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自动化生产线论文

来源:百盛娱乐官网 | 时间:2019-05-28

  生产线 摘 要 随着社会的对高职毕业生要求的不断提高,技能已经逐渐成为高职院校对大 学生培养的重点目标之一。 自动化生产线实训系统正是为提高学生动手能力和实 践技能而设计、生产的实用性实训设备,如何提高其教学效果,达到教学目标,是 值得研究的课题。本文简要介绍了自动化生产线实训系统,并以安装搬运站的项 目教学方法为例进行了研究。研究表明项目教学方法体现了学生的主体作用,充 分地展示职业教育“以能力为本”的价值取向 , 很好地实现了“所学”与“所 用”的零距离对接,既达到了学校的教学培养目标,又适应了企业岗位要求,同时 还满足了社会的需求,从而实现了多方“共赢”。 [关键词] 自动化生产线实训系统 PLC 安装搬运站 项目教学 方法研究 前 言 自动化生产线实训系统是专为提高学生动手能力和实践技能而设计、 生 产的一套实用性实训设备。 该系统囊括了电气自动化等专业学习中所涉及的诸如 机械传动、电机驱动、气电动控制、气动控制、PLC 控制、传感器等多种技术, 给学生提供了一个典型的把所学专业知识加以综合应用的操作和实现平台,使学 生能够全面掌握和加深理解学过的知识,提高动手能力,以达到利用所学专业知 识解决实际问题的教学培养目标 1 生产线 总体设计 录 功能介绍 总体构想 元器件的选择 硬件设计 控制元件—PLC 第二章 (一) 1 2 3 三菱 FX2N-48MR PLC 介绍 三菱 FX2N-48MR PLC 技术参数 三菱 FX2N-48MR PLC 开发环境 检测元件—磁性开关 (二) 1 2 3 D-C73 型磁性开关的技术参数 D-C73 型磁性开关的工作原理 D-C73 型磁性开关的安装要求 气缸 (三) 1 (1) (2) (3) 2 (1) (2) CDM2B20-45 型气缸 技术参数 安装要求 使用环境 CDJ2B10-60-B 气缸 技术参数 安装要求 2 生产线 气缸的工作原理 电磁阀 (四) 1 4V120-60 电磁阀的技术参数 2 4V120-60 电磁阀的工作原理 3 4V120-60 电磁阀的安装要求 第三章 1 2 3 软件设计 I/O 分配表 流程图 梯形图 电气控制图 总结 第四章 第五章 3 生产线 功能介绍 安装搬运站的功能是将该单元物料台上的工件夹紧, 由传动手臂夹放到另一 物料台的工件(工件由第五站的抓取机械手装置送来)里,完成一次装配动作, 然后再回到该站物料台上,待第五站的抓取机械手装置取走装配完成的物料后, 再回到原位。图 1-2 所示为安装搬运单元的侧视图和俯视图。 (a)侧视图 图 1 安装搬运单元 2 总体构想 (b)俯视图 (1)在这个站中我准备使用一部三菱 FX2N-48MR 型 PLC,六个 D-C73 型磁性 开关,一个 CDJ2B10-60-B 型气缸和七个 4V120-60 型电磁阀。设置七个按钮,分 别是启动按钮,停止按钮,急停按钮,上电按钮,复位按钮,自动/手动按钮, 单/联机按钮,调试按钮。 4 生产线)首先我们按下上电按钮和启动按钮,这个站点开始工作,气缸把供料 推出,推料到位,磁性开关发亮,然后收回,机械手臂正转,正转到位,把供料 吸住,然后手臂反转,反转到位,把工件释放。在这里说明一下我们这一站有两 条加料柱,当有一条柱没有了供料的时候,另一条柱子能够及时补充,保证了工 作效率。如果在工作时遇到突发事件我们可以按下急停按钮,然后把它复位,接 着,按下手动按钮,用调试按钮进行调试状态。如果我们想要跟上一站或者是下 一站通信的话,我们必须把按钮打到联机转台,然后把各站的 PLC 连接起来。 (3)举例说明我们这个站与上一站的的搬运站,当上一站把工件夹起的那 一刻时,我们这一站有信号,气缸把供料推出,机械手臂正转,把供料吸住,延 时几秒,上一站的机械手把工件放到某一位置,然后抬起,接着我们站的机械手 臂反转,把供料放进工件,最后上一站的机械手把整个工件运走,这就是一个周 期。 (4)在该站运行过程中,我想设计两种运行方式,一种是自动,一种是手 动, 虽然生产线的总体运行是要全自动的,但是手动的运行也能方便调节每一步 的工作顺序,两种运行方式不能同时进行,互不影响。 (5)停止按钮一旦启动,本站所有机构应立即停止运行;待启动按钮按下 后,则恢复原来的工作。 (6)联机运行时,按下单/联按钮,该站不能自动启动,待第五站启动,把 物料送到加工台时再通过通信把信号传给本站,请求装配,此时,本站按照预定 的方式进行装配搬运工作,装配完成后,又把信号传给第五站,提示装配完成, 第五站收到信号后又开始工作, 夹走已装配完的物料送到入库站,同时复位请求 装配的信号。 这样一个过程便完成了两站的联机运行,联机运行等两站各自的程 序调试好后再进行,一切动作务必按生产顺序进行,工作到位,安全生产 要编写满足控制要求、 满足安全要求的控制程序,首先要了解设备的基本结 构,其次要了解清楚各个执行机构之间的准确动作关系,即了解清楚生产工艺; 同时还要考虑安全、效率等的因素;最后才是通过编程实现控制功能。 3 元器件的选择 5 生产线MR 型 PLC,D-C73 型 磁 性 开 关 , CDJ2B10-60-B 型 气 缸 , CDM2B20-45 型气缸,4V120-60 型电磁阀等 硬件设计 控制元件—PLC 1 三菱 FX2N-48MR PLC 介绍 (1).灵活的配置 除了具有满足特殊需求的大量特殊模块外,6 个 基本单元中的每个单元可扩展至 256I/O (2).高速运算 基本指令:0.08us/指令 应用指令:1.52 至几百 us/指令 (3).突出的寄存器容量 FX2N 系列包括 8K 步内置 RAM 寄存器,用一个寄存器盒可扩展到 16RAM 或 EEPROM (4).丰富的元件资源 3072 点辅助继电器,256 点计时器,235 点计数器,8000 数据存储器 FX2N-48ER 扩展 24 入 24 出继电器 FX1S-10MR-001 主机 6 入 4 出,继电器 FX2N-32ER 扩展 16 入 16 出继电器 FX1S-30MR-D 主机 16 入 14 出,继电 器 FX2N-16ER 扩展 16 入 FX1S-20MR-D 主机 12 入 18 出,继电器 FX2N-16EYR 扩展 16 出继电器 FX1S-14MR-D 主机 8 入 6 出,继电器 FX2N 特殊扩展模块 FX1S-10MR-D 主机 6 入 4 出,继电器 FX2N-CNV-BDFX0N 适配器连接用模块 FX2N 特殊功能单元 FX2N-CNV-BC 扩展电缆转换器 FX2N-2DA2 通道模拟量输出模块 FX2N-CNV-IF 扩展电缆转换器 FX2N-2AD2 通道模拟量输入模块 FX2N-8AV-BD8 通道模拟量设定模块 FX2N-4DA4 通道模拟量输出模块 FX2N-232-BDRS-232 接口 1 通道 FX2N-4AD2 通道模拟量输入模块 2 三菱 FX2N-48MR PLC 技术参数 图 2 三菱 FX2N-48MR PLC 6 生产线N 系列是小型化,高速度,高性能和所有方便都是相当于 FX 系列中最高 档次的超小形程序装置。除输入出 16--25 点的独立用途外,还可以适用于在多 个基本组件间的连接,模拟控制,定位控制等特殊用途,是一套可以满足多样化 广泛需要的 PLC。系统配置既固定又灵活:在基本单元上连接扩展单元或扩展模 块,可进行 16--256 点的灵活输入输出组合。备有可自由选择,丰富的品种可选 用 16/32/48/64/80/128 点的主机,可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。可 根据电源及输出形式,自由选择。令人放心的高性能程序容量:内置 800 步 RAM (可输入注释)可使用存储盒,最大可扩充至 16K 步。 3 三菱 FX2N-48MR PLC 开发环境 可编程控制器的产生和发展与继电器有很大的的关系。 继电器室一种用弱电 信号控制强电信号的电磁开关, 虽有上百年的历史,但在复杂的继电器控制系统 中,故障的查找和排除是非常困难的,可能会花大量时间,严重地影响生产。如 果公益要求发生变化,就得衷心设计线路连线安装,不利于产品的更新换代。显 然, 需要寻求一种新的控制装置来取代老式的继电器控制系统,使电气控制系统 的工作更可靠,更容易维护,更能适应经常变动的工艺条件,因此在 1969 年, 美国数字设备公司根据要求研制出世界上第一台可编程控制器。在 20 世纪 70 年代后期,随着微电子技术,计算机技术和数字控制技术的迅速发展,人们为了 与电脑区分,就把可编程控制器称为 PLC。 检测元件—磁性开关 磁性开关意思就是通过磁铁来感应的,这个“磁”就是磁铁,磁铁也有好几 种,市场上面常用的磁铁有橡胶磁、永磁铁氧体、烧结钕铁硼等。开关就是干簧 管了。干簧管是干式舌簧管的简称,是一种有触点的无源电子开关元件,具有结 构简单,体积小便于控制等优点,其外壳一般是一根密封的玻璃管,管中装有两 个铁质的弹性簧片电板, 还灌有 一种叫金属铑的惰性气体。平 时, 玻璃管中的两个由特殊材料 制成的簧片是分开的。 当有磁性 物质靠近玻璃管时, 在磁场磁力 7 生产线 线的作用下,管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触,簧片就会吸合在一起,使 结点所接的电路连通。外磁力消失后,两个簧片由于本身的弹性而分开,线路也 就断开了。因此,作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件,干簧管可以作 为传感器用,用于计数,限位等等(在安防系统中主要用于门磁、窗磁的制作) , 同时还被广泛使用于各种通信设备中。在实际运用中,通常用永久磁铁控制这两 根金属片的接通与否所以又被称为“磁控管”。 安装在气缸两端的 D-C73 型磁性开关 干簧管又叫磁控管,它同霍尔元件差不多,但原理性质不同,是利用磁场信 号来控制的一种开关元件,无磁断开,可以用来检测电路或机械运动的状态, 另一种磁性开关就是市场上所说接近开关、门磁开关、又叫感应开 关,它 是有干一个开好模具并且是标准尺寸塑胶外壳, 将干簧管灌封在黑色外壳里面导 线引出来另一半带有磁铁的塑料外壳固定在另一端当这个磁铁靠近带有导线的 开关时,发出开关信号!一般信号距离为 10mm 接通,此产品广泛引用到防盗门、 家用门、打印机、传真机、电话机、等电子仪器设备上面。 特点:有 PP、PVDF 材质可适用于强酸碱场所;SUS 304/316 金属材质适用 于高温高压桶槽。 接线盒规格最齐全, 有塑料、 铝合金、 不锈钢防爆型, 防护等级 IP-65 以上。 接点容量 50W/250VAC SPST 或 30W/200VDC SPDT。 可做多点控制、安装容易、节省成本 1 D-C73 型磁性开关的技术参数 SMC DC:24V/5-40mA AC:100V/5-20Ma 环带安装 直线 品牌 负载电压及电流范围 安装方式 类型 8 生产线 电线长度(m) 指示灯 反应时间(ms) 使用温度范围(℃) 线制 抗冲击性 保护等级 适用气缸型号 2 0.5 LED 1.2 -10-60 2 线 型磁性开关的工作原理 磁力式接近开关时一种非接触式位置检测开关, 这种非接触式位置检测不会 磨损和损伤检测对象物,响应速度高。它用于检测磁性物资的存在;当有磁性物 质接近传感器时,传感器动作,并输出开关信号。在实际应用中,我们在被测物 体上, 在汽缸的活塞上安装磁性物质,在汽缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁 感应式接近开关,就可以用着两个传感器分别标识汽缸运动的两个极限位置。 3 D-C73 型磁性开关的安装要求 安装方式上有导线引出型,接插件式子,接插件中继型,根据安装场所环境 的要求磁性开关可选择屏蔽式和非屏蔽式。在接线方面,重点要考虑传感器的尺 寸,位置,布线工艺,电缆长度以及周围工作环境等因素对传感器工作的影响, 将磁性开关与 PLC 的输入端口连接。在磁性开关上设置有 LED,用于显示传感器 的信号状态,供调试与运行监视时观察。 当有物体靠近时,磁性开关输出动作,LED 显示;当没有物体靠近时,磁性 开关输出不动作,LED 灯不亮。另外,如果安装不合理会使气缸动作不正确。当 9 生产线 气缸活塞移向磁性开关,并接近到一定距离时,磁性开关才有“感知” ,开关才 会动作,通常把这个距离叫检出距离。在气缸上安装磁性开关时,先把磁性开关 装在气缸上,磁性开关的安装位置根据控制对象的要求调整,调整方法简单,只 要让磁性开关到达指定位置后,用螺丝刀旋紧固定螺丝 气缸 引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。 工质在发动机气缸中 通过膨胀将热能转化为机械能;气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。 涡轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸”。 1 (1) CDM2B20-45 型气缸 技术参数 使用流体:空气,最高使用压力:1.0MPA,最低使用压力:0.18MPA(弹簧 压回) ,0.23MPA(弹簧压回) (2) 安装要求 根据工作要求和条件, 正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击 现象和撞击噪声应选择缓冲气缸;要求重量轻,应选轻型缸;要求安装空间窄且 行程短,可选薄型缸;有横向负载,可选带导 杆气缸;要求制动精度高,应选锁紧气缸;不 允许活塞杆旋转, 可选具有杆不回转功能气缸; 高温环境下需选用耐热缸;在有腐蚀环境下, 需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下, 需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时 需要选用无给油或无油润滑气。 (3) 使用环境 图 4 CDM2B20-45 型气缸 一般情况下, 对不带磁性开关的气缸,其环境温度和介质温度 5~70 摄氏度; 对磁性开关气缸,其环境温度和介质温度为 5~60 摄氏度。 缸内密封材料在高温下会软化,低温下会硬化脆裂,都会影响密封性能。虽 10 生产线 然气源经冷却式干燥器清除了水分,但温度太低,空气中仍会有少量水蒸气冷凝 成水造成结冰,导致缸、阀动作不良,故对温度必须有所限制。 2 (1) CDJ2B10-60-B 气缸 技术参数 SMC 标准型气缸 CDJ2B10-60-B 缸径(mm): 10 使用流体: 空气 动作方式: 双作用 最高使用压力 MPa: 0.7 使用最低压力 MPa: 0.06 环境和流体温度: 无 磁性开关:-10~70 带磁性开关:-10~60 缓 冲: 橡胶缓冲 活塞运动速度: 50-750mm/s 接管口径: M5*0.8 型号: CDJ2B10-60-B [型号]内置磁环: 内置磁 环 [型号]安装形式: 基本型 [型号]缸 径: 10 [型号]行程: 60 [型号]缓冲: 橡 胶缓冲 (2) 安装要求 图 5 CDJ2B10-60-B 型气缸 气缸安装前, 应经空载试运转及在 1.5 倍最高工作压力下试压,运转正常和 无漏气现象后放可使用。汽缸接入管道前,必须清楚管道内赃物,防止杂物进入 汽缸内。 在行程中载荷有变化时,应使用输出力充裕的气缸,并附加缓冲装置。 缓冲气缸在开始运行前, 先把缓冲节流阀拧在节流两较小的位置, 然后逐渐开大, 直到调到没,满意的缓冲效果不使用满行程,特别是当活塞杆伸出时,要使用活 塞杆与缸盖相碰。否则,容易引起活塞杆和外部连接处的载荷集中。 3 气缸的工作原理 根据工作所需力的大小来确定活塞杆上的推力和拉力。 由此来选择气缸时应 使气缸的输出力稍有余量。若缸径选小了,输出力不够,气缸不能正常工作;但 缸径过大,不仅使设备笨重、成本高,同时耗气量增大,造成能源浪费。在夹具 设计时,应尽量采用增力机构,以减少气缸的尺寸。 11 生产线 电磁阀 电磁阀是用电磁控制的工业设备,用在工业控制系统中调整介质的方向、流 量、速度和其他的参数。电磁阀是用电磁的效应 进行控制, 主要的控制方式由继电器控制。 这样, 电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制, 而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很 多种,不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥 作用,最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、 速度调节阀等。 1 4V120-60 电磁阀的技术参数 接口:ISO228/1 标准 G1/4 环境温度:-20℃~+60(防爆型-15℃~+50℃) 介质温度:-20℃~+80℃(防爆型-15℃~+50℃) 材质:阀体和内部零件:阳极电镀铝合金、铜。加固端盖:塑料。 密封圈:丁苯橡胶(NBR)和聚亚安酯(AU) 。 安装:符合 NAMUR 标准和 VDI/VDE3845 的双孔。 2 4V120-60 电磁阀的工作原理 电磁阀里有密闭的腔,在不同位置开有通孔,每个孔都通向不同的油管,腔 中间是阀,两面是两块电磁铁,哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边,通 过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排油的孔,而进油孔是常开的,液压油就 会进入不同的排油管, 然后通过油的压力来推动油缸的活塞, 活塞又带动活塞杆, 活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。 3 4V120-60 电磁阀的安装要求 切断气源, 用螺丝刀拆卸下已经损坏的电磁阀,然后用螺丝刀将新的电磁阀 装上,将电气控制接头插入电磁阀上,再将气路管插入电磁阀上的快速接头,最 后接通的起源,用手控开关进行调试,检查气缸动作情况。 图 6 4V120-60 电磁阀 12 生产线 I/O 分配表 名称 气缸右 限到位 气缸左 限到位 手臂抬 起限位 手臂低 下限位 推料到 位 推料复 X006 X005 X003 X002 X001 输入 X000 端子号 名称 手臂抬起(逆 转)电磁阀 手臂低下(顺 转)电磁阀 物料管左移 电磁阀 物料管右移 电磁阀 吸取工件电 磁阀 推料电磁阀 Y006 Y005 Y003 Y002 Y001 输出 Y000 13 生产线 位 调试按 钮 复位按 钮 X013 X014 停止按 钮 启动按 钮 手动/自 动 单机/全 线 物料台 工件检测 X4 X14 X13 X10 调试 Y12 X15 开始指示灯 复位 Y10 Y11 X012 X011 放低工件电 磁阀 Y004 14 生产线 第六站安装搬运单元的流程图 手臂低下 开始 低下到 位? N 延时两秒 Y 吸工件 推料气 缸工作 延时一秒 15 生产线 推料是 N N 否到位 到时? Y 手臂抬升 推料复位 N 到位? 延时一秒 Y 放件 到时? N 延时一秒 Y N 到时? 16 生产线 第四章 电气控制图 17 生产线 总结 在这两周的 PLC 生产线实训中使我们进一步巩固和加深对所学的基础理论、 基本技能和专业知识的认识掌握,使我们把这三年所学的电子,电工,电气控制 等知识连接起来, 促使我们能够根据实际情况来进行分析和解决实际问题。在这 次生产线实训中, 可以说每一个站都是很重要的,站与站之间有一定的必要的联 系。 我们这次实训的是第六站的安装搬运, 它可以算系整条生产线的倒数第二站。 在研究这个站时,我们必须要把它的接线图弄懂,才可以进行硬件安装接线。然 后,在把机械部分接入 PLC 进行初步调试。接着,我们就根据 I/O 分配表设计程 序,最后把程序输入 PLC,进行最后调试。在里面我们经历过挺多的问题,例如 PLC 不动作,机械手动作不到位,但是最后我们也能够把问题一一解决。然后称 为生产线,然而我们必须跟每一站通讯,所以通讯也是一个难题。因此说,这次 的 PLC 生产线实训可以说是全部知识的综合,如果有任何一项缺失和未深入了 解,是不可能把生产线这门学科做好的。 近几年来, 随着科技的日益发展,生产线在这个社会的地位已经越来越 突出, 这在很大程度上减少了有关工作人员的工作量,为广大人民群众带来了便 利。随着物流业的不断发展,物料运送设备将向自动化的趋势发展。 18

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