自动化生产线伸缩换向单元的设计要点说明.docx

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自动化生产线伸缩换向单元的设计要点说明

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自动化生产线伸缩换向单元的设计

**职业技术学院

电气工程系

电气自动化07-2班

李**

**502***

2009年12月4日

内容摘要：

当今，自动化产生线已逐渐广泛地应用于各类流水线上，其发展、完善和各种相关技术的进步及互相渗透是紧密相连的。

而伸缩换向单元所涉及的技术领域在自动化生产线中的应用是很广泛的，它在自动化生产线与工件物体之间，承担换向和传送。

本文设计了一种适用于自动化生产线上的伸缩换向单元。

本设计单元采用可编程控制器控制，同时采用传感技术，并应用气压和电动传动技术，使得自动化生产线功能更加齐全、完善、先进。

单元的主要功能是：

将托盘及组装好的工件经过本单元进行换向，放入下一个单元。

关键词：

自动化生产线，伸缩换向单元，气压气缸传动，电机传动。

一、总体设计▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪3

1.1技术要求▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪3

1.2硬件▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪4

1.3软件▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪4

1.4方框图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪5

二、硬件设计▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪5

2.1PLC的概述▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪5

2.2PLC工作方式▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪6

2.3PLC使用注意事项▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪6

三、软件设计▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪6

3.1流程图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪6

3.2梯形图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪8

3.3I\O分配表▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪9

四、电气控制图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪10

五、总结▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪11

六、参考资料▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪11

一、总体设计

1.1技术要求

伸缩换向单元控制要求：

工件进入，将其旋转90度，伸缩臂将其提升，旋转180度伸至下一单元，放下，回至起点，并要求有“启动自动运行”、“手动运行“和带有“急停止”的控制方式。

1.启动自动运行

“启动自动运行”方式具体控制要求如下：

（1）在开始本单元时，选择自动按钮控制方式，按下自动启动按钮，系统开始工作；

（2）此时直线电机一直运行，而光电开关检测到有物体后就会启动换向电机接件；

（3）当工件完全到达了换向单元后，换向电机就会停止，转而换向气缸工作；（4）换向气缸至位后，换向气缸就会停止，换向电机就会送件，同时小直线电机工作。

（5）当工件到达货叉后，小直线电机会立即停止，换向送件电机也停止。

（6）此后提升气缸工作，当货叉到位后，提升气缸就会停止

（7）此时旋转电机也运行起来。

当转到位后，旋转电机就会停止，同时伸缩电机伸出。

（8）当伸缩电机伸到后，伸缩电机就会停止。

（9）此时，整个单元都会延时5秒，以方便下个单元接件充足

（10）此时换向气缸工作，当换向复位后，换向气缸就会停止

（11）同时伸缩缩回电机工作，当伸缩电机复位后，伸缩电机就会停止，同时旋转复位电机工作

（12）当旋转电机复到位后，旋转电机停止，提升电机工作

（13）当提升复位后，提升气缸输出就会停止。

此时整个单元正常运行了一个周期。

2.手动运行

“手动运行”方式具体控制要求如下：

（1）按下手动按钮，直线电机立即运行；

（2）此后只要一旦有工件进入，各个组成部件就会正常运行。

而各个点动按钮其实同各个检测元件的作用是一致的。

但出于如果设置点动按钮会增加按钮的考虑，本文暂不设置出各个单元的点动按钮。

3.急停止

按下急停按钮时，伸缩单元的每个部件会立刻停止工作。

1.2硬件

1.伸缩单元的构成：

执行机构和机械本体的构成：

“0”形条传动、2个100行程的标准汽缸、两个直流电机、三个交流电机

部分器件的使用：

（1）工件直线运动：

工件进入本单元和工件被换向单元送出的时候，工件都是做直线运动，因而需要使用“O”形条传动和两个直流电机。

（2）旋转运动：

在换向单元中的送接件和货叉的旋转运动中，需要用到交流电机。

而换向单元本身也需要换向，因而用到换向气缸做旋转运动。

（3）升降运动：

货叉的上下运动，要用气缸做提升运动。

2.检测及传感的构成：

检测系统的构成：

光电传感器、磁性接近开关、微动开关。

部分器件的使用：

（1）磁性接近开关（简称磁性开关）是一种非接触式位置检测开关，这种非接触位置检测不会磨损和损伤检测对象物，响应速度快。

（2）光电传感器：

是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。

它可用于检测直接引起光量变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。

（3）微动开关：

微动开关是一种施压促动的快速开关，又叫灵敏开关。

其工作原理是：

外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，并将能量积聚到临界点后，产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。

3.动力源部分：

本单元中的各个元气件都是由PLC提供24V电源的。

而电机的使用电压则要根据实际需要而选择使用。

1.3软件

本单元的控制是由三菱FX系列PLC编程软件实行控制及编程的

1.4方框图

二、硬件设计

2.1PLC的概述

可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

”目前，PLC在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。

由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小等优点，国外已广泛用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。

PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。

PLC的基本组成如下图：

2.2工作方式

PLC的工作方式是采用周期循环扫描，集中输入与集中输出。

这种工作方式的显著特点是：

可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。

PLC通电后，CPU在程序的监督控制下先进行内部处理，包括硬件初始化、I\O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。

在执行用户程序之前还应完成通信服务与自诊检查。

在通信服务阶段，PLC应完成与一些带处理器的智能模块及其他外部设备的通信，完成数据的接收和发送任务，响应编程器键入的命令，更新编程器显示内容，更新时钟和特殊寄存器内容等。

PLC具有很强的自诊断功能，一旦有错或异常则CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，是PLC停止扫描或强制变成STOP状态。

2.3PLC使用注意事项

1，不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏PLC；

2，接地端子应独立接地，不与其它设备接地端串联，接地线裁面不小于2mm2

3，辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备（光电传感器等）；

4，一般PLC均有一定数量的占有点数（即空地址接线端子），不要将线接上；

5，输出有继电器型，晶体管型（高速输出时宜选用），输出可直接带轻负载（LED指示灯等）；

6，PLC输出电路中没有保护，因此应在外部电路中串联使用熔断器等保护装置，防止负载短路造成损坏PLC;

7，输入、输出信号线尽量分开走线，不要与动力线在同一管路内或捆扎在一起，以免出现干扰信号，产生8，误动作；信号传输线采用屏蔽线，并且将屏蔽线接地；为保证信号可靠，输入、输出线一般控制在20米以内；扩展电缆易受噪声电干扰，应远离动力线、高压设备等，输入/断开的时间要大于PLC扫描时间；

9，PLC存在I/O响应延迟问题，尤其在快速响应设备中应加以注意。

三、软件设计

3.1流程图（如下）

3.2梯形图

3.3I\O分配表

伸缩换向单元系统I/O分配图

输入

输出

工件进入检测

直线电机

工件进入换向单元检测

换向电机接件

换向气缸至位

换向电机送件

换向气缸复位

换向气缸

工件到达货叉下部检测

小直线电机

提升气缸至位

提升气缸

提升气缸复位

旋转电机至位输出

旋转至位检测

旋转电机复位输出

X10

旋转复位检测

Y10

伸缩电机伸出

X11

送件至位（伸）检测

Y11

伸缩电机缩入

X12

送件复位（缩）检测

Y12

工作指示灯（本次暂不设置）

X13

手动

X14

自动

X15

启动

X16

停止

X17

急停

四、电气控制图：

五、总结

实践证明，伸缩换向单元的设计优良与否，关键到一个企业生产效率的高低。

这样一个看似简单而实际技术难度挺高的单元，在实际应用范围还是是较为广泛的。

由于其本体由很多检测与驱动器件构成的，任何一个部件的运作快慢都会影响到整体运作水平的提高。

当然，对于编程程序的编写，本文虽只给出一种，但是还是可以通过其他的方法实现控制，而设计员本身也需要一定的基础，尽量掌握多种的编程方法，能灵活运用各种方法。

但是我们还要多到实地考察，根据企业的需要，设计出更为适合的实用单元，这才能完成技术性而复杂的操作和装配工艺要求更高的效率，才能实现我们本单元所追求的高效实用的精神。

六、参考资料

《自动化生产线安装与调试》

《检测技术基础》

《PLC原理及应用技术》

网上资料

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