自動化生產(chǎn)線論文

1、摘 要隨著社會的對高職畢業(yè)生要求的不斷提高, 技能已經(jīng)逐漸成為高職院校對大學生培養(yǎng)的重點目標之一。自動化生產(chǎn)線實訓系統(tǒng)正是為提高學生動手能力和實踐技能而設計、生產(chǎn)的實用性實訓設備, 如何提高其教學效果, 達到教學目標, 是值得研究的課題。本文簡要介紹了自動化生產(chǎn)線實訓系統(tǒng), 并以安裝搬運站的項目教學方法為例進行了研究。研究表明項目教學方法體現(xiàn)了學生的主體作用, 充分地展示職業(yè)教育“以能力為本”的價值取向, 很好地實現(xiàn)了“所學”與“所用”的零距離對接, 既達到了學校的教學培養(yǎng)目標, 又適應了企業(yè)崗位要求, 同時還滿足了社會的需求, 從而實現(xiàn)了多方“共贏”。關鍵詞 自動化生產(chǎn)線實訓系統(tǒng) PLC 安

2、裝搬運站 項目教學 方法研究前 言自動化生產(chǎn)線實訓系統(tǒng)是專為提高學生動手能力和實踐技能而設計、生產(chǎn)的一套實用性實訓設備。該系統(tǒng)囊括了電氣自動化等專業(yè)學習中所涉及的諸如機械傳動、電機驅動、氣電動控制、氣動控制、PLC 控制、傳感器等多種技術, 給學生提供了一個典型的把所學專業(yè)知識加以綜合應用的操作和實現(xiàn)平臺, 使學生能夠全面掌握和加深理解學過的知識, 提高動手能力, 以達到利用所學專業(yè)知識解決實際問題的教學培養(yǎng)目標目 錄第一章 總體設計1 功能介紹2 總體構想3 元器件的選擇第二章 硬件設計(一 控制元件PLC1 三菱FX2N-48MR PLC 介紹2 三菱FX2N-48MR PLC技術參數(shù)3

3、三菱FX2N-48MR PLC開發(fā)環(huán)境(二 檢測元件磁性開關1 D-C73型磁性開關的技術參數(shù)2 D-C73型磁性開關的工作原理3 D-C73型磁性開關的安裝要求(三 氣缸1 CDM2B20-45型氣缸(1 技術參數(shù)(2 安裝要求(3 使用環(huán)境2 CDJ2B10-60-B 氣缸(1 技術參數(shù)(2 安裝要求3 氣缸的工作原理(四 電磁閥1 4V120-60電磁閥的技術參數(shù)2 4V120-60電磁閥的工作原理3 4V120-60電磁閥的安裝要求第三章 軟件設計1 I/O分配表2 流程圖3 梯形圖第四章 電氣控制圖第五章 總結總體設計1 功能介紹安裝搬運站的功能是將該單元物料臺上的工件夾緊，由傳動手

4、臂夾放到另一物料臺的工件（工件由第五站的抓取機械手裝置送來）里，完成一次裝配動作，然后再回到該站物料臺上，待第五站的抓取機械手裝置取走裝配完成的物料后，再回到原位。圖1-2所示為安裝搬運單元的側視圖和俯視圖。 (a側視圖 (b俯視圖圖1 安裝搬運單元2 總體構想（1）在這個站中我準備使用一部三菱FX2N-48MR 型PLC, 六個D-C73型磁性開關，一個CDJ2B10-60-B 型氣缸和七個4V120-60型電磁閥。設置七個按鈕，分別是啟動按鈕，停止按鈕，急停按鈕，上電按鈕，復位按鈕，自動/手動按鈕，單/聯(lián)機按鈕，調試按鈕。（2）首先我們按下上電按鈕和啟動按鈕，這個站點開始工作，氣缸把供料推

5、出，推料到位，磁性開關發(fā)亮，然后收回，機械手臂正轉，正轉到位，把供料吸住，然后手臂反轉，反轉到位，把工件釋放。在這里說明一下我們這一站有兩條加料柱，當有一條柱沒有了供料的時候，另一條柱子能夠及時補充，保證了工作效率。如果在工作時遇到突發(fā)事件我們可以按下急停按鈕，然后把它復位，接著，按下手動按鈕，用調試按鈕進行調試狀態(tài)。如果我們想要跟上一站或者是下一站通信的話，我們必須把按鈕打到聯(lián)機轉臺，然后把各站的PLC 連接起來。（3）舉例說明我們這個站與上一站的的搬運站，當上一站把工件夾起的那一刻時，我們這一站有信號，氣缸把供料推出，機械手臂正轉，把供料吸住，延時幾秒，上一站的機械手把工件放到某一位置，然

6、后抬起，接著我們站的機械手臂反轉，把供料放進工件，最后上一站的機械手把整個工件運走，這就是一個周期。（4）在該站運行過程中，我想設計兩種運行方式，一種是自動，一種是手動，雖然生產(chǎn)線的總體運行是要全自動的，但是手動的運行也能方便調節(jié)每一步的工作順序，兩種運行方式不能同時進行，互不影響。（5）停止按鈕一旦啟動，本站所有機構應立即停止運行；待啟動按鈕按下后，則恢復原來的工作。（6）聯(lián)機運行時，按下單/聯(lián)按鈕，該站不能自動啟動，待第五站啟動，把物料送到加工臺時再通過通信把信號傳給本站，請求裝配，此時，本站按照預定的方式進行裝配搬運工作，裝配完成后，又把信號傳給第五站，提示裝配完成，第五站收到信號后又開

7、始工作，夾走已裝配完的物料送到入庫站，同時復位請求裝配的信號。這樣一個過程便完成了兩站的聯(lián)機運行，聯(lián)機運行等兩站各自的程序調試好后再進行，一切動作務必按生產(chǎn)順序進行，工作到位，安全生產(chǎn)要編寫滿足控制要求、滿足安全要求的控制程序，首先要了解設備的基本結構，其次要了解清楚各個執(zhí)行機構之間的準確動作關系，即了解清楚生產(chǎn)工藝；同時還要考慮安全、效率等的因素；最后才是通過編程實現(xiàn)控制功能。3 元器件的選擇三菱FX2N-48MR 型PLC,D-C73型磁性開關，CDJ2B10-60-B 型氣缸，CDM2B20-45型氣缸，4V120-60型電磁閥等硬件設計 控制元件PLC1 三菱FX2N-48MR PLC

8、 介紹(1.靈活的配置除了具有滿足特殊需求的大量特殊模塊外,6個基本單元中的每個單元可擴展至256I/O(2.高速運算基本指令:0.08us/指令 圖2 三菱FX2N-48MR PLC應用指令:1.52至幾百us/指令(3.突出的寄存器容量FX2N 系列包括8K 步內置RAM 寄存器, 用一個寄存器盒可擴展到16RAM 或EEPROM(4.豐富的元件資源3072點輔助繼電器,256點計時器,235點計數(shù)器,8000數(shù)據(jù)存儲器FX2N-48ER 擴展24入24出繼電器FX1S-10MR-001主機6入4出，繼電器FX2N-32ER 擴展16入16出繼電器FX1S-30MR-D 主機16入14出，

9、繼電器FX2N-16ER 擴展16入FX1S-20MR-D 主機12入18出，繼電器FX2N-16EYR 擴展16出繼電器FX1S-14MR-D 主機8入6出，繼電器FX2N 特殊擴展模塊FX1S-10MR-D 主機6入4出，繼電器FX2N-CNV-BDFX0N 適配器連接用模塊FX2N 特殊功能單元FX2N-CNV-BC 擴展電纜轉換器FX2N-2DA2通道模擬量輸出模塊FX2N-CNV-IF 擴展電纜轉換器FX2N-2AD2通道模擬量輸入模塊FX2N-8AV-BD8通道模擬量設定模塊FX2N-4DA4通道模擬量輸出模塊FX2N-232-BDRS-232接口1通道FX2N-4AD2通道模擬量

10、輸入模塊2 三菱FX2N-48MR PLC技術參數(shù)FX2N 系列是小型化，高速度，高性能和所有方便都是相當于FX 系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入出16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC 。系統(tǒng)配置既固定又靈活：在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合。備有可自由選擇，豐富的品種可選用16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展?？筛鶕?jù)電源及輸出形式，自由選擇。令人放心的高性能程序容量：內置800步RAM（可輸入注釋）可使用存儲盒

11、，最大可擴充至16K 步。3 三菱FX2N-48MR PLC開發(fā)環(huán)境可編程控制器的產(chǎn)生和發(fā)展與繼電器有很大的的關系。繼電器室一種用弱電信號控制強電信號的電磁開關，雖有上百年的歷史，但在復雜的繼電器控制系統(tǒng)中，故障的查找和排除是非常困難的，可能會花大量時間，嚴重地影響生產(chǎn)。如果公益要求發(fā)生變化，就得衷心設計線路連線安裝，不利于產(chǎn)品的更新?lián)Q代。顯然，需要尋求一種新的控制裝置來取代老式的繼電器控制系統(tǒng)，使電氣控制系統(tǒng)的工作更可靠，更容易維護，更能適應經(jīng)常變動的工藝條件，因此在1969年，美國數(shù)字設備公司根據(jù)要求研制出世界上第一臺可編程控制器。在20世紀70年代后期，隨著微電子技術，計算機技術和數(shù)字控

12、制技術的迅速發(fā)展，人們?yōu)榱伺c電腦區(qū)分，就把可編程控制器稱為PLC 。檢測元件磁性開關磁性開關意思就是通過磁鐵來感應的，這個“磁”就是磁鐵，磁鐵也有好幾種，市場上面常用的磁鐵有橡膠磁、永磁鐵氧體、燒結釹鐵硼等。開關就是干簧管了。干簧管是干式舌簧管的簡稱，是一種有觸點的無源電子開關元件，具有結構簡單，體積小便于控制等優(yōu)點，其外殼一般是一根密封的玻璃管，管中裝有兩個鐵質的彈性簧片電板，還灌有一種叫金屬銠的惰性氣體。平 時，玻璃管中的兩個由特殊材料制成的簧片是分開的。當有磁性物質靠近玻璃管時，在磁場磁力線的作用下，管內的兩個簧片被磁化而互相吸引接觸，簧片就會吸合在一起，使結點所接的電路連通。外磁力消失

13、后，兩個簧片由于本身的彈性而分開，線路也就斷開了。因此，作為一種利用磁場信號來控制的線路開關器件，干簧管可以作為傳感器用，用于計數(shù)，限位等等（在安防系統(tǒng)中主要用于門磁、窗磁的制作），同時還被廣泛使用于各種通信設備中。在實際運用中，通常用永久磁鐵控制這兩根金屬片的接通與否所以又被稱為“磁控管”。 圖3安裝在氣缸兩端的D-C73型磁性開關干簧管又叫磁控管，它同霍爾元件差不多，但原理性質不同，是利用磁場信號來控制的一種開關元件，無磁斷開，可以用來檢測電路或機械運動的狀態(tài)，另一種磁性開關就是市場上所說接近開關、門磁開關、又叫感應開 關，它是有干一個開好模具并且是標準尺寸塑膠外殼，將干簧管灌封在黑色外殼

14、里面導線引出來另一半帶有磁鐵的塑料外殼固定在另一端當這個磁鐵靠近帶有導線的開關時，發(fā)出開關信號！一般信號距離為10mm 接通，此產(chǎn)品廣泛引用到防盜門、家用門、打印機、傳真機、電話機、等電子儀器設備上面。特點：有PP 、PVDF 材質可適用于強酸堿場所；SUS 304/316金屬材質適用于高溫高壓桶槽。接線盒規(guī)格最齊全，有塑料、鋁合金、不銹鋼防爆型，防護等級IP-65以上。接點容量50W/250VAC SPST或 30W/200VDC SPDT?？勺龆帱c控制、安裝容易、節(jié)省成本1 D-C73型磁性開關的技術參數(shù)品牌 SMC 負載電壓及電流范圍 DC:24V/5-40mA AC:100V/5-20

15、Ma 安裝方式環(huán)帶安裝 類型 直線型電線長度(m 0.5 指示燈LED 反應時間(ms 1.2 使用溫度范圍(-10-60 線制 2線制有觸點 抗沖擊性300 m/s2 保護等級 IP67 適用氣缸型號 CG1/CJ22 D-C73型磁性開關的工作原理磁力式接近開關時一種非接觸式位置檢測開關，這種非接觸式位置檢測不會磨損和損傷檢測對象物，響應速度高。它用于檢測磁性物資的存在；當有磁性物質接近傳感器時，傳感器動作，并輸出開關信號。在實際應用中，我們在被測物體上，在汽缸的活塞上安裝磁性物質，在汽缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感應式接近開關，就可以用著兩個傳感器分別標識汽缸運動的兩個極限位置。3

16、D-C73型磁性開關的安裝要求安裝方式上有導線引出型，接插件式子，接插件中繼型，根據(jù)安裝場所環(huán)境的要求磁性開關可選擇屏蔽式和非屏蔽式。在接線方面，重點要考慮傳感器的尺寸，位置，布線工藝，電纜長度以及周圍工作環(huán)境等因素對傳感器工作的影響，將磁性開關與PLC 的輸入端口連接。在磁性開關上設置有LED ，用于顯示傳感器的信號狀態(tài)，供調試與運行監(jiān)視時觀察。當有物體靠近時，磁性開關輸出動作，LED 顯示；當沒有物體靠近時，磁性開關輸出不動作，LED 燈不亮。另外，如果安裝不合理會使氣缸動作不正確。當氣缸活塞移向磁性開關，并接近到一定距離時，磁性開關才有“感知”，開關才會動作，通常把這個距離叫檢出距離。在

17、氣缸上安裝磁性開關時，先把磁性開關裝在氣缸上，磁性開關的安裝位置根據(jù)控制對象的要求調整，調整方法簡單，只要讓磁性開關到達指定位置后，用螺絲刀旋緊固定螺絲氣缸引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉活塞式發(fā)動機等的殼體通常也稱“氣缸”。1 CDM2B20-45型氣缸(1 技術參數(shù)使用流體：空氣，最高使用壓力：1.0MPA ，最低使用壓力：0.18MPA （彈簧壓回），0.23MPA （彈簧壓回）(2 安裝要求根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應

18、選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負載，可選帶導 桿氣缸；要求制動精度高，應選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉，可選具有桿不回轉功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需要選用無給油或無油潤滑氣。 圖4 CDM2B20-45型氣缸(3 使用環(huán)境一般情況下，對不帶磁性開關的氣缸，其環(huán)境溫度和介質溫度570攝氏度；對磁性開關氣缸，其環(huán)境溫度和介質溫度為560攝氏度。缸內密封材料在高溫下會軟化，低溫下會硬化脆裂，都會影響密封性能。雖然氣源經(jīng)冷卻式干燥器清除了水分，但溫度太

19、低，空氣中仍會有少量水蒸氣冷凝成水造成結冰，導致缸、閥動作不良，故對溫度必須有所限制。2 CDJ2B10-60-B 氣缸(1 技術參數(shù)SMC 標準型氣缸CDJ2B10-60-B 缸徑(mm： 10 使用流體： 空氣 動作方式：雙作用 最高使用壓力MPa ： 0.7 使用最低壓力MPa ： 0.06 環(huán)境和流體溫度： 無磁性開關:-1070 帶磁性開關:-1060 緩 沖： 橡膠緩沖 活塞運動速度：50-750mm/s 接管口徑： M5*0.8 型號：CDJ2B10-60-B 型號內置磁環(huán)： 內置磁環(huán) 型號安裝形式： 基本型 型號缸徑： 10 型號行程： 60 型號緩沖： 橡膠緩沖 圖5 CDJ

20、2B10-60-B型氣缸(2 安裝要求氣缸安裝前，應經(jīng)空載試運轉及在1.5倍最高工作壓力下試壓，運轉正常和無漏氣現(xiàn)象后放可使用。汽缸接入管道前，必須清楚管道內贓物，防止雜物進入汽缸內。 在行程中載荷有變化時，應使用輸出力充裕的氣缸，并附加緩沖裝置。緩沖氣缸在開始運行前，先把緩沖節(jié)流閥擰在節(jié)流兩較小的位置，然后逐漸開大，直到調到?jīng)]，滿意的緩沖效果不使用滿行程，特別是當活塞桿伸出時，要使用活塞桿與缸蓋相碰。否則，容易引起活塞桿和外部連接處的載荷集中。3 氣缸的工作原理根據(jù)工作所需力的大小來確定活塞桿上的推力和拉力。由此來選擇氣缸時應使氣缸的輸出力稍有余量。若缸徑選小了，輸出力不夠，氣缸不能正常工作

21、；但缸徑過大，不僅使設備笨重、成本高，同時耗氣量增大，造成能源浪費。在夾具設計時，應盡量采用增力機構，以減少氣缸的尺寸。電磁閥電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥是用電磁的效應進行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣， 電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節(jié)閥等。 圖6 4V120-60電磁閥1 4V120-60電磁閥的技術參數(shù)接口：ISO228/1標準G1/4環(huán)境溫度：-20+60(防爆型-15

22、+50）介質溫度：-20+80(防爆型-15+50材質：閥體和內部零件：陽極電鍍鋁合金、銅。加固端蓋：塑料。密封圈：丁苯橡膠（NBR ）和聚亞安酯（AU ）。安裝：符合NAMUR 標準和VDI/VDE3845的雙孔。2 4V120-60電磁閥的工作原理電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來擋住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動。3 4V120-60電磁閥的安裝要求切斷