【毕设】MPS操作手(机械手)单元调试控制功能的设计与实现

北京电子科技职业学院自动化工程学院毕业设计I摘要MPS模块化生产加工教学系统是一个机电一体化的教学系统，在该系统中融合了机械技术、气动技术、电气控制技术、传感器技术、微机控制技术等技术。本设计内容为在现有硬件条件下，针对该设备设计一套合理的生产工艺过程，通过设计PLC的控制程序对操作手单元的进行手动控制，实现可用于调试设备的手动单步运行、复位以及急停的控制功能。关键词：MPS、PLC、操作手北京电子科技职业学院自动化工程学院毕业设计II目录摘要.................................................................................................................................I目录................................................................................................................................II1绪论............................................................................................................................11.1课题背景及意义.................................................................................................................11.2任务要求............................................................................................................................12MPS系统简介............................................................................................................22.1MPS系统的基本功能........................................................................................................23操作手单元控制功能设计........................................................................................43.1操作手单元结构简介........................................................................................................43.1.1操作手单元的基本结构.........................................................................................43.1.2操作手单元中主要传感器以及执行机构的作用.................................................63.1.3PLC的I/O分配情况..............................................................................................63.2操作手单元的控制功能设计与实现................................................................................93.2.1操作手单元的控制功能设计.................................................................................93.2.2程序结构设计.......................................................................................................103.2.3手动单步运行控制功能实现................................................................................104程序调试..................................................................................................................234.1联机调试中出现的问题................................................................................................234.2问题的解决方案及结果................................................................................................235结论..........................................................................................................................24谢辞..............................................................................................................................25参考文献......................................................................................................................26北京电子科技职业学院自动化工程学院毕业设计11绪论MPS模块化生产加工教学系统是一个机电一体化的教学系统，在该系统中融合了机械技术、气动技术、电气控制技术、传感器技术、微机控制技术等技术。要完成课题，首先要掌握该系统，在学生了解掌握MPS设备结构的过程中，可培养学生的知识综合应用能力。1.1课题背景及意义MPS模块化生产加工教学系统，是一套机电一体化的教学设备，该设备由德国FESTO公司生产，结构仿真，能够反映现代工业生产的典型控制过程，非常适合于进行职业技能的培训。MPS设备采用PLC控制，操作手单元是MPS系统中的一个单元，本课题通过对一个机电一体化的设备-操作手单元的控制系统的设计，达到锻炼学生综合运用专业技术知识的能力。学校的MPS设备中的操作手单元是一个机电一体化的系统，该设备的执行机构为气动执行机构，通过多种传感器检测执行机构的工作状态，采用PLC控制各个执行机构的动作。该设备采用PLC控制，PLC是现代工业自动化设备中应用非常广泛的控制器，同时也广泛应用于各种控制领域中，学生在本设计中所使用的PLC是国际主流品牌的主流产品，在实际中应用十分广泛，因此，本课题可以对学生起到岗前职业技能培训的作用。1.2任务要求1.总体任务由本课题组的全体同学共同讨论确定方案，在分工合作，通过编写PLC控制程序、上机调试、修改程序等过程，实现对MPS设备的自动控制。2.本人在课题中承担的主要任务本人在此次毕业设计中主要负责整个MPS系统的第四个工作单元——操作手单元的手动控制设计工作。具体工作内容有：设计PLC控制程序对操作手单元进行自动控制，使其具备“调试”的控制功能，即：具备“手动单步”、“复位”、“急停”的控制功能；操作手单元的工艺流程设计、PLC控制程序的编写与调试。北京电子科技职业学院自动化工程学院毕业设计22MPS系统简介模块化生产加工系统（MPS，ModularProductionSystem）是由德国FESTO公司出品的教学设备。MPS体现了机电一体化技术的实际应用。MPS设备是一套开放式的设备，用户可根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型，最多可由9个单元组成，最少时一个单元可自成一个独立的控制系统。由多个单元组成的系统可以体现出自动生产线的控制特点。MPS设备一般用（ProgrammableLogicController，可编程序逻辑控制器）控制。PLC是专为工业过程控制而设计的控制设备，在工业控制领域中应用非常广泛。在本设计中采用的PLC为西门子公司生产的S7-300系列PLC，下文将会进行重点介绍。MPS模块化生产加工系统是由供料单元、检测单元、加工单元、操作手单元、成品分装单元等五个生产单元组合而成的。多单元组成的MPS系统结构图见图1-1所示。2.1MPS系统的基本功能MPS设备给学习者提供了一个半开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是，设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行、各个单元之间如何配合、最终使MPS模拟一个什么样的生产加工控制过程、MPS作为一条自动生产流水线具有怎样的操作运行模式等，学习者都可根据自己的理解，运用所学理论知识，设计出PLC控制程序，使MPS设备实现一个最符合实际的自动控制过程。但MPS设备的每个单元都具有最基本的功能，学习者只能在这些基本功能的图2-1多单元组成的MPS系统结构图北京电子科技职业学院自动化工程学院毕业设计3基础上进行设计与发挥。各个单元的基本功能如下。1.供料单元按照需要将放置在料仓中的待加工工件（毛坯料）自动地取出并将其传送到第二个单元——检测单元。2.检测单元将供料单元送来的待加工工件进行颜色及材质的识别，并进行高度检测，将符合要求的工件通过上滑槽分流到下一个单元——加工单元；将不符合的工件从下滑槽剔除。3.加工单元将检测单元传送过来的待加工工件进行模拟钻孔加工，并可以对加工结果进行检测。4.操作手单元将加工单元加工后的工件从加工单元取走，取出的工件可以有两个流向：对符合要求的工件，送往下一个单元——分拣单元；对不符合要求的工件，则放到本单元的滑槽中剔除。5.分拣单元可以将上一单元传送过来的工件按颜色或材质的不同，分别从不同的滑槽分流。北京电子科技职业学院自动化工程学院毕业设计43操作手单元控制功能设计3.1操作手单元结构简介3.1.1操作手单元的基本结构操作手单元主要由提取模块、气源处理组件、CP阀组、真空压力发生器、真空检测传感器、I/O接线端口、滑槽模块等组成。①提取模块提取模块如图2-2所示。该模块实际上是一个“气动机械手”，它主要由两个直线气缸（提取气缸和摆臂气缸）、一个转动气缸及支架等组成。北京电子科技职业学院自动化工程学院毕业设计5提取气缸安装在摆臂气缸的气缸杆的前端，用于实现垂直方向的运动，以便于提取工件。该气缸在结构上不同于一般的直线气缸，其气缸杆为空心结构，兼做气路使用；活塞位于气缸杆的中间，以便于使气缸杆的两端都能露在缸体的外面。在气缸杆的上端安装着导气管，在气缸杆的下端安装着吸嘴，通过吸嘴提取工件。在提取气缸的两个极限位置分别安装有磁感应式接近开关，用于判断气缸的动作是否到位（极限位置）。摆臂气缸构成气动机械手的“手臂”，可以实现水平方向的伸出、缩回动作，在气缸的两个极限位置分别安装有磁感应式接近开关，用于判断气缸的动作是否到位（极限位置）。摆臂气缸安装在转动气缸的输出转轴上。转动气缸用于实现摆臂