自动化生产线的设计论文.doc

20沧州职业技术学院毕业设计自动化生产线的设计 2013届电气工程 系 专 业 机电一体化 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 2015年11月 6 日毕业设计（论文）评语及成绩学生姓名专业班级学号毕业设计（论文）题目指导教师姓名指导教师职称指导教师评语：答辩小组意见：答辩小组组长签字： 年 月 日成绩：系主任签字： 年 月 日毕业设计（论文）任务书题目专业班级学生姓名所在系导师姓名导师职称一、设计（论文）内容二、基本要求三、主要技术指标（或研究方法）四、应收集的资料及参考文献五、进度计划教研室主任签字时间年 月 日毕业设计（论文）开题报告题目自动化生产线的设计专业机电一体化班级机电1301学生姓名张浩一、文献综述（立论依据）自动线是能实现产品生产过程自动化的一种机器体系，通过采用一套能自动进行加工、检测、装卸、运输的机器设备,组成高度连续的、完全自动化的生产线，来实现产品的生产，从而提高工作效率。降低生产成本、提高加工质量、快速更换产品是机械制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志，它的发展趋势是提高可调性，扩大工艺范围，提高加工精度和自动化程度，同计算机结合实现整体自动化车间与自动化工厂。 目前我国国内高校普遍缺乏该领域的培训教材以及实训装配，使得我们的同学在学习过程中缺少足够的立体认识，学生实际动手技能得不到锻炼，造成很难培养这领域的优秀人才。为了加强学生面向新世纪的挑战能力，提高机、光、电一体化的理论水平与实践能力刻不容缓，重点建设机电类工程，柔性加工综合实验平台，更具有迫切性和现实意义。 通过毕业设计，加强我们对自动化生产线的理解及操作能力，锻炼我们的编程能力，以及对传感器技术、气动技术的应用能力。二、研究内容及预期目标 在自动生产线上运用触摸屏发送命令及及时反馈各自需要的信号，使系统完成需要进行的工作。整个系统从供料到供料再到加工，然后在进行分拣。其中需要有急停信号的处理单机、联机的处理以及分拣出废料是否进行重新加工以及重新装配的过程。 具体的工艺流程是触摸屏先发出信号给输送站，输送站复位完成后发出信号给供料站。供料站接受信号后，进行供料动作，然后输送站中的机械手通过伺服驱动器和伺服电机运行到供料站处进行抓取，抓取后再移动到装配站。到达后，向装配站发出装配请求，从而进行工件的装配。工件装配完成后，向输送站发出抓取请求，然后再有输送站的机械手抓取送往加工站，到达加工站后再向加工站发出加工请求。当加工站加工完成后，再向输送站发出请求，从而送往分拣站进行分拣。分拣站就按照颜色或者套件的要求进行分拣。当人机界面上给定的套件完成时，输送站的机械手自动回复到原点位置。再给定条件按下启动时，还能进行如上动作。三、研究方案（研究方法） 首先对各小站的结构特点进行了解，了解各小站的工作情况后，编写各小站的单机程序。然后了解总的生产线的任务要求后，将各小站的程序连接起来，实现从供料到分拣的一个联机过程。最后利用人机界面，将整个过程实现监控，从而达到真正的工业生产要求。 在完成这一自动生产线的过程中，要对各站进行仔细分析，从而达到对各小站更深入的了解。例如电动机的调试、气动阀的使用等等。同时，各小站程序编写完成后，通过反复调试并通过指导老师的检查后，再按照计划执行下一步工作计划。项目实施过程中真正做到按部就班。四、 进度计划 第1周 对各小站进行观察并了解所有的硬件编写并调试供料与加工站的程序，调试出供料站加工站的单站程序并通过指导老师验收。第2周 编写并调试装配站程序，初步尝试编写输送站程序，完成并调试输送站程序，对分拣站程序进行编写，调试调试出装配站，输送站的单站程序，分拣站的程序基本成型。第3周 调试联机程序，运用MCGS对整个联机过程进行用人机界面实现整体联机运行。整理资料，撰写论文，通过指导老师的指导完成论文。指导教师签字时间年 月 日摘 要 自动化生产线是在流水线的基础上发展起来的。它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动地完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等都能自动地进行。使其按照规定的程序自动地进行工作。 设计以供料、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。综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术、人口接机技术、PLC控制技术等，通过一些辅助装置按工艺顺序将各种机械加工装置连成一体，并控制气压和电气系统将各个部分动作联系起来完成预定的生产加工任务。 关键词 自动化 PLC 气动技术 绪论 随着社会的进步和科技的发展，生产线已经从传统的的人工模式，向智能化 电子化 信息化 网络化的高科技模的方向迅猛发展。自动化生产线已经在全国各大生产行业都有广泛的应用，它有效的减小了因人工生产出现的居多问题，缩短了生产的时间。大大提高了生产的效率。自动化生产的设备利用一整套的工作流程，以全自动的送料、加工、装配、输送、分拣传输方式来实现现实生产的需求。 西门子S7-200采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。 本论文主要阐述了西门子S7-200自动化生产线实训考核装备中装配站的基本结构、工作原理、工作过程及所采用的各种传感技术和机电一体化技术。 目录第一章 自动化生产线装备的概述- 1-1 YL-335B的基本组成- 1-2 YL-335B的基本功能- 1-3 YL-355B的结构与认知- 1-4 YL-355B的整体控制-第二章 装配单元的结构- 2-1 装配单元的功能- 2-2 装配单元的结构组成- 2-3 气动控制回路-第三章 装配单元的PLC的控制- 3-1 PLC的I/O的接线原理- 3-2 装配单元的编程- 结 论- 参考文献- 致 谢- 附 录- 第一章 自动化生产线装备的概述 1-1 自动生产线的基本组成 自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。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，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电动机的交流传动装置。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。 1-2 各个单元的基本功能如下： 1、供料单元的基本功能：按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送出到物料台上，以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。 2、加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。 3、装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。 4、分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。 5、输送单元的基本功能：该单元通过到指定单元的物料台精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。1-3 YL-335B的特点及实训项目 YL-335B 设备是一套半开放式的设备，各单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。学习时在一定程度上可根据选择设备组成单元的数量、类型，最多可由5个单元组成，最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统。由多个单元组成的系统，PLC网络的控制方案可以体现出自动生产线的控制特点 设备中的各工作单元均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安装，控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。其中，输送单元采用了最为灵活的拆装式模块结构：组成该单元的按钮/指示灯模块、电源模块、PLC模块、步进电机驱动器模块等均放置在抽屉式模块放置架上；模块之间、模块与实训台上接线端子排之间的连接方式采用安全导线连接，最大限度地满足了综合性实训的要求。1-4YL-335B的控制 YL-335B采用5个西门子S7-200系列PLC，分别是输送、供料、加工、装配、分拣5个单元。5个单元之间采用了PPI串行总线进行通讯。YL-335B的每一个工作单元都是PLC完成控制功能，各单元可自成一个独立系统，同时也可以通过互联网连构成一个分布式的控制系统。 当工作单元自成一个独立系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。第2章 装配单元的结构2.1装配单元的功能 装配单元是将该生产线中分散的两个物料进行装配的过程。主要是通过对自身物料仓库的物料按生产需要进行分配，并使用机械手将其插入来自加工单元的物料中心孔的过程。竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落，通过两直线气缸的共同作用，分别对底层相邻两物料夹紧与松开，完成对连续下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路径落入位置转换装置，摆台完成180度位置变换后，由前后移动气缸，上下移动气缸，气动手指所组成的机械手夹持并位移，再插入已定位的半成品工件中。2.2装配单元的结构组成由于装配单元不仅要完成对分散的物料的装配过程，而且配有自身的物料仓库，因此它的结构组成包括：简易物料仓库，物料分配机构，被分配物料位置变换机构，机械手，半成品工件的定位机构，气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。1. 简易物料仓库简易物料仓库是由塑料圆棒加工而成，它直接插装在物料分配机构的连接孔中，并在顶端放置加强金属环，用以防止空心塑料圆柱的破损。物料竖直放入料仓的空心圆柱内，由于二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。为了能对料仓缺料时即时报警，在料仓的外部安装漫反射光电传感器，并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。简易物料仓库中的物料外型一致，颜色分为黑色和白色，光电传感器的灵敏度调整应以能检测到黑色物料为准则。2.物料分配机构 它的动作过程是由上下位置安装，水平动作的两直线气缸在PLC的控制下完成的。当供气压力达到规定气压后，打开气路阀门，此时分配机构底部气缸在单电控电磁阀的作用下，恢复到初始状态-该气缸活塞杆伸出，因重力下落的物料被阻挡，系统上电并正常运行后，当位置变换机构料盘旁的光电传感器检测到位置变换机构需要物料时，物料分配机构中的上部气缸在电磁阀的作用下活塞杆伸出，将与之对应的物料夹紧，使其不能下落，底部气缸活塞杆缩回，物料掉入位置变换机构的料盘中底部气缸复位伸出，上部的气缸缩回，物料连续下落，为下一次分料作好准备。在两直线气缸上均装有检测活塞杆伸出与缩回到位的磁性开关，用于动作到位检测，当系统正常工作并检测到活塞磁钢的时候，磁性开关的红色指示灯点亮，并将检测到的信号传送给控制系统的PLC。物料分配机构的底部装有用于检测有无物料的光电传感器，使控制过程更准确可靠。 3.物料位置变换机构 该机构由气动摆台和料盘构成，气动摆台驱动料盘旋转180度，并将摆动到位信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC的控制下，实现有序往复循环动作。 回转物料台的主要器件是气动摆台，它由直线气缸驱动齿轮齿条实现回转运动，回转角度能0-180度之间任意可调，而且可以安装磁性开关，检测旋转到位信号，多用于方向和位置需要变换的机构。 本站所使用的气动摆台的摆动回转角度在0-180度范围任意可调。当需要调节回转角度或调整摆动位置精度时，应首先松开螺杆上的反扣螺母，通过旋入和旋出调节螺杆，从而改变回转凸台的回转角度，调节螺杆1和调节螺杆2分别用于左旋和右旋角度的调整。当调整号摆动角度后，应将反扣螺母与基体反扣锁紧，防止调节螺杆松开，造成回转精度降低。 回转到位的信号是通过调整气动摆台滑轨内的2个磁性开关的位置实现的，磁性开关安装在气缸体的滑轨内，松开磁性开关的紧定螺钉，磁性开关就可以沿着滑轨左右移动，确定开关位置后，旋紧紧定螺钉，即可完成位置的调整。 4.装配机械手装配机械手是整个装配单元的核心。当装配机械手正下方的回转物料台上有物料，且半成品工件定位机构传感器检测到该机构有工件的情况下，机械手从初始状态开始执行装配操作过程。装配机械手装置是一个三维运动的机构，它由水平方向移动和竖直方向移动的2个导杆气缸和气动手指组成。导杆气缸该汽缸由直线运动汽缸带双导杆和其它附件组成。 安装支架用于导杆导向件的安装和导杆汽缸整体的固定，连接件安装板用于固定其它需要连接到该导杆汽缸上的物件，并将两导杆和直线汽缸活塞杆的相对位置固定，当直线汽缸的一端接通压缩空气后，活塞被驱动作直线运动，合塞杆也一起移动，被连接件安装板固定到一起的两导杆也随活塞杆伸出或缩回，从而实现导杆汽缸的整体功能。安装在导杆末端的行程调整板用于调整该导杆汽缸的伸出行程。具体调整方法是松开行程调整板上的紧定螺钉，让行程调整板在导杆上移动，当达到理想的伸出距离以后，再完全锁紧紧定螺钉，完成行程的调节。 装配机械手的运行过程如下： PLC驱动与移动汽缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸气动手指向下移动，到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将夹紧信号通过磁性开关传给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开回转物料台的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。在整个机械手动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及气动手指组成的机械手按程序自动运行。5.半成品工件的定位机构（物料台） 输送单元运送来的半成品工件直接放置在该机构的料斗定位孔中，由定位孔与工件之间的较小的间 隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。 6.电磁阀组 电磁阀组就是将多个阀集中在一起构成的一组阀，而每个阀的功能是彼此独立的。装配单元的阀组6 个二位五通单电控电磁换向阀组成，这些阀分别对物料分配，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。2-3 气动控制回路图第三章 装配单元的PLC控制3-1 PLC的I/O的接线原理 装配单元的输入点使用了16个传感器（4个光电开关、一个光纤维传感器、11个磁性开关），启、停及方式切换也占用了4个输入点，输出点为6个电磁阀、3个警示灯及3个指示灯，故选用西门子S7-200 AC/DC/RLY主单元，共24点输入，16点输出。 3-2装配单元的编程 由装配单元的工艺过程可见，控制程序可分为四部分 ：1. 响应主站发送来的启动、停止等指令和状态信息的返回。2. 实现把料仓内小圆柱工件送到装配机械手下面的下料控制。3. 实现装配机械手抓取小圆柱工件，放入大工件中的控制。4. 装配单元上安装的红、黄、绿三色警示灯，是作为整个系统警示用的，它的动作取决于输送单元发送到网络上的系统状态信号，但具体动作方式则由本单元PLC程序控制。 （1）装配站的工作过程包括两个相互独立的子工作过程：一个是供料过程，另一个是装配过程。（2）供料过程就是通过工料机构的操作，使料仓中的小圆柱零件落下到摆台左边料台上，然后摆台转动，使装有零件的料台移到右边结论 总结 经过三周的学习和工作，我们终于完成了自动化生产线运行的设计和论文。从开始接到论文题目到设计的实现，再到论文文章的完成，每一步对我们来说都是新的挑战和尝试，这也是我们在大学期间独立完成的最大项目。在这段时间里，我们学到了很多的知识和很多的感受，使自己的论文逐渐得到完善，每一次的改进都是我学习的收获。 虽然论文作品不是很成熟。还有很多的不足之处，但我可以自豪的说，这里面的每一个页面，都是努力得来的，当看着自己的成果真是莫大的幸福和欣慰。我们相信其中的酸甜苦辣最终会化成甜美的甘泉。 参考文献1 吕景泉 自动化生产安装与调试。北京：中国铁道出版社社， 20082 廖常初 PLC编程及应用 北京：机械工业出版社， 20113 西门子S7-200编程手册。4 马振福 液压与气压传动. 北京：机械工业出版社 20095 张桂香.电气控制与PLC应用 北京：化学工业出版社 20036 梁森. 自动检测与转换技术 北京：机械工业出版社 20057 陈晓琴 可编程控制器及应用 北京：化学工业出版社 2006致谢 时光飞逝，转眼三年的大学即将结束，回顾三年的生活，好多不舍好多怀念，在三年学习和生活中，得到了老师、同学的帮助和支持。在此，我向他们表示诚挚的谢意。 带着紧张、感慨及喜悦我们迎来了毕业设计，毕业论文，紧张是因为怕辜负老师的三年的悉心培养与教育而为能一最佳的状态去迎战；感慨是因为那些都不了解的，怎么才能挤出时间来读书的艰辛学习过程；喜悦是因为那些经过的日子，我们最终还是以我们坚强的毅力战胜了我们自己！在论文的完稿之际，很感谢和同学的共同努力还有指导老师李美英老师的帮助。老师会给我们详细讲解我们不懂得，整个设计流程图以及一些相关的资料，供我们参考查阅，不厌其烦的我们指点错误，真的很感谢。这将是我们一次美好的回忆，我们一次次徘徊，一次次无从下手不，有喜悦，有辛酸，在论文的完成过程中，我们相互鼓励，相互帮助，相互分享资源，共同探讨，并在老师指导下完成了论文的设计。 附录 20