模塊化生產系統(tǒng)中搬運分揀站設計【5張CAD圖紙+畢業(yè)論文+程序】

模塊化生產系統(tǒng)中搬運分揀站設計

43頁 16000字數+論文說明書+5張CAD圖紙【詳情如下】

GOTPLC程序.zip

MPS第六站框圖.doc

MPS系統(tǒng)操作手冊.doc

分類站IN（三菱）.dwg

分類站OUT-A（三菱）.dwg

分類站OUT（三菱）.dwg

分類站氣動原理圖.dwg

實驗20.zip

實驗21.zip

總裝圖.dwg

模塊化生產系統(tǒng)硬件設計論文.doc

1引言

MPS(modularize process system)即模塊化生產系統(tǒng), 是一個集機、電控制技術于一體的綜合性自動化控制系統(tǒng),囊括了電機驅動、氣動、PLC(可編程控制器)、傳感器等多種技術, MPS體現了機電一體化技術的實際應用。MPS設備是一套開放式的設備，最多可由9個單元組成，最少時一個單元即可自成一個獨立的控制系統(tǒng)。MPS系統(tǒng)一般有6個工作站, 它們分別為上料檢測工作站、上料搬運工作站、加工處理工作站、工件裝配工作站、存儲搬運工作站和分類存儲工作站。由多個單元組成的系統(tǒng)可以體現出自動生產線的控制特點。

PLC是專門為工業(yè)過程控制而設計的控制設備，各工作站均采用獨立的PLC 進行控制，在工業(yè)控制領域中應用非常廣泛。

1.1  課題研究背景

在有6個單元組成的MPS系統(tǒng)中，綜合應用了多種技術知識，如氣動控制技術、機械技術、電工電子技術、傳感器技術、PLC控制技術等。利用該系統(tǒng)，可以模擬一個與實際生產情況十分接近的控制過程。本次的課題就是在我們學校擁有MPS設備的背景下完成的。

1.2  模塊化生產系統(tǒng)

模塊 (module) 及模塊化 (modularity) 的概念最初來源于產品生產領域, Starr于1965年在 《哈佛商業(yè)評論》 上提出了一個全新的概念—模塊化生產 (modular production) 。在有形產品生產和計算機軟件開發(fā)過程中, 模塊概念得到了廣泛的應用。Starr(1965)指出, 為滿足用戶對于產品種類最大化的需求, 企業(yè)要發(fā)展模塊化生產的能力和與之相匹配的管理能力。此后, 模塊的定義幾經變化, 內容逐步充實擴大, 涵蓋范圍也越來越廣。

1.2.1  模塊化生產系統(tǒng)的概念

所謂模塊, 引用最多的是Baldwin和Clark的定義: 指可組成系統(tǒng)的, 具有某種確定獨立功能的半自律性的子系統(tǒng), 可以通過標準化的界面結構, 與其它功能的半自律性子系統(tǒng)按照一定的規(guī)則相互聯(lián)系而構成的更加復雜的系統(tǒng)[ 1 ]。模塊化是指把一個復雜系統(tǒng)或過程根據系統(tǒng)規(guī)則分解為能夠獨立設計的半自律性子系統(tǒng)的過程；或者是按照某種聯(lián)系規(guī)則, 將可進行獨立設計的子系統(tǒng)統(tǒng)一起來構成更加復雜的系統(tǒng)或過程, 這樣通過模塊化, 一個復雜的系統(tǒng)就可以分解為一系列相互獨立的具有特定功能價值的模塊。在遵循統(tǒng)一界面規(guī)定的前提下, 各模塊進行半自律性獨立動作, 同類模塊之間可進行替代, 從而可根據需要, 組成不同的復雜系統(tǒng)。青木昌彥的定義認為, 對具有可分解性的系統(tǒng)各部件聯(lián)系規(guī)則的六種“模塊化操作”, 可以實現復雜系統(tǒng)的創(chuàng)新[ 2 ]。

1.2.2  模塊化生產系統(tǒng)的發(fā)展史

　人類對柔性制造模式的探索, 從最初的組合機床生產線到20世紀70年代興起的柔性化制造系統(tǒng)(FMS), 再到80年代的柔性化制造工廠(FA)、計算機集成制造(CIM)和后來在日本廣為流行的細胞式生產系統(tǒng)(Cell Production System), 都已經經歷了幾十年[ 3 ]。每一種制造方式的研究都能找到大量的相關文獻。

 20世紀90年代以后, 模塊化生產受到矚目。哈佛大學商學院的Ballwin和Clark于1997年在哈佛商業(yè)評論上發(fā)表一篇題為“模塊化時代的管理”的文章, 模塊和模塊化的研究日益引起學者重視。Ballwin和Clark于2000年指出, 模塊化具有時代的革命性意義, 當今產業(yè)已經步入模塊化技術快速發(fā)展時期。近年來, 模塊化理論越來越應用到工業(yè)領域, 尤其是制造業(yè), 出現了“模塊化的生產”的概念。在傳統(tǒng)生產模式下, 市場需求的多品種、小批量的特點給企業(yè)造成很大壓力, 企業(yè)在增加柔性的同時, 又往往不得不接受成本上升的事實。但在模塊化生產方式下, 企業(yè)只需在統(tǒng)一的產品界面標準上安插不同的產品模塊就能實現目的, 不僅成本低, 而且最大限度地實現了顧客價值, 提升企業(yè)競爭力。模塊化的思想給柔性制造帶來新的理念, 它打破了傳統(tǒng)柔性制造的一貫做法, 將對制造業(yè)的發(fā)展帶來深刻影響[ 4 ]。

1.2.3  模塊化生產系統(tǒng)的關鍵技術

我們實驗室的MPS生產系統(tǒng)是以電感應式傳感器、光電傳感器、漫射式光電傳感器為輔助元件，用這些元件來采集開關數字信號。然后把這些數字信號輸入核心部件PLC的輸入印象寄存器，通過里面的程序處理輸入信號，最后把處理的結果送給輸出印象寄存器，來驅動電機、氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件和機械手等。

PLC直接與MPS自動線相連，處理從自動線輸入的各種位置及檢測信號，同時根據自動線的運行情況，輸出各種控制信號，控制自動線上的各種氣缸工作，吸盤的吸放和電機的起、停等。

1.2.4  模塊化生產系統(tǒng)的特點

傳統(tǒng)的柔性制造模式都致力于單個企業(yè)內部設計和制造過程效率的提高, 在縮短響應時間方面非常有限, 而模塊化生產能在更大程度上提高響應速度, 表現在:

(1) 模塊化生產往往突破了單個企業(yè)的限制, 在更大范圍內實現資源整合, 各個模塊制造商和模塊整合商為了在競爭中取勝, 都專注于提高各自模塊的核心競爭力, 集中力量, 不斷提高產品質量、縮短設計和制造周期。

(2) 模塊化生產使同步化操作成為可能, 從而縮短總的交貨時間。

 (3) 產品的模塊被生產出來之后, 再根據所接到客戶訂單要求, 在模塊組裝企業(yè)或再下游環(huán)節(jié)進行組裝, 從而實現延遲生產。

 (4) 創(chuàng)新: 就是設計者能夠修改模塊。在增量創(chuàng)新中, 模塊的核心技術和模塊之間的界面規(guī)則都沒有重大變化。

(5) 核心: 就是要模塊內部的核心技術發(fā)生變化, 但界面規(guī)則并沒有變化。

   （6）焦點: 成為關注的重點, 而產品的制造過程則被放到了關注的次要位置, 于是簡化了生產環(huán)節(jié), 從而降低了成本, 降低了價格, 增強了產品競爭力。隨著模塊化技術的革新, 模塊化的產品生產被轉移到了勞動力低廉的發(fā)展中國家, 勞動力成本大大降低。

結束語

本設計以我們實驗室的MPS系統(tǒng)為基礎，對該系統(tǒng)的硬件進行了系統(tǒng)的論述。在老師的指導和自己的努力之下，我對MPS系統(tǒng)有了進一步的了解。對該系統(tǒng)分析完了之后與編程員協(xié)作進行現場調試，該系統(tǒng)的運行得到了良好的實際效果，模擬了一個與實際生產情況十分接近的控制過程，使我在學習的過程中很自然地就將理論應用到了實際中。

本設計主要完成了以下幾方面的工作：

(1) 完成MPS生產系統(tǒng)的總體方案的設計和總體布局；

(2) 編制MPS系統(tǒng)的信號流程圖；

(3) 完成系統(tǒng)硬件的設計；

(4) 完成通訊接線板PCB板設計；

(5) 給出編程定義地址并配合軟件設計人員完成系統(tǒng)整合。

致  謝

本課題的研究工作是在陸寶春教授和王榮林老師的關懷和指導下完成的。在畢業(yè)設計的三個月的時間里，王老師在學習上給了我悉心的指導，生活上給了我深切的關懷，使我在各方面能力都有了很大提高。兩位老師嚴謹、求實的治學態(tài)度，深邃的洞察力，高度的責任心和敬業(yè)精神，平易近人的工作作風，一直深深的影響和激勵著我，使得我在學習和生活上受益匪淺。在畢業(yè)設計完成之時，謹向恩師們表示最衷心的感謝，并致以崇高的敬意。

同時，我要感謝學校給我們提供了良好的工作平臺和工作環(huán)境。

其次，我要感謝我的同學劉玄和顧俊峰在學習和生活上都給了我無微不至的關懷和照顧，我所取得的成績與他們的支持和幫助是分不開的。最后，要特別感謝我的家人在精神和物質上的關心、支持和幫助，使得我能夠安心致力于學習和工作

參 考 文 獻

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上電 復位燈閃 ) & 復位 (兩個步進電機回原點 ) & & 開始燈閃 ) 等工件 (23=1 (23=1 讀信息 ( (信息位 ( 根據 [11 12 13=1] (3缸推出 ) 3缸退回 兩個步進電機回接收工件工位 11 12 13=1 返回 M3 1 引言 模塊化生產培訓系統(tǒng)： 稱： 模塊化生產培訓系統(tǒng)是應用于機電一體化、自動化等相關專業(yè)的專業(yè)技術職業(yè)培訓和繼續(xù)教育的模塊化教學培訓系統(tǒng)。 模塊化生產培訓系統(tǒng)可以從基礎部分的簡單功能及加工順序，逐步擴展到復雜的集成控制系統(tǒng)。它具有綜合性、模塊化及易擴充等特點。它針對學員不同的技術基礎進行培訓，具有良好的適用性。 注意 模塊化生產培訓系統(tǒng)是根據先進技術和安全規(guī)定設計的，然而在使用過程中仍須注意，如果誤操作有可能造成身體上輕微傷 害，或是對其它物質財產造成損失。 學員對模塊化生產培訓系統(tǒng)，只有在符合其設計的使用目的、在確認安全、在指導老師的監(jiān)督下進行操作。 目 錄 2 一、 簡介…………………………………………………………………… 2 二、 操作和安全注意事項………………………………………………… 4 三、系統(tǒng)結構 ……………………………………………………………… 4 站介紹 .………………………………………………………… 4 統(tǒng)組成 ………………………………………………………… 、工件 ……………………… …………………………………………… 6 五、控制技術 ……………………………………………………………… 7 六、聯(lián)網控制 ……………………………………………………………… 8 6． 1 獨立各站間的通信 ……………………………………………… 8 6． 2 各站通訊信號地址表 …………………………………………… 9 6． 3 通訊信息 ………………………………………………………… 9 6． 4 電纜連接 ………………………………………………………… 10 七、開機前檢查項目 ……………………………………………………… 11 八、 示操作 …… ……………………………………… 8． 1 普通型 作 …………………………………………… 8． 2 加裝組態(tài)及 統(tǒng) 統(tǒng)的操作 ……………………… 九、 模塊化生產系統(tǒng)可進行的培訓 ……………………………………… 13 十、 模塊化生產系統(tǒng)的日常維護 ……………………………………… 13 十一、附錄：電氣圖紙 3 一、 簡介 模塊化生產培訓系統(tǒng)是我公司為提高學生動手能力和實踐技能而設計、生產的一套實用性實驗設備。該裝置由多套各自獨立而又緊密相連的工作站組成。目前我們提供的各個功能站分別為：上料站、檢測站、上料檢測站 、搬運站、加工檢測站、安裝站、操作手站、傳送帶單元、搬運分揀站和分類存儲站。 該實驗裝置的一大顯著特點是：具有較好的柔性，即每站各有一套 各個模塊分開培訓可以容納較多的學員同時學習。在基本單元模塊培訓完成以后，又可以將相鄰的兩站 、 三站……直至八站連在一起，學習復雜系統(tǒng)的控制、編程、裝配和調試技術。 由于該系統(tǒng)囊括了機電一體化專業(yè)學習中所涉及的諸如電機驅動、氣動、 編程控制器）、傳感器等多種技術，給學生提供了一個典型的綜合科技環(huán)境，使學生將學過的諸多單科專業(yè)知識在這里得到全面 認識、綜合訓練和相互提升。因此該套裝置非常適合對在校學生和初上崗位的工程技術人員進行培訓，是培養(yǎng)機電一體化人才的理想設備。 通過該套系統(tǒng)可以學到： 4 ? 機械機構的工作原理 ? 各種傳感器的使用 ? 氣動元件的使用和調整 ? 技術技能 ? 學習方法等 在實驗過程中，通過這套系統(tǒng)還可以培訓和發(fā)展學員如下能力；團隊精神、合作精神和組織能力。 課程的進行和培訓形式可按下述方式進行： ? 計劃 ? 安裝 ? 編程 ? 調試 ? 操作 ? 系統(tǒng)維護和故障檢測 培訓內容包括： ? 機械 機械結構、傳動原理。 ? 氣動 氣缸、氣閥、真空元件。 ? 電子 電子元件的正確 連線。 ? 傳感器 電容、電感和光電傳感器的工作原理和開關特性。 ? 輯控制和順序控制系統(tǒng)的編程； 各站間數據傳遞和運動配合的控制。 ? 系統(tǒng)調試 使系統(tǒng)按要求運行。 5 ? 故障檢測 發(fā)現系統(tǒng)的異常，并且排除故障。 二、操作和安全注意事項 使用該系統(tǒng)須遵守各項安全操作。 一般原則 ? 培訓的學員必須在指導老師的指導下才能操作該設備。 ? 請務必按照技術文件和各獨立元件的使用要求使用該系統(tǒng)以保證人員和設備安全。 電氣系統(tǒng) ? 只有在掉電狀態(tài)下才能連接和斷開各種電氣連線。 ? 使用直流 24V 以下的電壓。 氣動系統(tǒng) ? 氣動系統(tǒng)的使 用壓力不得超過 6600 ? 在氣動系統(tǒng)管路接好之前不得接通氣源。 ? 接通氣源和長時間停機后開始工作，個別氣缸可能會運動過快，所以要特別當心！ 機械系統(tǒng) ? 所有部件的緊定螺釘應擰緊。 ? 不要在系統(tǒng)運行時人為的干涉正常工作。 三、 系統(tǒng)結構 該系統(tǒng)的各站是安裝在帶槽的鋁平板上（ 700350各站可容易的連接在一起組成一條自動加工生產線。 6 統(tǒng)組成 上海英集斯公司提供的 統(tǒng)從三站到九站型不等，具體系統(tǒng)組成以各學校采購的模塊化生產培訓系統(tǒng)的結構與組成單元為準。 站介紹 放系統(tǒng)是由獨立的各站相互連接而成。 上料檢測單元： 功能簡介：完成整個系統(tǒng)的上料工作，將大工件 輸出，判斷出其顏色，并將其信息發(fā) 給后一站。此站可配合觸摸屏或組態(tài) 控制而為整個系統(tǒng)的主站。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：回轉料斗、提升裝置、光電識別組件 供料單元： 功能簡介： 作用是為加工過程逐一提供加工工件。 由雙作用氣缸從料倉中逐一推出工 件，轉換模塊上的真空吸盤將工件吸 起，在旋轉缸的 驅動下將工件移動至 下一個工作站的傳輸位置。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 7 組成模塊：真空組件、旋轉模塊、供料模塊 檢測單元： 功能簡介： 檢測單元主要是檢測加工工件的各種特 性，如顏色、材質、高度等。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：工件高度檢測模塊、提升模塊、工件材 質及顏色識別組件 加工單元： 功能簡介： 工件將在旋轉平臺上被檢測 及加工。 通過具有四個工位的加工旋轉平臺， 進行加工模擬，并進行加工質量的模 擬檢測。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：旋轉平臺、模擬鉆孔模塊、模擬檢測 組件 安裝單元： 功能簡介： 該單元提供兩色小工件，并能將其輸 入大工件的空腔中。氣缸將料倉中的 兩色小工件交替推出，由真空吸盤吸 取，通過轉臂輸入到大工件的空腔中。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：送料模塊、旋轉模塊、真空組件 搬運單元： 功能簡介： 該搬運單元由無桿氣缸、橢圓形活 塞氣缸和夾爪等部件組 成，通過移 動、上下伸縮、抓取等 動作，將前一 單元上的工件傳入下一 執(zhí)行單元。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：提升模塊、氣動夾爪組 件、直線運動 無桿缸 8 安裝搬運單元： 功能簡介：將工件從前一站搬運至下一站，并可 在本站上完成大、小工件的組裝。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：直線轉旋轉運動模塊、氣動夾爪裝置 操作手單元： 功能簡介： 操作手單元由不同的氣動執(zhí)行部件組 成，通過擺動、伸縮、氣動抓取等動 作，將前一單元上的工件傳入下一執(zhí) 行單元的輸入工位。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：伸出及提升模塊、旋轉模塊、氣動夾 爪組件 立體存儲單元： 功能簡介： 該站為倉庫存儲的模擬，它將系統(tǒng) 加工完成的合格產品，按照不同類 別，進行分類 立體存放。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 步進電機及驅動器： 成模塊：步進電機控制模塊、滾珠絲桿模塊、 工件推出組件、立體倉庫 機械手單元： 功能簡介： 該單元是一個六個關 節(jié)的機械手，它 可以用來完成抓取動 作，可以進行工 件的組裝，產生一個完 整的產品。 手臂本體：日本莫托曼 展模塊：控制器、變壓器 組成模塊：手臂本體、手臂控制器、 氣動夾爪 分類工作單元： 9 上料檢測單元安裝單元立體存儲單元安裝搬運單元傳送帶模塊加工單元操作手單元搬運單元功能簡介：將工件從傳送帶的前端輸送到后端。 它帶有工件滑槽及導向裝置，將工件按 類別進行存儲。 機：三菱 列、西門子 列 擴展模塊： 485、 絡 組成模塊：傳送帶、阻擋裝置、工件滑槽 流： 下圖上海英集斯公司研制的 為例，圖以給出了系統(tǒng)中工件從一站到另一站的物流傳遞過程： 上料檢測單元將大工 件順次輸出料倉，提升判斷顏色后輸出。操作手單元將大工件從上料檢測單元搬至加工單元。加工單元將大工件加工后送出工位。搬運單元將加工 好的工件搬運至傳送帶上，由傳送帶傳送至下一個工位。安裝搬運單元將大工件搬至安裝工位放下。安裝單元再將對應的小工件裝入大工件中。而后，安裝搬運單元再將安裝好的工件送立體存儲單元，立體存儲單元再將工件送入相應的料倉。 四、 工件 這套自動化生產培訓系統(tǒng)同時也提供給客戶一套加工工件，這套工件有兩種，可在系統(tǒng)中重復使用。（工件見下圖） 10 S T 6P L C P L 7S T 4P L C P L 5S T 3P L 2S T 1P L C? 工件 1 Ф 32 22 Ф 24 10 塑料 黑、 白 ? 工件 2 Ф 22 10 塑料 黑、白 五、 控制技術 該模塊化生產培訓系統(tǒng)每一站都有一套獨立的控制系統(tǒng)，因此，該系統(tǒng)可拆分開來學習，以保證初學者容易入門和足夠的學習工位，而將各站聯(lián)在一起集成為系統(tǒng)后，能為學員提供一個學習復雜和大型控制系統(tǒng)的學習平臺，該系統(tǒng)可用不同廠商所提供的控制器進行控制。 下面為 ： 11 口 在各站與 間是由一個標準電纜進行連接的，通過這個電纜可連接 8 個傳感器信號和 8 個 輸出控制信號。通過該電纜各站的傳感器和輸出控制器可得到24V 電壓。（包括 24V 接地線） 制面板 各站都可通過一控制面板來控制 控制程序使各站按要求進行工作，一個控制面板上有 8 個按鈕開關，二個選擇開關和一個急停開關。 各開關的控制功能定義為： ? 帶燈按鈕，綠色 開始 ? 帶燈按鈕，黃色 復位 ? 按鈕，黃色 特殊 ? 兩位旋鈕，黑色 自動 /手動 ? 兩位旋鈕，黑色 單站 /聯(lián) 網 ? 按鈕，紅色 停止 ? 帶燈按鈕，紅色 上電 ? 急停按鈕，紅色 急停 六、 聯(lián)網控制 為保證系統(tǒng)中各站能聯(lián)網運行，必須將各站的 接在一起使獨立的各站間能交換信息。而且，中加工過程中所產生的數據，如工件顏色裝配信息等，也需要能向下站傳送，以保證工作正確。（如分類正確、安裝正確等） 12 6． 1 獨立各站間的通訊 基本描述： 聯(lián)網后的各站運動可能會相互影響，為使系統(tǒng)安全、可靠運行，而各站只有進行正常工作程序后，才能相互通訊， 交換信息。每一站要開始工作運行，需前后站給出信號，只有第一站（上料檢測站）是通過“開始”按鈕，啟動工作的。 工件信息： 表示工件信息的數據，是根據不同的工件顏色在不同站產生的。 工件的信息用兩個二進制數表示： 0 件 1（黑） 工件 2（黑） 0 0 工件 1（白） 工件 2（黑） 1 0 工件 1（黑） 工件 2（白） 0 1 工件 1（白） 工件 2（白） 1 1 這些數據從上站傳送到下站，最后分類站根據數據將工件分類推入庫房。 6． 2 各站通訊信號地址表 下表給出的是各站通訊信號地址 表： 絕對地址 符號地址 注 解 三菱 西門子 前站讀入的數據 21 前站讀入的數據 23 訊 從前站讀入前站狀態(tài) 訊 從后站讀入后站狀態(tài) 后站輸出的數據 21 后站輸出的數據 23 訊 向前站輸出本站狀態(tài) 13 訊 向后站輸出本站狀態(tài) 6． 3 通訊信息 各站可通過 5 根 I/O 線與前后各站進行通信互相交換信息（向前兩根通信線，一輸出一輸入：向后兩根通信線，一輸出一輸入） a) 兩個數據信息（位 b) 兩個狀態(tài)信號線（收，發(fā)） 物流 前站 后站 ● ○ ● ○ ● 后站準備接收來自前站 的工件 前站已給出的工件和工件的數據 14 6． 4 電纜的連接 注意！任何電器的連接之前必須關掉電源。 通常的安裝過程： ? 將 制板裝入各站小車內 ? 將控制面板接頭插入 插槽內 ? 將 制板上接頭 入執(zhí)行部分接線端子的 槽內 ? 用 15 芯的通信電纜將前站的 后站的 接起來（ I/O 通訊） ? 用 信電纜及網絡總線連接器將所有站點連接起來（ 訊） ? 將控制面板上的旋轉開關旋至聯(lián)網狀態(tài) 15 執(zhí)行接線端子 485 通訊端子 操作面板接線端子 I/O 通訊端子 注：通信電纜為連線一一對應的 15 芯電纜 七、開機前檢查項目 注意！ 電源：各站的使用電壓為 220注意 符號，該處有 220注意安全。 各站工作臺面上使用電壓為 24大電流 5A）。 氣動連接： 各站的供氣由各站的過濾減壓閥供給，額定的使用氣壓為 6600 當所有的電氣連接和氣動連接接好后，將系統(tǒng)接上電源，程序開始。 ? 在開機之前請務必檢查： ? 電器連接 ? 正確和可靠氣管連接 ? 機械部件狀態(tài) （如：運動時是否干涉，連接是否松動） 排除已發(fā)現的故障 ！ 16 計劃 管理層 生產訂單與計劃的管理； 下達生產計劃給 生產線 ； 實時跟蹤生產線的生產情況； 用戶的記錄與管理； 倉儲管理； …… 八、 示操作 8． 1 普通型 作 操作過程： 如是第一次開機請將各站大工件收到上料檢測單元上，將小工件按顏色分類分別裝入料筒。 將系統(tǒng)中所有單 元上控制面板上的“單 /聯(lián)”旋轉開關旋至聯(lián)網狀態(tài)。 當系統(tǒng)接通電源后，需先打開“急?！卑粹o，然后按下“上電”按鈕，這時“復位”燈閃動，，而后按下“復位”按鈕待單元的復位操作完成后，此時“開始”燈閃動，按下“開始”按鈕，則該單元就進入系統(tǒng)工作狀態(tài)了，整個操作過程應從最后一站開始依次向前操作，當系統(tǒng)中的起始單元上的“開始”按鈕被按下后，整個系統(tǒng)便開始工作了。 當任一站出現異常，按下該站“急停”按鈕，該站立刻會停止運行，當排除故障后，按下“上電”按鈕，該站可接著從剛才的斷點繼續(xù)運行。 8． 2 加裝組態(tài)及 統(tǒng) 統(tǒng)的操作 （ 1）系統(tǒng)結構說明 統(tǒng)結構： 完成對整個生產系統(tǒng)的組態(tài)和實時監(jiān)控； 接收 實時采集現場狀態(tài)信息； …… 組態(tài)監(jiān)控 ：現場監(jiān)控反饋 17 模塊化生產培訓系統(tǒng)是先進工業(yè)自動化及制造的基本部分，將先進制造系統(tǒng)的物料供給、分揀、加工、檢測、立體倉庫等主要單元展現給學生，同時學生可以自己動手實踐，學習 程、流程設計等機械設計制造及自動化相關的課程學習。 現將組態(tài)監(jiān)控與生產管理加入到模塊化生培訓系統(tǒng)中來，集中展現現今工業(yè)上的智能自動化的生產系統(tǒng)，給學生以最直觀的感受，展示現代科學技術對生產力的推動與發(fā)展。 （ 2）計算機系統(tǒng)配置 在 合使用中最好使用兩臺計算機作為主機，一臺為組態(tài)監(jiān)控機，同時也充當系統(tǒng)的 務器，另一臺計算機為 統(tǒng)主機，為客戶端。兩臺計算機之間采用以太網對連。 服務器配置操作 服務器：組態(tài)監(jiān)控機，須裝有 P 操作系統(tǒng)、組態(tài)王 程軟件。 1．關閉防火墻及防病毒軟件。 2．設置計算機名及工作組。 用戶名設置為 作組為 算機名為 打開“系統(tǒng)屬性” ，“工作組”中填入“ 點擊“確定”完成設置 工業(yè)生產線 ： 生產執(zhí)行層 按需完成生產計劃； 實時反饋現場狀態(tài)； …… 18 3． 啟動 戶、設置密碼。 打開“控制面板”，在“用戶帳戶” 中 啟用來賓帳戶。 在“用戶帳戶”界面點擊“ 戶，將密碼設置為 2006。 4． 增加 議。 復制 %目錄； 復制 %目錄； 打開“本地連接 屬性”，單擊 “安裝”按鈕安裝 議。 19 5．配置網絡 置。 在“本地連接 屬性”，雙擊“ 議 (P)”，將 網掩碼為 認網關為 選 擊“確定”完成設置。 6．設置通訊速率。 打開“設備管理器”，在“網絡設備器”下雙擊網絡設備，單擊“高級”標簽，在“屬性”一欄中單擊“ 在右邊“值”一欄中選取“ 10 點擊“確 定”完成設置。 20 7． 運行 在“計算機配置”中單擊“ 置” ，單擊“安全設置”，在“本地策略”中單擊“用戶權利指派”，確認“從網絡訪問此計算機”中用戶 在“拒絕從網絡訪問計算機”中刪除 戶。 21 8． 在服務器端運行 運行前編輯一下 件，確認 件中最后一行中組態(tài)王軟件安裝路徑 是否正確。 9． 運行 在“組件服務”下的“計算機”中右擊“我的電腦” 選“屬性”， 單擊“ 全”標簽，在“訪問權限”和“啟動和激活權限”兩欄中，點擊“編輯限制”：添加 選擇完全權限。以確認 遠端可訪問。 22 同樣處理“編輯默認值”。 10．配置 性。 在“組件服務”界面下，單擊“我的電腦”，點擊“ 置” ，選取“ 擊打開其屬性，單擊“安全”標簽，在“啟動” 、“訪問”和“配置權限”各欄中全部點選自定義，增加 戶，并使之完全權限。 23 單擊“標識”標簽：選擇“交互用戶”。 11．配置 性。 在“組件服務”界面下，單擊“我的電腦”，點擊“ 置” ，選取“ 擊打開其屬性，單擊“安全”標簽，在“啟動”、“訪問”和“配置權限”各欄中全部點選自定義，增加 戶，并使之完全權限。 單擊“標識”標簽：選擇“交互用戶”。 配置方法與配置 性一樣。 24 12． 安裝 13．拷貝組態(tài)王軟件安裝目錄下 錄下。 客戶端配置操作 客戶端： 統(tǒng)主機，須裝有 P 操作系統(tǒng)、組態(tài)王 件。 1．關閉防火墻及防病毒軟件。 2．設置計算機名及工作組。 用戶名設置為 作組為 算機名為 打開“系統(tǒng)屬性” ，在“計算機描述”中填入“ 在“工作組”中填入“ 點擊“確定”完成設置 3． 啟動 戶、設置密碼。 打開“控制面板”，在“用戶帳戶” 中 啟用來賓帳戶。 在“用戶帳戶”界面點擊“ 戶，將密碼設置為 2006。 4． 增加 議。 復制 %目錄； 復制 %目錄； 打開“本地連接 屬性”，單擊 “安裝”按 鈕安裝 議。 25 5．配置網絡 置。 在“本地連接 屬性”，雙擊“ 議 (P)”，將 網掩碼為 認網關為 選 擊“確定”完成設置。 6．設置通訊速率。 打開“設備管理器”，在“網絡設備器”下雙擊網絡設備，單擊“高級” 26 標簽，在“屬性”一欄中單擊“ 在右邊“值”一欄中選取“ 10 點擊“確定”完成設置。 聯(lián)網配置操作 完成以上操作，進客戶端的組態(tài)王界面，新建 務器，查看遠端主機上的 務器，確認是否可以找到。 27 如找不到，可以檢查服務器計算機上的 置是否已被更改。 在兩臺計算機連接完成后，在客戶端啟動 序， 接，應為 3．操作說明 準備 1． 統(tǒng)接通氣源，調整好機械位置，并固定牢固。 2． 用通訊電纜將系統(tǒng)中各單 元的總線網絡連接好。 3． 在服務器計算機（組態(tài)監(jiān)控）裝上組態(tài)王加密狗。 4． 將服務器計算機（必須使用串口，無串口時請用 串口器轉換出一個串口，并將串口號設置為 統(tǒng)中的主站（通常為系統(tǒng)中的第一個單元）用編程電纜連接好。 5． 最好計算機與 統(tǒng)使用同一個電源，這樣整個系統(tǒng)中接地相同，更有利于總 的網絡總線通訊。 操作 1． 動。 站接通電源，確認操作面板上“單 \聯(lián)”旋鈕旋至“聯(lián)”方向，從后向前依次啟動系統(tǒng)中的各單元（將 至運行狀態(tài)，按下“上電”鈕給執(zhí)行系統(tǒng)上電，此時按下閃 動的“復位”按鈕，待系統(tǒng)完成復位操作后按下閃動“開始”按鈕）至主站的“開始”鈕閃動即停止。 2． 設置 通訊速率。 當 統(tǒng)采用西門子系列 ， 的編程口通訊速率一般在編程組態(tài)時就已經設好，此是無需調整（通常都設置成19200。 當 統(tǒng)采用三菱系列 ，就必須在每次開機時要對 具體設置方法如下： （ 1） 啟動 件，打開系統(tǒng)主站的 序，用軟件遙控的方式將 換至停止狀態(tài)； 28 （ 2）打開“ 接菜單中的“端口設置”，選擇 19200 （ 3）重新用用軟件遙控的方式將 換至運行狀態(tài)（等待的時間可能會延長 3）即可完成設置三菱 程口的通訊速率。 3． 組態(tài)王導入工程。 （ 1） 啟動組態(tài)王軟件，單擊“搜索”，在“瀏覽文件夾”中找所需的工程項目名稱。 29 （ 2）右擊所需的工程項目名稱，選擇“設為當前工程”，此時小紅旗就移動了所選的工程項目名稱前，然后關閉組態(tài)王軟件即可。 4． 件操作。 生產管理執(zhí)行系統(tǒng)（ 應用是模塊化生產培訓系統(tǒng)的一次飛躍，它引入信息管理技術，真正實現了按需生產，對 30 生產進行有效管理。 在模塊化生產培訓系統(tǒng)（ ， 件與組態(tài)監(jiān)控程序配合使用， 據處理。而組態(tài)監(jiān)控制程序完成接收 達的任務數據并將其下載到 統(tǒng)中，并且負責采集 各項數據。 （ 1）在客戶端計算機上雙擊 件圖標啟動 件，進行 統(tǒng)界面 。 （ 2）單擊“登陸”，進行登陸界面，初始用戶名和密碼均為“ 1”。當點擊“登陸”鈕后正式進行 統(tǒng)，同時 統(tǒng)會自動啟動服務器上的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。 （ 3）在“規(guī)格 1”至“規(guī)格 4”下面的框內輸入我們想要加工工件的數量（ 1單擊“添加預定單”將此數量作為一個預定單輸入 統(tǒng)，當然在此我們輸入多個預定單，也可以對各個預定單進行修改，同時系統(tǒng)會給各個預定單一個訂單號； 點擊“下單”鈕可以將各一個個預定單轉換成正式定單，點擊“取消” 31 也可去掉不想 要的訂單； 點擊“生產任務規(guī)劃”將選定的定單轉換成一個生產任務數據以供傳輸（注意：生產任務一旦生成就不可更改）； 點擊“執(zhí)行任務”， 統(tǒng)就將生產任務數據傳輸到組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中去了，此時在組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)中就可按此數據進行生產了。 （ 4） 件其它功能說明。 訂單查詢 在生產管理執(zhí)行系統(tǒng)中，我們輸入的每一個訂單、生成生產任務及每個生產計劃完成的情況都會自動存儲到數據庫中，以便查詢。 任務管理 顯示未完成的生產任務，自動生成各工件的補充生產個數并輸出數據。 監(jiān)控 在監(jiān)控界上點擊各站的按鈕即顯示各站的狀態(tài)和信息。 庫存管理 查詢庫存信息及每天入庫情況，并有出庫管理。 32 用戶管理 在這個界面上可以添加、刪除用戶和修改密碼。 數據庫文件說明 ? 數據庫文件名： 打開密碼： 該文件為 據庫，用 003 的 003 打開 ? 表 存系統(tǒng)用戶信息 D 名稱 密碼 管理員 一般用戶 1 1 1 o 6 2 2 o ? 表 存定單信息 下列各表中的簽名域為登陸的管理員用戶名 號 定單號 白色工件 黑色工件 金屬工件 預計加工時間 所屬計劃號 完成情況 開始執(zhí)行時間 完成時間 簽名 ? 表 存計劃信息 33 計劃序號 計劃號 白色工件 黑色工件 金屬工件 預計加工時間 完成情況 生成日期 開始執(zhí)行時間 完成時間 簽名 ? 表 存未完成的任務。在計劃未完成和出現故障而中斷的任務都會保存在該表中。任務正常完成后 對應的記錄就會刪除。 號 計劃號 白色工件 黑色工件 金屬工件 已完成白色工件 已完成黑色工件 已完成金屬工件 ? 表 存庫存信息（每天一條記錄） 號 庫單號 白色工件 黑色工件 金屬工件 簽名 ? 表 存記錄出庫 號 出庫單號 白色工件 黑色工件 金屬工件 出庫日期 出庫時間 簽名 5．組態(tài)監(jiān)控操作。 組態(tài)監(jiān)控程序的應用解決了人機界面控制中的動畫顯示問題，在這個控制方案中，監(jiān)控信息將以更加形象、生動的動 畫方式顯示出來。 組態(tài)監(jiān)程序接收 由它向下傳送至 統(tǒng)將按照生產計劃中的生產量進行生產。 組態(tài)監(jiān)控程序由 統(tǒng)啟動；在無 件系統(tǒng)的情況下也可獨立運行工作。 34 注：系統(tǒng)運行演示過程中，不可隨意點擊組態(tài)監(jiān)控畫面的軟按鈕！ 部分演示系統(tǒng)中的軟件按鈕已直接去除。 （ 1）單擊“點擊進入”，進入 統(tǒng)的聯(lián)網監(jiān)控界面。 （ 2）單擊“生產管理”，進入生產管理界面，在“計劃輸入”一欄中顯示的是 統(tǒng)傳送過來的要加工工件規(guī)格的數量，在無 件時，我們也可以在這里手動輸入生產計劃（ 1 點擊“執(zhí)行新生產計劃”數秒鐘以對 的數量清零，然后點擊“開始”按鈕，此時 統(tǒng)就按我們所需的生產量進行生產加工了。 35 （ 3）組態(tài)監(jiān)控其它功能說明。 在組態(tài)監(jiān)控程序中我們可以看到生產線系統(tǒng)中各站點的動作流程的動畫，也可顯示出在各站的工件的顏色。 在組態(tài)監(jiān)程序中可以對整個系統(tǒng)進行聯(lián)網監(jiān)控，也可以顯示單獨的一個單元，還可以進行生產任務數據傳輸與反饋操作。 生產統(tǒng)計 統(tǒng)計 統(tǒng)總的需求及完成任務情況。 單站監(jiān)控 監(jiān)控 機狀態(tài)信息、系統(tǒng)運行停息和工件信息，同時還能以動畫形式演示該單元的工作狀態(tài)。 其它信息 展示公司其它產品、聯(lián)系方式和各組態(tài)程序適用范圍。 36 6． 退出 統(tǒng)操作。 當演示結束后退出系統(tǒng)時，應先從客戶端退出，然后再退出組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，最將 統(tǒng)斷開電源、氣源。 注：本文所涉 及的軟件、程序僅作為參考交流學習使用。 37 九、模塊化生產培訓系統(tǒng)可進行的培訓 由于模塊化生產培訓系統(tǒng)所提供的是一個綜合的科技環(huán)境，因此在本設備上可進行多種技術的培訓。在本設備上我們可進行傳感器技術、氣動技術、電機驅動和 術等多方面的培訓，而且隨這套裝置我們介紹給大家的是一種不同的教學理念和教學方法。 該設備可培訓的內容： ? 傳感器培訓 該系統(tǒng)所使用的傳感器數量達四十多個，有電感式的、光電式的以及電磁式的，每一個都有著各自的特性、發(fā)揮著不同的作用，使系統(tǒng)得以可靠工作。學員可通過了解工作中各類傳感 器的工作特性來加強對這些傳感器的感性認識，再結合老師對傳感器的工作原理分析和特性演示，可使學員快速掌握所學知識。 ? 氣動技術培訓 該裝置上使用了大量的氣動元件，包括多種電控氣動閥、多種氣動缸、氣動夾爪、真空吸盤、真空發(fā)生器、過濾減壓閥等。在學習這些氣動元件時，我們不但可以單獨學習每一種分離元件，而且還可以在學習時了解各種氣動元件之間以及氣動元件與其它元件之間是如何配合起來進行協(xié)調工作的。 ? 術培訓 模塊化生產培訓系統(tǒng)所提供的多套工作單元各自都有一套 制器，這使得模塊化生產培訓系統(tǒng)可以分成 多個完全獨立的工作單元，使二十幾個學生可以同時進行學習，而且每個學員都有動手的機會。在該設備上學員不但可以學習各種技術，而且可以學習綜合科技環(huán)境下 多種應用。為靈活學習和掌握 各方面知識提供了條件。 ? 電氣控制系統(tǒng)培訓 模塊化生產培訓系統(tǒng)保個工作單元其電控部分全部按照工業(yè)標準和習慣進行設計，并且以附件方式提供全部設計圖紙和說明書。學員在該設備上可學習電 38 路原理圖分析、 I/O 地址查對和新設備電路連線分析方法。 ? 機械系統(tǒng)安裝調試培訓 模塊化生產培訓系統(tǒng)上的各個工作單元可讓各組學員 將機械部分全部的或部分的拆去，再按要求將其重新組裝，并且調試至系統(tǒng)可正常、可靠地工作。這對提高在校學生動手能力有極大幫助。 ? 系統(tǒng)維護和故障檢測技術培訓 這部分培訓重點介紹機電一體化系統(tǒng)日常維護的內容和方法，以及系統(tǒng)常見故障分析、排除的方法。 十、模塊化生產培訓系統(tǒng)的日常維護 ? 防塵 在系統(tǒng)的交付時會配有防塵罩或是防塵布，當系統(tǒng)不使用時請用防塵罩或防塵布將系統(tǒng)蓋起來。 我們強烈建議裝備此系統(tǒng)的實驗室使用白板筆或無塵粉筆進行教學，因為粉筆灰會嚴重影響到氣缸的潤滑與密封性。 當設備上落有灰塵時，請用軟布 或是柔軟的撣子輕輕撣除，或者使用氣槍將灰塵吹除。 ? 潤滑 系統(tǒng)中的氣缸及氣閥都是免潤滑的，所以無需進行潤滑。當氣缸活塞桿出現黑色污物（石墨）時，使用軟布進行擦拭。 當設備停止使用一段時間（寒暑假）后再次使用時，請使用潤滑油對所有軸類零件及絲桿表面進行潤滑處理。（主要是安裝單元、安裝搬運單元及分類存儲單元） 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 1 頁 共 43 頁 1 引言 模塊化生產系統(tǒng) , 是一個集機、電控制技術于一體的綜合性自動化控制系統(tǒng) ,囊括了電機驅動、氣動、 編程控制器 )、傳感器等多種技術 , 現了機電一體化技術的實際應用。 備是一套開放式的設備，最多可由 9 個單元組成，最少時一個單元即可自成一個獨立的控制系統(tǒng)。 統(tǒng)一般有 6個工作站 , 它們分別為上料檢測工作站、上料搬運工作站、加工處理工作站、工件裝配工作站、存儲搬運工作站和分類存儲工作站。 由多個單元組成的系統(tǒng)可以體現出自動生產線 的控制特點。 各工作站均采用獨立的 行控制 ， 在工業(yè)控制領域中應用非常廣泛。 課題研究背景 在有 6個單元組成的 合應用了多種技術知識，如氣動控制技術 、機械技術、電工電子技術、傳感器技術、 用該系統(tǒng)，可以模擬一個與實際生產情況十分接近的控制過程。 本次的課題就是在我們學校擁有 模塊化生產系統(tǒng) 模塊 (及模塊化 (的概念最初來源于產品生產領域 , 1965 年在 《哈佛商業(yè)評論》 上提出了一個全新的概念 — 模塊化生產 (。在有形產品生產和計算機軟件開發(fā)過程中 , 模塊概念得到了廣泛的應用。 965)指出 , 為滿足用戶對于產品種類最大化的需求 , 企業(yè)要發(fā)展模塊化生產的能力和與之相匹配的管理能力。此后 , 模塊的定義幾經變化 , 內容逐步充實擴大 , 涵蓋范圍也越來越廣。 模塊化生產系統(tǒng)的概念 所謂模塊 , 引用最多的是 指可組成系統(tǒng)的 , 具有某種確定獨立功能 的半自律性的子系統(tǒng) , 可以通過標準化的界面結構 , 與其它功能的半自律性子系統(tǒng)按照一定的規(guī)則相互聯(lián)系而構成的更加復雜的系統(tǒng) [ 1 ]。模塊化是指把一個復雜系統(tǒng)或過程根據系統(tǒng)規(guī)則分解為能夠獨立設計的半自律性子系統(tǒng)的過程 ； 或者是按照某種聯(lián)系規(guī)則 , 將可進行獨立設計的子系統(tǒng)統(tǒng)一起來構成更加復雜的系統(tǒng)或 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 2 頁 共 43 頁 過程 , 這樣通過模塊化 , 一個復雜的系統(tǒng)就可以分解為一系列相互獨立的具有特定功能價值的模塊 。在遵循統(tǒng)一界面規(guī)定 的前提下 , 各模塊進行半自律性獨立動作 , 同類模塊之間可進行替代 , 從而可根據需要 , 組成不同的復雜系統(tǒng)。 青 木昌彥的 定義認為 , 對具有可分解性的系統(tǒng)各部件聯(lián)系規(guī)則的六種“模塊化操作” , 可以實現復雜系統(tǒng)的創(chuàng)新 [ 2 ]。 模塊化生產系統(tǒng)的發(fā)展史 人類對柔性制造模式的探索 , 從最初的組合機床生產線到 20世紀 70年代興起的柔性 化 制造系統(tǒng) ( 再到 80 年代的柔性 化 制造工廠 (計算機集成制造 (后來在日本廣為流行的細胞式生產 系統(tǒng) ( 都 已經經歷了幾十年 [ 3 ]。每一種制造方式的研究都能找到大量的相關文獻。 20世紀 90年代以后 , 模塊 化生產受到矚目。哈佛大學商學院的 997 年在哈佛商業(yè)評論上發(fā)表一篇題為“模塊化時代的管理”的文章 , 模塊和模塊化的研究日益引起學者重視 。 000年指出 , 模塊化具有時代的革命性意義 , 當今產業(yè)已經步入模塊化技術快速發(fā)展時期。近年來 , 模塊化理論越來越應用到工業(yè)領域 , 尤其是制造業(yè) , 出現了“模塊化的生產”的概念。在傳統(tǒng)生產模式下 , 市場需求的多品種、小批量的特點給企業(yè)造成很大壓力 , 企業(yè)在增加柔性的同時 , 又往往不得不接受成本上升的事實。但在模塊化生產 方式下 , 企業(yè)只需在統(tǒng)一的產品界面標準上安插不同的產品模塊就能實現目的 , 不僅成本低 , 而且最大限度地實現了顧客價值 , 提升企業(yè)競爭力。模塊化的思想給柔性制造帶來新的理念 , 它打破了傳統(tǒng)柔性制造的一貫 做法 , 將對制造業(yè)的發(fā)展帶來深刻影響 [ 4 ]。 模塊化生產系統(tǒng)的關鍵技術 我們實驗室的 電傳感器、漫射式光電傳感器為輔助元件，用這些元件來采集開關數字信號。然后把這些數字信號輸入核心部件輸入印象寄存器，通過里面的程序處理輸入信號，最后把處理的結果送給輸出印象寄存器，來驅動電機、氣動控制元件、氣動執(zhí)行元件和機械手等 。 接與 動線相連，處理從自動線輸入的各種位置及檢測信號，同時根據自動線的運行情況，輸出各種控制信號，控制自動線上的各種氣缸工作，吸盤的吸放和電機的起 、 停等。 模塊化生產系統(tǒng)的特點 傳統(tǒng)的柔性制造模式都致力于單個企業(yè)內部設計和制造過程效率的提高 , 在縮 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 3 頁 共 43 頁 短響應時間方面非常有限 , 而模塊化生產能在更大程度上提高響應速度 , 表現在 : (1) 模塊化生產往往突破了單個企業(yè)的限制 , 在更大范圍內實現資源整合 , 各個模塊制造商和模塊 整合商為了在競爭中取勝 , 都專注于提高各自模塊的核心競爭力 , 集中力量 , 不斷提高產品質量、縮短設計和制造周期。 (2) 模塊化生產使同步化操作成為可能 , 從而縮短總的交貨時間。 (3) 產品的模塊被生產出來之后 , 再根據所接到客戶訂單要求 , 在模塊組裝企業(yè)或再下游環(huán)節(jié)進行組裝 , 從而實現延遲生產。 (4) 創(chuàng)新 : 就是設計者能夠修改模塊。在增量創(chuàng)新中 , 模塊的核心技術和模塊之間的界面規(guī)則都沒有重大變化。 (5) 核心 : 就是要模塊內部的核心技術發(fā)生變化 , 但 界面規(guī)則并沒有變化。 （ 6） 焦點 : 成 為關注的重點 , 而產品的制造過程則被放到了關注的次要位置 , 于是簡化了生產環(huán)節(jié) , 從而降低了成本 , 降低了價格 , 增強了產品競爭力。隨著模塊化技術的革新 , 模塊化的產品生產被轉移到了勞動力低廉的發(fā)展中國家 , 勞動力成本大大降低。 具體結果如表 5 ]。 表 幾種柔性生產模式的比較 工件在 統(tǒng)上被加工的流程和步驟 ，其中紅色、黑色工件的材質是塑料， 白色工件的材質是鋁合金。工件毛坯直徑相同，高度不同 ， 尺寸為 25格。工件在自動線上的加工幾種柔性生產模式的比較 交貨速度 創(chuàng)新能力 個性化實現 成本 組合機床生產線 中 中 較強 較大 `快 較強 強 大 細胞式生產 較快 較強 強 低 `模塊化生產 快 強 很強 低 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 4 頁 共 43 頁 過程是上料單元從料倉里分離出工件毛坯，用真空吸盤吸住，通過擺動汽缸將工件毛坯放到下一站 —— 在檢測單元的檢測平臺上；檢測單元收到上料單元送來的毛坯后，通過電感和光電傳感器判斷工件毛坯的材質和顏色，然后啟動升降汽缸將檢測平臺提起。在檢測單元上部有一位移傳感器檢測工件的高度 ，高度合格的毛坯通過滑道送到加工單元，不合格的毛坯送到檢測單元的毛坯廢品倉。加工單元由四工位回轉工作臺(分上料、加工、檢測和下料工位 )、鉆孔、夾緊和檢測裝置構成?；剞D工作臺由電機驅動，通過電感式接近開關來確定工作臺的回轉位置。夾緊汽缸在鉆孔過程中夾緊工件，防止松動。加工后的工件在檢測工位進行鉆孔尺寸的檢查，這是確保工件加工質量的必要措施。根據工件加工的合格與否，提取單元將加工后的工件送往碼垛單元的傳送帶上或加工廢品倉。碼垛單元有 3個滑道分別存放紅色、白色和黑色 3類工件。每個滑道的 艙門 由小汽缸驅動，根據工件在 檢測單元檢測的結果，不同的 艙 門開閉實現工件成品的自動分類碼放 [ 7 ]。 工作流程如圖 圖 本課題研究的內容 本設計研究的內容主要包括以下幾個方面： （ 1） （ 2） 檢測單元 空 壓 機 進料單元 加工單元 輸送單元 操作手單 元 分類儲存單元 機械手工作單元 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 5 頁 共 43 頁 （ 3） 產系統(tǒng)有關機械方面的設計，如氣動控制回路、氣動執(zhí)行元件、氣動控制元件等（機械部分）； （ 4） 產系統(tǒng)有關電器方面的設計，如 選型、 I/O 口的接線原理圖及分配 、 電 器部分）。 本課題的目標 硬件部分完成之后，與編程人員協(xié)作，通過程序控制各個單元使他們能夠協(xié)調工作。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 6 頁 共 43 頁 2 統(tǒng)總體方案的制定 生產線總體設計方案 根據被加工工件的特點和生產批量大小 , 相應的生產線配置也有所區(qū)別 , 我們共設計了兩種供選擇的方案，并根據方案的優(yōu)劣選擇適合我們學校實驗室的方案。兩種設計方案分別為：轉臺式生產線和直線式生產線。 方案 一 ：轉臺式生產線 轉臺式生產線主要由回轉轉臺、實驗臺、氣源裝置及機械手等部 分組成。轉臺回轉速度可以根據生產節(jié)拍自動調節(jié)；轉臺可采用分為氣動式或液壓式。 轉臺式生產線布局圖如圖 傳動裝置 機械手 轉臺 工位 圖 鉆臺式生產線 方案二：直線式生產線 直線式生產線的工件加工順序為： 供料檢測單元、 機械手搬運單元、加工 單元、安裝單元、機械手搬運單元、分 類單元 ，布局圖如下 圖 示 [ 8 ]。 加工順序 圖 直線式生產線 供料檢 測單元 機械手搬運單元 加工 單元 機械手搬運單元 分類 單元 安裝 單元 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 7 頁 共 43 頁 總體設計方案的選擇 方案 1中，生產線的工位呈圓形分布，特點是工藝布局簡單 , 只適合于大批量、同品種 工件 生產 。 而我們設計 要 的 是 ： 貼近實際 生產 的生產線 ，它的產品具有 多樣性，并且 可以根據 工件 的要求靈活調整 。 同時由于生產的產品 大小不一，如果按圓形分布，對 直徑方向的尺寸要求 較嚴格 ，而車間 的 空間有限，顯然 方案 1是不符合生產要求的。 方案 2中，生產線呈直線形分布，可以很大節(jié)約空間， 節(jié)約了成本；工件的 移動是通過機械手搬運的， 避免了復雜和大型 傳動結構的設計。 因此我選擇方案 2， 該直線性的生產線可以很好的滿足我們實驗室的需要。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 8 頁 共 43 頁 3 直線式生產線總體設計 系統(tǒng)的基本組成 根據我們實驗室小型化生產線的需要，我們將生產線系統(tǒng)的基本構成分成以下六個單元： 供料檢測單元；搬運單元；加工單元；安裝單元； 搬運單元和 分類單元。 系統(tǒng)的基本布局 本設計對生產線總體設計采用方案 2 中 直線排列的方式。 布局介紹：該方案的生產線 總體是按照六個工位進行規(guī)劃的，系統(tǒng)用機械手搬運工件。生產線布局如圖 圖 產 系統(tǒng)現場 各單元的基本功能 供料檢測單元的基本功能 在自動操作模式下，料倉中有工件，各個執(zhí)行機構都在其初始位置。 當接觸啟 動按鈕時，供料單元的執(zhí)行機構將把存在料倉中的工件取出并傳送出去，并且只要料倉中有工件，此工作就繼續(xù)，即 自動連續(xù)運行。在運行的過程中，當接觸停止按鈕后 ，或者當料倉中無工件時，供料單元應該在完成了當前的工作循環(huán)之后停止運行，并且各個執(zhí)行機構應該回到初始位置。在啟動前，供料單元的執(zhí)行機構若不在初始位置，料倉中若無工件，則不許啟動。 檢測 單元 首先對工件的顏色及材質進行識別，并將識 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 9 頁 共 43 頁 別的結果儲存起來 。 然后將工作平臺升至 工件 上端 ，對 工件 進行高度的測量，根據測量的結果對工件進行分流 ， 設定滿足某一個尺寸范圍的工件（合格品）從上滑槽分流出去，將不滿足 條件 的工件（不合格品）從下滑槽分流出去 。 最后 ， 執(zhí)行機構都返回到初始位置 。 如下圖 一站 工作 流程圖： o 圖 第一站工作流程圖 開始 開機供料電機 判斷是否有料？ 氣缸上升 上升是否到位？ 檢測黑白 輸出顏色信號和到位信號 工件是否被取走？ 氣缸下降 結束 下降 是否到位？ 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 10 頁 共 43 頁 搬運單元的基本功能 在手動操作模式，各執(zhí)行機構處于初始 狀態(tài) 的情況下，當按下 啟動 按鈕后，擺動汽缸將驅動擺臂 從 右端擺到左端，然后擺臂汽缸 、 提取汽缸依次伸出 。 提取汽缸伸出到達下端時吸取工件，吸到工件后，再按照 先 提取汽缸后擺臂汽缸的順序依次縮回 。接著 擺臂汽缸 擺回到右端，按照工件是否合格的情況 下 將工件送出或放入到本單元的滑槽中，合格工件送出，不合格工件放入滑槽。送出時，擺臂汽缸、提取汽缸依次伸出，然后放下工件再返回。在控制中，可通過一個具有自鎖功能的控制開關的信號來設定工件是否合格的狀態(tài) [ 9 ]。 如下圖 第二站 工作 流程圖： o ：回原位就是上電后機械手臂轉 向前站 圖 第二 站工作流程圖 開始 前站有工件 ？ 機械手前臂伸出 回原位 機械手下降 機械手右轉到位 前臂縮回 夾工件 放工件 前臂伸出 機械手下降 機械手上升 后站工位是否空 ？ 機械手左轉 前臂縮回 結束 機械手上升 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 11 頁 共 43 頁 加工單元的基本功能 在手動操作模式 ，各執(zhí)行機構 都處于初始狀態(tài)， 且在 1號工位上有工件的情況下，當接觸啟動按鈕時，旋轉工作臺 轉動一個工位， 對工件 將 進行 鉆孔加工；鉆孔加工后，旋轉工作臺再轉動一個工位，將經過鉆孔加工的工件送到 3號工位進行鉆孔質量的檢測，并將檢測的結果儲存起來；最后，檢測后的工件被送到 4號工位，同時檢測結果被轉存到另一個存儲單元中 ， 4號工位的工件由人工取走。 如下圖 三站流程圖： o o 第三 站工作流程圖 開始 工位一有工件 ？ 工作臺旋轉次數N=2？ 下降到位 ？ 鉆孔電機旋轉下降 工作臺是否到位 ？ 鉆孔電機上升 工作臺停轉 工作臺旋轉 向前站發(fā)信息 給第四站發(fā)出信號 檢測器上升 探測臂伸出 檢測正次品發(fā)出信號 檢測器下降 探測 探測臂縮回 結束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 12 頁 共 43 頁 安裝單元的基本功能 該 站上有兩個料筒，里面裝有黑白兩種小 工件 。 當大工件被加工檢測過后，第五站將合格的大工件搬運到安裝臺上，此時第四站通過同步帶帶動吸嘴將小工件豎直向下安裝到大工件鉆好的孔里面 。 安裝好后，回復到原位，同時給第五站一個信號，讓機械手將安裝好的組合件搬走。 如下圖 第四站 工作 流程圖： o 第四 站工作流 程圖 送信號至 5站 開始 3秒是否到位？ 推料氣缸工作 裝配氣缸上升 傳送工件顏色信號 裝配氣缸送工 件至 5站 裝配氣缸下降返回 裝配氣缸下降抓工件 停止工作 是否為廢品？ 三站有無工件送出？ 報警 結束 送料氣缸向后或向前 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 13 頁 共 43 頁 搬運單元的基本功能 第五站接收到第三站（加工站）的檢測信號后，將廢品通過機械手直接放入廢料筒，將合格品搬運到安裝臺上，等第四站（安裝站）將小工件安裝好后，機械手將組合件搬運到分類站。 如下圖 五站 工作 流程圖 ，圖 o 第五 站工作流程圖 開始 廢品 氣爪下降 氣爪抓緊 1接受前站工件顏色信號 氣爪上升到位 轉回上一站 長氣缸縮進到位 氣爪下降到位放松 氣爪上升到位 長短氣缸伸出到位 氣爪抓緊 1氣爪放松 1氣爪下降到位 短氣缸縮進到位 氣爪上升到位 氣爪下降到位 前站工件到位？ 工件裝配完否？ 長氣缸縮進到位 氣爪上升到位 氣爪抓緊 1氣爪上升到位 氣爪下降到位 氣爪放松 1氣爪上升 長氣缸伸出到位 結束 結束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 14 頁 共 43 頁 圖 機械手 工作流程圖 分類單元的基本功能 將第五站搬運過來的組合件按照大小工件的黑白組合進行分類放入倉庫，同時觸摸屏對零件的入庫情況進行統(tǒng)計，也可以對 元件監(jiān)控 。如下開始 回原位 機械手前臂伸出 機械手下降 夾工件 機械手上升 前臂縮回 前臂縮回 放工件 機械手右轉到位 機械手左轉 機 械手下降 前臂伸出 結束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 15 頁 共 43 頁 圖 體倉庫）工作流程圖： o 第六 站工作流程圖 計數 2 橫豎軸步進電機移動 橫軸、豎軸步進電機裝入脈沖數量 顏色判別 黑白？ 計數 1 顏色判別 黑黑？ 顏色判別 白黑？ 顏色判別 白白？ 計數 3 計數 4 橫豎軸移動到位 工件推入倉庫 開始 回原位 5站是否有工件送到？ 結束 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 16 頁 共 43 頁 各單元的總體設計 供料站的總體設計 供料檢測單元其主要結構組成為： I/O 接線端口 、 真空發(fā)生器 、 真空檢測傳感器 、對射式光電傳感器 、 磁感應式接近開關 、 組 、 消聲器 、 氣源處理組件 、 進料模塊 、運轉模塊 、 走線槽 和 鋁 合 金板等。 (1) 接 線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接 在 該端口上，通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調試使用。并且，在每個端子旁都有數字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (2) 氣源處理組件 氣源處理組件 ， 它是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器件， 作用是去除壓縮空氣中 所含的雜質及凝結水、調節(jié)并保持恒定的工作 壓力。在該氣源處理組件的氣路出口處安裝一個氣路開關，用于關閉氣源，使之不再向工作氣路送氣。在使用時，應注意經常檢查過濾器中凝結 水的水位，在快超過最高標線時 ，必須排放，以免重新吸入。 (3) 進料模塊 進料 模塊 ， 用于存儲工件原料，并在需要時將料倉中的工件分離出來，為轉送模塊取走一個工件做好準備。該模塊主要由料倉、推料桿、雙作用氣缸、磁感應式接近開關、對射式 光電傳感器組成。其中，推料桿的作用是將工件從料倉的底部推出，它是 固定在 氣缸 活塞桿上的，由氣缸驅動它的動作。 它的工作原理是：工件垂直疊放在料倉中，推料桿位于料倉的底 層并可從料倉的底部通過，當料桿在退回的位置時，它與最下層的工件處于同一水平位置。當氣缸驅動推料桿推出時，推料桿便將最下層的工件水平推到預定的位置，從而把工件移出料倉；而當氣缸驅動推料桿返回并從料倉底部抽出時，料倉中的工件在重力的作用下，就自動向下移動一個工件，為下一次的工件分離做好準備。 其氣動控制回路如圖 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 17 頁 共 43 頁 圖 氣動控制回路 1— 氣源 2— 電磁換向閥 3— 單向節(jié)流閥 4— 推料氣缸 5— 不可調節(jié)流閥 6— 壓力繼電器 7— 泄壓口 89— 擺動氣缸 10— 單向節(jié)流 閥 11— 氣控單向閥 12上 圖中 1為氣源部分通過手動換向控制氣源是否為系統(tǒng)提供符合要求的壓縮氣體 ; 4 為推料氣缸 , 它將工件從料倉推出至預定位置 , 單向節(jié)流閥 3 可調整推料氣缸的往復速度 , 電磁換向閥 2 控制推料氣缸的往復運動。 9 為擺動氣缸 , 它將工件從料倉出口送至下一個工作單元 , 單向節(jié)流閥 10 可調整擺動氣缸的擺動速度 , 電磁換向閥 12 除了控制擺動氣缸的往復運動外 , 還和氣控單向閥 11 結合起來 , 成為一種安全保護措施。一條現代化的自動生產線 , 在設計過程中除了考慮所要實現的動作以外 , 還 應考慮安全問題。當在生產過程中出現故障時 , 必須要馬上急停 , 并且要求急停后保持在當前的位置上 ， 這種情況下可采用三位換向閥的位置控制回路。其中位機能有封閉式、加壓式和泄壓式等。若使用中位封閉式換向閥的位置控制回路 , 當換向閥處于中位時 , 氣缸兩腔和氣管中的壓縮空氣被封閉在其中 , 由于氣體的可壓縮性能 , 致使氣缸和氣管中的氣體被壓縮 , 氣缸不能馬上停下來 , 而會有一定的運動位移 , 所以這種回路應用于對氣缸停留位置要求不十分嚴格的場合 。 若使用中位加壓式換向閥的位置控制回路 , 由于此時使用對稱的執(zhí)行器 (直線氣缸 或擺動氣缸 ) , 氣壓有效作用面積相等 , 那么當外負載的合力等于零時 , 活塞也能停留在行程的任意位置上 , 但是一般情況下外負載的合力不等于零 , 因此活塞的停留位置就不固定。本系統(tǒng)中 ， 閥11 和 12 結合起來 , 可保證急停后擺動氣缸立即停留在當前位置上。具體實施時 ， 閥10和 11與擺動氣缸安裝在一起 , 這樣可最大限度地減小氣體的有效壓縮體積 [ 10～ 12 ]。 在推料缸的兩個極限位置分別裝有一個磁感應接近開關 ，如圖 示 。磁感 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 18 頁 共 43 頁 應式接近開關的基本工作原理是：當磁性物質接近傳感器時，傳感器便會動作，并輸出傳感器信 號。若在氣缸的活塞運動上安裝磁性物質，在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感應接近開關，就可以用這兩個傳感器分別標識氣缸運動的兩個極限位置。當氣缸控制中，可以利用該信號判斷推料缸的運動狀態(tài)或所處的位置，目的是間接判斷工件是否從料倉中分離出來及是否送到預定的位置。在傳感器設置有 調試時使用。傳感器動作時，輸出信號 1， ；傳感器 在 不 做 動作時，輸出信號 0， 圖 電感式接近開關 在該模塊料倉的底層位置，安裝有對射式光電傳 感器的探頭，用于檢測料倉中 的存儲料的情況。該對射式光電式傳感器由光纖和光電傳感器主體組成。 光電傳感器 （如圖 示） 在工作中其光發(fā)射頭始終是有光發(fā)出的，光發(fā)射與接受頭相對布置，當光發(fā)射頭與光接受頭之間無障礙時，光線可以到達接受端，使傳感器動作而輸出信號 1；當光發(fā)射頭與光接受頭之間有障礙物時，則光線被遮擋住，不能到達接受端，從而使傳感器不能動作，而輸出信號 0。在傳感器上有輸出信號狀態(tài)的 于顯示傳感器的信號狀態(tài)，以便于觀察。傳感器輸出信號 1時， 出信號 0時， 圖 紅外線光電開關 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 19 頁 共 43 頁 由此可知，在該工作單元中，料倉中有無存儲料的情況，可以通過安裝在料倉的底部的對射式光電傳感器 （如圖 示） 的信號狀態(tài)反映出來。在控制程序中，就可以利用該信號狀態(tài)來判斷料倉中有無存儲料的情況，為實現自動控制奠定了硬件基礎 [ 13 ]。 圖 位移傳感器 (4) 運轉模塊 運轉 模塊 的功能是 ： 抓取工件，并將工件傳送到托盤上 。 其主要 由 轉動氣缸 、擺臂、真空吸盤、真空壓力檢測傳感器、真空吸盤方向保持裝置和行程開關組成。轉動氣缸是擺臂的驅動裝置，其轉軸的最大轉角為 180° ,轉角可以根據需要進行調整。 轉動氣缸的 轉角調整方法如下： 步驟 1：松開凸輪固定螺栓； 步驟 2：移動相應的行程開關到預定停止位置； 步驟 3：旋轉固定螺栓。 在轉動氣缸的兩個極限位置上裝有一個行程開關，利用行程開關的信號狀態(tài)來標識兩個極限位置，其作用與傳感器相同。在控制程序中，通過對該信號狀態(tài)的判斷來知轉動氣缸是否處于或達到極限位置。行程開關的狀態(tài)是通過行程凸塊的擠壓來實現的。 (5) 閥組，就是將多個閥集中在一起構成的一組閥，而每個閥的功能是彼此獨立的。該閥組由二位五通的帶手控開關的單側電磁先導控制閥、二位五通的帶手控開關的雙側電磁先導控制閥和 三位五通的帶手控開關的雙側電磁先導控制閥組成。用它們分別對推料缸、真空發(fā)生器和轉動氣缸的氣路進行控制，以改變各自的動作開關。手控開關是向下凹進去的，需使用專門工具才可以進行操作。向下按時，信號為 1，等同于該側的電磁信號為 1；常態(tài)下，手控開關的信號為 0。在進行設備調試時，可以使用 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 20 頁 共 43 頁 手控開關對閥進行控制，從而實現對響應氣路的控制，以改變推料桿等執(zhí)行機構的狀態(tài)，達到調試的目的。 (6) 識別模塊 該模塊主要由 3 個傳感器組成， 即電感傳感器、電容傳感器和漫射式光電傳感器，用于識別工件的材質及顏色?？梢宰R別金屬與非金屬的材質， 可以將銀白、紅、黑三種顏色區(qū)分開。 識別模塊中的電感式傳感器，電容傳感器及漫射式光電傳感器都屬于接近開關類傳感器。它們分別在以下情況下動作： (a) 電感傳感器在有金屬物質接近它時動作； (b) 電容傳感器在任何物質接近它時都動作； (c) 漫射式光電傳感器在接近它的物體反射回來的光線達到一定程度時動作。 由它們的特性可知，單獨使用三個中的任何一個傳感器都不可能實現對一個工件的材質和顏色同時檢測。但是，若它們組合起來對工件進行聯(lián)合檢測，就可以實現上述目的。傳感器信號的真值表如表 表 識 別模塊傳感器信號的真值表 傳感器 材質及顏色 金屬、銀白色 非金屬、紅色 非金屬、黑色 電感式接近開關 光電式接近開關 電容式接近開關 1 0 0 1 1 0 1 1 1 (7) 測量模塊 測量模塊的作用是測量工件的高度。它由一個模擬量傳感器和傳感器支架構成。該模擬量傳感器實際上是一個由電位器構成的分壓 器。該傳感器與位置指示器一起構成一個測量工件高度尺寸的傳感系統(tǒng)，由電阻式傳感器將測量桿的位移量轉變?yōu)殡娢黄麟娮柚档淖兓?，再經位置指示器轉換為 0出的電壓值與測量桿位移量成比例關系。 測量模塊的支架是固定在一個小型氣缸的氣缸桿上的，該氣缸的缸體是固定在升 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 21 頁 共 43 頁 降模塊的支架上的，當氣缸桿向下伸出時，就帶著測量模塊向下運動，從而實現測量的目的。 (8) 升降模塊 升降模塊的作用是將工件由下方送到上方，準備檢測和分流。它主要由一個無桿氣缸、一個單作用直線氣缸、一個工作平臺、支架及傳感器組成。 其中，無 桿氣缸的作用是實現工作平臺的升降，直線單作用氣缸的作用是實現工件從工作臺上推出。工作臺與單作用氣缸通過螺栓固定在一起，同時在通過螺栓固定在無桿氣缸的滑塊上。 無桿氣缸的缸體是固定不動的，缸體是空心的，缸體內部的活塞為永磁物質，在其外面的滑塊內側鑲嵌著異性磁極的永磁物質 。 這樣，當活塞在缸體內運動時，外滑塊就在缸體外隨之運動。 固定在無桿氣缸兩端的傳感器是磁感應式接近開關，其作用是用于判斷滑塊運動的兩個極限位置。 (9) 滑槽模塊 滑槽模塊提供了兩個物流方向。上滑槽可以將工件分流到下個工作單元，下滑 槽可用于模擬不合格工 件的流向。 支架為一根鋁合金型材 料 ，為空心結構，在其四個側面都用于固定的槽。 (10) 電器通信接口地址 的所有單元都是用 制的，每個單元與 間的通信電路連接是通過上面介紹的 I/O 接線端口實現的。在 統(tǒng)中，各單元中的需要與 括各個傳感器的線路、各個電磁閥的控制線路及電源線路）都已事先連接到了各自的 I/O 接線端口上 。 這樣，當用通信電纜與 些期間在 要確定位 地址就要看通 信電纜所接的是哪個模板的接口，然后根據該模板所在 的槽號來確定位 地址；位地址的確定是很簡單的，只要知道各期間是接到 I/一位 即可，因為 I/號）與 號）是一一對應的。 (11) 供料單元的主要技術數據 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關量， 6 個輸入 /5 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構的控制信號的傳輸。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 22 頁 共 43 頁 搬運站的總體設計 (1) 搬運站的基本功能 該單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過程。 (2) 搬運站的基本結構 該單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣源處理組件、 I/空發(fā)生器、真空檢測傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調試使用。并且，在每個端子旁都有數字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 提取模塊 該模塊實際上是一個“氣動機械手”，它主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉動氣缸及支架等組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣缸在結構上不同于一般的直線氣缸，其氣缸桿為空心結構，兼做氣路使用；活塞位于氣缸桿的中間，以便于使氣缸的兩端都能露在缸 體的外面。在氣缸桿的上端安裝一個 導氣管，在氣缸桿的下端安裝著機械手，通過機械手提取工件。在提取氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用語判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。 擺臂氣缸構成 氣動機械手的“手臂”，可以實現水平方向的伸出、縮回動作，在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。擺臂氣缸安裝在轉動氣缸的輸出轉軸上。 轉動氣缸用于實現擺臂氣缸的轉動，其轉角為 180°。在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。該轉動氣缸的結構不同于供料單元的轉動氣缸。 (c) 本單元的 組有 4 個電磁閥組成，其中 3 個為帶手控開關的雙側電磁先導控 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 23 頁 共 43 頁 制閥，另一個為帶手控開關的單側電磁先導閥。 (d) 搬運單元 的主要技術數據 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關量， 7 個輸入 /7 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構的控制信號的傳輸。 加工站的總體設計 (1) 加工單元的基本功能 加工單元可以模擬鉆孔加工及鉆孔質量檢測的過程，并通過旋轉工作臺模擬物流傳送的過程。 (2) 加工單元的基本結構 加工單元主要由旋轉工作臺模塊、鉆孔模塊、鉆孔檢測模塊的組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電 源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調試使用。并且，在每個端子旁都有數字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 旋轉工作臺模塊 旋轉工作臺模塊主要由旋轉工作臺、工作臺固定底盤、傳動齒輪、直流電機、定位凸塊、電感式接近開關傳感器、漫反射式光電傳感器、支架組成。在轉動工作臺上有 4個工位，用于存放工件；在每個工位的下面都有一個圓孔，用 于光電傳感器對工件的識別。直流電動機用于驅動工作臺旋轉 ，它通過一對齒輪減速后將動力傳到工作臺。通過工作臺的轉動實現各工 位上的工件的“流動”。 電感式接近開關傳感器用于判斷工作臺的轉動位置，以便于進行定位控制。對于工作臺的 4個工位，分別有 4個金屬的定位凸塊與之相對應，各凸塊與工作臺相對固定。當凸塊接近電感式接近開關時，就會使電感式接近開關動作，輸出“ 1” 信號。用該信號可判斷工作臺是否轉到了工 位。 光電式傳感器固定在加工單元的鋁合金底版上，在第一個工位的下方。當工作臺轉到第一個共位時，由于工作臺在各個共位處都留 有圓孔，光電式傳感器發(fā)出的光線 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 24 頁 共 43 頁 將直接穿過圓孔，而不被遮擋，即沒有反射光線返回給傳感器，則傳感器的輸出信號為“ 0”，如果此時在該共位上放上工件，則孔被工件擋住，工件將光線反射給傳感器，則傳感器會輸出信號“ 1”。利用光電傳感器信號的變化即可判斷是否有工件放到了第一個工位上。 (c) 鉆孔模塊 鉆孔模塊實現的是鉆孔加工過程。 鉆孔模塊主要由鉆孔氣缸、鉆孔電機、鉆孔向導裝置、加緊氣缸、鉆孔模塊支架等組成。鉆孔電機用于實現鉆孔的動作，是鉆孔的執(zhí)行機構；鉆孔氣缸用于實現鉆孔的進給動作（進給的速度可通過調節(jié)氣缸氣路的節(jié)流 閥來調節(jié)）；夾緊 氣缸用于在鉆孔時夾緊工件；鉆孔導向裝置由導向柱和導向套組成，用于保證鉆孔電機 沿著固定方向準確地運行。 在 鉆孔氣缸的兩端、夾緊氣缸的兩端都安裝有磁感應式接近開關，分別用于 判斷兩個氣缸運動的兩個極限位置。 (d) 檢測模塊 檢測模塊用于實現對鉆孔加工結果的模擬檢測過程。檢測模塊主要由檢測氣缸、檢測氣缸固定架、檢測模塊支架及磁感應式接近開關組成。 其工作原理是：在檢測工件的時候，若氣缸能下降到位，認為孔的深度加工合格，若氣缸不能下降到位，則認為孔加工不合格。氣缸的位置通過安裝在氣缸兩端的磁感應式接 近開關來判斷。 (e) 繼電器 由于電機 的工作電流比較大， 數字量輸出端口的驅動能力不夠，因此采用由 過繼電器的觸點控制電機的供電電路的通斷，再用 而實現對電機的邏輯控制。 (f) 中一個為帶手控開關的雙側電磁先導控制閥，其余兩個均為帶手控開關的單側電磁先導控制閥。 (g) 加工單元的主要技術數據 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關量， 8 個輸入 /6 個輸出。輸入用于傳 感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構的控制信號的傳輸。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 25 頁 共 43 頁 安裝站的總體設計 (1) 安裝站 的基本功能 該單元可以 將大小不同的工件進行組裝 。 (2) 安裝 站的基本結構 該單元主要由 安裝臺、 提取模塊、滑槽模塊、氣源處理組件、 I/O 接線端口、 空發(fā)生器、真空檢測傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端 子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調試使用。并且，在每個端子旁都有數字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 提取模塊 該模塊實際上是一個“氣動機械手”，它主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉動氣缸及支架等組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣缸在結構上不同于一般的直線氣缸，其氣缸桿為空心結構，兼做氣路使用；活塞位于氣缸桿的中間，以便于使氣缸的兩端都能露在缸體的外面。在 氣缸桿的上端安裝著導氣管，在氣缸桿的下端安裝著機械手，通過機械手提取工件。在提取氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用語判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。 擺臂氣缸構成氣動機械手的“手臂”，可以實現水平方向的伸出、縮回動作，在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。擺臂氣缸安裝在轉動氣缸的輸出轉軸上。 轉動氣缸用于實現擺臂氣缸的轉動，其轉角為 180°。在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。該轉動氣缸的 結構不同于供料單元的轉動氣缸。 (c) 本單元的 組有 4 個電磁閥組成，其中 3 個為帶手控開關的雙側電磁先導控 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 26 頁 共 43 頁 制閥，另一個為帶手控開關的單側電磁先導閥。 (d) 安裝 單元的主要技術數據 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關量， 7 個輸入 /7 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構的控制信號的傳輸。 搬運站的總體設計 (1) 搬運站的基本功能 該單元可以模擬提取工件、按照要求將工件分流的過程。 (2) 搬運站的基本結構 該單元主要由提取模塊、滑槽模塊、氣 源處理組件、 I/空發(fā)生器、真空檢測傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調試使用。并且，在每個端子旁都有數字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 提取模塊 該模塊實際上是一個“ 氣動機械手”，它主要由兩個直線氣缸（提取氣缸和擺臂氣缸）、一個轉動氣缸及支架等組成。 提取氣缸安裝在擺臂氣缸的氣缸桿的前端，用于實現垂直方向的運動，以便于提取工件。該氣缸在結構上不同于一般的直線氣缸，其氣缸桿為空心結構，兼做氣路使用；活塞位于氣缸桿的中間，以便于使氣缸的兩端都能露在缸體的外面。在氣缸桿的上端安裝 一個 導氣管，在氣缸桿的下端安裝著機械手，通過機械手提取工件。在提取氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用語判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。 擺臂氣缸構成氣動機械手的“手臂”，可以實現水平 方向的伸出、縮回動作，在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。擺臂氣缸安裝在轉動氣缸的輸出轉軸上。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 27 頁 共 43 頁 轉動氣缸用于實現擺臂氣缸的轉動，其轉角為 180°。在氣缸的兩個極限位置分別安裝有磁感應式接近開關，用于判斷氣缸的動作是否到位（極限位置）。該轉動氣缸的結構不同于供料單元的轉動氣缸。 (c) 本單元的 組有 4 個電磁閥組成，其中 3 個為帶手控開關的雙側電磁先導控制閥，另一個為帶手控開關的單側電磁先導閥。 (d) 搬運單元的主要技術數據 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關量， 7 個輸入 /7 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構的控制信號的傳輸。 分類站的總體設計 (1) 分類站的基本功能 分類站可以實現對工件按照材質或顏色分類的過程。可將工件按照顏色分類到 3個滑槽中。 (2) 分類單元的基本結構 分類單元主要由分揀模塊、滑槽模塊、氣源模塊、起源處理組件、 I/電器、對射式光電傳感器和反射式光電傳感器組成。 (a) 接線端口 I/O 接線端口，它是該工作單元與 間進行通信的線路連接端口 。該工作單元中的所有電信號（直流電源、輸入、輸出）線路都接到該端口上，再通過信號電纜線連接到 有 24個輸入接線端子和 24個輸出接線端子，在每一路輸入、輸出上都有 于顯示相應的輸入、輸出信號狀態(tài)，供系統(tǒng)調試使用。并且，在每個端子旁都有數字標號，以說明端子的位地址。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。 (b) 分類模塊 該模塊通過傳送帶及導向裝置實現對工件分揀。它主要由傳送模塊、導向模塊、導向模塊、固定導向塊組成。導向模塊其作用是在需要時將工件導入到相應的滑槽中。它主要由導向塊、導向裝置機構 及導向氣缸組成。傳送模塊的傳送帶由一個直流電機通過渦輪渦桿減速器減速后驅動。當運行一定時間后，或因其他原因造成傳送帶打滑時，可以通過整張緊輪的位置調整傳送帶的張緊度來消除打滑。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 28 頁 共 43 頁 (c) 擋料氣缸 擋料氣缸起的 作用 是： 當滑 槽中儲存的工件已經滿了的時候，就阻止向該滑槽中繼續(xù)分流工件 。 (d) 反射式光電接近開關 該單元中還安裝了一個反射式光電接近開關，它是光電傳感器的另一種結構形式，在這里用于檢測是否有工件進入到滑槽中存放的工件是否已滿槽。 反射式光電接近開關傳感器同前面介紹的對射式光電接近開關的區(qū)別是：接收光線的方式不同。對射式光電接近開關是以光纖作為光路，將光源發(fā)出的光線通過一根光纖導出到測量場所，再通過另一根光纖將接受到的由光源發(fā)出的光線傳回到傳感器，這樣，可以使傳感器的安裝位置與測量的場所不在同一個地點；發(fā)射式光電接近開關則是通過一個專門的反光鏡將由傳感器光源發(fā)出的光線直接發(fā)射回來，由傳感器直接接受，該種傳感器需要直接安裝在測量現場。 該反射式光電接近開關，在工作時采用的邏輯是：當傳感器接受到了反射光線時傳感器輸出信號為 0 ；當傳感器主體與反光鏡之間有不透明的物體存在時，光路被阻斷，傳感器不能接受到反射光 線，則傳感器輸出信號為 1。 (e) 本單元 組由 3 個閥組組成，分別用于控制 2 個導向氣缸和 1 個擋料氣缸，在結構上，它們都是帶手控裝置的單控電磁閥。 (f) 分類單元的主要技術數據 氣源工作壓力：最小 6大 8 I/O 接口：開關量， 6 個輸入 /4 個輸出。輸入用于傳感器信號的傳輸，輸出用于執(zhí)行機構的控制信號的傳輸。 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 29 頁 共 43 頁 4 制系統(tǒng)的設計 總體控制系統(tǒng)方案的設計 該系統(tǒng)的每個單元都被各自的 制著，各單元的通信是通過前一個單元 個單元都是通過傳感器向后一站發(fā)出控制信號的。 各單元控制系統(tǒng)設計 供料單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元采用兩個磁感應接近開關用于檢測供料站有無工件和氣缸是否到位、光電式傳感器用于檢測料倉是否有料 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 。 搬運單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元采用兩個磁感應接近開關用于檢測機械手的兩個極限位置 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 加工單元控制系統(tǒng)設計 (1) 電感式接近開關傳感器用于判斷工作臺的轉動位置 、光電式傳感器用于檢測每個工位上是否有工件、電容式傳感器用于檢測工件的顏色 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 安裝單元控制系統(tǒng)設計 (1) 磁感應式接近開關用于檢測氣缸的極限位置 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 搬運單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元采用兩個磁感應接近開關用于檢測機械手 的兩個極限位置 ； (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 30 頁 共 43 頁 分類單元控制系統(tǒng)設計 (1) 該單元中還安裝 了一個反射式光電接近開關， 用于檢測是否有工件進入到滑槽中存放的工件是否已滿槽。 (2) 一個用于控制該單元的 (3) 用于連接 選型 因為該生產線控制系統(tǒng)屬于小規(guī)模控制系統(tǒng)，所以本設計選用三菱 以緊湊的結構良好的擴展性、強大 的指令功能、低廉的價格，已經成為當代各種小型控制工程的理想控制器。系列