【正文】 過程 。 第二章 系統(tǒng) 方案論證 本 課題的要求是以可編程控制器 (plc)為主機控制核心的裝配站系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。 一、三菱系列的 PLC 三菱 PLC 英文名又稱： Mitsubish Power Line Communication，是三菱電機在大連生產(chǎn)的主力產(chǎn)品。 FX1N 系列 :是三菱電機推出的功能強大的普及型 PLC。是一款廣泛應用于一般的順序控制三菱 PLC。具有高速處理及可擴展大量滿足單個需要的特殊功能模塊等特點，為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。指令表及梯形圖程序如果按一定的規(guī)則編寫，也可以實現(xiàn)到 SFC 圖的逆變換。在可編程控制器中設置了 CR 濾波器，以防止輸入信號的震動和噪音 的影響。 3. FX 的 PLC 支持順序控制。在設備不停機的情況下也可以對運行過程中的程序進行改變的功能。此外，還提供了可適應更復雜的控制的浮點運算及 PID 運算等。西門子 SIAMTIC 模塊化控制器有著很大的優(yōu)勢，它可以即買即用，長期兼容性和可用性，可以在惡劣環(huán)境下工作，模塊還可以擴展和升級。所以西門子在最近的一些年內(nèi)能夠很有力的打進中國的市場并能在中國的市場牢牢的扎根。 S7200 它適用于一系列機械設備的制造或用作獨立的解決方案，微型自動化系統(tǒng)的組成部分， STEP 7 Micro/WIN 工程組態(tài)軟件應用于它，應用于性能要求較低的自動化任務。西門子 S7300 它設計緊湊，安裝在 DIN 導軌上，在 CPU 中集成了許多功能，通過在微型存儲器上保持數(shù)據(jù)實現(xiàn)免維護， PROFIBUS 上的等時模式，屬于故障 安全類型。 S7400 的 三個 H CPU，支持硬件同步 , 功能強大的解決方案，不會發(fā)生任何信息損失，且可對工程任務提供高級支持，無需額外的編程費用 , 可以為安全應用輕松擴展 H 系統(tǒng)。 過程控制與通信控制西門子是強項，西門子的模擬量模塊價格便宜，程序簡單，而三菱的模擬量模塊價格昂貴，程序復雜，西門子做通信也容易，程序簡單，三菱在這塊功能較弱。 例如某設備只是些動作控制，如機械手，可選擇三菱的 PLC，某設備有伺服或步進要進行定位控制，也選三菱的 PLC。 通過以上比較我們選用三菱 plc 為主機控制裝配站系統(tǒng) 第 三 章 系統(tǒng) 硬件設計 裝配單元的結(jié)構(gòu)與工作過程 裝配單元的功能是完成將該單元料倉內(nèi)的黑色或白色小圓柱工件嵌入到放置在裝配料斗的待裝配工件中的裝配過程。其中，機械裝配圖如圖 41 所示： 圖 41 裝配單元機械裝配圖 管形料倉 管形料倉用來存儲裝配用的金屬、黑色和白色小園柱零件。塑料圓管頂端放置加強金屬環(huán)，以防止破損。 為了能對料倉供料不足和缺料時報警，在塑料圓管底部和底座處分別安裝了2 個漫反射光電傳感器（ E3ZL 型），并在料倉塑料圓柱上縱向銑槽，以使光電傳感器的紅 外光斑能可靠照射到被 檢測的物料上。光電傳感器的靈敏度調(diào)整應以能檢測到黑色物料為準則。圖中，料倉底座的背面安裝了兩個直線氣缸。 系統(tǒng)氣源接通后，頂料氣缸的初始位置在縮回狀態(tài)，擋料氣缸的初始位 置在伸出狀態(tài)。 需要進行落料操作時，首先使頂料氣缸伸出，把次下層的工件夾緊，然后擋料氣缸縮回，工件掉入廻轉(zhuǎn)物料臺的料盤中。 圖 43 落料機構(gòu)示意圖 廻轉(zhuǎn)物料臺 該機構(gòu)由氣動擺臺和兩個料盤組成，氣動擺臺能驅(qū)動料盤旋轉(zhuǎn) 180 度，從而實現(xiàn)把從供料機構(gòu)落下到料盤的工件移動到裝配機械手正下方的功能。圖中的光電傳感器1 和光電傳感器 2 分別用來檢測左面和右面料盤是否有零件。 圖 44 廻轉(zhuǎn)物料臺的結(jié)構(gòu) 裝配機械手 裝配機械手是整個裝配單元的核心。裝配機械手整體 外形如圖 44 所示。 裝配機械手的運行過程如下： PLC 驅(qū)動與豎直移動氣缸相連的電磁換向閥動作，由豎直移動帶導桿氣缸驅(qū)動氣動手指向下移動，到位后，氣動手指驅(qū)動手爪夾緊物料，并將夾緊信號通過磁性開關傳送給 PLC，在 PLC 控制下，豎直移動氣缸復位，被夾緊的物料隨氣動手指一并提起，離開當廻轉(zhuǎn)物料臺的料盤，提升到 最高位后，水平移動氣缸在與之對應的換向閥的驅(qū)動下，活塞桿伸出，移動到氣缸前端位置后，豎直移動氣缸再次被驅(qū)動下移，移動到最下端位置，氣動手指松開，經(jīng)短暫延時，豎直移動氣缸和水平移動氣缸縮回，機械手恢復初始狀態(tài)。 圖 45 裝配機械手的整體外形 圖 45 裝配臺料斗 裝配臺料斗 輸送單元運送來的待裝配工件直接放置在該機構(gòu)的料斗定位孔中，由定位孔與工件之間的較小的間隙配合實現(xiàn)定位，從而完成準確的裝配動作和定位精度。 為了確定裝配臺料斗內(nèi)是否放置了待裝配工件，使用了光纖傳感器進行檢測。 警示燈 本工作單元上安裝有紅、橙、綠三色警示燈，它是作為整個系統(tǒng)警示用的。接線如圖 46 所示。 接近傳感器有多種檢測方式，包括利用電磁感應引起的檢測對象的金屬體中產(chǎn)生的渦電流的方式、捕捉檢測體的接近引起的電氣信號的容量變化的方式、利用磁石和引導開關的方式、利用光電效應和光電轉(zhuǎn)換器件作為檢測元件等等。這里介紹裝配站用到的磁性開關、漫反射光電開關和光纖型光電傳感器三種傳感器。這些氣缸的缸筒采用導磁性弱、隔磁性強的材料，如硬鋁、不銹鋼等。而安裝在氣缸外側(cè)的磁性開關則是用來檢測氣缸活塞位置，即檢測活塞的運動行程的。舌簧開關 成型于合成樹脂塊內(nèi)，并且一般還有動作指示燈、過電壓保護電路也塑封在內(nèi)。當氣缸中隨活塞移動的磁環(huán)靠近開關時，舌簧開關的兩根簧片被磁化而相互吸引，觸點閉合；當磁環(huán)移開開關后，簧片失磁，觸點斷開。 圖 31 帶磁性開關氣缸的工作原理圖 在磁性開關上設置的 LED 顯示用于顯示其信號狀態(tài)，供調(diào)試時使用。 磁性開關的安裝位置可以調(diào)整，調(diào)整方法是松開它的緊定螺栓，讓磁性開關順著氣缸滑動，到達指定位置后，再旋緊緊定螺栓。磁性開關的內(nèi)部電路如圖 32 中虛線框內(nèi)所示。其中輸出形式為開關量的傳 感器為光電式接近開關。如果光發(fā)射器發(fā)射的光線因檢測物體不同而被遮掩或反射，到達光接收器的量將會發(fā)生變化。大多使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍色來判斷顏色）和紅外光。 圖 33 光電式接近開關 (2) 漫射式光電開關 漫射式光電開關是利用光照射到被測物體上后反射回來的光線而工作的，由于物體反射的光線 為漫射光，故稱為漫射式光電接近開關。在工作時，光發(fā)射器始終發(fā)射檢測光，若接近開關前方一定距離內(nèi)沒有物體，則沒有光被反射到接收器，接近開關處于常態(tài)而不動作；反之若接近開關的前方一定距離內(nèi)出現(xiàn)物體，只要反射回來的光強度足夠，則接收器接收到足夠的漫射光就會使接近開關動作而改變輸出的狀態(tài)。 裝配單元中，用來檢測工件不足或工件有無的漫射式光電接近開關選用 神視 或 OMRON 公司的 CX441 或 E3ZL61 型放大器內(nèi)置型光電開關（細小光束型， NPN 型晶體管集電極開路輸出）。 圖中動作選擇開關的功能是選擇受光動作 (Light) 或遮光動作 (Drag)模式。 距離設定旋鈕是 5 回轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)器，調(diào)整距離時注意逐步輕微旋轉(zhuǎn)，否則若充分旋轉(zhuǎn)距離調(diào)節(jié)器會空轉(zhuǎn)。兩點之間的中點為穩(wěn)定檢測物體的最佳位置。 圖 34 給出該光電開關的內(nèi)部電路原理框圖。圖中 (a)(b)(c)三種情況均使用 NPN 型 三極管集電極開路輸出。 圖 36 接近開關的圖形符號 （ 4 ） 認知光纖傳感器 光纖型傳感器由光纖檢測頭、光纖放大器兩部分組成，放大器和光纖檢測頭是分離的兩個部分，光纖檢測頭的尾端部分分成兩條光纖，使用時分別插入放大器的兩個光纖孔。圖 38 是放大器的安裝示意圖 。光纖傳感器具有下述優(yōu)點：抗電磁干擾、可工作于惡劣環(huán)境，傳輸距離遠，使用壽命長，此外，由于光纖頭具有較小的體積，所以可以安裝在很小空間的地方。當光纖傳感器靈敏度調(diào)得較小時，反射性較差的黑色物體，光電探測器無法接收到反射信號；而反射性較好的白色物體，光電探測器就可以接收到反射信號。圖 38 給出了放大器單元的俯視圖，調(diào)節(jié)其中部的 8 旋轉(zhuǎn)靈敏度高速旋 鈕就能進行放大器靈敏度調(diào)節(jié)（順時針旋轉(zhuǎn)靈敏度增大）。當探測器檢測到物料時，“動作顯示燈”會亮，提示檢測到物料。 圖 39 E3XNA11 型光纖傳感器電路框圖 氣動元件 標準雙作用直線氣缸 標準氣缸是指氣缸的功能和規(guī)格是普遍使用的、結(jié)構(gòu)容易制造的、制造廠通 常作為通用產(chǎn)品供應市場的氣缸。圖 310 是標準雙作用直線氣缸的半剖面圖。 雙作用氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單，輸出力穩(wěn)定，行程可根據(jù)需要選擇的優(yōu)點，但由于是利用壓縮空氣交替作用于活塞上實現(xiàn)伸縮運動的，回縮時壓縮空氣的有效作用面積較小，所以產(chǎn)生的力要小于伸出時產(chǎn)生的推力。 單向節(jié)流閥是由單向閥和節(jié)流閥并聯(lián)而成的流量控制閥，常用于控制氣缸的運動速度，所以也稱為速度控制閥。即，當壓縮空氣從 A 端進氣、從 B 端排氣時，單向節(jié)流閥 A 的單向閥開啟，向氣缸無桿腔快速充氣；由于單向節(jié)流閥 B 的單向閥關閉，有桿腔的氣體只能經(jīng)節(jié)流閥排氣，調(diào)節(jié)節(jié)流閥 B 的開度，便可改變氣缸伸出時的運動速度。這種 控制方式，活塞運行穩(wěn)定，是最常用的方式。圖 312 是安裝了帶快速接頭的限出型氣缸節(jié)流閥的氣缸外 觀。氣體流動方向的改變則由能改變氣體流動方向或通斷的控制閥即方向控制閥加以控制。 電磁換向閥是利用其電磁線圈通電時，靜鐵芯對動鐵芯產(chǎn)生電磁吸力使閥芯切換，達到改變氣流方向的目的。 圖 312 單電控電磁換向閥的工作原理 所謂“位”指的是為了改變氣體方向，閥芯相對于閥體所具有的不同的工作位置。圖 35 中，只有兩個工作位置，具有供氣口 P、工作口 A 和排氣口 R，故為二位三通閥。 圖 313 部分單電控電磁換向閥的圖形符號 YL335B 所有工作單元的執(zhí)行氣缸都是雙作用氣缸，因此控制它們工作的電磁閥需要有二個工作口和二個排氣口以及一個供氣口，故使用的電磁閥均為二位五通電磁閥。氣爪通常有滑動導軌型、支點開閉型和回轉(zhuǎn)驅(qū)動型等工作方式。其工作原理可從其中剖面圖 (b)和 (c)看出。如圖 315 所示 圖 315 氣動擺臺 氣動擺臺的擺動回轉(zhuǎn)角度能在 0— 180 度范圍任意可調(diào)。