机电一体化柔性装配系统PLC控制实训指导书D

实训教案指导书机电一体化柔性装配系统PLC控制天津市龙洲科技仪器有限公司目录机电一体化柔性装配系统概述1第一单元上料单元5一、单元简介5二、实训目的7三、实训设备7四、实训内容与步骤8五、控制要求9六、I/O编号分配表14第二单元下料单元16一、单元简介16二、实训目的18三、实训设备18四、实训内容与步骤18五、控制要求19六、I/O编号分配表22第三单元加盖单元24一、单元简介24二、实训目的25三、实训设备25四、实训内容与步骤26五、控制要求27六、I/O编号分配表29第四单元穿销单元31一、单元简介31二、实训目的32三、实训设备32四、实训内容与步骤32五、控制要求34六、I/O编号分配表36第五单元模拟单元38一、单元简介38二、实训目的39三、实训设备39四、实训内容与步骤39五、控制要求40六、I/O编号分配表42第七单元伸缩换向单元44一、单元简介44二、实训目的46三、实训设备46四、实训内容与步骤46五、控制要求47六、I/O编号分配表50第八单元检测单元52一、单元简介52二、实训目的53三、实训设备53四、实训内容与步骤53五、控制要求54六、I/O编号分配表56第九单元分拣单元58一、单元简介58二、实训目的59三、实训设备59四、实训内容与步骤59五、控制要求60六、I/O编号分配表64第十单元升降梯立体仓库单元66一、单元简介66二、实训目的70三、实训设备70四、实训内容与步骤70五、控制要求72六、I/O编号分配表78第十一单元传送单元80一、转角单元80二、直线单元81第十二单元装配生产线全程连续控制82一、实训目的82二、实训设备82三、实训内容与步骤82四、控制要求85五、系统全程控制中需注意的问题86六、I/O编号分配表86七、主站控制变量传送分配表86附录88附录1：上料单元电源系统图88附录2：上料单元气动原理图89附录3：上料单元PLC控制接线图90附录4：下料单元电源系统图91附录5：下料单元PLC控制接线图92附录6：加盖单元电源系统图93附录7：加盖单元PLC控制接线图94附录8：穿销单元电源系统图95附录9：穿销单元气动原理图96附录10：穿销单元PLC控制接线图97附录11：模拟单元电源系统图98附录12：模拟单元气动原理图99附录13：模拟单元PLC控制接线图100附录14：伸缩换向单元电源系统图101附录15：伸缩换向单元气动原理图102附录16：伸缩换向单元PLC控制接线图103附录17：检测单元电源系统图104附录18：检测单元PLC控制接线图105附录19：分拣单元电源系统图106附录20：分拣单元气动原理图107附录21：分拣单元PLC控制接线图108附录22：升降梯立体仓库单元电源系统图109附录23：升降梯立体仓库单元气动原理图110附录24：升降梯立体仓库单元PLC控制接线图111 附录25：电源系统总图112附录26：电源系统用电分配图113附录27：气路连接总图114附录28：S7-300PLC控制接线图115附录29：移动配电平台用户扩展接口分配图116机电一体化柔性装配系统概述Me093399型机电一体化教案系统是以工业生产中的自动化装配生产线为原型开发的教案、实验、实训综合应用平台。

本装置采用铝合金结构件搭建各分站主体设备，选取多种机械传动方式实现站间串联，整条生产线充分展现了实际工业生产中的典型部分。

系统控制过程中除涵盖多种基本控制方法外，还凸现组态控制、工业总线、电脑视觉、实时监控等先进技术，为培养现代化应用型人才创设了完整、灵活、模块化、易扩展的理想工业场景。

为便于协调整个生产线的全程控制，系统设置了一个主站总控制台，主站总控制台是整个装配生产线连续运行的指挥调度中心，其主要功能是实现全程运行的总体控制，完成全系统的通讯连接等。

装配生产线示意图如图1所示。

图1连续生产线示意图升降梯立体仓库站点10分拣单元站点9检测单元站点8模拟单元站点6穿销单元站点5加盖单元站点4废品道上料单元站点2下料单元站点3伸缩换向单元站点7铣床单元站点1滚筒转角皮带转角整个系统主要由12个从站点组成，每个从站单元完成特定的工作任务，以装配、检验、分拣、入库的方式顺序完成各种装配操作和物流处理过程。

各单元的主要功能如下所述：1．铣床单元（站点1）：本站有工件时，进行自动卡紧和铣削加工。

２．上料单元（站点2）：根据工件的位置情况，从料槽中抓取装配主体送入数控铣床单元或将铣床单元加工后的产品转送下料单元。

３．下料单元（站点3）：将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。

４．加盖单元（站点4）：通过直流电机带动蜗轮蜗杆，经减速电机驱动摆臂将上盖装配至工件主体，完成装配后工件随托盘向下站传送。

５．穿销单元（站点5）：通过旋转推筒推送销钉的方法，完成工件主体与上盖的实体连接装配，完成装配后的工件随托盘向下站传送。

６．模拟单元（站点6）：本站增加了模拟量控制的PLC特殊功能模块，以实现对完成装配的工件进行模拟喷漆和烘干，完成喷漆烘干后的工件随托盘向下站传送。

7．伸缩换向单元（站点7）：将前站传送过来的托盘及组装好的工件经换向、提升、旋转、下落后伸送至传送带向下站传送。

8．检测单元（站点8）：运用各类检测传感装置对装配好的工件成品进行全面检测（包括上盖、销钉的装配情况，销钉材质、标签有无等），并将检测结果送至PLC进行处理，以此作为后续站控制方式选择的依据（如分拣站依标签有无判别正、次品；仓库站依销钉材质确定库位）。

9．分拣单元（站点9）：根据检测单元的检测结果（标签有无），采用气动机械手对工件进行分类，合格产品随托盘进入下一站入库；不合格产品进入废品线，空托盘向下站传送。

10．升降梯立体仓库（站点10）：本站由升降梯与立体仓库两部分组成，可进行两个不同生产线的入库和出库。

在本装配生产线中可根据检测单元对销钉材质的检测结果将工件进行分类入库（金属销钉和尼龙销钉分别入不同的仓库）。

若传送至本单元的为分拣后的空托盘，则将其放行。

综上所述，站点1、2、3、4、5主要完成顺序逻辑控制；站点6实现对模拟量的控制；站点8综汇了激光发射器、电感式、电容式、色彩标志等多种传感器的应用，站点9突出体现了气动机械手的控制，站点10则实现步进电机的控制。

在装配生产线运行中各个站点既可以自成体系，彼此又有一定的关联。

为此，采用了PROFIBUS现场总线技术，通过1个主站（S7—300系列PLC）和10个从站（S7—200系列PLC）组成系统，实现主从站之间的通信联系，控制系统组成框图如图2所示。

在主站总控制台的上位计算机上安装有Wincc组态监控软件， Wincc所创建的监控功能可通过动画组件对各单元的工作情况进行实时模拟，为操作人员提供系统运行的相关信息，实现装配生产线的全程监控。

完成本实训工程涉及到现场所需的诸多综合技术应用，如：机械传动技术、电气控制技术、气动与液压技术、传感器的应用、PLC控制技术、过程控制技术和现代化生产中的组态控制、工业总线、电脑视觉、实时监控等。

在完成工程时应由易到难，逐步深入，可从单站控制入手。

完成单站控制的步骤如图3所示：图3单站控制的完成步骤在每一站点单元控制的基础上可以再扩展为系统的全程控制，进而完成PROFIBUS现场总线控制和对整个模拟生产线的实时监控。

图2 控制系统组成框图第一单元 上料单元一、单元简介上料单元是整个装配生产线的起点，该单元的主要功能是根据不同的控制要求从料槽中抓取装配主体送入数控铣床单元或将铣床单元加工后的产品转送下料单元。

本单元的主体结构组成如图1-1所示，包括扬臂同步带传动机构，旋转行星齿轮传动机构、水平移动支架及其齿轮齿条传动机构、托盘直线传送单元、托盘转向从动单元、轨道等。

本单元在结构设计中涉及到行星齿轮系、螺纹微调机构、齿轮齿条机构、张紧机构等相关的机械原理、机械零件知识，行星齿轮系的结构图如图1-2所示:图1-2 行星齿轮系结构图机构名称：行星齿轮系工作特性：降速比大,增加扭矩齿轮O 和电机安装在一起，齿轮A 与齿轮O 、B 相啮合。

本机应用目的：齿轮A 带动旋转盘（齿轮B ）取、送件。

BAA AO图1-1 工件主体上料单元螺纹微调机构结构图如图1-3所示:图1-3 螺纹微调机构结构图机构名称：螺纹微调机构工作特性：调动螺母，利用螺距差实现微调本机应用目的：调节平行四边形的精度齿轮齿条机构结构图如图1-4所示:图1-4 齿轮齿条机构结构图机构名称：齿轮齿条机构工作特性：降速比大,增加水平推动力齿轮O 和电机安装在一起，与齿轮A 相啮合。

齿轮B 与齿轮A 同轴，与齿条相啮合，将旋转运动转为直线运动本机应用目的：电机带动齿轮齿条行走。

为实现本单元的控制功能，在主体结构的相应位置装设了光电传感器、磁性接近开关、微动开关等检测与传感装置，并配备了步进电机、直流电机、直动气缸、电磁铁等执行机构和电磁阀、继电器等控制元件。

详见图1-5所示。

长双端螺纹管短双端螺纹管通过旋转此处进行微动调节双端螺纹管细螺纹粗螺纹短双端螺纹管长双端螺纹管双端螺纹管OAB直流电机2455/SQ1—扬臂下行检测SQ2—扬臂上行检测SQ3—顺转检测SQ4—90°旋转检测SQ5—逆转检测SQ6—左行检测SQ7—右行检测SQ8—工件吸持检测S1—气缸升检测S2—气缸降检测S3—工件检测M4—扬臂升降电机M5—旋转电机M1—行进电机M2—直线Ⅰ电机M3—直线Ⅱ电机YM—直流电磁吸铁C－直动气缸HL—指示灯图1-5 上料单元检测元件、控制机构安装位置示意图二、实训目的1．了解上料单元的机械主体结构、熟悉齿轮齿条等传动过程2．通过系统运行过程理解传感检测元件和执行机构的作用3．读懂工程图纸，学会照图完成安装接线，掌握检查方法4．学习根据控制要求编制和调试PLC程序的方法5．学习系统调试和分析、查找、排除故障的方法三、实训设备1．工件主体上料单元2．PC机3．可编程序控制器及通讯电缆4．万用表5．其它工具四、实训内容与步骤1．熟悉上料单元的机械主体结构，了解机械装配方法，重点观察行星齿轮系、齿轮齿条机构的传动过程和理解螺纹微调机构、张紧机构的作用。

2．对照电源系统图（见附录1）和气动原理图（见附录2）学习本单元电源系统和气动系统的设计与连接调试方法。

3．对照图1-5查找本单元各类检测元件、控制元件和执行机构的安装位置，并依据上料单元PLC控制接线图（见附录3）熟悉其安装接线方法。

4．根据表1-1理解本单元各检测元件、执行机构及控制元件的功能，熟悉基本调试方法（必要时可根据系统运行情况适当调整相应位置）。