【文章內(nèi)容簡介】 將機(jī)械、氣動(dòng)、電氣控制、電機(jī)傳動(dòng)、傳感檢測、 PLC 以及工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)有機(jī)進(jìn)行整合，結(jié)構(gòu)模塊化，便于組合，可以完成各類單項(xiàng)技能訓(xùn)練和綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練?？梢赃M(jìn)行機(jī)械部件安裝與調(diào)試、氣動(dòng)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試、電氣控制電路的安裝和 PLC 編程、機(jī)電設(shè)備安裝與調(diào)試、自動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng) 安裝與調(diào)試于一體 。 （ 2） 系統(tǒng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)接口，具有很高的兼容和擴(kuò)展性，隨工業(yè)現(xiàn)場技術(shù)的快速發(fā)展， 5 本系統(tǒng)可以緊跟現(xiàn)場技術(shù)升級(jí)擴(kuò)展，深入地滿足實(shí)訓(xùn)教學(xué)的需要。 （ 3） 西門子 PLC 采用西門子 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)通信，使各站之間的控制信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)相互交換，配有 英寸， 256 色工業(yè)彩色觸摸屏，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制。 技術(shù)性能 （ 1） 輸入電源：單相三線 AC220V177。10% 50Hz； （ 2） 工作環(huán)境：溫度 10℃ ～ 40℃ 相對(duì)濕度 ≤85%（ 25℃ ）海拔＜ 4000m； （ 3） 裝置容量： ≤； （ 4） 外形尺寸： 380cm 170cm140cm； （ 5） 安全保護(hù)：具有漏電壓、漏電流保護(hù)，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn) 。 系統(tǒng)配置 該系統(tǒng)由型材桌、上料檢測單元、搬運(yùn)單元、加工與檢測單元、搬運(yùn)分揀單元、變頻傳送單元、安裝單元、安裝搬運(yùn)單元、分類單元、通信接口板、電氣網(wǎng)孔板、按鈕控制板、 I/O 接口板、各種傳感器、警示燈、各類電磁閥和氣缸等組成，完成工件上料、搬運(yùn)、加工、分揀、輸送、裝配、分類等功能。 表 21 系統(tǒng)配置 序號(hào) 名稱 規(guī)格 數(shù)量 單位 備注 1 工作臺(tái) 470mm 860mm 9 張 2 上料檢測單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 3 搬運(yùn)單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 4 加工與檢測單元 CPU224 DC/DC/晶體管 +EM223（ 22路數(shù)字量輸入 /18 路晶體管輸出） 1 套 5 搬運(yùn)分揀單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 6 變頻傳送單元 CPU224 AC/DC/繼 電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 7 安裝單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 8 安裝搬運(yùn)單元 CPU224 AC/DC/繼電器（ 14 路數(shù)字量輸入 /10 路繼電器輸出） 1 套 9 分類單元 CPU224 DC/DC/晶體管（ 14路數(shù)字量輸入 /10 路晶體管型輸出） 1 套 10 主控單元 CPU313C2DP（ 16 路數(shù)字量輸入 /16 路晶體管輸出） 1 套 11 通信模塊 EM277 8 只 12 變 頻器模塊 西門子 MM420 功率≥ 1 臺(tái) 西門子 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 6 13 觸摸屏模塊 英寸 TFT 真彩， 65K 色 1 套 各站都可通過一塊控制面板來控制 PLC使各站按要求進(jìn)行工作，一個(gè)控制面板上有 5個(gè)按鈕開關(guān)，二個(gè)選擇開關(guān)和一個(gè)急停開關(guān)。各開關(guān)的控制功能定義見下表 22： 表 22 各開關(guān)的控制功能 序號(hào) 項(xiàng)目 說明 1 帶燈按鈕，綠色 開始 2 帶燈按鈕，黃色 復(fù)位 3 按鈕。黃色 調(diào)試按鈕 4 兩位旋鈕，黑色 手動(dòng) /自動(dòng) 5 兩位旋鈕。黑色 單站 /聯(lián)網(wǎng) 6 按鈕，黑色 停 止 7 帶燈按鈕，綠色 上電 8 急停按鈕，紅色 急停 系統(tǒng)工作工程 下圖給出了系統(tǒng)中工件從一站到另一站的物流傳遞過程：上料檢測單元將大工件按順序排好后提升送出；搬運(yùn)站將大工件從上料檢測單元搬至加工站；加工站將大工件加工后送出工位；分揀站將加工過的正常的工件搬運(yùn)到傳送站，如果是廢料，分揀機(jī)械手將工件搬運(yùn)到廢料處理機(jī)構(gòu)；傳輸站將正常的大工件送至尾端，將廢料分揀到廢料槽里；安裝搬運(yùn)站將大工件從傳輸站搬至安裝工位放下。安裝站再將對(duì)應(yīng)的小工件裝入大工件中。而后，安裝搬運(yùn)站再將安裝好的工件送分類站， 分類站再將工件送入相應(yīng)的料倉。 圖 22 工作過程圖 上料檢測站 搬運(yùn)站 分類站 加工站 分揀站 傳送站 安裝搬運(yùn)站 傳送站 7 搬運(yùn)分揀站 圖 23 搬運(yùn)分揀單元組成 主要組成與功能 搬運(yùn)分揀單元由擺臺(tái)、無桿氣缸、薄型氣缸、氣動(dòng)手指、推料氣缸、磁性傳感器、廢料存儲(chǔ)器、工業(yè)導(dǎo)軌、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、 I/O 接口板、通訊接口板、電氣網(wǎng)孔板、多種類型電磁閥組成，主要完成根據(jù)上一站的加工完成信號(hào)和廢料信號(hào)，完成廢料分揀、搬運(yùn)任務(wù)。工件搬運(yùn)到成品輸送線上或搬運(yùn)到廢料盒處，擺臺(tái)返回原位等待下一個(gè)。 （ 1）擺臺(tái)：由薄型氣缸控制，實(shí)現(xiàn)三個(gè)位置向左、中間、向右的擺動(dòng)。 （ 2）前臂單桿氣缸：控制擺臺(tái)前臂上下動(dòng)作，由單向電控閥控制，電磁閥得電，前臂底下。 （ 3）電磁閥：用于控制各個(gè)氣缸的升出、縮回動(dòng)作。 （ 4）推料氣缸：完成廢料的分揀任務(wù)。 （ 5）廢料存儲(chǔ)器：系統(tǒng)檢測為廢料的工件，分揀出來，由推料氣缸將工件推入廢料存儲(chǔ)器內(nèi)。 （ 6）氣動(dòng)手指：完成工件的夾取任務(wù)。 氣動(dòng)手指、氣缸及其氣動(dòng)技術(shù) （ 1）氣動(dòng)手指： MHZ216D，完成工件的夾取任務(wù)。實(shí)物如下圖 23： 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 8 圖 24 直線導(dǎo)軌平行移動(dòng)型氣爪 MHZ216D 表 23 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 缸徑（ mm） 16 流體 空氣 動(dòng)作型式 雙動(dòng) 最高使用壓力（ M Pa） 環(huán)境和流體溫度 10~60℃ 最高操作頻率 重復(fù)精度（ mm） 177。 氣缸位置磁環(huán) 有（標(biāo)準(zhǔn)） 潤滑 不需要 接管口徑 M3*08 9 圖 25 外形尺寸圖 上圖中的尺寸數(shù)據(jù)見下表 22，單位 mm: 表 24 外形尺寸 A B C D E F G H 30 16 M4* 38 5 15 I J K L M N O P M4* 8 24 3H9深 3 177。 Q R S T Y Z AA BB 11177。 22 15 8 4 7 13 U V W X CC DD EE FF 17H9深 2 177。 M4* 8 M3*5 19 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 10 （ 2）氣缸，本系統(tǒng)所用的氣缸：薄型氣缸、無桿氣缸、推料氣缸。 Ⅰ 無桿氣缸，用于搬運(yùn)過程， CY3RG20600： 圖 26 CY3RG20600 表 25 產(chǎn)品規(guī) 格 使用流體 空氣 缸徑 20mm 行程 600mm 耐壓實(shí)驗(yàn)壓力 最高使用壓力 最低使用壓力 環(huán)境及使用流體溫度 10~60℃ 使用活塞速度 50500mm/s 緩沖 兩端橡膠緩沖 給油 不給油 Ⅱ 薄型氣缸，用于機(jī)械手上下伸縮 MDU2550DM： 圖 27 MDU2550DM 11 表 26 產(chǎn)品規(guī)格 動(dòng)作方式 單桿雙作用 缸徑 25mm 行程 50mm 使用流體 空氣 耐壓實(shí)驗(yàn)壓力 最高使用壓力 最低使用壓力 環(huán)境及使用流體溫度 10~60℃ 使用活塞速度 50500mm/s 緩沖 墊緩沖 給油 不給油 桿端形狀 桿端外螺紋，桿端內(nèi)螺紋 允許回轉(zhuǎn)力矩 *m Ⅲ 推料氣缸，用于廢料推送， CDJ2B1630： 圖 28 CDJ2B1630 表 27 產(chǎn)品規(guī)格 動(dòng)作方式 單作用（伸 /縮） 使用流體 空氣 缸徑 16mm 行程 30mm 最高使用壓力 最低使用壓力 環(huán)境及使用流體溫度 10~60℃ （ 3） 氣動(dòng)技術(shù)是以壓縮空氣或其他氣體為工作介質(zhì) ， 利用其能量完成各項(xiàng)工作 ， 由于氣體的可壓縮性，相對(duì)液壓 、電力等，氣動(dòng)技術(shù)有以下特點(diǎn) ： Ⅰ： 容易積聚能量。小型壓縮機(jī)配備儲(chǔ)氣罐，就可在間歇工作狀態(tài)下輸出較大能量，甚至可以預(yù)先封裝壓縮空氣，以后不必供給能量即可產(chǎn)生力 ； Ⅱ： 借助氣體的可壓縮性，實(shí)現(xiàn)柔軟操作 ； Ⅲ： 抗過載能力強(qiáng)，不易發(fā)熱，不易因過載而發(fā)生事故 ； Ⅳ： 動(dòng)作調(diào)整方便簡單，并且便 于控 制?？梢赃M(jìn)行檢測、基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 12 放大、傳輸、邏輯運(yùn)算等信息處理 ； Ⅴ： 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，環(huán)境污染小，防火防爆性好。只要?dú)鈩?dòng)元件的材質(zhì)和密封件許可，介 質(zhì)經(jīng)適當(dāng)處理，氣動(dòng)系統(tǒng)的適用環(huán)境溫度范圍大，可達(dá) 2 O ℃ ～ 2 0 0 ℃ ； Ⅵ： 可以構(gòu)成低成本系統(tǒng) ， 氣動(dòng)元件結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格較低，維修保養(yǎng)方便 ，工作介質(zhì)隨處可取。氣動(dòng)系統(tǒng)、裝置投資成本及運(yùn)行成本低。為此，利用氣動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化素有低成本自動(dòng) 化之說； 但是，氣動(dòng)技術(shù)也有某些弱勢，例如速度控制和定位精度不高；驅(qū)動(dòng)力不大，僅適用于中、 輕負(fù)載；能量利用效率偏低等 [9]。 電磁閥 電磁閥在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛 ， 在石油化工行業(yè)中尤為普遍和重要。它可用于水、空氣、蒸汽以及其他介質(zhì)的開關(guān)控制 ( 兩通、三通 )， 是安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)不可缺少的執(zhí)行元件 ( 三通、四通、五通 ) 。 電磁閥由電磁部件、閥體組成 ， 電磁部件由固定鐵芯、動(dòng)鐵芯 、 線圈等部件組成；閥體部分由滑閥芯、滑閥套、彈簧底座等組成 [10]。 本系統(tǒng)所用的電磁閥：單電控兩位五通閥 4V11006，彈簧復(fù)位；雙電控兩位五通閥4V12006；雙電控三位五通閥 4V130C06，中封式。 圖 29 雙電控閥 磁性開關(guān) 磁性開關(guān)最基本的功能就是檢測氣缸活塞桿伸出的位置，活塞上有一個(gè)磁環(huán)， 氣 缸體上裝了幾只磁性開關(guān)，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到磁性開關(guān)的位置，磁力使開關(guān)接合 ，產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào) ， 這個(gè)信號(hào)由控制系統(tǒng)使用，或者使氣缸停止，或者使其他機(jī)構(gòu)開始動(dòng)作 。 因此，可以看出，磁性開關(guān)的作用就是檢測活塞桿位置（行程），發(fā)出信號(hào)，用于控制系統(tǒng)。 13 圖 210 磁性開關(guān) 表 28 產(chǎn)品規(guī)格 型號(hào) 適合負(fù)載 負(fù)載電壓及電流范圍 觸電保護(hù)電路 內(nèi)部電壓降 指示燈 安裝形式 DA73L 繼電器，程序控制器 DC24V； 5~40mA 無 接通時(shí)發(fā)光二極管亮 軌道安裝 DC73L 環(huán)帶安裝 DZ73L 直接安裝 調(diào)速閥、浮動(dòng) 接頭 調(diào)速閥：出氣節(jié)流式 ,主要依靠壓縮空氣后排氣減壓來推動(dòng)氣缸動(dòng)作，適用于單作用氣缸及夾緊類型氣缸。 圖 211 調(diào)速閥 浮動(dòng)接頭：當(dāng)負(fù)載連接于氣缸活塞桿端部時(shí)，浮動(dòng)接頭（ SC20F/M6*1）可吸收活塞桿和負(fù)載的偏心或不平行對(duì)活塞桿產(chǎn)生的偏心負(fù)載和橫向負(fù)載。 圖 212 浮動(dòng)接頭 基于 PLC的機(jī)械手搬運(yùn)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 14 主控單元 圖 213 主控單元總圖 主要組成與功能 采用了先進(jìn)的總線控制方式，增配有主控 PLC、工業(yè)觸摸屏、 MCGS工業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件MES生產(chǎn)制造管理軟件等，系統(tǒng)更加完整性，更能展現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的 工作狀態(tài)及現(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展方向。 MCGS工業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件：當(dāng)八個(gè)站全部進(jìn)入聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)時(shí)，管理員能夠通過組態(tài)監(jiān)控機(jī)中各種組態(tài)按鈕方便的控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、暫停、繼續(xù)、停止等等；另外也可以控制單個(gè)站的運(yùn)行、暫停、繼續(xù)、停止等等。每個(gè)站的工作狀態(tài)以及工件的材質(zhì)、顏色等在監(jiān)控畫面上也能夠清楚的看到。 MES生產(chǎn)制造管理軟件：在整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過程中，由 MES生產(chǎn)管理系統(tǒng)制定下達(dá)各項(xiàng)生產(chǎn)計(jì)劃任務(wù)，并實(shí)時(shí)地反映在 MES上位機(jī)的監(jiān)控畫面上。下層制造系統(tǒng)將整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)及當(dāng)前工件加工狀態(tài)作自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)缴a(chǎn) 管理系統(tǒng) MES。具有計(jì)劃、調(diào)度和實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能。能夠?qū)崿F(xiàn)和系統(tǒng)組態(tài)監(jiān)控軟件的集成，實(shí)時(shí)監(jiān)視生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況。 網(wǎng)絡(luò)控制及工作流程 該單元的復(fù)位信號(hào)、開始信號(hào)、停止信號(hào)均從觸摸屏發(fā)出，經(jīng) S7300 PLC采集處理后， 15 向各從站發(fā)送控制要求，以實(shí)現(xiàn)各站的復(fù)位、開始、停止等操作。各從站在運(yùn)行過程中的狀態(tài)信號(hào)，應(yīng)存儲(chǔ)到該單元 PLC規(guī)劃好的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行。 配置各站 EM277 的地址： 上料單元為 3，搬運(yùn)單元為 4，加工檢測單元為 5，搬運(yùn)分揀單元 9，變頻傳送單元 10，安裝單 元為 6，搬運(yùn)安裝單元為 7，分類單元為 8。 設(shè)置各站“ 單 /聯(lián) ” 開關(guān)打到 “ 聯(lián) ” 、 “ 手 /自 ” 開關(guān)打到 “ 自 ” 時(shí)，上料單元最后切換，切換后上料單元自動(dòng)運(yùn)行，對(duì)工件進(jìn)行上料操作；搬運(yùn)單元將工件從上料單元搬運(yùn)到加工與檢測單元；加工