機電一體化技術(shù) -課件 項目八

機電一體化技術(shù)主編

張奇良

魯佳

王紅錦PARTONE項目八機電一體化技術(shù)綜合實例目錄/CONTENTS任務一供料單元任務二加工單元任務三裝配單元任務四分揀單元行業(yè)PPT模板/hangye/任務五輸送單元PARTONE任務一供料單元一、供料單元的結(jié)構(gòu)組成

供料單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-1所示。其主要結(jié)構(gòu)為:工件推出與支撐、工件漏斗、電磁閥組、端子排組件、PLC、急停按鈕和啟動/停止按鈕、走線槽、底板等。1.工件推出與支撐及漏斗部分

用于儲存工件原料,并在需要時將料倉中最下層的工件推出到物料臺上。它主要由大工件裝料管、推料氣缸、頂料氣缸、磁感應接近開關(guān)、漫射式光電傳感器組成。

為使氣缸的動作平穩(wěn)可靠,氣缸的作用氣口都安裝了氣缸節(jié)流閥。氣缸節(jié)流閥的作用是調(diào)節(jié)氣缸的動作速度。節(jié)流閥上帶有氣管的快速接頭,只要將合適的外徑氣管插入快速接頭就可以將管連接好,使用時十分方便。已安裝快速接頭的氣缸節(jié)流閥的氣缸外觀如圖8-2所示。

一個雙動氣缸裝有兩個限出型氣缸節(jié)流閥的連接和調(diào)節(jié)原理示意圖如圖8-3所示。2.電磁閥組

電磁閥組是將多個閥與消聲器、匯流板等集中在一起構(gòu)成的一組控制閥的集成,而每個閥的功能是彼此獨立的。二、氣動控制回路

氣動控制回路是本工作單元的執(zhí)行機構(gòu),該執(zhí)行機構(gòu)的控制邏輯功能是由PLC實現(xiàn)的。供料單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-5所示。三、PLC的I/O接線圖

本單元中,傳感器信號占用7個輸入點,留出1個點提供給啟動/停止按鈕作為本地主令信號,則所需PLC的I/O點數(shù)為8點輸入、2點輸出。選用西門子S7-200-222AC/DC/RLY主單元,共8點輸入和6點繼電器輸出,供料單元PLC的I/O接線圖如圖8-6所示。020301四、順序功能圖

供料單元的順序功能圖如圖8-7所示。五、參考程序1.參考程序供料站的參考程序詳細內(nèi)容請掃描二維碼查看。2.編程要點(1)注意使用首次掃描時,應使系統(tǒng)處于等待狀態(tài)。(2)使推料氣缸動作的條件是物料臺無料,在程序中注意使用I0.6的常閉觸點。(3)從氣動控制回路中可以看出夾緊氣缸在未通電時是伸出狀態(tài)的,這一點在編程時需注意。PARTTWO任務二加工單元一、加工單元的結(jié)構(gòu)組成

加工單元的主要結(jié)構(gòu)組成為:物料臺及滑動機構(gòu)、加工(沖壓)機構(gòu)、電磁閥組、接線端口、PLC模塊、急停按鈕和啟動/停止按鈕、底板等。其結(jié)構(gòu)組成如圖8-8所示。1.物料臺及滑動機構(gòu)

物料臺用于固定被加工工件,并把工件移到加工(沖壓)機構(gòu)正下方進行沖壓加工。它主要由氣動手爪、氣動手指、物料臺伸縮氣缸、線性導軌及滑塊、磁感應接近開關(guān)、漫射式光電傳感器組成。2.加工(沖壓)機構(gòu)

加工(沖壓)機構(gòu)用于對工件進行沖壓加工。它主要由沖壓氣缸、沖壓頭、安裝板等組成。3.電磁閥組

加工單元的氣動手爪、物料臺伸縮氣缸和沖壓氣缸均用三個二位五通的帶手控開關(guān)的單電控電磁閥控制,三個控制閥集中安裝在帶有消聲器的匯流板上。二、氣動控制回路

加工單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-9所示。1B1和1B2為安裝在控制沖壓氣缸上的兩個極限工作位置的磁感應接近開關(guān),2B1和2B2為安裝在物料臺伸縮氣缸上的兩個極限工作位置的磁感應接近開關(guān),3B1為安裝在物料夾緊氣缸工作位置的磁感應接近開關(guān)。1Y1、2Y1和3Y1分別為控制沖壓氣缸、料臺伸縮氣缸和物料夾緊氣缸的電磁閥的電磁控制端。

從圖8-9中可以看到,當氣源接通時,物料臺伸縮氣缸的初始狀態(tài)是在伸出位置。這一點,在進行氣路安裝時應注意。三、PLC的I/O接線圖

在加工單元中,傳感器信號占用6個輸入點,留出2個點提供給急停按鈕和啟/停按鈕作為本地主令信號,所需PLC的I/O點數(shù)為8點輸入/3點輸出。四、順序功能圖加工單元的順序功能圖如圖8-11所示。五、參考程序

1.參考程序

限于篇幅影響,程序在這里不再單獨列出。

2.編程要點

(1)物料臺伸縮氣缸在未得電時是伸出的。

(2)當檢測到物料時,機械手應延遲一段時間再夾緊,否則可能會造成物料還沒有到位就夾緊,從而夾不住物料。

(3)當一個循環(huán)結(jié)束時,需要等物料被機械手拿走之后再讓程序回到初始等待步,否則,程序會因仍檢測到有物料而循環(huán)加工。PARTTHREE任務三裝配單元一、裝配單元的結(jié)構(gòu)組成

結(jié)構(gòu)組成包括:簡易物料倉庫、物料分配機構(gòu)、被分配物料位置變換機構(gòu)、機械手、半成品工件的定位機構(gòu)、氣壓傳動系統(tǒng)及電磁閥組、信號采集及自動控制系統(tǒng),以及用于電氣連接的端子排組件,整條生產(chǎn)線狀態(tài)指示的警示燈和用于其他機構(gòu)安裝的鋁型材支架及底板,傳感器安裝支架等其他附件。

裝配單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-12所示。1.簡易物料倉庫2.物料分配機構(gòu)3.被分配物料位置變換機構(gòu)4.機械手5.半成品工件的定位機構(gòu)6.電磁閥組7.警示燈8.氣動擺臺二、氣動控制回路

裝配單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-13所示。三、PLC的I/O接線圖

裝配單元PLC的I/O接線圖如圖8-14所示。四、順序功能圖

裝配單元的順序功能圖如圖8-15所示,分為3個部分,即下料部分、旋轉(zhuǎn)部分和裝配部分,3個部分互相獨立。五、參考程序1.參考程序2.編程要點(1)本單元的編程分為3個部分:下料部分、旋轉(zhuǎn)部分和裝配部分,各部分可以單獨編程。(2)頂料氣缸和擋料氣缸在未通電時都是伸出狀態(tài)。(3)當判斷左側(cè)料盤無料時,要等待2s之后再下料,以免料盤在旋轉(zhuǎn)時(未旋轉(zhuǎn)到位)會檢測到左側(cè)無料而下料,物料落不到料盤中。(4)當擋料板上無料時,將頂料氣缸縮回,這樣在裝料時料會落到擋料板,從而避免裝料時因頂料氣缸伸出而物料落不到擋料板上。(5)料盤的旋轉(zhuǎn)條件是判斷當前料盤是處于左轉(zhuǎn)到位還是右轉(zhuǎn)到位,如果左轉(zhuǎn)到位且左側(cè)有料右側(cè)無料,則料盤右轉(zhuǎn);反之亦然。(6)裝配完畢,仍然要等物料被機械手拿走后程序才回到初始等待步。PARTFOUR任務四分揀單元一、分揀單元的結(jié)構(gòu)組成

分揀單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-16所示。其主要結(jié)構(gòu)組成為:傳送和分揀機構(gòu)、傳動機構(gòu)、變頻器模塊、電磁閥組、接線端口、PLC模塊、底板等。0203012.傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)采用的是三相異步減速電動機,用于拖動傳送帶輸送物料。它主要由電動機支架、電動機、聯(lián)軸器等組成。1.傳送和分揀機構(gòu)傳送和分揀機構(gòu)用于傳送已經(jīng)加工、裝配好的工件,光纖傳感器檢測到并進行分揀。它主要由傳送帶、料抖、物料槽、推料(分揀)氣缸、漫射式光電傳感器、光纖傳感器、磁感應接近式傳感器組成。3.電磁閥組分揀單元的電磁閥組只使用了兩個二位五通的帶手控開關(guān)的單電控電磁閥,它們安裝在匯流板上。這兩個閥分別對白料推動氣缸和黑料推動氣缸的氣路進行控制,以改變各自的動作狀態(tài)。二、氣動控制回路

分揀單元氣動控制回路的工作原理圖如圖8-17所示。圖中1B1為安裝在分揀一氣缸的前極限工作位置的磁感應接近開關(guān),2B1為安裝在分揀二氣缸的前極限工作位置的磁感應接近開關(guān),1Y1和2Y1分別為控制分揀一氣缸和分揀二氣缸的電磁閥的電磁控制端。三、PLC的I/O接線圖

在分揀單元中,傳感器信號占用5個輸入點,留出2個點提供給急停按鈕和啟動/停止按鈕作為本地主令信號,共需7點輸入;輸出點數(shù)為4,其中2個輸出點提供給變頻器使用。選用西門子S7-200-222AC/DC/RLY主單元,共8點輸入和6點繼電器輸出,分揀單元PLC的I/O接線圖如圖8-18所示。四、西門子MM420變頻器簡介

西門子MM420(MicroMaster420)是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。該系列有多種型號,從單相電源電壓、額定功率120W到三相電源電壓、額定功率11kW均可供用戶選用。

MM420變頻器的原理圖如圖8-19所示。1.基本操作面板(BOP)的功能MM420變頻器基本操作面板(BOP)的外形如圖8-20所示。2.用基本操作面板(BOP)更改參數(shù)的數(shù)值改變參數(shù)P0004數(shù)值的步驟如表8-1所示,修改下標參數(shù)P0719數(shù)值的步驟如表8-2所示。按照表中說明的類似方法,可以用“BOP”設(shè)定任何一個參數(shù)。3.MM420變頻器的參數(shù)設(shè)置(1)參數(shù)號和參數(shù)名稱。參數(shù)號是指該參數(shù)的編號。參數(shù)號用0000~9999的4位數(shù)字表示。當參數(shù)號的前面冠以一個小寫字母“r”時,表示該參數(shù)是“只讀”的參數(shù)。(2)常用參數(shù)的設(shè)置。YL-335A上常用變頻器參數(shù)的設(shè)置值如表8-3所示,如果希望設(shè)置更多的參數(shù),則應參考MM420用戶手冊。五、順序功能圖分揀單元的順序功能圖如圖8-21所示。六、參考程序編程要點(1)當檢測到物料時,延遲一段時間后再啟動變頻器,以免物料還未被放穩(wěn)就啟動輸送帶而造成物料傾覆。(2)黑色和白色檢測傳感器是相同的傳感器,只是由于其靈敏度不同而檢測出不同顏色的物料。靈敏度高用于檢測黑色物料,靈敏度低用于檢測白色物料。故必須先檢測白色的物料,即前面的傳感器的靈敏度要調(diào)得低點,若調(diào)得高,則會造成黑白物料都會被推到第一個料倉內(nèi)。(3)推料氣缸沒有縮回到位傳感器。PARTTHREE任務五輸送單元一、輸送單元的結(jié)構(gòu)組成

輸送單元由抓取機械手裝置、步進電動機傳動組件、PLC模塊、按鈕/指示燈模塊和接線端子排等部件組成,輸送單元的結(jié)構(gòu)組成如圖8-22所示。

1.氣動手指

氣動手指由一個二位五通雙向電控閥控制,帶狀態(tài)保持功能用于各個工作站抓物搬運。4.提升氣缸

提升氣缸由一個二位五通單向電控閥控制,用于整個機械手提升或下降。2.雙桿氣缸

雙桿氣缸由一個二位五通單向電控閥控制,用于控制手爪伸出或縮回。5.步進電動機

步進電動機傳動組件用以拖動抓取機械手裝置做往復直線運動,完成精確定位功能。3.回轉(zhuǎn)氣缸

回轉(zhuǎn)氣缸由一個二位五通單向電控閥控制,用于控制手臂正反90°旋轉(zhuǎn),氣缸的旋轉(zhuǎn)角度可以任意調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)范圍為0°~180°,通過節(jié)流閥下方的兩個固定緩沖器進行調(diào)節(jié)。6.按鈕/指示燈模塊

該模塊放置在抽屜式模塊放置架上,模塊上安裝的所有元器件的引出線均連接到面板上的安全插孔中。二、氣動控制回路輸送單元的抓取機械手裝置是由氣動驅(qū)動的,其氣動控制回路的工作原理圖如圖8-23所示。

在圖8-23中,氣動驅(qū)動的手指氣缸的電磁閥采用的是二位五通的帶手控開關(guān)的雙側(cè)電磁先導控制閥(簡稱雙電控電磁閥),雙電控電磁閥采用兩端都為電磁線圈驅(qū)動的方式。雙電控電磁閥的外形如圖8-24所示。三、PLC的I/O接線圖

輸送單元PLC的輸入端和輸出端接線原理圖分別如圖8-25和圖8-26所示。四、順序功能圖

輸送單元的順序功能圖如圖8-27所示,學習者在編寫程序時可以參考該順序功能圖。五、步進電動機及其驅(qū)動器

輸送單元所選用的步進電動機是Kinco三相步進電動機3S57Q-04056,與之配套的驅(qū)動器為Kinco3M458三相步進電動機驅(qū)動器。

1.步進電動機技術(shù)參數(shù)

3S57Q-04056部分技術(shù)參數(shù)如表8-4所示。2.驅(qū)動器電氣參數(shù)

三相步進電動機驅(qū)動器主要電氣參數(shù)有:供電電壓為直流24~40V;輸出相電流3.0~5.8A;控制信號輸入電流6~20mA;冷卻方式為自然風冷。

在3M458步進電動機驅(qū)動器的側(cè)面連接端子中間有一個紅色的八位DIP功能設(shè)定開關(guān),可以用來設(shè)定驅(qū)動器的工作方式和工作參數(shù)。該DIP開關(guān)的序號位置如圖8-29所示,DIP開關(guān)的功能如表8-5所示,細分設(shè)定表如表8-6所示,輸出相電流設(shè)定表如表8-7所示。

3.步進電動機傳動組件的基本技術(shù)數(shù)據(jù)

3S57Q-04056步進電動機步距角為1.8°,即在無細分的條件下每200個脈沖電動機轉(zhuǎn)一圈(通過驅(qū)動器設(shè)置細分精度最高可以達到10000個脈沖電動機轉(zhuǎn)一圈)。

步進電動機傳動組件采用同步輪和同步帶傳動。同步輪齒距為5mm,共11個齒,即旋轉(zhuǎn)一周機械手裝置的位移為55mm。

YL-335A系統(tǒng)中為達到控制精度,驅(qū)動器細分設(shè)置為10000步/轉(zhuǎn)(每步機械手位移0.0055mm),電動機驅(qū)動電流設(shè)置為5.2A。

六、PLC的脈沖輸出功能

S7-200有兩個PTO/PWM發(fā)生器,用以建立高速脈沖串(PTO)或脈寬調(diào)節(jié)(PWM)信號波形。一個發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點Q0.0,另一個發(fā)生器指定給數(shù)字輸出點Q0.1。其中,PTO提供方波(50%占空比)輸出,脈沖周期和數(shù)量可由用戶控制。七、使用位控向?qū)Ь幊?/p>

STEP7-Micro/WTNV4.0軟件的位控向?qū)茏詣犹幚鞵TO脈沖的單段管線和多段管線、脈寬調(diào)制、SM位置配置和創(chuàng)建包絡(luò)表。

本節(jié)將給出一個在YL-335A上實現(xiàn)簡單工作任務的例子,闡述使用位控向?qū)Ь幊痰姆椒ê筒襟E。YL-335A上實現(xiàn)步進電動機運行所需的運動包絡(luò)如表8-8所示。

使用位控向?qū)Ь幊痰牟襟E如下。

(1)在STEP7-Micro/WTNV4.0軟件中執(zhí)行“工具”→“位置控制向?qū)?..”菜單命令,并在“位置控制向?qū)А睂υ捒蛑袉螕簟芭渲肧7-200PLC內(nèi)置PTO/PWM操作”單選按鈕,配置PTO/PWM操作如圖8-31所示。(2)單擊“下一步>”按鈕,選擇“Q0.0”選項,再次單擊“下一步>”按鈕,選擇“線性脈沖輸出(PTO)”選項,選擇“線性脈沖輸出(PTO)”操作如圖8-32所示。(3)單擊“下一步>”按鈕,填寫最高電機速度“90000”和電機的啟動/停止速度“600”,填寫最高電機速度和電機的啟動/停止速度操作如圖8-33所示。(4)單擊“下一步>”按鈕,填寫電機加速時間“1500”和電機減速時間“200”,電機加速時間和減速時間配置過程如圖8-34所示。

(5)單擊“下一步>”按鈕,出現(xiàn)配置運動包絡(luò)界面,運動包絡(luò)配置過程如圖8-35所示,單擊“新包絡(luò)”按鈕,打開提示對話框“增加一個新的運動包絡(luò)嗎?”,選擇“是”。圖8-35中新建了包絡(luò)“0”,一個包絡(luò)內(nèi)可以完成29步獨立動作,在本系統(tǒng)中只需要單步即梯形加速曲線。在“為包絡(luò)0選擇操作模式”下拉列表中選擇“相對位置”選項,在“步0的目標速度”數(shù)值框中輸入“60000”,在“步0的結(jié)束位置”數(shù)值框中輸入“85600”,速度和位置參數(shù)配置過程如圖8-36所示。

以上已完成一個包絡(luò)的設(shè)置,按上述方法可以將表8-10中剩余序號為2、3