【正文】 各機構(gòu)的采用了氣動驅(qū) 動、變頻器驅(qū)動和伺服電機位置控制等技術(shù)。系統(tǒng)的控制方式采用每一工作單元由一臺 PLC 承擔(dān)其控制任務(wù)，各 PLC 之間通過 RS485 串行通訊實現(xiàn)互連的分布式控制方式。所以，本設(shè)計綜合應(yīng)用了多種技術(shù)知識，如氣動控制技術(shù)、機械技術(shù)（機械傳動、機械連接等）、傳感器應(yīng)用技術(shù)、 PLC控制和組網(wǎng)、伺服電機位置控制和變頻器技術(shù)等。 關(guān) 鍵 詞 ： 網(wǎng)絡(luò)，組態(tài)，自動化， PLC， 裝配線 ，伺服 2 引 言 現(xiàn)代化的自動化生產(chǎn)設(shè)備（自動生產(chǎn)線）的最大特點是它的綜合性和系統(tǒng)性，在這里，機械技術(shù)、微電子技術(shù)、電工電子技術(shù)、 傳感測試技術(shù)、接口 技術(shù)、信息變換技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等多種技術(shù)有機地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到生產(chǎn) 設(shè)備中；而系統(tǒng)性指的是，生產(chǎn)線的傳感檢測、傳輸與處理、控制、執(zhí)行與驅(qū)動 等機構(gòu)在微處理單元的控制下協(xié)調(diào)有序地工作，有機地融合在一起。 可編程控制器（ PLC）以其高抗干擾能力、 高可靠性、高性能價格比 且編程簡單而廣泛地應(yīng)用在現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備中，擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)線的大腦微處理單元的角色。 本系統(tǒng)模擬一個生產(chǎn)流水線的生產(chǎn)過程，完成一個工件的加工、組裝、分揀工作。首先由供料站提供原料，運輸站將其送至加工站加工，然后送至裝配 站進行安裝，最后由分揀站進行分揀。整個過程要充分考慮生產(chǎn)過程中所出現(xiàn)的情況，對各種生產(chǎn)要求進行處理，系統(tǒng)分成五個操作站：供料站、加工站、裝配站、運輸站、分揀站。整個系統(tǒng)基于 RS485 串行通信的 N： N 網(wǎng)絡(luò)，使 PLC、變頻器、伺服電機等組成一個自動化控制系統(tǒng)，是各種電氣控制的綜合應(yīng)用。 3 第一章 自動化裝配零件 線系統(tǒng)思路和概述 一 、 系統(tǒng)設(shè)計思路 本系統(tǒng)的設(shè)計主要是依靠 PLC 作為核心的控制元件，通過 PLC 發(fā)送脈控制伺服電機也就是機械手的精確移動，通過 PLC 的輸出控制電磁閥工作。 根據(jù)生產(chǎn)線的實際需要以 及系統(tǒng)的靈活性，本系統(tǒng)設(shè)又分為 五個單元，分別是 供料單元 ， 加工單元 ， 裝配單元 ， 分揀單元 ， 輸送單 元 。 由于自動化裝配生產(chǎn)線的基本特性，是將工件分別輸送到各個單元，進行加工，組裝和分揀。因此 采用西門子 S7200 系列 PLC， 并以 PPI 協(xié)議的通信方式 ，連接到每個工作站，組成一個工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。如圖 11 所示。 圖 11 自動化 裝配生產(chǎn)線 PPI 網(wǎng)絡(luò) 以輸送站為主站，把供料站提供的工件分別輸送到加工站、裝配站、分揀站。輸送站通過 PPI 網(wǎng)絡(luò)，讀出每一個站的工作完成信號，然后取出工件輸送到下一個工作站。 二、系統(tǒng)各個單元功能概述 各工作單元在實訓(xùn)臺上的分布如圖 12的俯視圖所示。 4 圖 12各工作單元在實訓(xùn)臺上的俯視圖 1．供料單元的基本功能：供料單元是自動化裝配生產(chǎn)線系統(tǒng)的起始單元，在整個系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其他單元提供原料的作用。具體的功能是：按照需要將放置在料倉中待加工工件（原料）自動地推出 到物料臺上，以便輸送單元的機械手將其抓取，輸送到其他單元上。 2．加工單元的基本功能：把該單元物料臺上的工件（工件由輸送單元的抓取機械手裝置送來）送到?jīng)_壓機構(gòu)下面，完成一次沖壓加工動作，然后再送回到物料臺上，待輸送單元的抓取機械手裝置取出。 3．裝配單元的基本功能：完成將該單元料倉內(nèi)的黑色或白色小圓柱工件嵌入到已加工的工件中的裝配過程。 4．分揀單元的基本功能：完成將上一單元送來的已加工、裝配的工件進行分揀，使不同顏色的工件從不同的料槽分流的功能。 5．輸送單元的基本功能：該單元通過直線運動傳動機構(gòu)驅(qū)動抓取 機械手裝置到指定單元的物料臺上精確定位，并在該物料臺上抓取工件，把抓取到的工件輸送到指定地點然后放下，實現(xiàn)傳送工件的功能。 5 第二章 供料單元的設(shè)計 一、供料單元的基本功能 供料單元是自動化裝配生產(chǎn)線系統(tǒng)的起始單元， 在整個系統(tǒng)中，起著向系統(tǒng)中的其他單元提供原料的作用。具體的功能是：按照需要將放置在料倉中待加工工件（原料）自動地推出到物料臺上，以便輸送單元的機械手將其抓取，輸送到其他單元上。如圖 21所示為供料單元實物的全貌。 圖 21 供料單元實物的全貌 二、 供料單元結(jié)構(gòu)及工作原理 供料單元的主要結(jié)構(gòu)組成為：工件裝料管，工件推出裝置，支撐架，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。如圖 21所示。 其中，管形料倉和工件推出裝置用于儲存工件原料，在需要時將料倉中最下層的工件推出到出料臺上。它主要由管形料倉、推料氣缸、頂料氣缸、磁感應(yīng)接近開關(guān)、漫射式光電傳感器組成。 該部分的工作原理是：工件垂直疊放在料倉中，推料缸處于料倉的底層并且其活塞桿可從料倉的底部通過。當(dāng)活塞桿在退回位置時，它與最下層工件處于同一水平位置， 6 而夾緊氣缸則與次下層工件處于同一水平位置。在需要 將工件推出到物料臺上時，首先使夾緊氣缸的活塞桿推出，壓住次下層工件；然后使推料氣缸活塞桿推出，從而把最下層工件推到物料臺上。在推料氣缸返回并從料倉底部抽出后，再使夾緊氣缸返回，松開次下層工件。這樣，料倉中的工件在重力的作用下，就自動向下移動 一個工件，為下一次推出工件做好準(zhǔn)備。 在底座和管形料倉第 4層工件位置，分別安裝一個漫射式光電開關(guān)。它們的功能是檢測料倉中有無儲料或儲料是否足夠。若該部分機構(gòu)內(nèi)沒有工件，則處于底層和第 4層位置的兩個漫射式光電接近開關(guān)均處于常態(tài)；若僅在底層起有 3 個工件，則底層處光電接近開關(guān) 動作而第 4 層處光電接近開關(guān)常態(tài)，表明工件已經(jīng)快用完了。這樣，料倉中有無儲料或儲料是否足夠，就可用這兩個光電接近開關(guān)的信號狀態(tài)反映出來。 推料缸把工件推出到出料臺上。出料臺面開有小孔，出料臺下面設(shè)有一個園柱形漫射式光電接近開關(guān)，工作時向上發(fā)出光線，從而透過小孔檢測是否有工件存在，以便向系統(tǒng)提供本單元出料臺有無工件的信號。在輸送單元的控制程序中，就可以利用該信號狀態(tài)來判斷是否需要驅(qū)動機械手裝置來抓取此工件。 三、 供料單元 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)的控制邏輯控制功能是由 PLC實 現(xiàn)的。氣動控制回路的工作原理如圖 22 所示。圖中 1A和 2A 分別為推料氣缸和頂料氣缸。 1B1 和 1B2 為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)， 2B1 和 2B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。 1Y1 和 2Y1 分別為控制推料缸和頂料缸的電磁閥的電磁控制端。通常，這兩個氣缸的初始位置均設(shè)定在縮回狀態(tài)。 圖 22 供料單元氣動控制回路工作原理圖 7 四、 供料單元的 PLC 控制系統(tǒng) 各工作單元作為獨立設(shè)備運行，但在供料單元中，主令信號輸入點被限制為 1 個，如果需要有啟動和停止 2 種主令信號，只能由軟件編程實現(xiàn)。圖 23是軟件實現(xiàn)用一個按鈕產(chǎn)生啟動 /停止信號的一個方法。 圖 23 用一個按鈕產(chǎn)生啟動 /停止信號程序 2． 網(wǎng)絡(luò)控制 采用 RS485 串行通信實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)控制方案，系統(tǒng)的主令信號均從連接到輸送站 PLC（ 主站）的按鈕 /指示燈模塊發(fā)出，經(jīng)輸送站 PLC 程序處理后，把控 制要求存儲到其發(fā)送緩沖區(qū)，通過調(diào)用 NET_EXE 子程序，向各從站發(fā)送控制要求，以實現(xiàn)各站的復(fù)位、啟動、停止等等操作。供料、加工、裝配、分揀各從站單元在運行過程中的狀態(tài)信號，應(yīng)存儲到該單元 PLC 規(guī)劃好的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，等待主站單元的讀取而回饋到系統(tǒng)，以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行。 程序應(yīng)包括兩部分，一是如何響應(yīng)系統(tǒng)的啟動、停止指令和狀態(tài)信息的返回，二是送料過程的控制?？梢跃帉憣崿F(xiàn)這二個功能的子程序，在主程序中調(diào)用。 供料控制子程序的步進順序流程則如下圖 24 所示。圖中，初始步 在主程序中，當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒且接收到 啟動脈沖時被置位。 8 圖 24 供料控制子程序流程圖 （ 1）主程序如圖 25 所示 : 圖 25 主程序梯形圖 （ 2）啟動 /停止子程序 如圖 26 所示： 圖 26啟動 /停止子程序梯形圖 9 （ 3）送料子程序 如圖 27所示 圖 27 送料子程序梯形圖 4． 根據(jù)工作單元裝置的工作要求 ，供料單元 PLC 選用 S7224 AC/DC/RLY 主單元，共 14 點輸入和 10 點繼電器輸出。 PLC 的 I/O 信號分配 及 接線原理圖則見圖 28。 圖 28 供料單元 PLC 的 I/O 接線 10 第三章 加工單元的設(shè)計 一、加工單元的基本功能 加工單元的功能是完成把待加工工件從物料臺移送到 加 工區(qū)域沖壓氣缸的正下方；完成對工件的沖壓加工，然后把加工好的工件重新送回物料臺的過程。 如圖 31所示為加工單元實物的全貌。 圖 31 加工單元實物的全貌 二、 加工單元 氣動控制回路 氣動控制回路的工作原理如圖 32所示。 1B1 和 1B2 為安裝在沖壓氣缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)， 2B1 和 2B2 為安裝在加工臺伸縮氣缸的兩個極限工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)， 3B1 為安裝在手爪氣缸工作位置的磁感應(yīng)接近開關(guān)。 1Y 2Y1 和 3Y1分別為控制沖壓氣缸、加工臺伸縮氣缸和手爪氣缸的電磁閥的電磁控制端。 圖 32 加工單元氣動控制回路工作原理圖 11 三、加工 單元的 PLC 控制系統(tǒng) 在加工單元中，提供一個啟動 /停止按鈕和一個急停按鈕。與供料單元同樣，如果需要有啟動和停止 2種主令信 號，只能由軟件編程實現(xiàn) 。本單元的急停按鈕是當(dāng)本單元出現(xiàn)緊急情況下提供的局部急停信號，一旦發(fā)生，本單元所有機構(gòu)應(yīng)立即停止運行，直 到急停解除為止；同時，急停狀態(tài)信號應(yīng)回饋到系統(tǒng)，以便協(xié)調(diào)處理。 加工過程也是一個順序控制，其步進流程圖如圖 33 所示。