自动生产线的运行与调试实训报告Word文档下载推荐.docx
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两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。
而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。
变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。
运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。
在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。
对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。
两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。
1.3机电一体化现状及发展趋势
20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。
一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；
另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。
未来机电一体化的主要发展方向有：
模块化，是一项重要而艰巨的工程。
由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。
如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。
网络化。
20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。
网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育及人们的日常生活都带来了巨大的变革。
各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。
机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。
由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。
因此，机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。
微型化。
微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。
国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1立方厘米的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。
微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。
微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。
系统化。
系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。
系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。
表现之二是通信功能的大大加强，特别是“人格化”发展引人注目，即未来的机电一体化更加注重产品与人的关系。
机电一体化的人格化有两层含义。
一是机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。
另一层含义是模仿生物机理，研制各种机电一体化产品。
机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。
当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。
中国是从20世纪80年代初开始进行机电一体化技术方面的研究和应用的。
虽然经过20多年的努力取得了一定成果，但与发达国家相比仍有相当差距。
为了加快发展、缩小与发达国家的差距，需要我们在产业政策、金融政策和市场导向上，对机电一体化技术和产业予以积极支持，主要包括：
国家在政策上对机电一体化技术给予大力支持，特别是涉及基础技术、综合技术等方面，要给予强有力的财政和各种扶助。
由于机电一体化技术是各种高新技术的综合和升华，需要多学科、多技术、多种机构协调研发，这也对技术研发机构和产业界的协调能力提出了挑战，因而需要继续发挥主管部门的作用。
要把发展机电一体化技术作为增强自主创新能力的重要内容，鼓励和促进企业在这个领域有所作为。
同时，为缩小与发达国家的差距，可以通过引进、消化、升级来逐步达到提高自主创新能力的目的。
有关部门可以通过政府采购、项目设立等措施，达到支持和鼓励自主创新的目标。
第2章上料站站装置电，气动控制系统设计
2．1MPS系统的总体介绍
MPS系统是由独立的各站相互连接在一起组成的一条自动加工生产线。
MPS系统如图2.1所示，其中包括：
上料检测站（主要上料判别工件的颜色）、搬运站（把工件搬运到第三站便于加工）、加工站（加工件）、安装站（把工件搬运到第四站的盛料盘）、
分装站（把工件分类放到仓库里）
2.2上料站装置的组成与控制
2.2.1上料站装置的组成
1.机械部分
（1）井式储存料仓：
存储待原料元件。
（2）自动推料单元：
采用直线气缸完成推料动作，将工件由料仓送到传送带。
（3DC24V齿轮减速直流电机驱动的传送带传送单元：
通过输送带将工件传送到传送带待搬运位置。
（4）原料检测单元：
包含拦截定位装置与检测系统，完成工件检测与颜色辨别的光电传感器。
（5）出料定位单元：
由传感器完成工件定位检测。
（6）报警蜂鸣装置：
区分不同颜色工件。
2.控制部件
（1）可编程序控制器CPUFX2N-48MR：
PLC程序的控制与功能实现。
（2）FX2N-485BD模块及通讯电缆：
完成整个MPS系统联机工作。
（3）带短路保护的DC24V开关电源：
提供工作电源与保护。
3.气动元件
气源：
气源装置通常包括空气压缩机、储存装置、冷却装置、净化装置等。
气源可以提供气动系统所需的压缩空气，其中减压阀用于调节工作压力。
实训装置中将一体式压缩机将压缩空气送到装置上，装置上通过一个气动三联件调整压力和进一步净化压缩空气，供设备使用。
图3为三联件外形图，图4为二联件的外形图。
气源三联件，包含过滤器、减压阀和油雾器。
而二联件没有油雾器。
二位五通换向阀；
换向阀是利用阀芯的位置变动，改变阀体上各通口的通断状态，从而控制油路（或气路）连通、断开或改变介质的流动方向。
可电控或手动控制，以实现换向。
本站的一个两位五通双电控电磁阀，用于驱动推出气缸控制；
一个两位五通单电控电磁阀，用于驱动挡缸控制。
可调单向节流阀:
可调单向节流阀由单向阀和可调节流阀组成，单向阀在一个方向上可以阻止压缩空气流动，此时，压缩空气经可调节流阀流出，调节螺钉可以调节节流面积。
4.检测元件
行程开关：
一种无源开关，其工作不需要电源，但必须依靠外力，即在外力作用下使触点发生变化，因此，这一类开关一般都是接触式的。
具有结构简单，使用方便。
但需要外力作用，触点损耗大，寿命短。
严格意义上，行程开关不属于传感器范畴
常用传感器：
电感接近开关、电容接近开关、舌簧管开关、光电开关等
电感接近开关：
利用电涡流原理制成的新型非接触式开关元件。
能检测金属物体，但有效检测距离非常近。
不同金属的电导率、磁导率不同，因此，有效距离也不同。
相同金属的表面情况不一样，有效距离也不同。
电容接近开关：
利用变介电常数电容传感器原理制成的非接触式开关元件。
能检测固、液体物体，有效距离较电感式远。
金属有较的检测距离，非金属固体相对有效距离近。
干簧管式：
又称舌簧管开关，利用电磁力对电极吸引原理制成的非接触式开关元件。
能检测强磁性物体，有效检测距离较近，在液压、气压缸上用于检测活塞位置。
光电开关：
投光器发出的光线被物体阻断或反射，受光器根据是否能接受到光来判断是否有物体。
光电开关应用最广泛，具有有效距离远，灵敏度高等优点。
光纤式的光电开关具有安装灵活，适宜复杂环境的优点。
但在灰尘多的环境，要保持投光器和受光器的洁净。
有反射、对射两大类。
2．2．2直流电机
直流电机原理：
直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生洛伦兹力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到，直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
直流电机的励磁方式
1．他励直流电机
2．并励直流电机
3．串励直流电机
4．复励直流电机
2．2．3传感器
传感器是一种能把物理量及其化学量转变为利于使用电信号的器件设备。
传感器是传感系统的一个重要组成部分，它是被测量物体所带的信号输入的第一道关口。
传感器的分类：
①根据被测物理量分类
速度传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。
②按工作原理分类
应变式、电压式、电容式、涡流式、差动变压器式等。
在实训中六个站点所用到得传感器有：
磁性传感器
原理：
根据电磁感应定律，N匝线圈中的感应电动势。
感应电动势的大小由磁通的变化率决定。
磁通量协的变化可以通过很多办法来实现:
如磁铁与线圈之间作相对运动;
磁路中磁阻变化;
恒定磁场中线圈面积变化等
作用：
不需要供电电源，电路简单，性能稳定，输出信号强，输出阻抗小，具有一定的频率响应范围，适合于振动、转速、扭矩等测量。
但这种传感器的尺寸和重量都较大。
光电传感器
由光通量对光电元件的作用原理不同所制成的光学测控系统是多种多样的,按光电元件（光学测控系统）输出量性质可分二类,即模拟式光电传感器和脉冲（开关）式光电传感器.模拟式光电传感器是将被测量转换。
成连续变化的光电流,它与被测量间呈单值关系.模拟式光电传感器按被测量（检测目标物体）方法可分为透射（吸收）式,漫反射式,遮光式（光束阻档）三大类.所谓透射式是指被测物体放在光路中,恒光源发出的光能量穿过被测物,部份被吸收后,透射光投射到光电元件上;
所谓漫反射式是指恒光源发出的光投射到被测物上,再从被测物体表面反射后投射到光电元件上;
所谓遮光式是指当光源发出的光通量经被测物光遮其中一部份,使投射刭光电元件上的光通量改变,改变的程度与被测物体在光路位置有关.
具有有效距离远，灵敏度高等优点。
电容传感器
电容传感器在接通电源且无检测物体时，在电容C两端的电荷大小，方向相反，传感器表面产生的静电场是平衡的。
当物体是接近传感器底端部时，其端部原有的平衡电场被打破，使得传感器内部的振荡器工作，再进过放大比较，传感器输出信号变化表明已经检测到物体。
作用；
电容式传感器可检测任何物质，当检测物体是非金属时，检测距离要减小。
电感传感器
利用电涡流原理制成的新型非接触式传感器。
2．2．4上料站装置的动作及控制要求
搬运站的控制要求如下：
当系统上电后，需先按下“上电”按钮，这时复位灯开始闪动，开始依次按下“复位”按钮待各站完全复位后，开始灯闪动，按下开始按钮后，推出气缸1将工件推出，传感器检测到工件至传送带后，推出气缸1缩回，回转电机旋转，带动工件到颜色鉴别工位，传送带工作2S后，工件被气缸2推杆挡住，检测颜色并根据颜色作出相应反应：
蓝色工件报警灯亮，黑色工件蜂鸣器响，持续时间都为3秒。
检测后工件由带轮送至待搬运工位后停止，完成一个循环；
返回。
2．3上料站装置的气动回路设计
气动元件
气动回路原理图
工作原理：
关闭气源，将所用的各气动元件
安装在工作台上，再将上料检测站
的总气管连接到供气网络上，然后用气管按图9依次完成气动回路的连接，调整单项节流阀至合适位置，最后手动调试气动回路，直至动作正常，无漏气即可。
表2电磁铁动作顺序表
YA1
YA2
YA3
A+
+
-
B+
B-
2.4上料站装置的电气回路设计
2．4．1上料站PLC控制I/O端口
I/O元件地址分配下表
输入
作用
输出
X0
检测有无工件SQ0
Y0
电机KM
X1
颜色判定SQ1
Y1
蜂鸣器HA
X2
传送带末端有无工件SQ2
Y2
报警灯HL1
X3
气缸1缩回到位SQ3
Y3
气缸1伸出YA1
X4
气缸1伸出到位SQ4
Y4
气缸2伸出YA2
X5
气缸2缩回到位SQ5
Y5
气缸2缩回YA3
X6
气缸2伸出到位SQ6
Y10
开始灯HL10
X10
开始SB1
Y11
复位灯HL11
X11
复位SB2
X12
特殊功能按钮SB3
X13
自动/手动SA4
X14
单站/联网SA5
X15
停止SB6
X16
上电SB7
I/O端口接线图如下图
2．4．2急停系统原理
"
急停开关"
通常为手动控制的按压式开关,按下锁住旋转释放红色蘑菇头按钮开关或圆形按钮开关，串联接入设备的控制电路,用于紧急情况下直接断开控制电路电源从而快速停止设备避免非正常工作。
它是属于主令控制电器的一种,当机器处于危险状态时,通过急停开关切断电源,停止设备运转,达到保护人身和设备的安全。
急停系统原理图如图2.7所示。
2．4．3上料站PLC梯形图
1.设计思路
根据任务一可知，该系统动作为一顺序控制，对于顺序控制流程，编程方法很多。
常用方法为采用步进梯形指令编程，或采用起、保、停法编程、或采用移位指令编程。
顺序控制流程：
根据工艺流程图，将这个复杂的控制过程分解为若干个工序（工步），弄清各个工序的工作细节（工序成立的条件、工序转移的条件和转移的方向），每个工序定义一个状态器或辅助继电器，将各个工作状态，按控制顺序要求联系起来，就形成了工作流程图。
2．状态转意图
3．梯形图
2．4．3指令表程序
指令表程序如表3所示。
第3章上料站装置电、气控制系统的实际回路安装与调试
3．1机械手气动回路的组建
控制面板
报警灯
搬运站气动回路的连接:
根据要求依次将气源，气动二联件，二位五通电磁换向阀，可调单向节流阀，双作用气缸按一定要求连接起来。
搬运站气动回路实物照片如图3.1所示
I／O接口
继电器
电磁阀
有无工件XO
。
图1
图3.1上料站气动回路实物照片
3．2调试过程
1）编写程序：
根据控制要求编写PLC程序，检查基本无误后将PLC程序输入计算机并检查是否有误。
2）下载程序：
将PLC置于“STOP”状态，将已输计算机的程序写入到PLC中，下载完成后将PLC置于“RUN”状态，检查PLC是否运行正常。
3）调试：
在计算机上对程序进行监控，在搬运站面板上按下“上电”按钮，指示灯亮，“复位”按钮指示灯亮，按下“复位”按钮使伺服电机复位。
复位后，“开始”按钮指示灯亮，按下“开始”按钮后，整个行程开始运作。
当检测到有工件到位时，则伺服电机及各部位开始运作，进行抓取工件，然后把它送到下一工站，进行加工运作等一系列流程。
之后再回复初始状态等待下一工件的来临。
4）遇到问题：
遵守气动安全操作规范情况下，打开气源后，手动强制驱动电磁阀，即依次按下各换向阀的手动按钮，确认各气缸动作符合要求，若不符合，作相应的调整。
遵守电气安全操作规范情况下，检查到位信号的状态是否正常，PLC能否正常采集；
若不正常，调整元器件位置或做其它检查
第4章实训小结
本学期的模块化生产加工系统应用课程已经结束了，也进行了实训，在实训中我们熟悉了mps的相关机器，学习到了很多新的知识。
一开始我们们对这些都充满了好奇心，再加上刻苦钻研，实训结束时我们也学习到了很多关于mps的知识。
关于课程知识，我们主要是学了MPS系统，它是由独立的各站相互连接在一起组成的一条自动加工生产线，首先是认识这些机器的组成，它主要是由6个分站构成，每个站有各种原件组成，6站分别为六站分别为：
上料检测站，搬运站，加工站，安装站
，安装搬运站，分类站。
机械本体系统
它是自动化设备及生产线的机械主体结构和各功能系统的支撑部件。
它是在原有机械产品中增加电子装置，或用电子装置取代原有机械部件构成的。
检测传感系统
获取信息，对信号进行放大、变换、显示和记录等。
将获取的信息或状态参数反馈输送至信号处理及控制系统。
信号处理和控制系统，执行系统，动力源系统。
我们对MPS的理论及实践都有了有了初步的系统了解。
我们了解到了各种机器的原理及其作用，不单单是机器，这对自己的动手能力是个很大的锻炼。
在实习中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。
这次实习，使我更深刻地了解到了实践的重要性，通过实习我们更加体会到了“学以致用”这句话的道理，有感思就有收获，有感思就有提高。
总之，这次实习锻炼了我们动手的能力，同时也锻炼了我们的团队合作精神。
这次实习又在我们的大学生活中画上了漂亮的一笔。
参考文献
[1]李建蓉，徐长寿.液压与气压传动[M].北京：
化学工业出版社，2007.01
[2]阮友德.电气控制与PLC实训教程[M].北京：
人民邮电出版社，2006.10
[3]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：
机械工业出版社
[4]许晓峰.电机及拖动（第2版）[M].北京：
高等教育出版社，2000.08
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