操作手畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、天津理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文柔性生產(chǎn)線(xiàn)操作手單元柔性生產(chǎn)線(xiàn)操作手單元摘 要隨著工業(yè)自動(dòng)化的普及和發(fā)展，控制器的需求量逐年增大，操作手的應(yīng)用也逐漸普及，主要在汽車(chē)，電子，機(jī)械加工、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的生產(chǎn)流水線(xiàn)或貨物裝卸調(diào)運(yùn), 可以更好地節(jié)約能源和提高運(yùn)輸設(shè)備或產(chǎn)品的效率，以降低其他搬運(yùn)方式的限制和不足，滿(mǎn)足現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求。模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)（Modular Production training System，MPS）是由上海英集斯自動(dòng)化技術(shù)有限公司研制的教學(xué)設(shè)備。MPS體現(xiàn)了機(jī)電一體化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。目前最多可由9個(gè)單元組成，一個(gè)單元亦可自成一個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，而由多個(gè)單元組成的生產(chǎn)系統(tǒng)可以體

2、現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的控制特點(diǎn)。操作手是工業(yè)機(jī)器人的重要組成部分，在很多情況下它就可以稱(chēng)為工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。廣泛采用工業(yè)機(jī)器人，不僅可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分重要的意義?？删幊炭刂破魇抢^電器控制和計(jì)算機(jī)控制出上開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，逐漸發(fā)展成以微器處理為核心把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。本文應(yīng)用西門(mén)子公司的S7-200PLC，通過(guò)其硬件結(jié)構(gòu)、編程指令和STEP 7軟件的操作

3、實(shí)現(xiàn)機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了可編程控制器（PLC）控制功能。使該系統(tǒng)可靠穩(wěn)定，時(shí)期功能范圍得到廣泛應(yīng)用。關(guān)鍵詞：MPS, 操作手，可編程控制器（PLC），氣動(dòng)控制ABSTRACTWith the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electroni

4、c, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of mod

5、ern economic development.Modular Production training System（MPS）is by the Shanghai ying set is developed, automation technology Co. LTD. of teaching equipment. MPS embodies the practical application of mechatronics technology. Currently up by nine unit, a unit of its an independent control also by m

6、ore than one unit system, composed of production system can reflect the automatic production line control characteristics. Gunner is an important part of the industrial robot, and in many cases it can be called industrial robots. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computer, sen

7、sors, artificial intelligence science advanced technology in the integration of modern manufacturing important automation equipment. Widely used industrial robots, not only can improve the quality of products and production, and to safeguard the personal safety and improve working environment, reduc

8、e labor intensity and improve labor productivity, save materials consumption and reduce the production cost, has the extremely vital significance. Make the system reliable, stable and functional range widely used period. The key words: MPS ， gunner ， PLC ， Pneumatic control目錄第一章 緒論1.1 柔性生產(chǎn)線(xiàn)概論隨著科學(xué)技術(shù)的

9、發(fā)展，人類(lèi)社會(huì)對(duì)產(chǎn)品的功能與質(zhì)量的要求越來(lái)越高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短，產(chǎn)品的復(fù)雜程度也隨之增高，傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式受到了挑戰(zhàn)。為了同時(shí)提高制造工業(yè)的柔性和生產(chǎn)效率，使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本，是終使中小批量生產(chǎn)能與大批量生產(chǎn)抗衡，柔性自動(dòng)化系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。 模塊化柔性加工系統(tǒng)是用來(lái)學(xué)習(xí)自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)技術(shù)的開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了現(xiàn)場(chǎng)通訊技術(shù)（ Profibus ）以及以太網(wǎng)通訊技術(shù)。它使得學(xué)生方便地了解這套先進(jìn)技術(shù)如同在工業(yè)上的應(yīng)用，使學(xué)生能近距離地學(xué)習(xí)這些技術(shù)。該系統(tǒng)具有多種驅(qū)動(dòng)形式：有氣壓傳動(dòng)、傳送帶、步進(jìn)電機(jī)、直

10、流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)、變頻調(diào)速電機(jī)等工業(yè)常見(jiàn)的傳動(dòng)。1.2 柔性生產(chǎn)線(xiàn)的一般組成多個(gè)單元組成的MPS系統(tǒng)可以較為實(shí)地模擬出一個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)加工流水線(xiàn)的工作過(guò)程。其中，每個(gè)工作單元都可以自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，同時(shí)也都是一個(gè)機(jī)電一體化的系統(tǒng)。各個(gè)單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)位置都可以通過(guò)安裝在其上面的傳感器的信號(hào)來(lái)判斷。在MPS設(shè)備上應(yīng)用多種類(lèi)型的傳感器，分別用于判斷物體的運(yùn)動(dòng)位置、物體的通過(guò)狀態(tài)、物體的顏色、物體的材質(zhì)和物體的高度等。傳感器技術(shù)是機(jī)電一體化技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，是現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化的前提之一。在控制方面，MPS設(shè)備采用PLC進(jìn)行控制，用戶(hù)可

11、根據(jù)需要選擇不同廠(chǎng)家的PLC（上海英集斯公司主要使用三菱公司的FX2N系列PLC、西門(mén)子公司的S7-200系列PLC和S7-300系列PLC）。本文所選為西門(mén)子公司的S7-200系列。MPS設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)是相對(duì)固定的，但可以根據(jù)對(duì)設(shè)備的理解、對(duì)生產(chǎn)加工工藝的理解，編寫(xiě)一定的生產(chǎn)工藝過(guò)程，然后再通過(guò)編寫(xiě)PLC控制程序?qū)崿F(xiàn)該工藝過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)MPS設(shè)備的控制。一般來(lái)講，柔性生產(chǎn)線(xiàn)由上料檢測(cè)單元，供料單元，檢測(cè)單元，加工單元，搬運(yùn)單元，安裝單元，安裝搬運(yùn)單元，操作手單元，立體存儲(chǔ)單元，機(jī)械手單元，分類(lèi)工作單元等單元有機(jī)組成。1.3 MPS的基本功能MPS設(shè)備提供了一個(gè)半開(kāi)放式的學(xué)習(xí)環(huán)境，雖然各個(gè)組

12、成單元的結(jié)構(gòu)已經(jīng)固定，但是，設(shè)備的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照什么樣的動(dòng)作順序執(zhí)行，各個(gè)單元之間如何配合，最終使MPS模擬一個(gè)什么樣的生產(chǎn)加工控制過(guò)程，MPS作為一條自動(dòng)生產(chǎn)流水線(xiàn)具有怎樣的操作運(yùn)行模式等，用戶(hù)都可根據(jù)自己的理解，運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出PLC控制程序，使MPS設(shè)備實(shí)現(xiàn)一個(gè)最符合實(shí)際的自動(dòng)控制過(guò)程。MPS系統(tǒng)中每個(gè)單元都具有最基本的功能，用戶(hù)可在這些基本功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行流程編排設(shè)計(jì)。(1) 上料檢測(cè)單元。功能簡(jiǎn)介：完成整個(gè)系統(tǒng)的上料工作，將工件輸出，判斷出其顏色，并將其信息發(fā)給后一站。此站可配合觸摸屏或組態(tài)控制作為整個(gè)系統(tǒng)的主站。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Pro

13、fibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：回轉(zhuǎn)料斗、提升裝置、光電識(shí)別組件。(2) 為供料單元。功能簡(jiǎn)介：為加工過(guò)程逐一提供加工工件。由雙作用氣缸從料倉(cāng)中逐一推出工件，轉(zhuǎn)換模塊上的真空吸盤(pán)將工件吸起，在旋轉(zhuǎn)缸的驅(qū)動(dòng)下將工件移動(dòng)至下一個(gè)工作站的傳輸位置。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：真空組件、旋轉(zhuǎn)模塊、供料模塊。(3) 檢測(cè)單元功能簡(jiǎn)介：檢測(cè)加工工件的各種特性，如顏色、材質(zhì)、高度等。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：工件高度檢測(cè)模塊、提升模塊、工件材質(zhì)及顏色識(shí)別組件。（4）加工單元。功能簡(jiǎn)介：工件將在旋轉(zhuǎn)

14、平臺(tái)上被檢測(cè)及加工。通過(guò)具有四個(gè)工位的加工旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，進(jìn)行加工模擬，并進(jìn)行加工質(zhì)量的模擬檢測(cè)。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、模擬鉆孔模塊、模擬檢測(cè)組件。（5）為搬運(yùn)單元。功能簡(jiǎn)介：該搬運(yùn)單元由無(wú)桿氣缸、橢圓形活塞氣缸和夾爪等部件組成，通過(guò)移動(dòng)、上下伸縮、抓取等動(dòng)作，將前一單元上的工件傳入下一執(zhí)行單元。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：提升模塊、氣動(dòng)夾爪組件、直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)無(wú)桿缸。（6）安裝單元。功能簡(jiǎn)介：該單元提供兩色小工件，氣缸將料倉(cāng)中的兩色小工件交替推出，由真空吸盤(pán)吸取，通過(guò)轉(zhuǎn)臂輸

15、入到大工件的空腔中。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：送料模塊、旋轉(zhuǎn)模塊、真空組件。（7）安裝搬運(yùn)單元。功能簡(jiǎn)介：將工件從前一站搬運(yùn)至下一站，并可在本站上完成大、小工件的組裝。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：直線(xiàn)轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊、氣動(dòng)夾爪裝置。（8）操作手單元。功能簡(jiǎn)介：該單元由不同的氣動(dòng)執(zhí)行部件組成，通過(guò)擺動(dòng)、伸縮、氣動(dòng)抓取等動(dòng)作，將前一單元上的工件傳入下一執(zhí)行單元的輸入工位。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：伸出及提升模塊、旋轉(zhuǎn)模塊、氣

16、動(dòng)夾爪組件。（9）立體存儲(chǔ)單元。功能簡(jiǎn)介：該單元為倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)的模擬，它將系統(tǒng)加工完成的合格產(chǎn)品按照不同類(lèi)別進(jìn)行分類(lèi)立體存放。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器：Start。組成模塊：步進(jìn)電機(jī)控制模塊、滾珠絲桿模塊、工件推出組件、立體倉(cāng)庫(kù)。 （10）為機(jī)械手單元。功能簡(jiǎn)介：該單元是一個(gè)6個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械手，它可以用來(lái)完成抓取動(dòng)作，可以進(jìn)行工件的組裝，產(chǎn)生一個(gè)完整的產(chǎn)品。手臂本體：日本莫托曼HP3。擴(kuò)展模塊：控制器、變壓器。組成模塊：手臂本體、手臂控制器、氣動(dòng)夾爪。（11）分類(lèi)工作單元。功能簡(jiǎn)介：將工件從傳送帶的前端輸送到后端。它帶有工件滑槽及導(dǎo)

17、向裝置，能夠?qū)⒐ぜ搭?lèi)別進(jìn)行存儲(chǔ)。PLC主機(jī)：西門(mén)子S7系列。擴(kuò)展模塊：PPI、MPI、Profibus網(wǎng)絡(luò)。組成模塊：傳送帶、阻擋裝置、工件滑槽。 1.4 MPS的公共模塊和器件（1） 供電電源模塊供電電源模塊及電路原理如圖1-13和圖1-14所示。外部供電電源為三相五線(xiàn)制AC 380 V/220 V，三根相線(xiàn)經(jīng)三相三線(xiàn)漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)后連接到三個(gè)安全導(dǎo)線(xiàn)插孔處，零線(xiàn)和接地線(xiàn)也連接到安全導(dǎo)線(xiàn)插孔處。另外，模塊上還提供兩個(gè)單相電源插座，為PLC模塊和按鈕/指示燈模塊提供AC 220 V電源。 圖1.1為供電電源模塊一次回路原理圖。 圖1.1（2） 氣源處理組件氣源處理組件及其回路原理圖如圖1.2所

18、示。圖1.2氣源處理組件是氣動(dòng)控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，以調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時(shí)，應(yīng)注意經(jīng)常檢查過(guò)濾器中凝結(jié)水的水位，在超過(guò)最高標(biāo)線(xiàn)以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件的氣路入口處安裝了一個(gè)快速氣路開(kāi)關(guān)，用于啟/閉氣源，當(dāng)把氣路開(kāi)關(guān)向左拔出時(shí)，氣路接通氣源，反之，把氣路開(kāi)關(guān)向右推入時(shí)氣路關(guān)閉。氣源處理組件的輸入氣源來(lái)自空氣壓縮機(jī)，所提供的壓力為0.6 MPa1.0 MPa，輸出壓力為00.8 MPa可調(diào)。輸出的壓縮空氣通過(guò)快速三通接頭和氣管輸送到各工作單元。1.5 MPS的發(fā)展前景模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)是先進(jìn)工業(yè)自動(dòng)化及制造的基本部分

19、，將先進(jìn)制造系統(tǒng)的物料供給、分揀、加工、檢測(cè)和立體倉(cāng)庫(kù)等主要單元展現(xiàn)給學(xué)生，同時(shí)學(xué)生可以自己動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)習(xí)PLC編程、生產(chǎn)管理、流程設(shè)計(jì)等機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化的相關(guān)課程。隨著技術(shù)的發(fā)展，工控技術(shù)的不斷完善，上海英集斯自動(dòng)化技術(shù)有限公司在原有的MPS系統(tǒng)中加入了觸摸屏控制系統(tǒng)、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)管理執(zhí)行系統(tǒng)，進(jìn)一步提升了模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)的科技含量，使學(xué)生在“用最先進(jìn)的技術(shù)培訓(xùn)今天的學(xué)生，為未來(lái)而服務(wù)！”這樣的理念下前進(jìn)。觸摸屏是一個(gè)智能化操作部件，是極富吸引力的全新多媒體操作裝置，用戶(hù)只要用手指輕輕地觸摸顯示屏上的圖符或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備操作，可顯示設(shè)備運(yùn)行狀況和運(yùn)行參數(shù)。 組態(tài)監(jiān)控程序的應(yīng)用

20、解決了人-機(jī)界面控制中的動(dòng)畫(huà)顯示問(wèn)題，監(jiān)控信息將以更加形象、生動(dòng)的動(dòng)畫(huà)方式顯示出來(lái)。盡管觸摸屏和組態(tài)監(jiān)控軟件的出現(xiàn)至今只有短短的幾年時(shí)間，但實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)證明，觸摸屏和組態(tài)監(jiān)控軟件可以取代設(shè)備的操作面板和儀表。生產(chǎn)管理執(zhí)行系統(tǒng)（MES）的應(yīng)用是模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)的一次飛躍，它引入了信息管理技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)的有效管理。 PLC在早期是一種開(kāi)關(guān)邏輯控制裝置，被稱(chēng)為可控編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC。PLC是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、靈活性擴(kuò)展性強(qiáng)、控制速度快、延時(shí)的可調(diào)性和精度高。硬件反面：A屏蔽：對(duì)電源變壓器、CPU、編程器等主要部件，采用導(dǎo)電、導(dǎo)磁良好的材料進(jìn)行屏蔽

21、，以防止外界干擾。B隔離：在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動(dòng)作；各I/O口之間亦彼此隔離。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，PLC的制造成本不斷下降，而功能卻大大增強(qiáng)。應(yīng)用領(lǐng)域以覆蓋所有的工業(yè)企業(yè)，如機(jī)床電機(jī)控制、電梯運(yùn)行控制、冶金系統(tǒng)的高爐上料、汽車(chē)裝配線(xiàn)、以及一些自動(dòng)化流水線(xiàn)等。本設(shè)計(jì)的柔性加工系統(tǒng)中采用了西門(mén)子公司S7200的PLC，CPU為226。S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S

22、7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1：極高的可靠性 2:極豐富的指令集3: 易于掌握 4:便捷的操作 5:豐富的內(nèi)置集成功能 6: 實(shí)時(shí)特性 7:強(qiáng)勁的通訊能力 8:豐富的擴(kuò)展模塊 。S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。CPU 226的PLC集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量

23、I/O 點(diǎn)?？蛇B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O 點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。 SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無(wú)論在

24、運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。 S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1） 極高的可靠性 （2）極豐富的指令集（3）易于掌握（4）便捷的操作（5）豐富的內(nèi)置集成功能（6）實(shí)時(shí)特性（7）強(qiáng)勁的通訊能力（8）豐富的擴(kuò)展模塊 S7-200系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。第二章 操作手單元的結(jié)構(gòu)與控制2.1操作手單元的結(jié)構(gòu)2.1.1操作手單元的功能操作手單元可以模擬提取工件，按照要求將工件分流的過(guò)程。2.1.2 操作手單元的結(jié)構(gòu)組成操作手單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣源處

25、理組件、I/O接線(xiàn)端口、閥組等組成。1. 提取模塊提取模塊實(shí)際上是一個(gè)“氣動(dòng)機(jī)械手”，主要由兩個(gè)直線(xiàn)氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸及氣動(dòng)夾爪等組成。提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實(shí)現(xiàn)垂直方向的運(yùn)動(dòng)，以便于提取工件。該氣缸在結(jié)構(gòu)上不同于一般的直線(xiàn)氣缸，它是一個(gè)桿不回轉(zhuǎn)型氣缸，它的活塞桿為六邊形，這樣活塞桿就不能隨便轉(zhuǎn)動(dòng)，便于氣動(dòng)手指夾取工件。擺臂氣缸構(gòu)成了氣動(dòng)機(jī)械手的“手臂”，可以實(shí)現(xiàn)水平方向上的伸出、縮回動(dòng)作。同時(shí)它還是一個(gè)雙聯(lián)氣缸（也叫倍力缸），它擁有兩個(gè)壓力腔和兩個(gè)活塞桿，在同等壓力下，雙聯(lián)氣缸的輸出力是一般氣缸的兩倍，所以有的地方亦叫它倍力缸。在氣缸的兩個(gè)極限位置上

26、分別安裝有磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，用于判斷氣缸的動(dòng)作是否到位。轉(zhuǎn)動(dòng)氣缸用于實(shí)現(xiàn)擺臂氣缸的轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)角度為180°，在氣缸的兩個(gè)極限位置上分別安裝有一個(gè)阻尼缸（用于緩沖旋轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的沖擊）和一個(gè)電感式接近開(kāi)關(guān)（用于判斷氣缸旋轉(zhuǎn)是否到位）。氣動(dòng)夾爪則用于抓取工件。2. 滑槽模塊滑槽模塊只有在帶有組態(tài)操作的MPS系統(tǒng)上才會(huì)安裝?；勰K用于存放不合格的工件。 操作手結(jié)構(gòu)示意圖，如下：圖2.12.2操作手單元的控制本操作手用于柔性生產(chǎn)線(xiàn)上工件的自動(dòng)搬運(yùn)，其結(jié)構(gòu)如上圖所示。由1、2兩個(gè)氣缸缸完成工件的加緊和提升的動(dòng)作。1號(hào)氣缸兩個(gè)電磁閥控制工件的夾緊、放松，2號(hào)氣缸通過(guò)電磁閥控制工件的上升、下降，由底

27、盤(pán)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)底盤(pán)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)工件在旋轉(zhuǎn)帶上運(yùn)行時(shí)，并且到旋轉(zhuǎn)帶的端部的時(shí)候，接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)到有物體存在的時(shí)候，旋轉(zhuǎn)帶停止,2氣缸活塞縮回，帶動(dòng)豎軸下降，下降到行程開(kāi)關(guān)SQ3，1氣缸的驅(qū)使手爪夾緊工件，并延時(shí)。 2氣缸活塞伸出，帶動(dòng)豎軸上升，3氣缸活塞縮回，帶動(dòng)橫軸縮回，同時(shí)底盤(pán)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)底盤(pán)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)妆P(pán)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)180°后，其到達(dá)B傳送帶的上方時(shí)，3氣缸活塞伸出，帶動(dòng)橫軸前伸，同時(shí)2氣缸活塞縮回，帶動(dòng)豎軸下降，下降到行程開(kāi)關(guān)SQ3，1氣缸的驅(qū)使手爪放松工件，延時(shí)2秒 后。2氣缸活塞伸出，帶動(dòng)豎軸上升，3氣缸活塞縮回，帶動(dòng)橫軸縮回，同時(shí)底盤(pán)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)底盤(pán)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)?shù)妆P(pán)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)180

28、76;后，其到達(dá)旋轉(zhuǎn)的上方時(shí) 一次的搬運(yùn)過(guò)程就完成。即循環(huán)動(dòng)作簡(jiǎn)圖，如下圖，圖2.22.3控制系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 氣壓傳動(dòng)的選擇氣壓傳動(dòng)簡(jiǎn)稱(chēng)氣動(dòng)，是以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)傳遞和控制信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化的一門(mén)技術(shù)。一個(gè)完整的氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)由氣源裝置、控制元件、執(zhí)行元件、輔助元件、檢測(cè)元件及控制器組成。如圖2.3所示。圖2.3（1）氣源裝置：主要作用是提供清潔、干燥的壓縮空氣。（2）控制元件：其作用是調(diào)節(jié)和控制壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向，以便使執(zhí)行元件能按要求的程序和性能工作?？刂圃譃閴毫刂崎y、流量控制閥和方向控制閥等。（3）執(zhí)行元件：是將氣體的壓力能轉(zhuǎn)

29、換為機(jī)械能的一種能量轉(zhuǎn)換裝置。它包括實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸和實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或擺動(dòng)的氣動(dòng)馬達(dá)或擺動(dòng)馬達(dá)。（4）輔助元件：其作用是輔助氣動(dòng)系統(tǒng)正常工作，主要由凈化壓縮空氣的凈化器、過(guò)濾器、干燥器等組成，另外還包括供給系統(tǒng)潤(rùn)滑的油霧器、消除噪聲的消聲器、提供給系統(tǒng)冷卻的冷卻器等。（5）檢測(cè)元件：其作用是檢測(cè)氣缸的運(yùn)動(dòng)位置，判斷工件有無(wú)及工件性質(zhì)等。（6）控制器：其作用是對(duì)檢測(cè)元件提供的信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，提供執(zhí)行元件輸出信號(hào)，控制系統(tǒng)按照預(yù)定的要求有序工作。氣壓傳動(dòng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）以空氣作為工作介質(zhì)，取之不盡，來(lái)源方便，且無(wú)污染、環(huán)保。（2）工作環(huán)境適應(yīng)性好，可工作在易燃、易爆、多塵、強(qiáng)輻射等環(huán)

30、境。 在操作手單元中，氣爪有個(gè)不同的意義，氣爪能實(shí)現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動(dòng)機(jī)械手的關(guān)鍵部件。氣爪具有如下特點(diǎn)： 所有的結(jié)構(gòu)都是雙作用的，能實(shí)現(xiàn)雙向抓取，可自動(dòng)對(duì)中，重復(fù)精度高； 抓取力矩恒定； 在氣缸兩側(cè)可安裝非接觸式檢測(cè)開(kāi)關(guān)； 有多種安裝、連接方式。 本文所使用的為FESTO平行氣爪，平行氣爪通過(guò)兩個(gè)活塞工作，兩個(gè)氣爪對(duì)中心移動(dòng)。這種氣爪可以輸出很大的抓取力，既可用于內(nèi)抓取，也可用于外抓取。 氣動(dòng)控制回路操作手的全部動(dòng)作由氣缸驅(qū)動(dòng)。該控制回路的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁控制或手動(dòng)控制。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制功能是通過(guò)PLC控制實(shí)現(xiàn)的。在操作手單元的氣動(dòng)控制原理圖2.

31、4中，圖2.41A為旋轉(zhuǎn)氣缸；1B1和1B2為電感式接近開(kāi)關(guān)；2A為擺臂雙聯(lián)氣缸；2B1、2B2為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；3A為氣動(dòng)夾爪；3B1為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；4A為桿不回轉(zhuǎn)的提取氣缸；4B1、4B2為磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)；1Y1、1Y2為旋轉(zhuǎn)氣缸的電磁閥的兩個(gè)控制信號(hào)；2Y1、2Y2為控制擺臂氣缸的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；3Y1、3Y2為控制氣動(dòng)夾爪開(kāi)與閉的電磁閥的兩個(gè)電磁控制信號(hào)；4Y1為提取氣缸的電磁閥的電磁控制信號(hào)。 傳感器的選擇：接近開(kāi)關(guān)的選擇：選擇磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)，原理如下圖型號(hào)為JKT09-F4A 70B具體參數(shù)：開(kāi)關(guān)頻率:100 , 最大連續(xù)工作 500mah 電源的選擇本系統(tǒng)需要

32、的用電設(shè)備有：PLC、繼電器、交流電機(jī)、光電傳感器等設(shè)備。通過(guò)初步計(jì)算：得出以下的結(jié)果：工作壓力0.8Mbar 最大輸出流量300L/min電機(jī)功率 8KW 電機(jī)轉(zhuǎn)速 500轉(zhuǎn)/min負(fù)載能力 115kg2.4 PLC的I/O接線(xiàn)MPS中的每個(gè)部件上的輸入、輸出信號(hào)與PLC之間的通信電路連接是通過(guò)I/O接線(xiàn)端口實(shí)現(xiàn)的。各接口地址已經(jīng)固定。各單元中需要與PLC進(jìn)行通信連接的線(xiàn)路（包括各個(gè)傳感器的線(xiàn)路、各個(gè)電磁閥的控制線(xiàn)路及電源線(xiàn)路）都已事先連接到了各自的I/O接線(xiàn)端口上，在與PLC連接時(shí)，只需使用一根專(zhuān)用電纜即可實(shí)現(xiàn)快速連接。操作手單元I/O設(shè)備符號(hào)與說(shuō)明見(jiàn)表2.1。序號(hào)設(shè)備符號(hào)設(shè)備名稱(chēng)設(shè)備用途

33、信號(hào)特征11B1電感式傳感器判斷擺臂的左右位置信號(hào)為1：擺臂在最左端21B2電感式傳感器判斷擺臂的左右位置信號(hào)為1：擺臂在最右端32B1磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)判斷擺臂伸縮情況信號(hào)為1：擺臂縮回到位42B2磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)判斷擺臂伸縮情況信號(hào)為1：擺臂伸出到位53B1磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)判斷夾爪開(kāi)閉情況信號(hào)為1：夾爪已打開(kāi)信號(hào)為0：夾爪夾緊64B1磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)判斷夾爪上下的位置信號(hào)為1：夾爪上升返回到位74B2磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)判斷夾爪上下的位置信號(hào)為1：夾爪下降到位81Y1電磁閥控制旋轉(zhuǎn)氣缸左右動(dòng)作信號(hào)為1：旋轉(zhuǎn)缸左轉(zhuǎn)91Y2電磁閥控制旋轉(zhuǎn)氣缸左右動(dòng)作信號(hào)為1：旋轉(zhuǎn)缸右轉(zhuǎn)102Y1電磁閥控制擺臂氣缸伸

34、縮動(dòng)作信號(hào)為1：擺臂縮回112Y2電磁閥控制擺臂氣缸伸縮動(dòng)作信號(hào)為1：擺臂伸出123Y1電磁閥控制夾爪開(kāi)閉的動(dòng)作信號(hào)為1：夾爪打開(kāi)133Y2電磁閥控制夾爪開(kāi)閉的動(dòng)作信號(hào)為1：夾爪閉合144Y1電磁閥控制提取缸上下的動(dòng)作信號(hào)為1：夾爪下降信號(hào)為0：夾爪上升表2.12.5 操作手單元的編程： 控制任務(wù)當(dāng)設(shè)備接通電源與氣源、PLC運(yùn)行后，首先執(zhí)行復(fù)位動(dòng)作，旋轉(zhuǎn)氣缸驅(qū)動(dòng)的擺臂左轉(zhuǎn)到最左端，擺臂縮回到位，夾爪打開(kāi)，提取氣缸上升到位。然后進(jìn)入工作運(yùn)行模式，按啟動(dòng)按鈕，操作手單元先擺臂氣缸后提取氣缸依次伸出，提取氣缸伸出到達(dá)下端后夾爪夾取工件，夾緊工件后，再按照先提取氣缸后擺臂氣缸的順序依次縮回，然后擺臂氣

35、缸擺到右端，等待工件送出信號(hào)。再次按下啟動(dòng)按鈕，工件送出，擺臂氣缸、提取氣缸依次伸出，然后放下工件，再按照逆過(guò)程返回到初始位置。 編寫(xiě)程序操作手單元程序框圖如下所示： 上電M4.0 復(fù)位燈閃(s2) Q1.1閃 (S2)I1.1=1 M4.1 復(fù)位1(上下缸縮回,夾爪打開(kāi)) (3Y1) Q0.4=1 (4b1) I0.5=1 & (3b1) I0.4=1M4.2 復(fù)位2 (橫臂縮回) 2Y1(Q0.2)=1 (2b1) I0.2=1M4.3 復(fù)位3 (1缸轉(zhuǎn)上工位) 1Y1(Q0.0)=1 (1b1) I0.0=1& (2b1) I0.2=1 & (4b1) I0.5=

36、1M4.4 開(kāi)始燈閃 （L1）Q1.0 閃 (S1) I1.0=1M4.5 等工作信號(hào)I1.2=1M4.6 2缸出 ( 2Y2) Q0.3=1 (2b2) I0.3=1M4.7 延時(shí) T40=0.5S T40=1M3.0 4缸下 (4Y1) Q0.6=1 (4B2) I0.6=1M3.1 3夾緊 (3Y2) Q0.5=1 , T1=1S ( I0.4) 3b1=0 & T1=1M3.2 4缸上升 (4Y1) Q0.6=0 (4b1) I0.5=1M3.3 2缸回 (2Y1) Q0.2=1 (2b1) I0.2=1M3.4 1缸轉(zhuǎn)下工位 (1Y2) Q0.1=1 (1b2) I0.1=1

37、&I1.2=1M3.5 2缸出 (2Y2) Q0.3=1 2b2=1 (I0.3)M3.6 4缸下 (4Y1) Q0.6=1 (4B2) I0.6=1M3.7 3缸放工件 (3Y1) Q0.4=1 (3b1) I0.4=1M2.0 4缸升 (4Y1) Q0.6=0 (4b1) I0.5=1 M2.1 2缸回 (2Y1) Q0.2=1 (2b1) I0.2=1M2.2 轉(zhuǎn)上工位（1Y1）Q0.0=1 (1b1) I0.0=1M2.3 返回M4.52.5.3 下載調(diào)試將編輯好的程序下載到PLC中運(yùn)行，調(diào)試通過(guò)，完成控制任務(wù)。氣動(dòng)控制回路分析及仿真（1） 氣動(dòng)控制回路分析在圖2.3中，本站開(kāi)始工作時(shí)，進(jìn)行夾爪打開(kāi)、橫臂縮回和轉(zhuǎn)上工位復(fù)位動(dòng)作，均靠氣缸復(fù)位來(lái)完成。等上站工作完成信號(hào)來(lái)后，首先使電磁閥線(xiàn)圈2Y2通電，使2號(hào)氣缸動(dòng)作，橫臂縮回。當(dāng)檢測(cè)開(kāi)關(guān)2B2有信號(hào)輸出后，使控制4號(hào)氣缸的電磁閥線(xiàn)圈4Y1通電，實(shí)現(xiàn)夾爪下降動(dòng)作，準(zhǔn)備抓工件，下降到位后，4B2輸出，此時(shí)使3Y2通電，實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作，延時(shí)后，使4Y1斷電，夾爪上升，直到4B1有信號(hào)輸出，此時(shí)令2Y1通電，橫臂縮回；縮回到位后，2B1輸出，使1Y2通電，橫臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，使操作手達(dá)到下一工位。等下工位有工件后，使2Y2通電，橫臂伸出，到位后2B2輸出，使4Y1得電，4號(hào)氣缸活塞桿伸出，夾爪下降，到位后，使3Y1通電，夾爪釋