【文章內容簡介】 造，還是設計新的生產(chǎn)機械設備。毫無疑問，生產(chǎn)、設計周期越短越好，甚至希望邊設計、邊安裝、邊調試和邊生產(chǎn)，特別是產(chǎn)品更新?lián)Q代，生產(chǎn)工藝改造，不需改動現(xiàn)有生產(chǎn)設備及其外部接線，就能馬上組 織生產(chǎn)，這不僅節(jié)約了勞動力，而且新產(chǎn)品能盡快投入市場。這無疑給企業(yè)增加了活力，提高了經(jīng)濟效益。如果把這些要求得以實現(xiàn)，繼電器或半導體都不能滿足，而 PLC則完全可以實現(xiàn)。這是因為四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 13 使用 PLC不必改動外部設備接線，只要對軟件進行一些改變就可以了。也就是說只要改變梯形圖，按照新工藝要求重新輸入新程序或修改原程序即可。這既經(jīng)濟又簡捷，可以達到事半功倍的效果。 據(jù)調查，目前我國 70%的機械生產(chǎn)設備，都是采用繼電器進行控制的，除了可靠性差外，程序設計也很繁雜。從方案的確立到技術條件的設計以及施工的設計，圖面的工作量很大，這勢必造成設計周期長。而采用 PLC控制可以大大縮短設計周期，甚至有些文件資料也不必繪制成圖。設計人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準確無誤地反映生產(chǎn)要求。編程人員也可根據(jù)新產(chǎn)品對生產(chǎn)提出的新工藝要求，重新編寫程序并把它存儲在 EEPROM 模塊中去，需要加工哪種產(chǎn)品的程序，操作人員可以隨時調用，這既簡單、方便又保密。 四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 14 第三章 安裝搬運站控制系統(tǒng)的設計 安裝搬運站控制系統(tǒng)構件概述 本課題設計是實際生產(chǎn)過程中安裝搬運裝置，其中機械手是核心。機械手的機械結構采用滾珠絲桿 、滑桿、氣缸、氣夾等機械部件組成；電氣方面有傳感器、開關電源、電磁閥等電子器件組成。該裝置是 PLC 技術、位置控制技術、氣動技術有機結合成一體的生產(chǎn)設備。 設計要求 1．組成部分 1）機械部分：平移工作臺、回轉工作塔、吊臂、機械手。 2）控制部件 : 可編程序控制器 (一套 )、開關電源 : 220V/ 24V/ 5V (帶短路保護 )、控制面板 : 八個按鈕、兩套 I/O 接口板、一套 I/O通訊接口板、四組電控氣閥及其執(zhí)行器件。 2．技術要求： 1) 技術參數(shù)： 磁性開關： DC7 DA90、 DA93 氣 缸行程： 30mm、 50mm、 90mm； 2) 可調整參數(shù)：機械手旋轉座位置前后 3cm可調、左右 6mm可調，旋轉角度 180176?？烧{，機械手高度 3cm可調，氣缸的速度可以通過調節(jié)節(jié)流閥來控制。 3) 供電： 220V/ 1A、執(zhí)行驅動電壓： 24V/5A、環(huán)境溫度： 055℃（工作） 2070℃（保存）相對濕度： 3585%（不結露）、接地：第三種接地、工作環(huán)境：不許有腐蝕性，可燃性氣體及導電塵埃。 4) 尺寸 (長寬高 ): 600mm 420mm 800mm 凈重量： 40Kg 3．控制要求 ： 將上站工件拿起 放入安裝工位。 將裝好工件拿起放下站。 可以急停，復位。 硬件設計 元器件清單見附錄四。 四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 15 傳感器 本裝置中使用的傳感器只有行程開關。機械手的升降、旋轉均采用行程開關來限位，并通過改變行程開關的位置來調節(jié)橫軸和豎軸的運動范圍。 行程開關：當檔塊碰到開關時，常開點閉合。 根據(jù)題目的要求，并通過查找資料對比，選用的是 上海秉東自動化科技有限公司 出產(chǎn)的 KT07R 系列的磁性開關。其外形圖如圖 31： 圖 31 KT07R KT07R 系列的磁性開關是一種接近傳感器， 它響應于一個 永久的磁場。作用距離大于電感傳感器。 在本項目中，將磁鐵安置在活塞桿的末端，將傳感器的本體安置于汽缸的 2 個極限位置。在活塞運動至極限位置時，傳感器就可以發(fā)出信號。 電磁閥 電磁閥從原理上分為三大類： 1） 直動式電磁閥 。 2） 分布直動式電磁閥 。 3） 先導式電磁閥 。 電磁閥從閥結構和材料上的不同與原理上的區(qū)別，分為六個分支小類： 直動膜片結構、分步重片結構、先導膜式結構、直動活塞結構、分步直動活塞結構、先導活塞結構。 電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的 氣管 ，腔中間是閥， 兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排 氣 的孔，而進 氣 孔是常開的， 氣 就會進入不同的排 氣孔 ，四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 16 然后通過 氣壓 來推動活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。 其中，活塞可以處于幾個位置我們就稱它為幾位，有幾個進氣或排氣的孔我們就稱其為幾通。本項目中，選用了 4 個 AIRTAC 公司的 4V100 系列的電磁閥，他們非別為： 2 個三位五通閥(4V130C06)，一個二位五通閥 (4V12006)，一個二位五通閥（ 4V11006,帶彈簧歸位）。其外形及原理圖如圖 32， 33： 圖 32 AIRTAC 4V 系列電磁閥 圖 33 電磁閥結構圖 3種電磁閥的命名含義及主要技術參數(shù)如下： 4V11006 ① ② ③ ④ ① : 規(guī)格代號 ②：系列代號 ③：線圈及位數(shù) (10:單頭雙位置， 20：雙頭雙位置， 30C：雙頭三位置中間封閉型 ) ④：接管口徑 汽缸 汽缸的種類很多，分類也比較復雜。我們一般用到的有兩種：單作用汽缸和雙作用汽缸。其 中單作用汽缸的 壓縮空氣只能使柱塞向一個方向運動； 需要 借助外力或重力復位 。 雙作用氣缸利用壓縮空氣 可 使活塞向兩個方向運動，活塞行程可根據(jù)實際需要選定，雙向作用的力和速度不同 。通過性價比較，選用的是樂清星辰公司的 CU系列汽缸： CDU 四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 17 2050D （雙作用） 2個， CDU2090D（單作用）一個。其外形及型號含義如圖 34， 35： 圖 34 星辰 CU 系列汽缸 圖 35 型號含義 安裝搬運站控制系統(tǒng)的外部接線圖 外部接線時 首先要畫出 PLC 原理圖，然后根據(jù)原理圖畫出接線圖。如圖 36所示。 四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 18 LN 圖 36 電氣原理圖 PLC外部電氣接線圖見： 附錄一 急停電路接線圖 四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 19 輸入接線 （ 1）輸入接線一般不要超過 30m。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當長些。 （ 2） 輸入、輸出線不能用同一根電纜，輸入、輸出線要分開。 電源接線 電源是 PLC引入干擾的主要途徑之一， PLC應盡可能取用電壓波動較小、波形畸變較小的電源，這對提高 PLC 的可靠性有很大幫助。 PLC 的供電線路應與其他大功率用電設備或強干擾設備（如高頻 爐、弧焊機等）分開。為了提高整個系統(tǒng)的抗干擾能力，可編程序控制器供電回路一般可采用隔離變壓器、交流穩(wěn)壓器、晶體管開關電源等。我們正是用了開關電源來抗干擾。 PLC供電電源為 50Hz、 220V?10%的交流電。由于本設計使用的是 FX2N 系列可編程控制器，所以有直流 24V輸出接線端。該接線端可為輸入及傳感器（如光電開關或接近開關）提供直流 24V電源。電磁閥我們則選擇了外接電源的發(fā)法，這樣可以有效的保護PLC，同時還可以減少干擾。 接地 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。對 PLC控制系統(tǒng)而言，它屬高速低電平控制裝置，應采用直接接地方式。良好的接地是保證 PLC可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。所以我們給可編程控制器接上了專用接地線。 安裝搬運站的動作實現(xiàn)過程 安裝搬運站的全部動作由汽缸進行驅動控制。機械手的松開 /夾緊和旋轉座正轉 /反轉是通過兩個繼電器的吸合與斷開來控制汽缸伸出 /縮回來實現(xiàn)的。機械手的上升 /下降由一個單線圈兩位置 電磁閥控制。當該線圈通電時，機械手下降；該線圈斷電時，機械手上升。 打開電源，復位燈閃爍，按下復位按鈕裝置復位，開始燈閃爍，復位燈滅，復位動作：夾爪打開，機械手抬起，回轉工作塔轉到上工位（ A工位）。按下開始按鈕，開始燈滅，機械手下降碰到下限位開關，夾爪夾緊，等待 ，機械手抬起碰到上限位開關回轉工作塔轉到安裝工位（ B工位，轉動是靠汽缸的伸縮改變帶動轉輪轉動的），伸出缸1縮回碰到后限位開關機械手下降，下降碰到下限位開關夾爪打開（等待 秒），機械四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 20 手抬起碰到上限位開關，等待工件安裝（等待 2 秒），機械手下降 ，碰到下限位開關夾爪夾緊 (等待 )，機械手上升，碰到上限位開關回轉工作塔轉到下工位（ C工位），伸縮缸 2縮回，碰到后限位機械手下降，碰到下限位開關夾爪打開 (等待 )，機械手抬起，碰到上限位開關回轉工作塔轉到上工位（ A工位），完成一次操作，然后循環(huán)操作。工位示意圖如圖 37所示。 圖 37 工位示意圖 PLC 程序設計 I/O 點數(shù)的確定及 PLC 類型的選擇 由于機械手系統(tǒng)的輸入 /輸出點 適中 ，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機對 PLC 進行監(jiān)控和管理 ，該機械手的控制為純開 關量控制，且 I/O點數(shù)不多，需要 14個輸入點和 10個輸出點，考慮留有一定的余量。 故選用日本 三菱 公司生產(chǎn)的多功能小型 FX2N48MT(如圖 38)主機 ， 該機輸入點為 24個 ，輸出點為 24個 。 如圖 38 FX2N48MT 外形 四川職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） 第 頁 共 39 頁 21 PLC 的 I/O 分配 根據(jù)機械手動作的要求及機械手實物教學實驗裝置說明指導，輸入、輸出點分配如表 31所示。 表 31 PLC 的 I/O 分配表