自动化生产线伸缩换向单元的设计

自动化生产线伸缩换向单元设计自动化07-2班李**1自动化生产线伸缩换向单元的设计**职业技术学院电气工程系电气自动化07-2班李****502***2009年12月4日自动化生产线伸缩换向单元设计自动化07-2班李**2内容摘要：当今，自动化产生线已逐渐广泛地应用于各类流水线上，其发展、完善和各种相关技术的进步及互相渗透是紧密相连的。而伸缩换向单元所涉及的技术领域在自动化生产线中的应用是很广泛的，它在自动化生产线与工件物体之间，承担换向和传送。本文设计了一种适用于自动化生产线上的伸缩换向单元。本设计单元采用可编程控制器控制，同时采用传感技术，并应用气压和电动传动技术，使得自动化生产线功能更加齐全、完善、先进。单元的主要功能是：将托盘及组装好的工件经过本单元进行换向，放入下一个单元。关键词：自动化生产线，伸缩换向单元，气压气缸传动，电机传动。目录一、总体设计▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪31.1技术要求▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪31.2硬件▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪41.3软件▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪41.4方框图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪5二、硬件设计▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪52.1PLC的概述▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪52.2PLC工作方式▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪6自动化生产线伸缩换向单元设计自动化07-2班李**32.3PLC使用注意事项▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪6三、软件设计▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪63.1流程图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪63.2梯形图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪83.3I\O分配表▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪9四、电气控制图▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪10五、总结▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪11六、参考资料▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪▪11一、总体设计1.1技术要求伸缩换向单元控制要求：工件进入，将其旋转90度，伸缩臂将其提升，旋转180度伸至下一单元，放下，回至起点，并要求有“启动自动运行”、“手动运行“和带有“急停止”的控制方式。1.启动自动运行“启动自动运行”方式具体控制要求如下：（1）在开始本单元时，选择自动按钮控制方式，按下自动启动按钮，系统开始工作；（2）此时直线电机一直运行，而光电开关检测到有物体后就会启动换向电机接件；（3）当工件完全到达了换向单元后，换向电机就会停止，转而换向气缸工作；（4）换向气缸至位后，换向气缸就会停止，换向电机就会送件，同时小直线电机工作。（5）当工件到达货叉后，小直线电机会立即停止，换向送件电机也停止。（6）此后提升气缸工作，当货叉到位后，提升气缸就会停止（7）此时旋转电机也运行起来。当转到位后，旋转电机就会停止，同时伸缩电机伸出。（8）当伸缩电机伸到后，伸缩电机就会停止。（9)此时，整个单元都会延时5秒，以方便下个单元接件充足（10）此时换向气缸工作，当换向复位后，换向气缸就会停止（11）同时伸缩缩回电机工作，当伸缩电机复位后，伸缩电机就会停止，同时旋转复位电机工作自动化生产线伸缩换向单元设计自动化07-2班李**4（12）当旋转电机复到位后，旋转电机停止，提升电机工作(13)当提升复位后，提升气缸输出就会停止。此时整个单元正常运行了一个周期。2.手动运行“手动运行”方式具体控制要求如下：（1）按下手动按钮，直线电机立即运行；（2）此后只要一旦有工件进入，各个组成部件就会正常运行。而各个点动按钮其实同各个检测元件的作用是一致的。但出于如果设置点动按钮会增加按钮的考虑，本文暂不设置出各个单元的点动按钮。3.急停止按下急停按钮时，伸缩单元的每个部件会立刻停止工作。1.2硬件1.伸缩单元的构成：执行机构和机械本体的构成：“0”形条传动、2个100行程的标准汽缸、两个直流电机、三个交流电机部分器件的使用：（1）工件直线运动：工件进入本单元和工件被换向单元送出的时候，工件都是做直线运动，因而需要使用“O”形条传动和两个直流电机。（2）旋转运动：在换向单元中的送接件和货叉的旋转运动中，需要用到交流电机。而换向单元本身也需要换向，因而用到换向气缸做旋转运动。（3）升降运动：货叉的上下运动，要用气缸做提升运动。2.检测及传感的构成：检测系统的构成：光电传感器、磁性接近开关、微动开关。部分器件的使用：（1）磁性接近开关（简称磁性开关）是一种非接触式位置检测开关，这种非接触位置检测不会磨损和损伤检测对象物，响应速度快。（2）光电传感器：是各种光电检测系统中实现光电转换的关键元件，它是把光信号（红外、可见及紫外光辐射）转变成为电信号的器件。它可用于检测直接引起光量变化的非电量，也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量。（3）微动开关：微动开关是一种施压促动的快速开关，又叫灵敏开关。其工作原理是：外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，并将能量积聚到临界点后，产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。3.动力源部分：本单元中的各个元气件都是由PLC提供24V电源的。而电机的使用电压则要根据实际需要而选择使用。1.3软件本单元的控制是由三菱FX系列PLC编程软件实行控制及编程的自动化生产线伸缩换向单元设计自动化07-2班李**51.4方框图二、硬件设计2.1PLC的概述可编程控制器（ProgrammableLogicController）简称PLC。“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”目前，PLC在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小等优点，国外已广泛用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业生产自动化的支柱产品。PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。PLC的基本组成如下图：PLC驱动电源检测执行自动化生产线伸缩换向单元设计自动化07-2班李**62.2工作方式PLC的工作方式是采用周期循环扫描，集中输入与集中输出。这种工作方式的显著特点是：可靠性高、抗干扰能力强，但响应滞后、速度慢。PLC通电后，CPU在程序的监督控制下先进行内部处理，包括硬件初始化、I\O模块配置检查、停电保持范围设定及其他初始化处理等工作。在执行用户程序之前还应完成通信服务与自诊检查。在通信服务阶段，PLC应完成与一些带处理器的智能模块及其他外部设备的通信，完成数据的接收和发送任务，响应编程器键入的命令，更新编程器显示内容，更新时钟和特殊寄存器内容等。PLC具有很强的自诊断功能，一旦有错或异常则CPU能根据错误类型和程度发出信号，甚至进行相应的出错处理，是PLC停止扫描或强制变成STOP状态。2.3PLC使用注意事项1，不要将交流电源线接到输入端子上，以免烧坏PLC；2，接地端子应独立接地，不与其它设备接地端串联，接地线裁面不小于2mm23，辅助电源功率较小，只能带动小功率的设备（光电传感器等）；4，一般PLC均有一定数量的占有点数（即空地址接线端子），不要将线接上；5，输出有继电器型，晶体管型（高速输出时宜选用），输出可直接带轻负载（LED指示灯等）；6，PLC输出电路