自动生产线mps第一站上料站.docx
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自动生产线mps第一站上料站
苏州市职业大学
实习（实训）报告
名称 工业生产线组建与调试
2013年2月25日至2013年5月20日共10周
院 系机电工程系
班级机电一体化（3）班
姓名胡祥
系 主 任陶亦亦
教研室主任陆春元
指导教师金芬
第1章自动生产线简介
1．1了解自动生产线及其应用...................................................................1
1．2本自动生产线的介绍...........................................................................1
第2章FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍与使用.....................2
2．1FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍.....................................2
2．2纯气动基本回路图..............................................................................3
2.2.1单气缸步进控制气动回路......................................................................3
2.2.2单电控控制气动回路.............................................................................4
2．3双气缸步进控制电气动回路................................................................4
第3章上料单元装置电气动控制系统设计.................................................5
3．1上料检查站装置的组成与控制............................................................5
3．2上料检测站装置的气动回路设计........................................................5
3．3上料检测站装置电气控制系统的设计..............................................7
3.3.1PLC选型...........................................................................................7
3.3.2I/O分配及接线...............................................................................10
3.3.3控制流程和程序设计........................................................................11
第4章上料检测站装置电、气控制系统的实际回路安装与调试.........12
4．1机械手气动回路的组建......................................................................12
4.1.1上料站气动回路图...............................................................................13
4.1.2输入输出端口的确定...........................................................................14
4.2调试过程..................................................................................................15
4.2.1联机调试.............................................................................................15
4.2.2气动回路的手动调试和联机调试..........................................................16
4.2.3问题及解决方法...................................................................................17
小结................................................................................................................18
第1章自动生产线简介
1．1了解自动生产线及其应用
自动线是在流水线的基础上逐渐发展起来的。
它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等都能自动地进行。
使其按照规定的程序自动地进行工作。
人们把这种自动工作的机械电气一体化装置系统称为自动生产线（简称自动线）。
自动生产线是由工件传送系统和控制系统，将一组自动机床和辅助设备按照工艺顺序联结起来，自动完成产品全部或部分制造过程的生产系统，简称自动线。
自动生产线在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。
自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。
采用自动生产线不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。
机械制造业中有铸造、锻造、冲压、热处理、焊接、切削加工和机械装配等自动线，也有包括不同性质的工序，如毛坯制造、加工、装配、检验和包装等的综合自动线
1．2本自动生产线的介绍
本次学习自动生产线由6个不同的模块单元组成，即不同的模块站担任不同的工作，从而共同完成所需的任务。
下面是各个模块的名称及在自动生产线上的作用。
1.上料检测站：
料仓存储待原料元件。
采用直线气缸完成推料动作，将工件由料仓送到传送带。
通过输送带将工件传送到传送带待搬运位置。
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。
2.搬运站：
将工件从第一站上夹起来，放到第三站进行加工。
首先机械手复位，机械手回转到位，横臂伸出到位，升降缸下降到位。
夹抓加紧工件。
让后手臂上升，缩回，步进电机带动旋转一定角度到第三站。
手臂伸出，下降到位夹抓松开。
完成所需任务然后复位。
3.加工站：
加工站通过四工位回转工作台的切换分别完成原料工件上料、定位加工流程、加工成品检验和成品工件出料的操作。
用回转工作台将工件在四个工位间转换，并在钻孔单元打孔，到下一工位检测打孔深度。
4.安装站：
本站实现小工件料仓切换、小工件上料和安装（采用真空吸附法将小工件安装至加工完的工件的内腔），完成一个自动装配的流程。
具体为：
--选择要安装工件的料仓
--将工件从料仓中推出
--将工件安装到位
5.安装搬运站:
本站实现了三维平面内工件取放动作，4工位工件的取放操作，完成对加工站、安装站和分类站之间的搬运流程。
具体为：
--将上站工件拿起放入安装工位；
--将装好工件拿起放下站即分类站
6.分类站:
本站实现了2轴自由移动平面内准确定位和工件推放，完成工件在4×4料仓中的准确入库。
通过两个步进电机将工件带到指定的位置然后气缸将工件推到仓库。
第2章FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍与使用
2．1FESTO中文版液压与气动教学软件的介绍
FESTO中文版教学软件含液压与气动两种软件，其用法类似。
该软件的主要特征就是其可与CAD功能和仿真功能紧密联系在一起。
可以不通过实验而直接验证自己设计的回路的正确性，可节省大量的时间，避免了不必要的麻烦。
FESTO软件符合DIN电气—气动回路图绘制标准，且可对基于元件物理模型的回路图进行实际仿真，这样就使回路图绘制和相应气动系统仿真相一致。
FESTO软件的另一个特征就是其系统学习概念：
FESTO软件可用来自学、教学
和多媒体教学气动技术知识。
气动元件可以通过文本说明、图形以及介绍其工作原理的动画来描述；各种练习和教学影片讲授了重要回路和气动元件的使用方法。
在FESTO软件中，元件库中的每个元件都对应一个物理模型，基于这些模型，FESTO软件首先创建整个系统模型，然后在仿真期间对其进行处理。
2．2纯气动基本回路图
2.2.1单气缸步进控制气动回路
如图2.1为单气缸步进控制气动回路图，单向节流阀调节气缸缩回的速度。
两位四通电磁换向阀调节气缸运动方向。
当1y1得电气缸伸出。
当1y2得电气缸缩回，此时调节单向节流阀可以调节其退回的速度。
图2.1单气缸步进控制气动回路图
2.2.2单电控制气动回路
如图2.2所示为单电控控制气动回路，此回路工作原理：
本例是为了验证但电控电磁阀的作用。
即用气动来控制二位四通电磁阀。
图示状态下，左侧电磁阀得电，二位四通双气控换向阀左位接通，气缸左侧通气，汽缸伸出；此时电磁阀失电，由于弹簧的作用二位四通双气控换向阀复位，同时气缸缩回。
图2.2单电控控制气动回路
2.3双气缸步进控制气动回路图与电气原理图
图2.3双气缸步进控制气动回路图
图2.4双气缸控制电气原理图
工作原理：
图示2.4双作用缸控制电气原理图。
图示状态下，2S2（气缸1A1）复位到位，按下SB，K1得电，从而K1自锁，K1控制1Y1，1A1缸伸出。
当运动到2S1处时，2S1闭合，控制K2，使得K2得电自锁。
K2控制2Y1，从而使2Y1得电，1A2缸伸出，当2缸运动到1S2处时，1S2得电，控制K3使得K3得电自锁，K3控制1Y2，1A1缸返回，1缸运动到缩回到位时，K4得电，1A2缸返回，当运动到1S1时，开始下一个循环，按急停，停止运动。
整个运动过程为：
1A1伸出---1A2伸出---1A1返回----1A2返回,循环不止。
表2-1电磁阀动作顺序表
Y1
Y2
Y3
Y4
K1
K2
K3
K4
1A1+
+
—
—
—
—
—
+
—
1A2+
—
—
+
—
—
+
—
—
1A1-
—
+
—
—
—
—
—
+
1A2-
—
—
—
+
+
—
—
—
第3章上料检测站装置电、气动控制系统设计
3．1上料检测站装置的组成与控制与要求
上料单元配置是本自动化生产线中的起始单元，它按照需要将放置在料仓中的代加工工件自动取出，并检测起颜色，传送到下个工作单元。
上料检测装置主要有推出缸，蜂鸣器，拦截器，报警器以及各传感器和控制柜组成，是用来检测工件颜色的一种装置。
上料检测单元主要由送料模块，运转模块，报警装置，电气控制板，操作面板，I/O转接端口，cp电磁阀岛，过滤减压阀等组件组成。
图3.1为上料单元实物图。
图3.1上料检测站实物图
本站的控制要求：
上电后；上电按钮指示灯亮，复位指示灯闪烁；按下复位按钮，系统自动复位至初始位置，复位到位后，开始灯闪；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。
3．2上料检测站装置装置的气动回路设计
1.元器件介绍
本站一共有两个气缸一个是推料气缸（单电控）和拦截气缸（单电控）。
所用换向阀均为二位五通电磁换向阀，切可调节其运动速度。
即回路中用到单向节流阀。
双作用气缸：
在压缩空气作用下，双作用气缸活塞杆既可以伸出，也可以回缩。
通过缓冲调节装置，可以调节其终端缓冲。
气缸活塞上永久磁环可用于驱动行程开关动作。
气源：
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。
二位五通换向阀；受电控或手动控制，可实现换向。
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。
二联件：
二联件由过滤器（带分水排水器）和减压阀组成。
2.气动回路的连接及工作原理
如图3.1所示左图为但电控气动回路图，断电可以自动复位。
右图为双电控气动回路图。
1）.手动检测气动回路的动作：
左图为单电控气动回路，打开气源后。
在控制面板上按下电磁阀1YA气缸伸出，此时松开后，气缸缩回。
同时调节单向节流阀可以改变其伸出速度。
右图双电控气动回路，打开气源后。
在控制面板上按下电磁阀2YA气缸伸出，此时松开电磁阀气缸停止不动。
然后按下电磁阀3YA气缸缩回。
2）.工作原理：
当1YA得电时，A缸伸出，推出工件。
失电，自动退回。
当2YA得电，B缸伸出，拦截工件。
当3YA得电，气缸缩回，工件继续随着传送带移动。
图3.1上料站气动回路图
表3.2动作顺序表
YA1
YA2
YA3
气缸1伸出
+
-
-
气缸2伸出
-
+
-
气缸2缩回
-
-
+
3．3上料检测站装置电气控制系统的设计
3.3.1PLC选型
根据系统控制要求，该装置连接到PLC的输入信号有启动按钮，急停按钮，停止按钮，复位按钮，两个气缸的电磁传感器，即四个电磁阀.还有三个光电传感器。
输出分别是两个气缸的伸出缩回。
电机的运动，和警报灯和蜂鸣器。
输入，输出信号连接到PLC的元件如3.2所示。
根据物料传送物料装置的控制要求，通过以下I/O分配，由I/O元件可知，该系统有14个开关量输入信号和8个开关量输出信号，驱动的输出元件工作电压为DC24V，考虑预留一定的冗余，选型FX2N-48MR的PLC。
3.3.2I/O分配及接线
如图3.2所示为上料站检测装置的I/O分配表，3.3为此站的流程图，3.4所示为I/O端口图。
图3.3为上料站的I/O接线图。
表3.3上料检测装置的I/O分配
输入
作用
输出
作用
X0
检测有无工件
Y0
电机
X1
颜色判定
Y1
蜂鸣
X2
有无工件
Y2
报警灯
X3
汽缸1缩回到位
Y3
汽缸1伸出
X4
汽缸1伸出到位
Y4
汽缸2伸出
X5
汽缸2缩回到位
Y5
汽缸2缩回
X6
汽缸2伸出到位
X10
开始
X11
复位
X16
上电
图3.4上料站I/O接线图
3.3.3控制流程和程序设计
根据工艺流程图如图3.5所示，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。
1.流程图设计：
图3.5上料站运动流程图
2.梯形图设计：
根据控制要求，我们绘制如图3.3所示的流程图。
即我们考虑用移位指令来编程。
考虑到元器件的复位我们首先给予一个复位信号。
然后按照流程图一步一步的往下进行。
如图3.5所示上料站plc程序图。
图3.6上料站plc程序图
3.程序指令表
3.6指令程序表
第4章上料检测站装置电、气控制系统的实际回路安装与调试
4．1机械手气动回路的组建
上料检测站共有两个缸，将换向阀与之连接，手动调试，看动作是否正确；搬运站共三个汽缸，分别与其对应的换向阀连接，手动控制，保证动作准确性。
整体检查后，即可使用。
其如图4.1所示。
图4.1气动连接
图4.2元器件分配图
4.1.2输入输出端口的确定
1.输入端口的确定：
首先确定输入信号的来源。
本站输入信号主要为按钮，及传感器。
例:
推料气缸将工件退出。
检测传感器，得到信号才能往下进行。
此时将工件放在检测传感器旁边。
然后去查看PLC的输入端口看输入信号灯是否亮来确认输入地址。
其他输入端口的确认同上。
2.输出端口的确定：
首先编制一段简单的PLC程序，即用现在的输入信号（按钮或传感器）来确认输出的具体分配。
确认好一个输入地址之后开始按钮SB1（地址为X10）。
列：
编制如下一段PLC程序如图4.3所示：
图4.3PLC程序图
按下开始按钮SB1时，会发现电机运行，当在程序中监控X010闭合时。
会发现电机会工作运行。
即Y000得电。
电机所对应的PLC输出是Y000。
通过此方法可以确定各个输出所对应的端口。
4．2调试过程
4.2.1程序下载
通信线连接PLC和电脑，打开GXDeveloper软件，创建新工程，PLC系列选择FXCPU，PLC类型选择FX2N（C），程序输入完后，要对PLC和电脑之间进行通信：
在线-传输设置-将其设置成COM1口。
如图4.4为传输设置图。
图4.4传输设置
程序输入到电脑，然后通过连接线将电脑和plc连接在一起，检测通讯。
通讯成功后，将程序通过电脑输入到plc。
然后plc监控调试。
没问题后。
进行程序调试。
4.2.2气上料站联机调试
按下各换向阀的手动按钮，确认动作符合要求。
然后让PLC处于RUN状态，按下上电按钮，复位，复位后开始，主站推出工件，传送带动，然后工件被拦截，检测颜色，蓝色，蜂鸣器响，3秒后，工件放行，到达待搬运工位（传送信息给从1站），从1站机械手抓取工件，放到指定位置后（传送信息给主站），主站推出工件，循环。
动作流畅准确。
调试注意事项：
1.气动回路操作
（1）遵守气动安全操作规范；
（2）将所有元件连接完并检测无误后在打开气源，不要超过最大允许压力8bar；
（3）当打开气泵时要特别小心，气缸可能在接通气源的一瞬间伸出或缩回。
（4）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。
2.电气操作
（1）遵守电气安全操作规范；
（2）最大电压为24VDC；
（3）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；
4.2.3问题及解决方法
问题：
开始时通讯检测成功。
第一站上料站气缸将工件推出后，电机不运行。
流程无法进行下去。
解决过程：
首先检查线路发现没问题后。
监控plc程序图。
发现检测工件的传感器没有闭合上。
后来发现传感器的位置有偏离，将传感器往前调动一下，离工件近一些就好了。
小结：
为期13周（每周6节课）的自动化生产实训已经结束。
在此短短的一个学期中的学习中受益匪浅，在此了解到关于自动生产线的应用及了解，更是巩固了plc的编程知识。
这次综合实训，总结了好多以前的知识和现在学习的知识，比如关于：
气动技术，电工技术，传感器技术，和自动控制技术等。
全面的概括了我们机电专业的知识。
这次的实训重点培训了动手能力，从看图到看懂图，再从认识设备到熟悉设备再到熟悉使用，从错误连接电路图到正确连接电路图。
我得到了许多收获，这些都是平时在课堂理论学习中无法学到的，我主要的收获有以下几点：
1．掌握了几种基本的电工工具的使用，导线与在I/O接线端口的连接方式
，元器件与plc的连接方法、元件布局等基本常识。
2．了解到步进电机的运用与调试。
在此我们亲身动手去完成一系列的调试。
使得机器动作。
并且学会如何去使这些站通讯。
3．本次实习大大培养了我们的动手实践能力和细心严谨的作风。
锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。
4.学会如何读图，看图。
从图到了解设备的过程。
看一个东西简单，但在实际操作中就是有许多要注意的地方，有些东西也与你的想象不一样，我们这次的实训就是要我们跨过这道实际和理论之间的鸿沟。
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