毕业设计论文11yl335b自动化生产线分拣单元论文设计管理资料.docx

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毕业设计论文11yl335b自动化生产线分拣单元论文设计管理资料

摘要

自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、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、网络通信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微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。

本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产过程。

首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。

设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元作为自动生产线的整体设计，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。

系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。

所以，本设计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、步进电机位置控制和变频器技术等。

关键字变频器PLC电机

Abstract

Thebiggestcharacteristicofautomaticproductionlineisacomprehensiveanditssystem,comprehensivemainlyrelatestothemechanicaltechnology,microelectronicstechnology,electricalandelectronictechnology,sensortechnology,interfacetechnology,informationtransformationtechnology,networkcommunicationtechnologyandothertechnologyorganically,andappliedtoproductionequipmentandsystems;thatisproductionlineofsensing,processingandtransmission,control,executionanddrivingmechanisminthecontrolofthemicroprocessingunitofworkcoordinately,organicallyfusesintogether.Thesystemcompletedthedemolition,sortingaworkpiece,theproductionprocesssimulationofaproductionline.Firstbythefeedingstationtoproviderawmaterials,transportstationwillbesenttotheprocessingstationforprocessing,andthensenttotheassemblystationforinstallation,andfinallybythesortingstationsorting.

Designworktofeed,processing,assembling,transporting,sortingunitastheoveralldesignofautomaticproductionline,formingamechanicalplatformisatypicalautomaticproductionline,themechanismofthesystemadoptspneumaticdrive,inverterdriveandstepper（servo）motorpositioncontroltechnology.ControlsystemadoptseachworkunitiscomposedofaPLCforthecontroltask,thePLCthroughtheRS485serialcommunicationtoachievetheinterconnectionofdistributedcontrolmode.So,thedesignofintegratedapplicationofavarietyoftechnicalknowledge,suchaspneumaticcontroltechnology,mechanicaltechnology（mechanicaltransmission,mechanicalconnections）,sensortechnology,PLCcontrolandnetworking,steppingmotorpositioncontrolandinvertertechnology.

KeyWordstransducer,PLC,motor

摘要I

AbstractII

目录III

1绪论1

2YL-335B自动生产线概述3

自动化生产线（YL-335B）的基本组成3

YL-335B的电气控制7

自动化生产线工艺流程介绍10

3分拣单元的结构与控制12

分拣单元的结构12

分拣单元的PLC控制及编程18

4组态软件的系统构成及其简介28

28

5自动生产线监控画面的制作31

规划联机所需要的辅助继电器清单31

建立仿真画面32

工程下载37

结论39

致谢40

参考文献41

1绪论

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、网络通信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微处理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。

亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。

系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。

因此，YL-335B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、步进电机位置控制和变频器技术等。

利用YL-335B，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。

YL-335B采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。

可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。

MCGS嵌入版组态软件具有强大的功能，并且操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。

同时使用MCGS嵌入版组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。

MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和要求。

实时性强、有良好的并行处理性能。

MCGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多种形式，丰富、生动的多媒体画面。

完善的安全机制完善的安全机制多样化的报警功能。

支持多种硬件设备，实现“设备无关”。

良好的可维护性。

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。

因此，本设计将组态技术与PLC技术，有机结合起来，运用组态技术，对自动生产线的各单元进行高仿真。

达到模拟运行的目的。

2YL-335B自动生产线概述

自动化生产线（YL-335B）的基本组成

亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。

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YL-335B外观图

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。

分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。

位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。

在YL-335B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、物体的颜色及材质等。

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，YL-335B采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案，即每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。

用户可根据需要选择不同厂家的PLC及其所支持的RS485通信模式，组建成一个小型的PLC网络。

小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。

另一方面，掌握基于RS485串行通信的PLC网络技术，将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。

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俯视图

1、供料单元的基本功能：

供料单元是YL-335B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。

具体的功能是：

按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。

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2、加工单元的基本功能：

把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。

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加工单元实物的全貌

3、装配单元的基本功能：

完成将该单元料仓内的黑色、白色和金属小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。

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装配单元实物的全貌

4、分拣单元的基本功能：

完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色、材质的工件从不同的料槽分流的功能。

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分拣单元实物的全貌

5、输送单元的基本功能：

该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。

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输送单元外观图

直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视实训目的而定。

YL-335B的标准配置为伺服电机。

YL-335B的电气控制

YL-335B工作单元的结构特点

YL-335B设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。

每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。

因此，工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。

YL-335B的解决方案是：

机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。

PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。

两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。

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装置侧接线端口

PLC侧接线端口

装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC24V电源的+24V端，底层端子用以连接DC24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。

PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。

底层端子用以连接DC24V电源的+24V端和0V端。

装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连结。

其中25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。

YL-335B的控制系统

YL-335B的每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。

1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。

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模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。

按钮指示灯模块

模块盒上器件包括：

⑴指示灯（24VDC）：

黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。

⑵主令器件：

绿色常开按钮SB1一只

红色常开按钮SB2一只

选择开关SA（一对转换触点）

急停按钮QS（一个常闭触点）

2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于采用西门子S7-200系列PLC的设备，YL-335B的标准配置是采用了基于RS485串行通信的N：

N通信方式。

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YL-335B的通信网络

各工作站PLC配置如下：

⑴输送单元：

S7-226DC/DC/DC主单元，共24点输入，16点晶体管输出。

⑵供料单元：

S7-224AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。

⑶加工单元：

S7-224AC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出。

⑷装配单元：

S7-226AC/DC/RLY主单元，共24点输入，16点继电器输出。

⑸分拣单元：

S7-224XPAC/DC/RLY主单元，共14点输入和10点继电器输出

3、人机界面

系统运行的主令信号（复位、启动、停止等）通过触模屏人机界面给出。

同时，人机界面上也显示系统运行的各种状态信息。

人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。

使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。

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，降低生产的成本，同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

YL-335B采用了昆仑通态（MCGS）TPC7062KS触摸屏作为它的人机界面。

TPC7062KS是一款以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。

该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率4096×4096），（中文版）和MCGS嵌入式组态软件（运行版）。

自动化生产线工艺流程介绍

供料站的工作流程

供料站接收到系统发来的供料指令后，如果出料台上没有工件，即进行把工件推到出料台上的操作。

工件推出到出料台后，应向系统发出出料台上有工件信号。

若供料站的料仓内没有工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号。

当系统发来的启动信号被复位时，工作站在完成本工作周期后退出运行状态。

装配站的工作流程

①启动后，如果回转台上的左料盘内没有小圆柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。

②如果回转台上的右料盘内有小圆柱零件且装配台上有待装配工件，开始执行装配过程。

执行装配机械手抓取小圆柱零件，放入待装配工件中的操作。

装入动作完成后，向系统发出装配完成信号。

③完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。

加工站的工作流程

加工站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。

当加工台上有工件且被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。

冲压动作完成且加工台返回待料位置后，向系统发出加工完成信号。

如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。

输送站的工作流程

输送站接收到人机界面发来的启动指令后，即把启动指令发往各从站。

在接收到供料站的“出料台上有工件”信号后，输送站抓取机械手装置应执行抓取供料站工件的操作。

动作完成后，伺服电机驱动机械手装置以不小于300mm/s的速度移动到装配站装配台的正前方，把工件放到装配站的装配台上。

接收到装配完成信号后，机械手装置应抓取已装配的工件，然后从装配站向加工站运送工件，到达加工站的加工台正前方，把工件放到加工台上。

机械手装置的运动速度要求与②相同。

接收到加工完成信号后，机械手装置应执行抓取已压紧工件的操作。

抓取动作完成后，机械手臂逆时针旋转90°，然后伺服电机驱动机械手装置移动到分拣站进料口。

执行在传送带进料口上方把工件放下的操作。

机械手装置的运动速度要求与②相同。

机械手装置完成放下工件的操作并缩回到位后，手臂应顺时针旋转90°，等待下一次搬运工作。

分拣站的工作流程

分拣站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。

当输送站机械手装置放下工件、缩回到位后，分拣站的变频器即启动，驱动传动电动机人机界面所指定的变频器运行频率的速度，把工件带入检测区,如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。

满足套件关系的第一类成品工件（每个白色槽工件和一个白色芯工件搭配组合成一组套件，不考虑二个工件的排列顺序）到达1号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸1动作把工件推出；满足套件关系的第二类成品工件（每个白色槽工件和一个黑色芯工件搭配组合成一组套件，不考虑二个工件的排列顺序）到达2号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸2动作把工件推出，满足套件关系的第三类成品工件（每个白色槽工件和金属芯工件搭配组合成一组套件，不考虑二工件的排列顺序）到达3号滑槽中间时，传送带停止推料气缸3动作把工件推出。

从分拣站1号滑槽、2号滑槽和3号滑槽输出的总套件数达到指定数量时，一批生产任务完成，系统发出停止运行指令。

3分拣单元的结构与控制

分拣单元的结构

分拣单元的功能

分拣单元是YL-335B中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色材质的工件从不同的料槽分流的功能。

当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。

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分拣单元的结构组成

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其主要结构组成为：

传送和分拣机构，传动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，底板等。

1、传送和分拣机构

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传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器和电传感器检测到并进行分拣。

它主要由传送带、物料槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。

传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。

导向件是用纠偏机械手输送过来的工件。

物料槽分别用于存放加工好的黑色工件、金属工件和白色工件。

传送和分拣的工作原理：

本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件进行分拣。

当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里，如果进入分拣区工件为金属，检测金属的电感式传感器作为3号槽推料气缸启动信号，将金属料推到3号料槽。

自动生产线的加工结束。

在每个料槽的对面都装有推料（分拣）气缸，把分拣出的工件推到对号的料槽中。

在两个推料（分拣）气缸的前极限位置分别装有磁感应接近开关，在PLC的自动控制可根据该信号来判别分拣气缸当前所处位置。

当推料（分拣）气缸将物料推出时磁感应接近开关动作输出信号为“1”，反之，输出信号为“0”。

在安装和调试传送、分拣机构时须注意：

⑴分拣单元的两个气缸安装时需注意：

一是安装位置，应使工件从料槽中间被推入；二是要注意安装水平，否则有可能推翻工件。

⑵为了准确且平稳地把工件从滑槽中间推出，需要仔细地调整两个分拣气缸的位置和气缸活塞杆的伸出速度，调整方法在前面已经叙述过了。

⑶在传送带入料口位置装有漫射式光电传感器，用以检测是否有工件输送过来进行分拣。

有工件时，漫射式光电传感器将信号传输给PLC，用户PLC程序输出启动变频器信号，从而驱动三相减速电动机启动，将工件输送至分拣区。

该光电开关灵敏度的调整以能在传送带上方检测到工件为准，过高的灵敏度会引入干扰。

⑷，光纤传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。

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光纤传感器

光纤传感器放大器单元的安装示意图

光纤传感器也是光电传感器的一种，相对于传统电量型传感器（热电偶、热电阻、压阻式、振弦式、磁电式），光纤传感器具有下述优点：

抗电磁干扰、可工作于恶劣环境，传输距离远，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在很小空间的地方。

光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。

当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。

反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。

从而可以通过调节灵敏度判别黑白两种颜色物体，将两种物料区分开，从而完成自动分拣工序。

，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。

调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。

当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。

光纤传感器放大器单元的俯视图

，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线，本单元使用的是褐色、黑色、和蓝色线。

E3Z-NA11型光纤传感器电路框图

2、传动机构

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采用的三相减速电机，用于拖动传送带从而输送物料。

它主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。

传动机构

三相电机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制（），其作用是带传送带从而输送物料。

电机支架用于固定电动机。

联轴器由于把电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来，从而组成一个传动机构。

在安装和调整时，要注意电动机的轴和输送带主动轮的轴必须要保持在同一直线上。

分拣单元的电磁阀组只使用了两个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们