柔性制造系统各单元控制系统设计.docx
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柔性制造系统各单元控制系统设计
摘要
柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统（FlexibleManufacturingSystem），英文缩写为FMS。
它是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。
柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。
一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。
另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化，特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。
在这个大系统中，柔性制造系统只是它的一个组成部分。
自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。
本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产过程。
首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。
设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元作为自动生产线的整体设计，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。
系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。
所以，本设计综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。
第一章概述……………………………………………………………5
第二章总体介绍………………………………………………………6
一．自动化生产线的基本组成…………………………………6
第三章上料单元………………………………………………………7
一．上料单元的基本功能………………………………………7
二．上料单元的组成……………………………………………7
三．接线端子及主令部件………………………………………8
四．上料单元PLC运行程序……………………………………10
五．上料单元的PLC地址分配…………………………………15
第四章冲压单元………………………………………………………16
一．冲压单元的组成原理…………………………………………16
二．面板接线说明…………………………………………………18
三．冲压单元PLC运行程序………………………………………20
四．冲压单元PLC地址分配………………………………………26
第五单元落料单元……………………………………………………27
一．落料单元的组成原理…………………………………………27
二．面板接线及说明………………………………………………28
三．落料单元的运行程序…………………………………………30
四．落料单元PLC地址分配………………………………………35
总结………………………………………………………………………36
致谢………………………………………………………………………37
参考文献…………………………………………………………………37
第一章概述
二十世纪以来，为了实现自动化，人们研究和制造了成千上万种自动控制系统，极大地推动了生产劳动、社会服务、军事工程和科学研究等活动。
随着自动化技术的发展，这是机械化、电气化和自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。
早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。
20世纪60年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算机辅助制造、自动化仓库等。
研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS）。
以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产设备自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化（FA）。
现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。
70年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。
自动化的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。
自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。
工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。
本系统模拟一个生产流水线的生产过程，完成一个工件的拆卸、分拣工作。
首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。
整个过程要充分考虑生产过程中所出现的情况，对各种生产要求进行处理，系统分成五个操作站：
供料站、安装站、加工站、运输站、分拣站。
整个系统基于三菱PLC的N：
N网络，包括变频控制、伺服控制等，是各种电气控制的综合应用。
主要负责机械部分的安装、电气原理图和气路的设计和连接、变频器和伺服放大器的参数设置。
第二章总体介绍
一.自动生产线基本组成
自动生产线由安装在铝合金导轨式台面上的上料单元、冲压单元、落料单元、输送单元、喷涂单元，等……。
其外观如图2-1所示。
图2-1自动生产线外观
其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统。
各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。
设计中应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。
第三章上料单元
一．上料单元的基本功能：
供料单元是本次设计中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。
具体的功能是：
按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。
如图2-3所示为供料单元实物的全貌。
图2-3上料单元实物的全貌
二．上料单元的组成：
1.PLC上料单元包括两部分。
第一部分为上料部分，分为料库、原料推送、工件传送三部分，如图2-3所示。
2.第二部分为托盘输送部分，通过传送带将托盘从输入端送至输出端,如2-4所示
图2-4
三．接线端子及主令部件
凡需24V直流电源供电的，请将其连接至电源模块24V区，需接地的请连接至电源模块GND区。
连接时24V连接使用红色线，GND连接使用黑色线，输入点（I）连接使用黄色线，输出点（Q）连接使用绿色线。
具体连接请参见表1-2-2。
表1-2-2上料单元面板接线说明
模块
被连接点
连接点
连接点所属模块
备注
上料单元接线区
I0.4
I0.4
可编程控制器（输入部分）
I0.5
I0.5
可编程控制器（输入部分）
I0.6
I0.6
可编程控制器（输入部分）
I0.7
I0.7
可编程控制器（输入部分）
Q1.0
Q1.0
可编程控制器（输出部分）
Q1.1
Q1.1
可编程控制器（输出部分）
Q1.2
Q1.2
可编程控制器（输出部分）
V+
24V
电源模块24V区
V-
GND
电源模块GND区
可编程控制器模块（输入部分）
I0.0
SB1-1
按钮、指示灯模块
START
I0.1
SB2-1
按钮、指示灯模块
STOP
I0.2
SB3-1
按钮、指示灯模块
RESET
I0.3
SB7-3
按钮、指示灯模块
CEMG
I0.4
I0.4
上料单元接线区
重复
I0.5
I0.5
上料单元接线区
重复
I0.6
I0.6
上料单元接线区
重复
I0.7
I0.7
上料单元接线区
重复
I1.0
SA1-2
按钮、指示灯模块
M/A
I1.1
SB5-1
按钮、指示灯模块
1M
24V
电源模块24V区
2M
24V
电源模块24V区
可编程控制器模块（输出部分）
Q0.4
HL1-1
按钮、指示灯模块
START
Q0.5
HL2-1
按钮、指示灯模块
STOP
Q0.6
HL3-1
按钮、指示灯模块
RESET
Q0.7
HL4-1
按钮、指示灯模块
CEMG
Q1.0
Q1.0
上料单元接线区
Q1.1
Q1.1
上料单元接线区
Q1.2
Q1.2
上料单元接线区
L+
24V
电源模块24V区
M
GND
电源模块GND区
按钮、指示灯模块
SB1-1
I0.0
可编程控制器（输入部分）
重复
SB1-2
GND
电源模块GND区
SB2-1
I0.1
可编程控制器（输入部分）
重复
SB2-2
GND
电源模块GND区
SB3-1
I0.2
可编程控制器（输入部分）
重复
SB3-2
GND
电源模块GND区
SB5-1
I1.1
可编程控制器（输入部分）
重复
SB5-2
GND
电源模块GND区
SB7-3
I0.3
可编程控制器（输入部分）
重复
SB7-1
GND
电源模块GND区
SA1-1
GND
电源模块GND区
SA1-2
I1.0
可编程控制器（输入部分）
重复
HL1-1
Q0.4
可编程控制器（输出部分）
重复
HL1-2
GND
电源模块GND区
HL2-1
Q0.5
可编程控制器（输出部分）
重复
HL2-2
GND
电源模块GND区
HL3-1
Q0.6
可编程控制器（输出部分）
重复
HL3-2
GND
电源模块GND区
HL4-1
Q0.7
可编程控制器（输出部分）
重复
HL4-2
GND
电源模块GND区
四．上料单元PLC运行程序
五．上料单元的PLC地址分配
输入点
信号
说明
输入状态
ON
OFF
I0.0
START
启动按钮
有效
无效
I0.1
STOP
停止按钮
有效
无效
I0.2
RESET
复位按钮
有效
无效
I0.3
CEMG
紧急停止开关
有效
无效
I0.4
SEN1
供料工位检测对射开关
有效
无效
I0.5
SEN2
工件输出工位检测对射开关
有效
无效
I0.6
SEN3
托盘传送带输入端接近开关
有效
无效
I0.7
SEN4
托盘传送带输出端接近开关
有效
无效
I1.0
M/A
单/联机选择开关
单机
联机
I1.1
备用按钮
传送带单机启动信号
有效
无效
输出点
信号
说明
输出状态
ON
OFF
Q0.4
START
启动指示灯
有效
无效
Q0.5
STOP
停止指示灯
有效
无效
Q0.6
RESET
复位指示灯
有效
无效
Q0.7
CEMG
报警指示灯
有效
无效
Q1.0
M1
送料电机启动输出
启动
停止
Q1.1
YV1V+
供料气缸电磁阀输出
伸出
缩回
Q1.2
M2
托盘电机启动输出
启动
停止
第四单元冲压单元
一．冲压单元组成原理
液压冲压单元包括两部分。
第一部分为液压冲压加工部分，由液压冲压装置和液压泵组成，其中液压冲压机构结构图如图1-4-1所示。
图1-4-1液压冲压加工结构图
SEN1用来检测加工工位是否有工件，夹紧气缸用来固定待加工工件，液压电磁阀用来控制液压加工轴的上升下降。
第二部分为托盘输送部分，通过传送带将托盘从输入端送至输出端,如图1-4-2所示。
图1-4-2液压冲压加工单元传送带
SEN2用来检测输入端工件是否存在，SEN3用来检测输出端工件是否到位。
各部件名称和作用介绍如下：
YV1:
夹紧气缸电磁阀，通过此电磁阀固定待加工工件；
YV2:
冲压气缸上升电磁阀，通过此电磁阀控制加工轴上升；
YV3:
冲压气缸下降电磁阀，通过此电磁阀控制加工轴下降；
SEN1:
反射开关，用来检测加工区是否有工件；
SEN2:
对射开关，用来检测托盘传送带输入端是否有工件；
SEN3:
反射开关，用来检测托盘传送带输出端是否有工件。
液压冲压单元控制系统PLC部分输入输出点配置表如表1-4-1所示。
表1-4-1液压冲压单元控制系统PLC部分输入输出点配置表
输入点
信号
说明
输入状态
ON
OFF
I0.0
START
启动按钮
有效
无效
I0.1
STOP
停止按钮
有效
无效
I0.2
RESET
复位按钮
有效
无效
I0.3
CEMG
紧急停止开关
有效
无效
I0.4
SEN1
冲压工位检测开关
有效
无效
I0.5
SEN2
托盘传送带输入端接近开关
有效
无效
I0.6
SEN3
托盘传送带输出端接近开关
有效
无效
I0.7
ASTART
单机传送带启动按钮（备用按钮）
有效
无效
I1.0
M/A
单/联机选择开关
单机
联机
输出点
信号
说明
输出状态
ON
OFF
Q0.2
YV3V+
液压冲压电磁阀输出（上升）
有效
无效
Q0.3
YV2V+
液压冲压电磁阀输出（下降）
有效
无效
Q0.4
START
启动指示灯
有效
无效
Q0.5
STOP
停止指示灯
有效
无效
Q0.6
RESET
复位指示灯
有效
无效
Q0.7
CEMG
报警指示灯
有效
无效
Q1.0
M1
托盘电机启动输出
启动
停止
Q1.1
YV1V+
夹紧气缸电磁阀输出
伸出
缩回
二．面板接线说明
本单元接线面板如图1-4-5至图1-4-8所示。
图1-4-8液压单元面板
模块
被连接点
连接点
连接点所属模块
备注
液压冲压单元接线区
I0.4
I0.4
可编程控制器（输入部分）
I0.5
I0.5
可编程控制器（输入部分）
I0.6
I0.6
可编程控制器（输入部分）
Q0.2
Q0.2
可编程控制器（输出部分）
Q0.3
Q0.3
可编程控制器（输出部分）
Q1.0
Q1.0
可编程控制器（输出部分）
Q1.1
Q1.1
可编程控制器（输出部分）
V+
24V
电源模块24V区
V-
GND
电源模块GND区
可编程控制器模块（输入部分）
I0.0
SB1-1
按钮、指示灯模块
START
I0.1
SB2-1
按钮、指示灯模块
STOP
I0.2
SB3-1
按钮、指示灯模块
RESET
I0.3
SB7-3
按钮、指示灯模块
CEMG
I0.4
I0.4
液压冲压单元接线区
重复
I0.5
I0.5
液压冲压单元接线区
重复
I0.6
I0.6
液压冲压单元接线区
重复
I0.7
SB5-1
按钮、指示灯模块
ASTART
I1.0
SA1-2
按钮、指示灯模块
M/A
1M
24V
电源模块24V区
2M
24V
电源模块24V区
可编程控制器模块（输出部分）
Q0.2
Q0.2
液压冲压单元接线区
重复
Q0.3
Q0.3
液压冲压单元接线区
重复
Q0.4
HL1-1
按钮、指示灯模块
START
Q0.5
HL2-1
按钮、指示灯模块
STOP
Q0.6
HL3-1
按钮、指示灯模块
RESET
Q0.7
HL4-1
按钮、指示灯模块
CEMG
Q1.0
Q1.0
液压冲压单元接线区
重复
Q1.1
Q1.1
液压冲压单元接线区
重复
L+
24V
电源模块24V区
M
GND
电源模块GND区
按钮、指示灯模块
SB1-1
I0.0
可编程控制器（输入部分）
重复
SB1-2
GND
电源模块GND区
SB2-1
I0.1
可编程控制器（输入部分）
重复
SB2-2
GND
电源模块GND区
SB3-1
I0.2
可编程控制器（输入部分）
重复
SB3-2
GND
电源模块GND区
SB5-1
I0.7
可编程控制器（输入部分）
重复
SB5-2
GND
电源模块GND区
按钮、指示灯模块
SB7-3
I0.3
可编程控制器（输入部分）
重复
SB7-1
GND
电源模块GND区
SA1-1
GND
电源模块GND区
SA1-2
I1.0
可编程控制器（输入部分）
重复
HL1-1
Q0.4
可编程控制器（输出部分）
重复
HL1-2
GND
电源模块GND区
HL2-1
Q0.5
可编程控制器（输出部分）
重复
HL2-2
GND
电源模块GND区
HL3-1
Q0.6
可编程控制器（输出部分）
重复
HL3-2
GND
电源模块GND区
HL4-1
Q0.7
可编程控制器（输出部分）
重复
HL4-2
GND
电源模块GND区
三．冲压单元PLC运行程序
四．冲压单元PLC地址分配
输入点
信号
说明
输入状态
ON
OFF
I0.0
START
启动按钮
有效
无效
I0.1
STOP
停止按钮
有效
无效
I0.2
RESET
复位按钮
有效
无效
I0.3
CEMG
紧急停止开关
有效
无效
I0.4
SEN1
冲压工位检测开关
有效
无效
I0.5
SEN2
托盘传送带输入端接近开关
有效
无效
I0.6
SEN3
托盘传送带输出端接近开关
有效
无效
I0.7
ASTART
单机传送带启动按钮（备用按钮）
有效
无效
I1.0
M/A
单/联机选择开关
单机
联机
输出点
信号
说明
输出状态
ON
OFF
Q0.4
START
启动指示灯
有效
无效
Q0.5
STOP
停止指示灯
有效
无效
Q0.6
RESET
复位指示灯
有效
无效
Q0.7
CEMG
报警指示灯
有效
无效
Q1.0
M1
托盘电机启动输出
启动
停止
Q1.1
YV1V+
夹紧气缸电磁阀输出
伸出
缩回
Q0.3
YV2V+
冲压气缸电磁阀输出（下降）
有效
无效
Q0.2
YV3V+
冲压气缸电磁阀输出（上升）
有效
无效
第五章落料单元
一．落料单元组成原理
落料单元包括传送带、阻挡气缸、旋转落料机构三部分，如图1-7-1所示。
图1-7-1落料单元结构图
各部件名称和作用介绍如下：
YV1:
阻挡气缸电磁阀，通过此电磁阀阻挡，将托盘停在旋转落料孔正下方，使盒状工件能落入托盘槽内；
SEN1:
反射开关，传送带输入端工件检测开关，用来检测传送带上是否存在托盘；
SEN2:
反射开关，落料工位检测开关，用来检测盒状工件是否落下；
SEN3:
反射开关，传送带输出端工件检测开关，用来检测托盘传送带输出端是否有工件；
SEN4:
反射开关，料库工件检测开关，用来检测工件是否已经存在于旋转机构料库中；
SEN5:
光电开关，电机旋转原点信号，用来定位使直流电机每次固定旋转一周；
SEN6:
反射开关，托盘到位检测开关，用来检测托盘是否到位（落料孔正下方）。
二．面板接线说明
凡需24V直流电源供电的，请将其连接至电源模块24V区，需接地的请连接至电源模块GND区。
连接时24V连接使用红色线，GND连接使用黑色线，输入点（I）连接使用黄色线，输出点（Q）连接使用绿色线。
具体连接请参见表1-7-2。
表1-7-2落料单元面板接线说明
模块
被连接点
连接点
连接点所属模块
备注
落料单元接线区
I0.4
I0.4
可编程控制器（输入部分）
I0.5
I0.5
可编程控制器（输入部分）
I0.6
I0.6
可编程控制器（输入部分）
I0.7
I0.7
可编程控制器（输入部分）
I1.1
I1.1
可编程控制器（输入部分）
I1.2
I1.2
可编程控制器（输入部分）
Q1.0
Q1.0
可编程控制器（输出部分）
Q1.1
Q1.1
可编程控制器（输出部分）
Q1.2
Q1.2
可编程控制器（输出部分）
V+
24V
电源模块24V区
V-
GND
电源模块GND区
可编程控制器模块（输入部分）
I0.0
SB1-1
按钮、指示灯模块
START
I0.1
SB2-1
按钮、指示灯模块
STOP
I0.2
SB3-1
按钮、指示灯模块
RESET
I0.3
SB7-3
按钮、指示灯模块
CEMG
I0.4
I0.4
落料单元接线区
重复
I0.5
I0.5
落料单元接线区
重复
I0.6
I0.6
落料单元接线区
重复
I0.7
I0.7
落料单元接线区
重复
I1.0
SA1-2
按钮、指示灯模块
M/A
I1.1
I1.1
落料单元接线区
重复
I1.2
I1.2
落料单元接线区
重复
1M
24V
电源模块24V区
2M
24V
电源模块24V区
可编程控制器模块（输出部分）
Q0.4
HL1-1
按钮、指示灯模块
START
Q0.5
HL2-1
按钮、指示灯模块
STOP
Q0.6
HL3-1
按钮、指示灯模块
RESET
Q0.7
HL4-1
按钮、指示灯模块
CEMG
Q1.0
Q1.0
落料单元接线区
重复
Q1.1
Q1.1
落料单元接线区
重复
Q1.2
Q
升级会员 