台达MPS生产线调试报告

台达MPS生产线调试报告
课程设计说明书（报告）
题目自动化（系统集成）综合实训
课程设计MPS模块化自动生产线调试
院（系、部、中心）工程基础实训中心
专业自动化（系统集成）
班级D自集成081
学生姓名缪苗
学号233080131
设计地点台达基础实验室
指导老师解乃军/程啟华
工程基础实验与训练中心
起始时间：2011年 12月19日至 2011年1 月 13日
目录
一、设计任务 (2)
（一）设备安装 (2)
（二）气路连线 (2)
（三）电路设计和电路连接 (2)
（四）程序编制和程序调试 (2)
二、设计过程 (3)
（一）过程描述、需求分析 (3)
（二）总体方案框架图 (4)
（三）器件选择及型号 (5)
（四）I/O地址分配表 (11)
（五）电气原理图 (13)
（六）程序流程图 (19)
（七）PLC源程序 (26)
三、安装和调试说明 (31)
四、设计中的问题分析 (32)
五、设计总结 (32)
六、主要参考资料 (33)
一、设计任务
（一）设备安装
完成MPS模块化自动生产线的供料、装配、机械手、检测和立体库单元的部分器件装配工作，并把这些工作单元安装在MPS的工作桌面上。

（二）气路连线
根据生产线工作任务对气动元件要求和控制要求、连接气路。

（三）电路设计和电路连接
1、根据控制要求，设计各单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图连接电路。

2、根据该生产线的网络控制要求，连接通讯网络。

（四）程序编制和程序调试
1、根据该生产线正常生产的动作要求和特殊情况下的动作要求，编写PLC 的控制程序和设置步进电机、伺服电机驱动器参数及变频器参数。

2、调试机械部件、气动元件、检测元件的位置和编写的PLC控制程序，满足设备的生产和控制要求。

二、设计过程
（一）过程描述、需求分析
MPS模块化自动化生产线由供料、装配、机械手、检测和立体库等5个工作站组成。

MPS模块化自动化生产线的工艺过程是：
1、系统接通电源及气源后，按急停按钮各单元回复到各自初始状态。

2、系统启动后，若供料单元的料仓中无料，则系统处于待机状态，并向系统发报警信号；若料仓中有工件（三种：高黑件、低黑件、低白件），则推料气缸动作，将工件推出，并且推料气缸缩回。

并向机械手单元发有料信号，等候机械手取料。

3、机械手单元接受到供料单元出货台有工件后，由原点位置直接伸出机械臂，升降气缸下降并抓取工件，然后升降气缸上升并缩回机械臂，步进驱动机构工作，将工件旋转移动至装配单元，并向装配单元发出来料信号。

4、装配单元接受到来料信号后，推料气缸将装配件推出并退回，机械手单元的机械臂伸出，气爪松开，将工件直接放置到装配件上部，然后机械臂缩回，旋转压紧机构待机械臂完全缩回后开始工作：首先旋转气缸动作，旋转90度后，将压紧装置移至工件上方，压紧气缸启动，将工件与装配件压紧，然后回位，旋转气缸也回位，最后向机械手单元发出装配完成信号。

5、机械手单元接受到装配单元的完成信号后，机械臂伸出，升降气缸下降并抓取成品件，然后升降气缸上升，机械臂缩回；步进驱动机构旋转移动至检测单元，机械臂伸出，升降气缸下降并释放气爪，然后升降气缸上升，机械臂缩回，并向检测单元发出喂料完成信号。

6、检测单元接受到来料信号后，丝杆传输机构将成品件移送至高度检测机构处，高度检测气缸动作，检测成品件高度，若为高成品件，则丝杆传输机构反向启动，将高成品件送至进出货平台处，并向机械手单元发出货信号；若高度检测结果为低成品件，则丝杆传输机构将低成品件继续移送至颜色判别传感器处进行颜色识别并记录检测结果，然后低成品件由丝杆传输机构反向启动送出，并向机械手单元完成信号及完成信号及工件属性信息。

7、机械手单元接受检测单元信号后，机械臂伸出，升降气缸下降并抓取工件，然后升降气缸上升，机械臂缩回，步进驱动机构将检测后的成品件旋转移至立体库单元，到达立体库单元后，机械臂伸出，升降气缸下降并释放成品件，然后升降缸上升，机械臂缩回，并向立体库单元发出来料信号。

机械手单元步进驱动机构反转回退初始的原点位置。

8、立体库单元接受到来料信号及工件属性信息后（包括高成品件、低白成品件、低黑成品件），变频传输机构启动（模拟量驱动、模拟信号来源于PLC、并且速度可调），将成品件输送至抓取位置。

堆垛机上的抓取机构检测到有料信号后，首先伸缩气缸伸出并抓取成品件，然后Z向伺服电机上升一小段，离开接料位，然后堆垛机X/Z向伺服移动机构移动至对应库位，伸缩气缸伸出并释放成品件，最后堆垛机回退到初始的原点位置。

9、整个设备的工艺流程完成。

若供料单元依然有料，则重复执行上述工艺流程，以实现循环工作。

（二）总体方案框架图
电源
装配单元
供料单元
电源模块检测单元
机械手单元
立体库单元
2012年1月10
日
MPS 模块化自动生产线框架图
气源
线槽
线槽
线槽
线槽
线槽
线槽
图2-1 方案框架图
（三）器件选择及型号
表2-1 器件选择以及型号
序号单元名
称标
号
对应元器件说明
1 供料单
元B1 SDBU-F-NR-1-ZU
-K-2-N-LE
推料气
缸推出
检测
B2 SDBU-F-NR-1-ZU
-K-2-N-LE
推料气
缸退回
检测
S1 BF3RX+FD-320-0
5(四线)
工件料
仓检测Y1 SY5120-5LZD-01 推料气
缸电磁
阀
H1 JD36E3-H01GYR
024
三色灯
B3 SDBU-F-NR-1-ZU
-K-2-N-LE
推料气
缸推出
检测
B4 SDBU-F-NR-1-ZU推料气
2 装配单
元
-K-2-N-LE 缸退回
检测
B5 SDBU-F-NR-1-ZU
-K-2-N-LE
升降气
缸上端
检测
B6 SDBU-F-NR-1-ZU
-K-2-N-LE
升降气
缸下端
检测
B7 SIEN-M5B-NS-K-
L(三线)
旋转气
缸转回
检测
B8 SIEN-M5B-NS-K-
L(三线)
旋转气
缸转出
检测
S2 BF3RX-FD-320-0
5(四线)
装配件
物料检
测
Y2 SY5320-5LZD-01 旋转转
回电磁
阀
Y3 SY5320-5LZD-01 旋转转
出电磁
阀
Y4 SY5120-5LZD-01 升降气
缸电磁
阀
Y5 SY5120-5LZD-01 推料气
缸电磁
阀
3 检测单
元B9 SDBU-F-NR-1-ZU
-K-2-N-LE
升降气
缸上端
检测
B1
SDBU-F-NR-1-ZU
-K-2-N-LE
升降气
缸下端
检测
S3 BF3RX+FD-320-0
5(四线)
进出平
台物流
检测
S6 BR100-DDT(三线) 成品件
颜色判
别
S7 BS5-T2M(配插头)
（四线）
高度上
端检测S8 BS5-T2M(配插头) 高度下
（四线）端检测S9 PS17-5DN(三线) 丝杆行
走定位
检测
SQ 1 SS-5GL2-F 丝杆左
限位
SQ 2 SS-5GL2-F 丝杆右
限位
M3 TH37JB555(24V/1 5W/110rpm；) 直流减速电机
Y6 SY5120-5LZD-01 升降气
缸电磁
阀
4 机械手
单元B1
1
D-M9BL 气爪检
测
B1
2
D-M9BL 升降气
缸上端
检测
B1
3
D-M9BL 升降气
缸下端
检测
B1D-Z73L 伸缩气
4 缸缩回
检测
B1 5 D-Z73L 伸缩气
缸伸出
检测
S10 PR08-2DN(三线) 步进原
点检测
SQ 3 SS-5GL2-F 步进左
限位
SQ 4 SS-5GL2-F 步进右
限位
M1 57BYGH78 步进电
机
BJ 1 SWT-204M(信号
接口24V)
步进驱
动器
B1 6 D-M9BL 气爪检
测
B1 7 D-Z73L 伸缩气
缸缩回
检测
B1 8 D-Z73L 伸缩气
缸伸出
5 立体库
单元
检测
S4 F3RX+FD-320-05(
四线)
皮带始
端物料
检测
S5 F3RX+FD-320-05(
四线)
皮带终
端物料
检测
M2 4IK25GN-S/4GN1
0K
感应电
机
SQ
5
SS-5GL2-F X轴左
限位SQ
6
SS-5GL2-F X轴右
限位SQ
7
SS-5GL2-F X轴原
点
SQ
8
SS-5GL2-F Z轴左
限位SQ
9
SS-5GL2-F Z轴右
限位SQ
10
SS-5GL2-F Z轴原
点
Y1SY5120-5LZD-01 伸缩气
0 缸电磁
阀
Y1 1 SY5120-5LZD-01 气爪控
制电磁
阀
6 合面KA
1-
KA
6
MY4NJ/DC24V(
配座)
继电器
XT
1
J42-1.5(110片) 接线端
子
（四）I/O地址分配表
表2-2 I/O地址表
名称输入说明线号输出说明线号
运料单元X0 气缸上限100 Y0 步进电机脉冲110 X1 气缸下限
101 Y1
步进电机正反转
控制111 X2 机械手张开限位102 Y14 步进电机使能112 X3 机械手缩限位
103 Y15
运料机械手气缸
电磁阀113 X4
机械手伸限位104 Y16
机械臂伸缩电磁
阀114 X5
机械手左限位105 Y17
机械臂上下气缸
电磁阀115 X6 机械手右限位106
X7 旋转到位信号107
送料单元X10 送料工件到位400 Y6 送料气缸电磁阀410 X11 送料气缸缩限位401
X12 送料气缸伸限位402
配料单元X13 配料气缸缩限位201 Y7
装配旋转气缸工
作220 X14 配料气缸伸限位203 Y10
装配旋转气缸回
原点221 X15 压料气缸上限位205 Y11
装配压气缸电磁
阀222 X16 压料气缸下限位207 Y12
装配推料汽缸电
磁阀223 X17 配料转原限位210
X20 配料转工作限位213
X21 配料工件到位216
按钮X23 启动
X24 急停
检测单元X22 位置检测318
X30 检测单元工件到位321 Y20
检测单元电机正
转352 X31 行程前限位322 Y21
检测单元电机反
转353 X32 行程后限位320 Y22
检测压下气缸电
磁阀360 X33 检测气缸上限位301
X34 检测气缸下限位303
X35 高度检测上312
X36 高度检测下314
X37 颜色判断305
装仓单元X40
装仓机械手张开信
号501 Y2 Z轴脉冲信号520 X41
装仓机械手伸出信
号532 Y3 Z轴正反转控制521 X42 皮带前端限位504 Y4 X轴脉冲信号522 X43 皮带后端限位505 Y5 X轴正反转控制523 X44 X轴前限位506 Y24 皮带反转524
X45 X轴后限位507 Y25
装仓机械手张开
气缸电磁阀525 X46 Z轴下限位511 Y26
装仓机械手伸缩
气缸电磁阀526 X47 Z 轴上限位509
（五）电气原理图
1、电源部分，见图(2-2)。

图2-2电源部分2、步进电机驱动部分，见图(2-3)。

图2-3 步进电机驱动部分3、伺服电机驱动电路，见图(2-4)。

图2-4 伺服电机驱动电路4、变频器电路，见图(2-5)。

图2-5 变频器电路
5、PLC输入电路，见图(2-6) (2-7) (2-8)。

图2-6 主PLC输入电路1
图2-7 主PLC输入电路2
图2-8 从PLC输入电路6、PLC输出电路，见图(2-9) (2-10) (2-11)。

图2-9 主PLC输出电路1
图2-10 主PLC输出电路2
图2-11 从PLC输出电路
（六）程序流程图
1、总流程图，见图(2-12)。

MPS模块化自动生产线流程图
开始
启动电源及气源
按下各单元
复位按钮
（初始化）
供料单元
供料
机械手单元
抓取工件送
装备单元
装配单元装
配工件
机械手单元
抓取工件送
检测单元
检测单元检
测工件类别
机械手单元
抓取工件送
立体库单元
立体库单元
工具工件类
别分层存放
结束
图2-12 总流程图
2、供料单元流程图，见图(2-13)。

MPS 模块化自动生产线流程图
（供料单元）
开始
系统启动
供料单元无料气缸推出工件
气缸缩回
向机械手单元发出信号
等待（报警）
是否
等待下一次推出工件
结束
图2-13 供料单元流程图3、装配单元流程图，见图(2-14)。

MPS模块化自动生产线流程图
（装备单元）
开始
机械手单元
送来工件
推料气缸推出
装配件并退回
旋转气缸旋
转90度
将装配件与
工件压紧
旋转气缸
回位
装配结束
向机械手发
出信号
结束
图2-14 装配单元流程图4、检测单元流程图，见图(2-15)。

MPS模块化自动生产线流程图
（检测单元）
机械手送来
装配件
开始
检测成品件
高度
高成品件
低成品件
丝杠反转送工件至进出货平台处
向机械手发出信号
丝杠正转送工
件颜色传感器
判别颜色
丝杠反转送
工件至进出
货平台处
向机械手发
出信号
记录检测结
果并送立体
库单元
结束
图2-15 检测单元流程图
5、立体库单元流程图，见图(2-16)。

MPS模块化自动生产线流程图（立体库单元）
开始
机械手送来
成品件件
变频器启动
（皮带发转）
送工件至抓
取位，皮带
停止转动
立体库机械手
下降到适当的
抓取高度
伸缩气缸伸出
抓取成品件
X/Z轴向伺服移
动机构同时移动
至对应库位
伸缩气缸伸出
释放成品件
伸缩气缸缩回
立体库机械手回
到起始位等待下
次抓取
结束
图2-16 立体库单元流程图
6、机械手单元流程图，见图(2-17)。

MPS模块化自动生产线流程图
（机械手单元）
开始
伸出机械臂
气缸下降并
抓取工件
气缸上升并缩回机械臂
步进电机工作（送工件旋转至装配单元）
伸出机械臂
松开气爪
送工件至装
配件上方后
机械臂缩回
伸出机械臂
气缸下降并
抓取成品件
气缸上升并
缩回机械臂
步进电机工作
（送工件旋转
至检测单元）
气缸下降伸
出机械臂松
开气爪
送工件检测单元
上方后气缸上升
且机械臂缩回
气缸下降伸
出机械臂抓
取成品件
气缸上升并
缩回机械臂
步进电机工作
（送工件旋转至
立体库单元）
气缸下降伸
出机械臂释
放成品件
气缸上升并
缩回机械臂
步进电机工作
机械手回原点
结束
图2-17 机械手单元流程图
（七）PLC源程序
三、安装和调试说明
1、确定接线完全正确后，经反复检测后，方可通电。

以免引起PLC、步进电机、伺服电机及驱动器、变频器和直流电源的损坏；
2、调试过程中要防止撞击，以免造成抓取机械手不能正常工作等情况发生；1)系统复位及启动
系统上电后，首先自动执行复位操作，在复位的过程中，绿色警示灯以2Hz 的频率闪烁。

红色和黄色灯均熄灭。

复位过程包括：使机械手置回到原点位置和检测各工作站是否处于初始状态。

各工作站初始状态是指：
①各工作站的紧急停止按钮均未按下。

②各工作单元均处于初始位置。

③供料单元料仓内有足够的待装配零件。

当机械手装置回到原点位置，且各工作站均处于初始状态，则复位完成，绿色警示灯常亮，表示允许启动系统。

这时若按下启动按钮，系统启动，绿色和黄色警示均常亮。

2)系统的正常停止
当立体库分拣站完成推出的套件数达到所指定值时，系统工作结束，警示灯中黄色灯熄灭，绿色灯仍保持常亮。

系统工作结束后若再按下启动按钮，则系统又重新开始工作。

4、注意生产线非常工作状态描述：
1)如果发生“零件没有”的报警信号，警示灯中红色灯以亮1秒，灭0.5秒的
方式闪烁；黄色灯熄灭，绿色灯保持常亮。

①若“零件没有”的报警信号来自供料站，且供料站物料台上已推出零件，系统继续运行，直至完成该工作周期尚未完成的工作。

当该工作周期工作结束，系统将停止工作，除非“零件没有”的报警信号消失，否则系统不能自动或手动再启动。

②若“零件没有”的报警信号来自装配站，且装配站回转台上已落下小圆柱零件，系统继续运行，直至完成该工作周期尚未完成的工作。

当该工作周期结束，系统将停止工作，除非“零件没有”的报警信号消失，系统不能自动或手动再启动。

2)系统工作过程中按下急停按钮，则对策如下：
①警示灯中红色灯和绿色灯保持常亮，黄灯熄灭；急停复位后，复位正常显示。

②若装配站正在进行装配工作，则装配立即停止。

在急停复位后，应从急停前的断点开始继续运行。

四、设计中的问题分析
1、步进电机运用细分驱动器的作用是什么？
答：步进电机驱动器细分的主要作用是提高步进电机的分辨率。

通常细分有2,4,8,16,32,64,128,256,512....在国外，对于步进系统，主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。

但在国内，广大用户对“细分”还不是特别了解，有的只是认为，细分是为了提高精度，其实不然，细分主要是改善电机的运行性能，现说明如下：步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，以二相电机为例，假如电机常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机，电机没运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变0，相电流的巨大变化，必然会引起电机的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。

如果使用细分驱动器，在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A，且电流是以正弦规律变化的，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。

2、步进电机与伺服电机的区别？
答：首先二者都是特种电机，都能精确控制速度。

但是二者控制速度的原理不同：伺服电机是闭环控制（通过编码器反馈等完成），即会实时测定电机的速度；步进电机是开环控制，输入一个脉冲步进电机就会转过一固定的角度，但是不对速度进行测定。

伺服电机的启动转矩大，即启动快。

很短的时间内就可以达到额定速度。

且过载能力强。

步进电机启动时间慢，过载能力差，且容易发生丢不现象。

五、设计总结
通过第四阶段的训练，使自己对台达MPS生产线线有了更好的认识，同时也对老师在课上讲的生产线知识有了很好的温顾，也通过第四阶段的训练发现了一些自己处理各站通信、伺服设置上的问题，而这些问题往往不通过实训是不容易找出来的，所以本次综合实训给了我一个很好的掌握巩固知识和发现在理论学习中经常会忽略的一些问题的机会。

同时，综合实训也提供给我们一个很好的独立思考的空间，在项目要求范围内可以按照自己的思路去完成任务，给了我们一个运用所学知识解决实际问题的机会。

在一些自己不懂的地方，还可以请教同学，给了我们相互学习交流的机会。

在第四阶段的训练中，我最大的体会就是：耐心、团结、协助。

因为很多地方通讯不起来很可能是因为自己在某些地方设置的不对，而一个团队在一起团结协作可以通过几个人的知识来很好的在最快的时间内解决问题。

同时，通讯问
题时一定要耐心。

经过第四阶段的台达MPS生产线的训练，让我基本熟悉了台达MPS生产线。

这为我以后的工作打下了好的的基础。

通过10周的综合实训，是我的综合应用能力有了很大的提高。

六、主要参考资料
1、《电气控制与可编程序控制器应用技术》，郁汉琪主编，东南大学出版社
2、《数据通信及网络基础》、瞿坦编、武汉华中理工大学出版社、1996
3、《现场总线技术及应用》，阳宪惠主编、清华大学出版社、1999.6
4、《运动控制系统》，张崇巍主编，武汉理工大学出版社，2002.1
5、《电力拖动自动控制系统》(第3版)，陈伯时主编，机械工业出版社、2003
6、《数控技术及自动化》，袁安富编著，清华大学出版社，2009年
7、《机器人技术与应用》，芮延年主编，化学工业出版社，2008.7
8、《传感器与测控技术工程实践技术》，付家才，化学工业出版社，2005.03
9、《台达MPS生产线指导书》，解乃军，自编讲义。