基于fx2n-plc改造的thjdal-3型自動生產線控制系統設計本科論文-資料下載頁

【導讀】隨著科學技術的發展，自動生產已占據了工業中不可取代的位置。和操作自動產線的人才也是至關重要的。所以本次畢業設計選擇一個最接近實際生產的。實驗設備——THJDAL-3型自動生產線。該套系統的控制圖紙和程序，并進行現場的調試。雙工位井式上料機構、搬運裝配機構、加工沖壓機構、搬運堆垛機構六個部分。系統操作簡單、降低成本，有效鍛煉了學生對知識的靈活運用。

　　

【正文】 Y52205LZD (4)調速閥：出氣節流式 (5)磁性開關： DC7 Y59B (6)氣缸 ： CY3RG20600Y59BL、 CXSM1550Y59BL (7)真空發生器： EV05 (8)真空吸盤： PAFS 1515NBR I/O接線圖 搬運裝配單元 I/O接線圖如另附圖紙所示。 雙工位井式上料機構 在檢測到物料塊準確放置到加工臺后，加工臺上的手指氣缸迅速將物料塊夾緊，同時雙工井式上料機構將兩個物料推出，為搬運下降氣缸的搬運動作做準備。在雙工井式物料檢測 元件檢測到兩個物料同時到達物料平臺后，搬運下降氣缸啟動，將氣缸下降至下限位，并啟動真空發生器，吸取兩個物料。在真空發生器啟動并吸取物料后，延時一段時間，目的是保證物料被準確吸附在真空吸盤上。在上述動作完成后，搬運下降氣缸失電縮回，并啟動長程無桿氣缸，將搬運下降氣缸和真空發生器從系統左限位搬運往右限位。當搬運下降氣缸到達右限位，立即下降將物料放入物料塊上的兩個裝配孔中。在加工臺下方有兩個光電傳感器，作用是檢測物料是否被準確放入物料塊的裝配孔。在這兩個傳感器檢測到物料被準確放入后，立即給 PLC一個信號，將真空發 生器和搬運下降氣缸斷電，放出兩個物料。最后將長程無桿氣缸退回左限位。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業設計（論文）說明書 第 14 頁 共 34 頁 搬運裝配單元梯形圖如圖 54所示。 圖 54 搬運裝配單元梯形圖 桂林電子科技大學信息科技學院畢業設計（論文）說明書 第 15 頁 共 34 頁 加工沖壓機構 由沖壓氣缸、伸縮式工作臺、長程移動氣缸、平行氣夾、筆型氣缸、磁性開關、光電傳感器、光纖傳感器、電磁閥等組成。主要完成物體沖壓加工、裝配的工作任務。 (1)光電傳感器：當有物料到放入時，給 PLC一個輸入信號，通過傳感器頂端電位器可調傳感器的靈敏度和距離。（接線注意棕色接“ +”、藍色接“ ”、黑色接輸出）。 (2)磁性傳感 器：用于氣缸的位置檢測。當檢測到氣缸準確到位后將給 PLC發出一個到位信號。（磁性傳感器接線時注意藍色接“ ”，棕色接“ PLC輸入端”）。 (3)沖壓氣缸：滑座治具缸，連接兩個沖頭，完成對工件的沖壓加工過程。 (4)電磁閥：用于控制氣缸動作，當 PLC給電磁閥一個信號，電磁閥動作。 (1)控制電源：直流 24V/6A (2)PLC控制器：三菱 FX2N型 48點 I/O型 CPU（可根據需要選擇其他品牌） (3)電磁閥： SY51205LZD、 SY52205LZD (4)調速閥：出氣節流式 (5)磁性開關： DC7 A93 (6)氣缸 : CDJ2B164 TSB16 150SD JCF20 50SD MHZ232D (7)光電傳感器： WT100N1419 I/O接線圖 加工沖壓機構 I/O接線圖如另附圖紙所示。 在物料塊的兩個裝配孔被準確填充，同時長程無桿氣缸被啟動縮回左限位后，接下來需要將被放置的物料壓實進入裝配孔中。 主要的沖壓筆型氣缸被安裝在一個密閉的沖壓室中，這樣設計的目的是為了保證使用者的安全。要進入這個沖壓室要先啟動一個平行氣夾 ，它的作用相當于密閉沖壓室的門。在控制過程中，首先被啟動的是平行氣夾，當“這扇門”被啟動后，平行氣夾縮回到沖壓室的頂部，同時啟動長程移動氣缸，它將帶動工作臺進入沖壓室。長程移動氣缸由單電控電磁閥控制，得電則執行進入沖壓室的動作。當長程氣缸完全進入沖壓室，平行氣夾斷電，將“門”關起。在平行氣夾關上后延時一段時間，等到物料塊到達筆型沖壓氣缸的下方。值得注意的是，只有在工作臺完全到達沖壓室的最內部時，系統才能判定物料塊完全置于沖壓氣缸的正下方。所以在編程時，應考慮這一因素寫入延時程序。 工作臺完全到達沖壓室最內部 的檢測位為長程移動氣缸的縮回限位。當縮回限位檢測到工作臺位置時，筆型沖壓氣缸會快速對物料塊進行撞擊沖壓，并保持一段時間，以確保沖壓的質量。由于系統的工作要求規定，沖壓時必須快速而準確，因此需要將沖壓氣缸的節流閥盡量開大到足夠的程度，這樣才能確保沖壓時的速度。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業設計（論文）說明書 第 16 頁 共 34 頁 加工沖壓機構梯形圖如圖 55所示。 圖 55 加工沖壓機構梯形圖 搬運堆垛機構 由直流電機、導桿滑塊氣缸、回轉缸、電磁閥、磁性開關、工件、立體庫架、齒輪齒條、限位開關及電磁閥組成。主要完成物體的搬運任務。 (1)磁 性傳感器：用于氣缸的位置檢測。當檢測到氣缸準確到位后將給 PLC發出一個到位信號。（磁性傳感器接線時注意藍色接“ ”，棕色接“ PLC輸入端”）。 (2)限位開關： X軸或 Z軸運行到限位時，限位開關有信號輸出。 (3)回轉缸：完成將叉車上端工作部分進 行旋轉 180176。 (4)導桿滑塊氣缸：完后機器手的伸縮。 (5)直流減速電機 1：實現叉車的提升與下降。 (6)直流減速電機 2：實現搬運機械手的前后移動。 (7)電磁閥：用于控制氣缸動作，當 PLC給電磁閥一個信號，電磁閥動作 。 (1)控制電源：直 流 24V/6A (2)PLC控制器：三菱 FX2N型 48點 I/O型 CPU（可根據需要選擇其他品牌） (3)電磁閥： SY51205LZD、 SY52205LZD (4)調速閥：出氣節流式 桂林電子科技大學信息科技學院畢業設計（論文）說明書 第 17 頁 共 34 頁 (5)磁性開關： Z7 A93 (6)氣缸 : MGPM20150Z73L、 MSQB30R (7)限位開關： V1551C25 (8)直流減速電機 1和 2： Aslong JGB373530 (9)方形減速箱（ Z型減速箱） (10)彈性聯軸器： *10mm外徑 20mm I/O接線圖 搬運堆垛 機構 I/O接線圖如另附圖紙所示。 當自動擺臺上有物料時，堆垛搬運機 械 手伸縮氣缸伸出，帶動貨 叉 伸入 物料塊側面的搬運 槽 中 ， 直流減速電機 一 工作，將工件抬 升至 預設位置后，伸縮氣缸縮回， 直流減速電機 二 啟動，控制工件 平移至加工臺的正上方 ，到達加工沖壓裝置工作臺 上方時 ， 將同時觸發 X軸方向上的行程限制開關。 直流減速電機 二停止 工作， 同時啟動直流減速電機一反轉，使 貨 叉 下降到工作臺處 。當 伸縮氣缸 到達 Z軸的下限位時，伸縮氣缸將 貨鏟伸出，待加工沖壓裝置夾緊機械手夾緊工件后，伸縮氣缸縮回， 原地 等候加工裝配完畢 ，最 后 將 裝配完成的物料塊轉移到 貨架上 放置 。 根據 程序的預 設置， 根據物料塊的顏色（黑或白）于兩枚沖壓物料的顏色（黑或白）進行自動判定裝配好的物料塊應該放在貨柜的哪個位置。例如：當物料塊與兩枚物料顏色完全相同，則將這一裝配體安置在貨柜一層；當物料塊為一種顏色，兩枚沖壓物料同色且不與物料塊同色時，這一裝配體將被安置在貨柜二層；當一枚物料與物料塊同色，且另一枚物料塊不與物料塊同色，則這一裝配體被安置在貨柜三層。 上述步驟完全由用戶自定義程序完成，如需修改裝配體安置方式，需重新定義放置裝配體的程序。 搬運堆垛機構梯形圖如附錄 三所示。 6 自動生產線電氣原理及硬件設計 電氣控制電路組成 本系統電氣控制部分集電源控制模塊、按鈕模塊、可編程控制器模塊、變頻器模塊等 集 于一體。系統采用模塊式設計，各個模塊均為通用模塊，可以互換，擴展性強，提供的 PLC實訓內容全面、豐富， 培養 學生的實際動手能力，整個實訓過程簡單、明了、易懂、易學。在本系統上，所有電氣元件均連接到接線端子排上，通過接線端子排連接到安全插孔，由安全接插孔連接到各個模塊，提高實訓考核裝置的安全性。 氣動原理及氣動回路原理圖 單桿氣缸 、薄型氣缸、氣動手指、導桿氣缸、雙導桿氣缸、旋轉氣缸。 單控電磁閥、雙控電磁閥。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業設計（論文）說明書 第 18 頁 共 34 頁 氣缸示意圖如圖 61所示 。 圖 61 氣缸示意圖 注： 電磁閥控制氣缸執行定向運動，要改變氣缸的動作方向只需交換氣缸的進出氣位置，安裝在氣缸兩端的磁性開關可以檢測到動作是否執行完畢和到位。 單向電磁閥示意圖如圖 62所示 。 圖 62 單向電磁閥示意圖 注：單向電控閥 同樣可控制氣缸的雙向運動，區別于雙電控電磁閥的是：單電控電磁閥失電時只保 持氣缸接入時的原位（即無動作），在得電時氣缸工作至工作位，失電立即返回原位；雙電控電磁閥在一個電磁閥得電瞬間執行一個動作，斷電保持，另一個電磁閥得電才回執行第二個反向動作。 氣缸 控制示意圖 氣動手指 氣缸 控制示意圖如圖 63所示 。 圖 63 氣動手指控制示意圖 注：中手 指氣缸 夾緊由單向電控氣閥控制，當電控氣 磁 閥得電，手 指氣缸 夾緊，當電控氣閥斷電后，手 指氣缸 張開。 桂林電子科技大學信息科技學院畢業設計（論文）說明書 第 19 頁 共 34 頁 系統硬件設計 在對系統機械機構以及 PLC 的硬件組成、工作環境及原理、編程語言環境深入了解后，就可使用 PLC 控制器來作為 系統的控制中心。本節主要從 系統設計結構和硬件設計角度 ，闡述自動生產線設備控制系統的設計方法及步驟、 PLC 軟硬件配置、各部分運動參數設定以及六個機構部分的整體聯動控制方法。 控 制系統設計的基本原則 任何一種電氣控制系統都是為了實現被控對象 (生產設備或生產過程 )的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。而在實際設計過程中，設計原則往往會涉及很多方面，其中最基本的設計原則可以歸納為 4 點。 (1)設計原則 ① 完整性原則 ： 最大限度的滿足工業生產過 程或機械設備的控制要求。 ② 可靠性原則 ： 確保計算機控制系統的可靠性。 ③ 經濟型原則 ： 力求控制系統簡單、實用、合理。 ④ 發展性原則 ： 適當考慮生產發展和工藝改進的需要，在 I/O 接口、通信能力等方面留有余地。 控制系統設計的一般步驟 PLC 控制系統設計步驟，如圖 64 所示 。 圖 64 PLC 控制系統設計步驟 桂林電子科技大學信息科技學院畢業設計（論文）說明書 第 20 頁 共 34 頁 PLC 控制系統設計包括硬件設計和軟件設計。所謂硬件設計，是指 PLC 外部設備的設計，而軟件設計即 PLC 應用程序的設計。整個系統的設計分以下 5 步進行。 （ 1）熟悉被控對象 深入了解被控系統是設計控制系統的基礎。設計人員必須深入現場，認真調查研究，收集資料，并于相關技術人員和操作人員一起分析討論，相互配合，共同解決設計中出現的問題。這一階段必須對被控對象所有功能全面的了解，對對象的各種動作及動作時序、動作條件、必要的互鎖與保護；電氣系統與機械、液壓、氣動及各儀表等系統間的關系； PLC 與其他設備的關系， PLC 之間是否 通信聯網；系統的工作方式及人機界面，需要顯示的物理量及顯示方式等。 （ 2）硬件選擇 具體包括如下： ① 系統 I/O 設備的選擇。輸入設備包括 手動按鍵 、位置 檢測元件 、轉換開關及各種位置 傳感器 、數字或模擬量傳感器 等。輸出設備包括繼電器、接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執行器等。 ② 選擇 PLC。 PLC 選擇包括對 PLC 的 處理器 機型、 數據儲存 容量、 I/O 模塊 及其拓展模塊 、 相應的 電源 模塊 等的選擇。 ③ PLC 的 I/O 端口分配。在進行 I/O 通道分配時應給出 I/O 通道分配表，表中應包含 I/O 編號、設備代號、名稱及功能等。 ④ 計數器、定時器及內部輔助繼電的地址分配器。 （ 3）編寫應用程序 根據不同類型的系統編程需求，應當選擇采用對應的程序設計方法來編寫設計 PLC程序。程序編寫要以滿足控制系統的使用要求為最終目的，按模塊編寫實現各項控制功能的程序語句、程序塊、功能或個子程序，逐步 完善系統指定的功能。 （ 4）程序調試 程序調試分為 兩 個階段，第一階段是模擬調試、 第二階段是現場調試。程序模擬調試是，以方便的形式模擬產生現場實際狀態，為程序的運行創造必要的環境條件。 根據產生現場信號的方式不同，模擬調試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。 ① 硬件模擬法是使用一些硬件設備模擬產生現場的信號，并將這些信號以硬接線的方式連到 PLC 系統的輸入端，其時效性較強。 ② 軟件模擬法是在 PLC 中另外編寫一套模擬程序，模擬提供現場信號 。 現場調試。當控制臺及現場施工完 畢，程序模擬調試完成后，就可以進行現場調試，如不能滿足要求，須重新檢查程序和接線，及時更正軟硬件方面的問題。 （ 5）編寫技術文件 技術文件包括設計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件