可编程逻辑控制器( Programmable Logic Controller,PLC) 是以微处理器为基础, 把计算机技术、自动化技术和通信技术融为一体的, 面向控制过程、面向用户,适应工业环境、操作方便、可靠性高的新一代通用工业自动装置。随着科学技术的发展和高新技术推广应用的普及, 自动化技术已逐步深入到生产、生活的各个角落, 生产从机械化转变为自动化, 在机械加工、汽车制造、电脑装配、食品生产、药品包装等等方面都在向自动化方向转变, 它们都有共同的规律(按一定规则节拍地动作), 从而产生了自动化流水线( 生产线、装配线)。教育要服务于社会, 就必须跟上科技发展的步伐,不断满足高新技术推广应用的需求。为此我们研制了一台自动化制造流水线实验台。
1、实验台系统
1.1 系统结构及工作原理
该实验台由上料工位、加工工位、热处理工位、装配工位、检测工位、剔除工位、机械手工位、立体仓库工位等八工位组成。它的外形结构如图1 所示。
自动化制造流水线系统工作原理( 以自动为例) : 开始按钮按下后绿灯亮, 电机以一定频率带动输送带正转, 等待几秒钟后, 出料气缸推出大工件。当加工工位传感器感应到有工件时, 直流电动机带动刀具旋转并一起向下移动加工, 同时毛坏数码管计数, 这时出料气缸又推出大工件。加工完成后由输送带把加工好的大工件送到下一个工位—热处理工位, 这时由温控仪设定温度,温度传感器感应温度, 从而对大工件进行加温, 实现热处理。热处理完成后同样由输送带送到下一个工位—装配工位, 当装配工位接近开关感应到有工件时, 黄灯亮,机械手从原点位置( 垂直气缸应伸出, 水平气缸应缩回,夹爪气缸应伸出处于松开状态) 出发, 垂直气缸向下运行, 运行到底后, 夹爪气缸夹紧小工件并一直保持到松开, 然后垂直气缸向上运行, 运行到顶后, 水平气缸向前推出, 推到行程后, 垂直气缸向下运行, 到底后松开小工件, 然后垂直气缸向上到顶, 水平气缸向后缩回,这样就回到了原点。当小工件已装到大工件中后, 左面定位插销气缸向后缩回, 工件随传送带向后移动。当中间接近开关感应到有工件时, 检测装置上垂直气缸向下移动, 到底时停留几秒, 检测有无小工件, 然后垂直气缸向上恢复原位, 右面定位插销气缸向后缩回, 工件随传送带向后移动, 如果有小工件装在大工件中, 就一直运送到成品入口处, 由旋转机械手夹起送到立体仓库基点, 中途会被右边接近开关感应到, 那时成品计数器就自动加1。另一方面, 大工件中如果没有小工件, 红灯亮, 剔料气缸就会伸出, 大工件就能退出传送带, 进入废品入口处。在立体仓库基点处, 由检测传感器确定装配性质, 通过传动系统送到相应的立体仓库仓号中。
电子发卷系统: 为进一步适应机电一体化专业的教学,配合本系统我们开发了电子发卷系统。本系统由PC 机设计试卷代码, 通过软件将该代码送给单片机系统, 控制流水线控制电路的通断, 产生故障。由学生排除该故障。并通过组态软件实时监控故障排除情况, 为学生打分。
1.2 电路连接
整个电路的总电源是市电220V、50Hz, 由它来供应PLC、变频器、稳压电源工作, 由PLC 控制变频器向电动机送电, 从而驱动电动机旋转; 稳压电源向电磁阀供电, 从而控制气缸的运动。
1.3 功能图举例
整个系统功能图分八部分: 上料并启动电机功能图、钻削加工功能图、热处理设置功能图、机械手装配功能图、检测剔除废品功能图、机械手搬运功能图、立体仓库上伺服电机运行功能图。以检测剔除废品功能图为例, 如图3 如示。
1.4 本实验台所能开设的实验范围
(1) 认识性实验: 各个公司的PLC 及其软件、变频器、直流电动机、三相异步电动机、步进电机、伺服电机、减速器、带传动、滚珠丝杠、传感器、机械手、稳压电源、按钮、各种传感器、温控仪、单片机、接近开关、接触器、继电器、空气压缩机、气压缸、电磁阀、警示灯、LED 数码管、电铃、蜂鸣器、立体仓库等。
(2) 应用性实习: 逻辑控制、顺序控制、定时控制、计数控制、步进控制、运动控制、模拟量控制、立体仓库控制、数字变频调速控制、无级变频调速控制、组态王设计、电子发卷、故障设置、查找、排除等。
(3) 设计性实习: 警示灯和电铃及蜂鸣器控制、十字路口交通灯控制、彩灯顺序控制、直流电机控制、机械手控制、步进电机控制、交流电动机正反转及调速控制、数码管显示控制、检测剔除控制等。
(4) 创新性实习: 温度控制、伺服电机控制、网络控制、离线实时控制等。
1.5 主要特点
本实验台具有以下主要特点: ①采用机、电、气及计算机一体化综合控制, 开发柔性好、抗干扰性强及自动化程度高; ②气压传动清洁卫生, 取之不尽, 用之不完, 不花成本; ③本实验装置相对独立; ④具有很好的柔性, 实现回路改变或增减不会改变PLC 的硬件设备, 只须改变应用程序即可; ⑤具有很高的可靠性; ⑥功能完善、灵活性好, PLC 具有标准化的硬件设施及软件设计, 能在该实验台上实现逻辑、顺序、定时、计数控制、人机交互功能, 还有显示、报警等功能; ⑦元件按实物配置, 便于学生观察元件的结构和工作原理, 易于提高其学习兴趣; ⑧接线简单, 安装调试方便; ⑨综合很多机电学科, 给机电专业学生生产实习前提供了必要的教学实习; ⑩实习容量较大,能满足高职高专学生停课实习一个月;+,-能为电器元件、PLC、机械基础、机械传动及设计、气压传动、传感器、变频器、电工基础、编程软件、组态王等相关课程提供教学实验实习、课程设计以及毕业设计, 从而搭建了一个良好的实验实习平台;+.-融合了很多当代机电一体化技术: PLC、单片机、PC、传感器、组态王、网络、气压传动、变频器、伺服传动、机械手等。


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