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《运动控制系统课程设计》设计报告1.课程设计的性质和目的《运动控制系统课程设计》是自动化专业的一门专业实践课。其目的是使学生在学习完《运动控制系统》课程后，综合应用《电力电子技术》、《电机拖动自动控制系统》、《计算机原理与接口技术》、《PLC》等课程的相关知识，从原理上对直流调速系统、交流（包括变频）调速系统等系统进行设计，初步掌握运动控制系统设计的步骤和方法，提高分析和解决实际问题的能力，以系统性地加深对所学理论知识的理解。2.课程设计的内容这次的运动控制系统课程设计的主要内容是对亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备中整个自动生产过程及其设备的研究。整个生产过程包括有装送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元。还记得第一次去实验室，当我看到那一台台机器时，心中顿生激动。毕竟这些都不是我们平常做实验等那些仪器设备，而是显得更加高级复杂。而其中有一台正在运行，然后我们就全体围了过去，看着这机器的运作。是一个机械手，完成各种送料，加工装配等模拟动作。似乎就像一个智能机器人一般的在动作。因为没有去过工厂参观流水线，看到这些，让我突然对企业的流水线有了一定的想象。后来老师来了，叫我们好好观看整个过程，观察其规律。在一定时间后，老师便布置了任务，分组进行，每组五个人左右，正好分配到一个人负责一个过程的单元。整个过程，我负责的是供料单元。随后老师给了我们一些资料等，叫我们回来好好看，了解一些相关知识。首先，我们要熟悉的便是亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备。1.YL-335B的基本组成亚龙YL-335B型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。在YL-335B设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。2.YL-335B的整体控制YL-335B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。组建成网络后，系统中每一个工作单元也称作工作站。PLC网络的具体通信模式，取决于所选厂家的PLC类型。YL-335B的标准配置为：若PLC选用S7-200系列，通信方式则采用PPI协议通信。PPI是一种主—从协议通信，主—从站在一个令牌环网中，主站发送要求到从站器件，从站器件响应；从站器件不发信息，只是等待主站的要求并对要求作出响应。如果在用户程序中使能PPI主站模式，就可以在主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息。而从站程序没有必要使用网络读写指令。自动生产线的工作目标是：将供料单元料仓内的工件送往加工单元的物料台，加工完成后，把加工好的工件送往装配单元的装配台，然后把装配单元料仓内的白色和黑色两种不同颜色的小园柱零件嵌入到装配台上的工件中，完成装配后的成品送往分拣单元分拣输出。系统的控制方式应采用PPI协议通信的分布式网络控制，并指定输送单元作为系统主站。系统主令工作信号由触摸屏人机界面提供，但系统紧急停止信号由输送单元的按钮/指示灯模块的急停按钮提供。安装在工作桌面上的警示灯应能显示整个系统的主要工作状态，例如复位、启动、停止、报警等。然后就是各个单元的学习，因为我自己负责的是供料单元，所以下面就介绍下供料单元的一些相关知识。供料单元是YL-335B中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。下图为供料站的实物图：供料单元的结构和工作过程供料单元的主要结构组成为：工件装料管，工件推出装置，支撑架，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。其中，管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到出料台上。它主要由管形料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。该部分的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。在底座和管形料仓第4层工件位置，分别安装一个漫射式光电开关。它们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。若该部分机构内没有工件，则处于底层和第4层位置的两个漫射式光电接近开关均处于常态；若仅在底层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而第4层处光电接近开关常态，表明工件已经快用完了。这样，料仓中有无储料或储料是否足够，就可用这两个光电接近开关的信号状态反映出来。推料缸把工件推出到出料台上。出料台面开有小孔，出料台下面设有一个园柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，以便向系统提供本单元出料台有无工件的信号。在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。下图为供料站的操作示意图：供料操作示意图3.流程图说明（供料单元）供料站控制工艺流程图开始初态检查置位，运行状态准备就绪。初始化完成。初态检查，联机方式选择启动供料充足？上推手夹紧下推手推料上推手松开返回初态报警否是供料站主程序设置HSC0控制位设置复位、置位控制位初态检查同时发送联机信号输入初始状态启动供料控制子程序开始状态指示子程序供料停止结束初态检查置位M5.0运行状态复位M1.0准备就绪置位M2.0HMI联机V1000.7工作方式I1.5联机方式M3.4运行状态M1.0初态检查M5.0顶料复位I0.1推料复位I0.3物料不足I0.5运行状态M1.0准备就绪M2.0运行状态置位M1.0供料控制置位S0.0S0.0S0.1定时器T101定时器T102定时器T101Q0.0S0.2定时器T103Q0.2定时器T104Q0.1Q0.1V1020.1顶料驱动Q0.0顶料到位I0.0推料驱动Q0.1推料到位I0.2推料复位Q0.3推料完成V1020.1供料控制顺序功能图正常运行缺料报警结束否是开始供料足与否HL1Q0.7供料不足M2.2联机方式M3.4缺料报警M2.1运行状态M1.0准备就绪M2.0HL2Q1.0联机方式M3.4缺料报警M2.1运行状态M1.0状态指示子程序4．组态图的绘制老师对我们的基本要求之一就是每个人都必须要学会绘制组态图，对此，我也是在老师发的资料上下了狠功夫狠狠的看了下。也幸好老师发的资料上，人机组态图的绘制方法给的很详细，一步一步按部就班的来也还是基本上没问题。虽然我们组最后的组态图不是由我绘的，但起码，我自己通过学习阅读，我也还是学会了组态图的绘制。4.单元动作中可能出现的问题供料单元相对来说，比较简单，出现的问题也不会太多。首先，最可能出现的就是供料不足或没有的报警问题。因为供料单元上有几个光电式传感器（其原理结构和应用在后面介绍），当供料不足四个时，在第四个高度的地方的传感器会感受到没有物料，于是发出一个报警信号，显示缺料报警；而假如是一个物料都没有，则最底下高度处的传感器便感受到没有物料，显示无料报警。这些是有报警信号显示的，还算比较安全，而其他一些问题可能就没那么安全可靠，更多的是应该尽可能避免。例如，在物料推出等候机械手夹走的那个等待空间，底下有一个传感器，感受有没有物料推出并等候动作。正常工作情况下，应该是当有物料推出并在等候时，传感器感受到有物料，就会使供料装置不再往外推出第二个物料，直到上一个物料被机械手夹走而使底下的传感器感受到没有物料后才会推出第二个。而在实验室，我们就遇到过这样的情况，由于底下传感器已经损坏，或是灵敏度不够高时，在上一个物料被推出并还未被机械手夹走（一般出现在单个单元独立动作时）下一个物料又推出，这时就会出现卡机。推料杆会卡在那里，而且很难改正。这种情况，不像之前的缺料报警，我们更多的是要避免。为此，在单机独立动作时，当一个物料被推出时，我们为了避免这种情况，就应该迅速地把推出的物料人为手动的拿开。其次，类似的，也有可能其他传感器灵敏度不够灵敏时，而导致推料一个时，其上一个推料无法被夹紧阀夹紧；物料正反方向放反了等问题。总之，我们应该尽可能的多考虑全面各种问题发生的可能，并仔细研究问题发生的原因，最后找到可靠办法解决它。尽量确保安全正常情况下再启动机器。5.认知有关传感器由于我负责的这个供料单元中,有许多个传感器，所以对其相当的认识具有非常重要的作用。YL-335B各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也称为接近开关。接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等等。YL-335B所使用的是磁感应式接近开关（或称磁性开关）、电感式接近开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器等。这里只介绍磁性开关、电感式接近开关和漫反射光电开关，光纤型光电传感器留待在装配单元实训项目中介绍。1、磁性开关YL-335B所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。图2-9是带磁性开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。2、电感式接近开关电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。利用这一原理，以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。电感式接近传感器工作原理框图如图2-11所示。供料单元中，为了检测待加工工件是否金属材料，在供料管底座侧面安装了一个电感式传感器，在接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可