專業(yè)畢業(yè)課程設計

1、機電一體化模塊化控制系統(tǒng)設計設計說明書院系：機械工程與自動化學院專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級：學號：姓名：指導老師：時間：目錄一、設計目的 ,3二、設計要求 ,4r I-4 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ三、MPS系統(tǒng)的總體介紹1、概述 ,5I、 I人 -，J2、系統(tǒng)機構 ,5四、供料單元的結構與控制1 IO 接線端口 , 72進料模塊 ,73轉運模塊 ,9五、氣動控制回路 ,10六、電氣接口地址 ,11七、程序控制1控制任務 ,121 4 1 H -J I y -4 JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ12編寫程序 ,12 TRn I- 1 /，*

2、3下載調試 ,22八、參考文獻 ,23、設計目的學習機電一體化系統(tǒng)總體設計方案擬定、分析與比較的方法。通過對機械系統(tǒng)的設計掌 握幾種典型傳動原件的工作原理、設計計算方法與選用原則。通過對進給伺服系統(tǒng)的設計，掌握常用伺服電動機的工作原理、計算選擇方法與控制驅動方式，學會選用典型的位移速度傳感器：如交流、步進伺服進給系統(tǒng)。通過對控制系統(tǒng)的設計， 掌握一些典型硬件電路的設計方法和控制軟件的設計思路： 如 控制系統(tǒng)選用原則、 CPU選擇、存儲器擴展、10接口擴展、AD與DA配置、鍵盤與顯示電路 設計等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電機的控制軟件等。綜合運用并鞏固所學機械技術、 PLC技術、通信技術、氣

3、動技術和傳感技術知識；熟悉 工業(yè)控制中常見的機電一體化技術。二、設計要求1、PLC 主機：西門子 S7-200 系列2、PLC軟件用 STEP 7-MicroWIN3、PLC通信擴展模塊：PPI網絡4、氣動軟件 FluidSIM-P 3.65、面板按鈕和指示燈如下：圖1-面板指示圖開始（START）燈：Q1.0 按鈕：11.0 復位（RESET）燈：Q1.1 按鈕：I1.1 單機（SPECIAL）運行按鈕：I1.手動自動（MANUNAUT運行按鈕：11.3 單機聯(lián)網（SINGLENET運行按鈕：11.4。三、MPS系統(tǒng)的總體介紹1、概述模塊化系統(tǒng)是一套綜合了實際工業(yè)生產中大量應用到的復雜控制過

4、程的裝置，根據現(xiàn)代生產物流系統(tǒng)發(fā)展和未來趨勢而專門設計，其主要由物料的供料單元、檢測單元、加工單元、安裝搬運單元、安裝單元、自動化立體倉庫單元組成，模擬與實際生產過程相似的自動化控制設備。系統(tǒng)集成應用了工業(yè)傳感器、步進電機、HMI人機界面等產品，開發(fā)了PLC智能控制系統(tǒng)、氣動控制系統(tǒng)專業(yè)知識應用能力、綜合實踐能力、創(chuàng)新能力為主要目標。模塊化系統(tǒng)的各個工作單元都具有各自獨立的工作內容，各工作單元既可以單獨使用，也可以靈活組合在一起使用。每一種組合都會形成一種新的、實用的、與實際緊密結合的自動化生產過程。軟件系統(tǒng)，完成對整個系統(tǒng)生產訂單的下達與管理，生產任務執(zhí)行過程的監(jiān)控，生產 數(shù)據庫管理、查詢，

5、設備工作狀態(tài)及故障的實時監(jiān)控、跟蹤過程?；诰钟蚓W的遠程教學培訓系統(tǒng)，可進行遠程的數(shù)據傳輸、程序下載、視頻監(jiān)控、生產訂單操作等功能。2、系統(tǒng)機構MPS系統(tǒng)是由獨立的各站相互連接而成。各站是安裝在帶槽的鋁平板上，可容易的連接在一起組成一條自動加工生產線。圖2-流程圖四、供料單元的結構與控制供料單元可作為起始單元，在整個系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其它單元提供原料的作用。 它的具體功能是：按照需要將放置在料倉中的待加工工件（原料）自動地取出，并將其傳送到下個工作單元。圖4-控制單元1. 10接線端口它是該工作單元與 PLC之間進行通訊的線路聯(lián)接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都

6、接到該端口上，再通過信號電纜線連接到PLC上。2. 進料模塊該模塊用于儲存工件原料、并在需要時將料倉中的工件分離出來，為轉送模塊取走一個工件作好準備。該模塊主要由料倉、雙作用氣缸、推料塊、工件檢測傳感器等組成。進料模塊的工作過程是這樣的：工件垂直疊放在料倉中，推料桿位于料倉的底層并可從料倉的底部通過，推料桿與最下層的工件處于同一水平位置。當氣缸驅動推料桿前進時，推料桿便把最下層的工件水平推到預定位置，從而把工件移出料倉； 而當推料桿返回時， 料倉 中的工件在重力的作用下，就自動下落，向下移動一個工件，為下次工作作好了準備。圖5-進料在推料缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應式接近開關，分別用于識

7、別推料缸運動的兩個極限位置。在該模塊料倉的底層位置，安裝有對射式光電傳感器的探頭，用于檢測料倉中存儲料的情況（有無料）。該對射式光電傳感器由光纖（探頭）和光電傳感器主體組成。探頭）處于相對的位置工作的光電接近開關。對射式光電接近開關的工作原理是：當物體通過傳感器的光路時，光路被遮斷，光接收器接收不到發(fā)射器發(fā)出的光，則接近開關的“觸點”不動作； 當光路上無物體遮斷光線時，則光接收器可以接收到發(fā)射器傳送的光，因而接近 開關的“觸點”動作，輸出信號將被改變。注意：光纖在安裝和使用中，不能將光纖折成“死彎”或使其受到其它形式的損傷。3. 轉運模塊它的功能是吸取工件， 并將工件傳送到下一個工作單元。轉運

8、模塊主要由旋轉氣缸、 擺臂、真空吸盤、真空壓力檢測傳感器、真空吸盤方向保持裝置等組成。旋轉氣缸是擺臂的驅動裝置，其轉軸的最大轉角為 180,轉角可以根據需要進行調整。在轉動氣缸的兩個極限位置上各裝有一個磁感應式的接近開關，利用接近開關的信號狀態(tài)來標識兩個極限位置。真空吸盤用于抓取工件。吸盤內腔的負壓（真空）是靠真空發(fā)生器產生的。真空檢測傳感器，它是具有開關量輸出的真空壓力檢測裝置，當進氣口的氣壓小于一定的負壓（真空）值時，傳感器動作，輸出開關量1，同時LED點亮，否則，輸出信號 0 ,LED熄滅。圖7-運轉模塊真空吸盤方向保持裝置， 它的作用是：使真空吸盤在擺臂轉動的過程中始終保持垂直向 下的

9、姿態(tài)，以使被運送的工件在運送過程中不致翻轉。它的工作原理是： 旋轉氣缸固定在支架上，輸出軸從固定齒輪的軸孔中穿過，并可自由轉動，擺臂則固定在旋轉氣缸的轉軸上； 擺臂的另一端安裝有一個可以自由轉動帶有齒輪的吸嘴，吸嘴的齒輪與旋轉氣缸輸出軸外圍的固定齒輪通過一個同步帶相連。當旋轉氣缸驅動擺臂轉動時， 擺臂與固定齒輪之間形成相對運動，導致同步帶的運動， 通過同步帶帶動了吸嘴的轉動；固定齒輪與活動齒輪的傳動比為1:1,這樣擺臂轉動的角度等于吸嘴轉動的角度，因此，保證了吸嘴在擺臂轉動的過程 中始終保持方向不變。五、氣動控制回路圖8-控制回路該工作單元的執(zhí)行機構是氣動控制系統(tǒng)，其方向控制閥的控制方式為電磁

10、控制或手動控制。各執(zhí)行機構的邏輯控制功能是通過PLC控制實現(xiàn)的。在供料單元的氣動控制原理圖中，1A為旋轉缸；1B1和1B2為磁感應式接近開關；2A為真空發(fā)生器；2B1為真空壓力檢測傳感器；3A為雙作用推料氣缸；3B1、3B2為磁感應式接近開關；1Y1、1Y2為控制旋轉氣缸的電磁閥的兩個控制信號；2Y1、2Y2為控制真空發(fā)生器的電磁閥的兩個電磁控制信號；3Y1為控制推料缸的電磁閥的電磁控制信號。六、電氣接口地址系統(tǒng)中的每個部件上的輸入、輸出信號與 口實現(xiàn)的。各接口地址已經固定。各單元中的需要與 的線路、各個電磁閥的控制線路及電源線路）PLC之間的通訊電路聯(lián)接是通過10接線端PLC進行通訊聯(lián)接的線

11、路（包括各個傳感器 都已事先聯(lián)接到了各自的10 接線端口上，在與PLC聯(lián)接時，只需使用一根專用電纜即可實現(xiàn)快速連接。序 號設備 符號設備名稱設備用違信號特征1RI對射式光電件感器判斷料倉是否有匚件信號為1 信號為0料倉中育丄件 料倉中無工件21B1脫感應式接近開關判斷擺臂的位豐信號為1擺臂擺回到位31B2磁感應式接近開關判斷擺畔的位置信號為1擺臂擺出到他斗2B1真簾壓力低感器判斷是否吸到工件信號為1 信號為0吸到了工件未吸/耒吸到工件53B1磁感應式接近開關判斷氣缸的前后位就信號為1推料缸返回到位63B2磁感應式接近開關劌斷氣缸的前后位胃信號為1推料缸推出到位7K1繼電器控制蜂鳴器信號為1蜂鳴

12、器鳴響S11電磁閥控制擺臂的動作信號為1擺臂擺冋91Y2電磁閥控制找臂的動作信號為1住臂擺出102Y1電磁閥控制吸、放工件信號為1真簾發(fā)生器復位112V2電磁閥控制吸、放工件信號為1真空發(fā)生器動作123Y1電磁閥控制推料缸的動作信號為1信號為0推料缸推出工件推料缸返回圖9-地址表七、程序控制1 .控制任務當設備接通電源與氣源、PLC運行后，首先執(zhí)行復位動作，推料缸縮回到位，旋轉擺臂擺回到位。然后進入工作運行模式， 按啟動按鈕時，供料單元的執(zhí)行機構將把存放在料倉中 的工件取出并轉送出去， 然后各執(zhí)行機構回到初始位置。即每執(zhí)行一個新的工作循環(huán)都需按一次啟動按鈕。要求在啟動前，供料單元的執(zhí)行機構必須

13、是處于初始位置，否則不允許啟動。在啟動前，供料單元的執(zhí)行機構若不在初始位置、料倉中若無工件，則不允許啟動。2 .編寫程序F面為供料單元的手動控制程序框圖，按此框圖編寫PLC程序。0B1 : Main Program Sweep (Cycle)110.0步序1S311.1停止按鈕（ 常閉） S2110.1步序2S4l/l(s)_Ino.o步序i S3RI程序段2 :允許復位指示燈TO110.1步序2S41.2靈位_?屑渙； 罠位衛(wèi)屑測 Reset_OK 1/111.1停止按鈕（常閉）S21/1Q1.1允許復位指示燈H20_I程序段3 :有Step2到Step3程序段4:初始化10.211.1停止

14、按鈕（常閉Q1 2豐斗倉如指示燈H3*1/1程序段 6 :由 Step3iiJStep410.3步序4S6*TS _|10.2步序3S5-(RI注耀:11.110.2傅止按鈕(步序3常閉WS2T I1/1掛序段6 :貝位完成標志10.3步序4S611.1停止按鈕 峯閉 S2K1.2臣位J?屑浣；匡位J?脣測Reset-OKS |程序段7 :由Step倒Step511.1n.2no. 3停止按鈕（亙位_?屑浣；no. 4步序4常閉）蔓位衛(wèi)屑測步序5S6S2Reset_OKSTI1/11 IIIno. 3步序4 S61(R)I程序段8 :由Stepl到Step511.1停止按鈕(HO. 4常閉步序

15、5M14.2S2S廠T Il/l(s)_|10.0步序13程序段 9 :由 Step5iJStep8程序段10 :允許啟動指示燈 注釋:Q1.0允許啟動指示燈（）_I11.1no. 5停止搠丑（步序6常閉S8S2T Il/k-程序段11 :由Step6到Step7111.1 11.010-5停止按鈕（ 啟動無鈕（B10.6步序6常閉常并步序7程序段12 :由Step?到S匕p8工07下一站已準備好VP_F 廠10.7步序311.110.6停止按鈕（步序7常閉，s9yT I/IWS：_I10.6步序7R：If?燈斑 13 :耳區(qū)動扌工缶I：至放未斗彳立1O. V工九i00.4驅動扌罷缸到 下沾位

16、 3T2*停止按切啟閉i/rQO- 3驅動擺缸到L科倉位*3Y1*1程序段 14 :由 Step8giJStep9程序段 15 :由 Step91iJSteplO11.1步序10*S12*料蟲舊示 燈 H3*Q1.O允許啟動指示燈程序段16 :料倉空指示燈1II. 1停止按鈕（ 常閉 S2*程序段 17： ftSteplOJlJStepllm.o步序9SilIO.6料倉空m. 2 步序iiIO.l推料缸伸出 到位Q0.0工件被推出1Y1R 程序段18 :由Step9到Stepll注釋:n.i停止按鈕（常閉0程序段19 :推料桿縮回11.1H1.2停止按鈕（步序11常閉S13S2夕T I/I料超

17、醫(yī)示燈H3R 訪段 20:由Stepl倒Stepl2程序段21 :驅動擺缸到供料位11.1m. 3停止按（步序12 常閉）S14S2T I1/100.3驅動擺缸到L料倉位3YL(s)_IQO.4驅動擺缸到下站位3Y2(R)_I程序段22 :步序12到步序13程序段23 :頁空吸盤吸氣工丄.：！11-4停止按鈕（步序13常閉sby111/100.1真空吸盤吸氣2Y1/S _I00. 2真空吸盤吹氣2Y2（M100.0工件被推岀1Y13）|程序段24 :由Stepl3到Stepl4程序段25 :驅動擺缸到放料位11.1ni. 5停止按鈕（步序14常閉）“S16S2T I1/1Q0.4驅動擺缸到 下

18、站位 3Y27）_|Q0.3驅動擺缸到 L料倉位 3Y1R_I程序段26 :由St ep 14到Stepl514程序段27 :真空吸盤吸氣11.1H1.6停止按鈕（步序15常閉S17S2T I1/100.2真空吸盤吹z=-2Y2s|Q0.1真空吸盤吸2也R_I程序段28:由Stepl5iiJStep9 （自動方式11.1m.6停止按鈕（10.3ni.o步序15常閉）工件被吸住步序9S17S22B1sirm.6步序15S17OB100 : Complete RestartIl. 2立J?屑湖 Reset OK -I10.410.210.3擺動缸擺到推料缸縮回工件覷住料倉位到位#2Br3S1lBfT/IIIIl-程序段2:復位站輸出MOVEENENOINOUT0-QBO 站輸出字 -OBStat程序段3：設蠱初始步，復位其他步ENMOVEENOW# 16# 100-INmo步序字OUT-sxvr程序段4:啟動標圭注髓:11.0M14. 2啟動按鈕 常幵） srI 1H.1停止按鈕（ 常閉