模块化生产实训报告

自动生产线的运行与调试报告
第1章机电一体化简介2
1．1机电一体化技术3
1．2机电一体化系统构成3
1．3机电一体化现状与发展趋势3
第2章安装站装置气动控制系统设计5
2．1MPS系统的总体介绍5
2．2 安装站装置的组成与控制7
2．2．1 安装站装置的组成7
2．2．2传感器8
2．2．3安装站装置的动作与控制要求9
2．3 安装站装置的气动回路设计9
2．3．1介绍气动元件的作用9
2．3．2气动原理图设计错误!未定义书签。

2．3．3安装站PLC控制I/O端口12
2．3．4急停系统原理14
2. 3. 5安装搬运站PLC梯形图 (15)
2． 3. 6指令表程序 ............................................................................ . (17)
第3章安装站装置气控制系统的实际回路安装与调试20
3．1 安装站气动回路的组建20
3．2 调试过程20
第4章实训小结22
参考文献23
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第1章机电一体化简介
1．1机电一体化技术
“机电一体化”是日本人在20世纪70年代初提出来的，意思是机械技术和电子技术的有机结合。

这一名称已得到包括我国在的世界各国的承认，我国的工程技术人员习惯上把它译为机电一体化技术。

机电一体化技术又称为机械电子技术，是机械技术、电子技术和信息技术有机结合的产物。

一个机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。

而这五大组成要素其部与相互之间也必须遵循如下四个原则：
（1）结构耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。

而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。

变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。

（2）运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以与以运动控制为目的的优化。

（3）信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。

对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以与自学习功能等知识驱动功能。

（4）能量转换：两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无
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法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法与原理。

1．2机电一体化系统构成
机电一体化系统一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素五大组成要素有机结合而成。

（1）机械本体（结构组成要素）
机械本体包括机械传动部分（齿轮传动、链传动、液压传动等）和机械结构部分（壳体、机身、支座等支撑结构。

）机械本体要尽量做到小型化，具有较高的强度、刚度，并且实现模块化、标准化、系列化。

机械传动装置还要要求有高刚度、低惯量、较高的谐振频率和适当的阻尼性能。

（2）动力驱动部分（动力组成要素）
动力系统在控制信息作用下，提供动力，驱动各执行机构完成各种动作和功能。

机电液一体化系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特性，同时要求对外部环境的适应性和可靠性。

用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出，是机电液一体化产品的显著特征之一。

（3）测试传感部分（感知组成要素）
检测部分功能主要是对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数与状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理与控制器部分，经过分析、处理后产生相应的控制信息。

其功能一般由专门的传感器和仪器仪表完成。

（4）执行机构（运动组成要素）
执行机构的功能是根据控制信息和指令完成所要求的动作。

执行机构是运动部件，它将输入的各种形式的能量转换为机械能。

工程机械上常用的电动执行机构有各种伺服电机、步进电机、电磁阀、继电器。

（5）控制与信息处理部分（职能组成要素）
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控制器和信息处理设备是机电一体化系统的核心部分。

它将来自各传感器的检测信息和外部输入命令按预先编制的程序进行储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统。

1．3机电一体化现状与发展趋势
机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术，它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。

今天机电一体化技术发展飞速，机电一体化产品更新日新月异。

20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。

一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支：（1）光机电一体化：一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。

因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统。

光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。

（2）微机电一体化：微机电一体化是介观物理、混沌物理、量子力学等科学和计算机、电信技术、纳米技术与超微细加工等技术互相融合的先进科技，21世纪科学技术发展的前沿领域，介绍微机电一体化系统的概念、制造与应用与其需要深入研究的科研课题。

另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。

同时，由于人工智能技术、神经网络技术与光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。

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第2章安装站装置电、气动控制系统设计
2．1MPS系统的总体介绍
MPS 系统是由独立的各站相互连接在一起组成的一条自动加工生产线。

MPS 系统如图2-1所示、MPS系统结构如图2-2所示、控制面板如图2-3所示。

图2-1 MPS系统
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图2-2 MPS系统结构
第一站实现对工件蓝黑的检测,再将工件送到皮带末端供第二站机械手搬运。

；第二站是利用机械手将工件从第一站搬到第三站；第三站是工件的加工；第四站是装配工件；第五站将第四站安装好的工件搬到第六站的工作台上；最后第六站实现工件的分装。

每个站都配备有如图2-3所示的控制面板：
图2-3 控制面板
各站都可通过一控制面板来控制PLC的控制程序使各站按要求进行工作，一个控制面板上有5个按钮开关，二个选择开关和一个急停开关。

各开关的控制功能定义为：
●带灯按钮，绿色开始
●带灯按钮，黄色复位
●按钮，黄色特殊功能按钮
●两位旋钮，黑色自动/手动
●两位旋钮，黑色单站/联网
●按钮，红色停止
●带灯按钮，绿色上电
●急停按钮，红色急停
2．2控制站装置的组成与控制
2．2．1安装站装置的组成
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1.机械部分
（1）吸盘机械手：用真空吸盘提取待装配小工件。

（2）上下摇臂单元：真空吸盘提取待装配小工件通过摇臂单元将气缸的直线运动转为旋转运动。

（3）气动自动切换仓位单元：供选择待装配小工件仓位。

（4）气动送料单元：待装配小工件仓位推出。

（5）出料载物台
机械部分如图2.4所示
图2.4机械部分
2.控制部件:
（1）可编程序控制器CPU FX2N-48MR用于PLC程序的控制与功能实现。

（2）FX2N-485BD模块与通讯电缆：完成整个MPS系统联机工作。

（3）带短路保护的DC：24V开关电源提供工作电源与保护。

（4）按钮控制面板：控制PLC的控制程序使其按要求进行工作。

控制部分如图2.5所示：
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图2.5控制部分
2．2．2 传感器
传感器定义能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

传感器的分类：
1. 根据被测物理量分类：速度传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。

2.按工作原理分类：应变式、电压式、电容式、涡流式、差动变压器式等。

在实训中所用到的传感器有：磁性传感器，光电传感器，电容传感器，电感传感器。

在安装站所用到的传感器有：磁性传感器，电感传感器。

磁性传感器是一种将磁信号转换为电信号的期间或装置。

作用：作为限位开关使用。

电感传感器是利用线圈自感或互感系数的变化来实现非电量电测的一种装置，能对位移,压力，振动，应变，流量等参数进行测量。

作用：检测汽缸是否伸出缩回到位。

2．2．3安装站装置的动作与控制要求
系统上电后上电按钮指示灯亮，复位指示灯闪烁—（按复位按钮）—系统自
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动复位至初始位置（送料上下摇臂右转到位、仓位切换缩回到位与推出缸缩回到位）—开始灯闪—（按开始按钮）—（有工件）—送料上下摇臂左转摆出—（左转到位）—推出缸伸出—（推出到位）—推出缸缩回—（推出到位）—吸盘吸气—（延时1S）——吸取待装小工件—送料上下摇臂右转摆回—（右转到位）—吸盘停止吸气—送料上下摇臂右转摆回—仓位切换—等待工件，如此循环。

2．3安装站装置的气动回路设计
2.3.1介绍气动元件的作用
本站气动元件包括气源，双作用气缸，换向阀，可调单向节流阀。

1.气源：气源装置通常包括空气压缩机、储存装置、冷却装置、净化装置等。

气源可以提供气动系统所需的压缩空气，其中减压阀用于调节工作压力。

实训装置中一体式压缩机将压缩空气送到装置上，再通过装置上的一个气动三联件调整压力和进一步净化压缩空气，供设备使用。

2.双作用气缸：在压缩空气作用下，双作用气缸活塞杆既可以伸出，也可以回缩。

通过缓冲调节装置，可以调节其终端缓冲。

气缸活塞上永久磁环可用于驱动磁性传感器动作。

3.换向阀：换向阀是利用阀芯的位置变动，改变阀体上各通口的通断状态，从而控制油路（或气路）连通、断开或改变介质的流动方向。

4.可调单向节流阀：可调单向节流阀由单向阀和可调节流阀组成，单向阀在一个方向上可以阻止压缩空气流动，此时，压缩空气经可调节流阀流出，调节螺钉可以调节节流面积。

2.3.2气动原理图设计
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图2.6 气动原理图
工作原理： 1YA1得电，1#回转缸A缩回、1YA2得电，1#回转缸A推出；2YA1
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得电，控制仓位切换2#料仓缸B缩回，2YA2得电，控制仓位切换2#料仓缸B推出；3YA1得电，吸盘吸气，3YA2得电，吸盘放气；4YA得电，推出气缸C推出，4YA断电，推出气缸C 缩回。

电磁铁动作顺序表如表2.2所示：
表2.2电磁铁动作顺序表
2.3.3 安装站PLC控制I/O端口
搬运站的开始按钮SB1，复位按钮SB2，特殊功能按钮SB3，手动/自动按钮SB4，单站/联网按钮SB5，停止按钮SB6，上电按钮SB7，气缸1向前转SQ1，气缸1向后转SQ2，气缸2向前推SQ3，气缸2向后退SQ4，气缸3缩回SQ5，气缸3推出SQ6作为PLC的输入信号，共有13个。

开始灯，复位灯，旋转气缸回位1YV1，旋转气缸送出工件1YV2，选择黑工件2YV1，选择蓝工件2YV2，吸盘放工件3YV1，吸盘吸工件3YV2，推出工件4YV是输出信号，共有9个。

虑15%余量，应该选用PLC可以满足控制要求，控制I/O端口图如图2.7所示，PLC控制I/O分配如表2.3。

表2.3安装站的I/O分配
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X6 气缸3推出SQ6 Y5 吸盘吸工件3YV2
X10 开始SB1 Y6 推出工件4YV
X11 复位SB2 Y10 开始灯L1
X12 特殊功能按钮SB3 Y11 复位灯L2
X13 自动/手动SA4
X14 单站/联网SA5
X15 停止SB6
X16 上电SB7
图2.7搬运站PLC控制I/O端口图
2.3.4急停系统原理
急停原理：按下上电按钮，KR2得电，KR2-1闭合，Y16得电，KR2-2闭合，PLC的X16接通，KR2-3闭合，COM1、2接到0V，KR2-4闭合，L1灯亮。

系统正常工作。

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按下急停按钮，KR2断电，KR2-1断开，其余开关均断开，L1灯灭。

系统停止工作，已达到即停的目的。

系统原理图如图2.8所示：
图2.8 急停系统原理图
2.3.5安装搬运站PLC梯形图
1.设计思路
根据搬运站装置的动作与控制要求来编写状态转移图如图2.9所示：
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图2.9状态转移图2．梯形图
根据状态转移图得到的PLC梯形图如图2.10所示：
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PLC运行
复位
吸工件
复位灯亮
回初始位置
吸工件
旋转汽缸回位
选择黑工件
开始灯亮
系统开始运行
延时1S
旋转气缸送出工件选择黑工件
选择蓝工件2YV2
推出工件
延时2S
旋转气缸回位
延时2S
吸盘吸工件
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旋转气缸送出工件
吸盘放工件
延时1S
旋转汽缸回位
特殊灯亮
重新开始
结束
图2.10PLC梯形图
2．3. 6指令表程序
指令表程序如表2.4所示。

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第3章安装站气动控制系统的实际回路安装与调试
3．1 安装搬运站气动回路的组建
安装搬运站气动回路的连接:根据要求依次将气源，气动二联件，二位五通电磁换向阀，可调单向节流阀，双作用气缸按一定要求连接起来。

安装搬运站气动回路实物照片如图3.1所示：
图3.1 安装站气动回路实物照片
3．2 调试过程
1．电气识图
通过电气原理图、接线图能够明确各输入输出的接线情况。

如查找本站传感器1B1的I/O地址。

首先从I/O原理图可知该传感器1B1输出端接到C4的TI4的I0端口，根据C4接线图可知，C4的TI4的I0端口连接到C4接线口的PIN 13端口，在查找PLC的端口接线图可知，C4接线口的PIN 13的输出端出来接到PLC到的X0输入端。

由此可知该传感器的I/O地址为X0。

2．输入输出的实物接线查找
以查找本站传感器1B1的I/O地址为例。

由实物可知1B1为工件选择气缸的缩回到位检测传感器，按下该气缸手动按钮，使该气缸运行到缩回位置，如果
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PLC和I/O接线板的X0指示灯亮，说明实物接线与图纸表达一致。

3．气动回路调试
手动操作气缸：按下SQ0,观察汽缸1是否向前旋转到位如果旋转到位，则证明汽缸正常，反之不正常。

其他如上：SQ1对应汽缸向后旋转到位，SQ2汽缸2向前推进到位，SQ3汽缸2向后缩回到位，SQ5汽缸3推出到位，SQ6汽缸缩回到位。

4．程序的编写和下载
(1)编写程序
根据控制要求编写PLC程序，检查基本无误后将PLC程序输入计算机并检查是否有误。

2.下载程序
将PLC置于“STOP”状态，将已输计算机的程序写入到PLC中，下载完成后将PLC置于“RUN”状态，检查PLC是否运行正常。

5.总体调试
在计算机上对程序进行监控，在搬运站面板上按下“上电”按钮，指示灯亮，“复位”按钮指示灯亮，按下“复位”按钮汽缸复位。

复位后，“开始”按钮指示灯亮，按下“开始”按钮后，整个行程开始运作。

当工件推出时，则启动贿赂与各部位开始运作，进行吸取工件，然后把它送到下一工站，进行加工运作等一系列流程。

之后再回复初始状态等待下一工件的来临。

6.遇到的问题
1.吸盘吸工件后送工件到下一站时，立马摆回，没有停顿。

2.选择工件缸来回摆，不停地选择工件。

7.解决方法
1.在程序中加入一个延时程序。

2.加入互锁程序
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实训总结
这门课我们学习今儿有十五周，刚开始的课上，我们调试的老师的程序，熟悉一下调试的步骤和过程。

渐渐地我们开始记录系统动作所对应的控制面板按钮。

熟悉这些，是为最后的自己编程做一些铺垫与准备工作。

接下来我们对系统的连接做了一次答辩，主要是关于输入、输出的连接，伺服电机的驱动以与PLC 如何控制系统动作等。

最后的也是最重要的就是，我们组自己设计编程，自己调试。

有了前面知识的积累，后期的编程也就显得没有那么难了，我们很顺利的编程，调试，直到最后结束。

一学期的课程，我对自动化生产线有了初步了解，也能成功的调试使其运行。

我相信在课上的实践会对以后的工作有很大的帮助。

这门课程与专业的吻合度非常高，但是课程简短，如果课程多一点，可以让我们接触整个生产线，会有始有终的了解相邻站的通信条件。

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参考文献
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[2]阮友德.电气控制与PLC实训教程[M].：人民邮电，2006.10
[3]廖常初.PLC基础与应用[M].：机械工业
[4]许晓峰.电机与拖动(第2版) [M].：高等教育，2000.08
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