存口，通过气缸将它推入仓库。
2.2.1气动回路图
如图2-3所示。
2.
2.2急停回路图
档案袋中A4纸
（见18页）。
2.31/0端口分配图
在该机构中，采用了
9个输入端口和8个输出端口，基本端口分配如表2-1所示。
表2-1I/O端口分配图
输入端口
输出端口
上电按钮
X16
步进电机驱动一CP-
Y0
停止按钮
X15
步进电机驱动一DIR-
Y2
X轴复位
X0
步进电机驱动二CP-
Y1
Y轴复位
X1
步进电机驱动二DIR-
Y3
开始按钮
X10
电磁阀
Y4
复位
X11
上电指示灯
Y16
气缸缩回到位
X3
开始指示灯
Y10
气缸伸出到位
X4
复位指示灯
Y11
特殊按钮
X12
2.2.4.IMPS系统中仓储站调试
调试过程：
接通电源，按下“上电”按钮，“复位”灯光闪烁，按下“复位”按钮，机
构运动到最下端的初始位置，同时“开始”灯光闪烁，再按下“开始”按钮，机构开始运动到进料口，等待工件送入，待工件运送完毕后，启动“特殊”按钮，机构带动工件运送到仓库的最右端停止，然后气缸推动工件进入储料口，缩回后，机构再次经过初始位回到送料口，
如此完成4个不同高度的物料的运送。
2.2.4.2调试问题分析
1•系统不能上电
分析：
首先检查电源已连接，按下上电按钮，电源指示灯能够手动点亮，当手移开后，灯又自动熄灭，检查急停按钮是好的，在检查急停回路中的其他部分，发现急停行程开关，被接触，手动转动步进电机带动的蜗杆，使行程开关放开，问题解决。
2.气缸伸出后不再缩回
首先检查气路，手动能够返回，说明问题不是出在气路上，手动使伸缩缸缩回后，气缸伸出端的电磁传感器指示灯仍然亮着，将它的接线卸下后，再接触PLC输入端，能够
自动缩回，说明传感器出了问题，经测量，传感器被击穿，更换传感器，问题解决。
3.机构输送物料时位置不到位
整个机构的运行是通过X轴，Y轴的两个步进电机的带动来完成的，所以机构运行的始末位置应该跟步进电机运行的时间长短有直接关系，而步进电机的速度是由输入脉
冲来控制的，所以问题的根源是在软件的控制上，调出PLC中的运行程序，改变DO,D1
中的数值，能够改变步进电机的速度，从而改变运行的位置，获得准确的位置。
4.系统能上电，但无法运行
按下“上电”按钮，系统能够上电，但是机构不能够运行，由此硬件电路上没有问题，将系统原先正确的程序写入PLC，系统仍无法运行，再检查PLC，发现PLC的开关
没有打到RUN位，打到RUN位后，问题解决。
5.自己编程序时，机构不动作
将自己写的程序写入PLC后，使PLC处运行状态时，PLC上的“运行”指示灯不亮，再次调如原先的程序后，系统又正常运行，问题在自己的程序上，检查自己编的程序，发现程序中缺少了程序结束指令，将其补上，继续写入PLC，系统运行正常。
2.3软件设计
系统的运动是通过步进电机来执行的，所以在程序设计中多运用到移位指令“MOV”,
通过向状态寄存器中存入数字使输出端口输出一定的脉冲，使得步进电机根据寄存器中的值，运行到某个部位。
2.3.1状态转移图
根据步进电机运行的各种状态，编制出状态转移图，由图2-6所示。
so
521
522
523
524
525
526
527
528
529
上电
图2-6
2.3.2梯形图程序
由于该仓储站为单站调试，在编制程序时，选择仓储口时并不是根据光电传感器的信号,而是按照由上到下的顺序执行的。
以下为梯形图程序。
KII0〕
按下“上电”按钮，上升沿使so置位
复位灯闪烁
按下“复位”按钮后，步进电机运动到机构的初始位置
按下“复位”按钮后“开始”按钮闪烁
机构由初始位置运动到进料口位
按下“特殊”按钮机构运动到仓库的最右上端
11?
121
气缸推岀并缩回
..
机构返回到初始
位置
机构运动到进料
口
再次按下“特殊”按钮，机构运动到第二层仓储口
回到初始位
JG7
4Q0
{H5Y
-\W）V
M50
DO
-QOV
朋QO
DI
Kieoo
yOOO
K1BQO
D】
YOOI
—CM
K3D
-PET
颂
—pn¥
Kum
-0«
F
m
IC1800
¥
010
KIBOO
DL
001
㈣
Kl]«
<
T5
回到进料口
按下“特殊”按钮，机构继续运动到第三个仓储口
SS]
—|肌卜
K0<
X0O1
—^~
XOOOMOQLX008
^lII1卜
ra
气缸推岀并收回
={sir
S31
卞¥
KtiQDQ
-nnv
K920DO
{PL烫K1800DQ
{PL欲K1BOODI
■lOOO
roo]
-[W]V
K4SQ
也¥
K4B0D
K180Q
YQM
KIBOD
JI
—crt
K30
—Rn
运动到初始位
运动到进料口
阿—isn.-
4闊
4M
4鸭—I5TL\
75
并
TE
KDOO
-d4
KD01
―^
koooxooi刈m11卜
§
10H3HH_I卜
GU
曲K1250C»
WK4?
0»
DI
1啊
{TLSr灯$即POYOOO
{H5YK1BQDMiOOl
3K11O
5K92
1颂
f'
TOO!
r糊
Vi颂血D9]讯KS2400P1]CY眦J
（YD（t3）
㈣1KimDOYOOO]
{T15¥
Hl$皿DIW）1]
I515]
FK45D»
P»
VK43DQ1>
I
{tLStKI900SOYDOfl
pLSYKIGOODIYOU]
口£
倾
EHS90
{err
{END
运动到第四个仓
储口
返回到SO状态,
继续重复执行
2.3.3程序指令表
根据梯形图完成的指令表如下:
LDX16
MOVK7700
D1
LDIT5
PLSM0
PLSYK1800
D0
OUTT2K90
LDM0
LDT2
SETS0
OUTT3K110
OUTY4
STLS0
OUTT5K92
LDT3
LDM8013
SETS28
ANIY010
STLS28
OUTY011
MOVK32000D0
LDX011
MOVK32000D1
ANDX016
OUTY002
SETS21
SETS25
升级会员 