自動加工單元之卸垛機的設計

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南通科技職業(yè)學院 畢業(yè)論文（設計） 課題名稱 自動加工單元之卸垛機的設計 專業(yè)及班級 機電一體化3132 學號 1362301205 姓名 胡 明 銘 指導老師 金 美 琴 2016年4月20日 自動加工單元之卸垛機的設計 摘要 傳統(tǒng)的機械設備與產品，多是以機械為主，是電氣、液壓或氣動控制的機械設備。隨著工業(yè)水平的不斷發(fā)展，機械設備已逐步地由手動操作改為自動控制，設備本身也發(fā)展成為機電一體化的綜合體。目前，可編程序控制器已成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，居工業(yè)生產自動化三大支柱(可編程序控制器、機器人、計算機輔助設計與制造)的首位。其廣泛的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標志。本文首先概述了PLC的產生、發(fā)展及應用現狀，隨后又論述了自動生產線的歷史、我國的應用現狀及存在的一系列問題及今后該領域的發(fā)展趨勢。 其次進行了系統(tǒng)控制部分的設計。該系統(tǒng)的核心部分是卸垛自動生產線的控制系統(tǒng)。在該部分中，介紹了PLC的綦礎知識；詳細介紹了工藝流程及控制邏輯；設計了PLC控制系統(tǒng)軟件和硬件；并介紹了PLC上位連接系統(tǒng)，為用戶對卸垛自動生產線實現實時監(jiān)控、遠程診斷和網絡化管理搭建了平臺。 關鍵詞 卸垛；控制系統(tǒng)；PLC Destacking Automatic production Line and Control System Abstract More than the traditional mechanical equipment and products, mainly on mechanical, electrical, hydraulic or pneumatic control is the mechanical equipment. With the continuous development of industrial level, mechanical equipment has been gradually from manual to automatic control, the device itself also developed into a complex of electromechanical integration. At present, the programmable controller has become the most important and most used in industrial automation control equipment, the three pillars of industrial production automation, programmable controller, robot, computer aided design and manufacturing) of the first. Its depth and width of the broad measure become a the symbol of industrial automation level of the country. At first, this paper summarized present conditions of the formation, development and application of PLC, then discusses the application of automatic production line of history, and a series of problems and the future trend of the development of this field. Secondly this paper gives the design of the system control part. The system is the core part of the destacking automatic production line control system. In this part, the paper introduces the PLC regard development knowledge; Introduced the technological process and control logic. Key words： destacking; Control system; PLC  目 錄 1緒論 1 2卸垛自動生產線總體設計方案 2 2.1概述 2 2.2系統(tǒng)組成 2 2.3系統(tǒng)功能 3 2.4本章小結 3 3卸垛自動生產線機械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)設計 4 3.1概述 4 3.2設備電氣配置 5 3.2.1 減速機設置 5 3.2.2光電開關、接近開關設置： 6 3.2.3控制氣缸的閥及磁性開關： 9 3.3電氣控制要求： 11 3.4安全要求： 15 3.5、走線要求： 16 4氣動及真空系統(tǒng) 17 4.1氣動系統(tǒng)的組成 18 4.2氣動回路設計 18 4.3本章小結 19 5卸垛自動生產線PLC 20 5.1控制系統(tǒng)概述 20 5.1.1PLC的基本結構 20 5.1.2PLC的分類 22 5.1.3PLC程序的表達方式 22 5.1.4PLC的工作原理 23 全文結論 26 致謝 27 參考文獻 28 南通科技職業(yè)學院學生畢業(yè)論文 正文第 26 頁 共 28 頁 胡明銘：自動加工生產線之卸垛機的設計 1 緒論 隨著科學技術的迅猛發(fā)展，生產力水平的不斷提高，人們對降低勞動強度、改善工作環(huán)境同益重視起來。石油化工、化肥、糧食、港口等行業(yè)對質量和勞動效率的要求也日益提高，從而促進了這些企業(yè)的現代化改造。而傳統(tǒng)的人工卸垛由于其生產效率低下而成為這些行業(yè)產量和質量提高的巨大障礙，已不能滿足現代化大生產的需要。用戶為了便于產品的運輸和存儲，對卸垛要求更加嚴格，卸垛好壞已成為企業(yè)升級和獲得經濟效益的關鍵因素，因此盡快提高產品的質量，是這些行業(yè)的迫切任務之一，也是用戶對這些行業(yè)的要求。國際上日本NEWLONG、英國BL、意大利米勒、美國ORY等公司掌握了卸垛先進技術。目前國內全自動卸垛設備主要依靠進口，國產設備生產廠家較少，市場呼吁國產化的全自動卸垛生產線。我國人工卸垛的低效率與產量的日益提高之間的矛盾同益突出，因此對卸垛自動生產線的研究具有重大的經濟意義和現實意義。 2 卸垛自動生產線總體設計方案 2．1 概述 本課題設計的是拆垛自動生產線是一個典型的機電一體化系統(tǒng)。所謂的機電一體化系統(tǒng)就是指系統(tǒng)的主要功能，信息處理和控制功能等方面的介紹，以及機械裝置的部件、計算機等電子設備和軟件的結合構成了系統(tǒng)，即機械、執(zhí)行、信息處理等部分的接口和軟件的控制下的電子技術，結合系統(tǒng)的觀點形成一個新的機械系統(tǒng)。機電一體化系統(tǒng)由機械系統(tǒng)（機械）、電子信息處理系統(tǒng)（計算機）電力系統(tǒng)（電源）、傳感器檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行器系統(tǒng)（如電動機）、五大系統(tǒng)。其內部函數有五種，即主函數、運動功能、檢測、控制、配置等功能。 機電一體化系統(tǒng)的一個主要特點是由于微電子機械設備的機電一體化系統(tǒng)取代了絕大多數人的機械控制功能，并延伸和擴展了人的能力，克服了缺點和弱點。另一個偉大的特點是節(jié)省能源和材料消耗。其主要特點是自動化。 2．2 系統(tǒng)組成 該系統(tǒng)是一個典型的機電一體化系統(tǒng)，稱為機電控制系統(tǒng)（該系統(tǒng)主要由可編程控制器控制），它主要由機械、氣動、控制三大部件組成的系統(tǒng)設計。機械部分執(zhí)行每一個執(zhí)行器驅動裝置，通過各種機構來完成其預定功能的設定軌跡。氣動部分由傳感器檢測，電磁控制閥?？刂撇糠钟煽删幊炭刂破鳎ū疚囊詺W姆龍C200H這個）、交流接觸器、低壓斷路器和其他組件。任何典型的機電計算機控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)總體上，由硬件和軟件兩部分組成。 圖2.1所示，該系統(tǒng)的硬件配置由中央處理單元、輸入/輸出擴展單元、檢測單元、人機界面、控制單元和執(zhí)行元件組成。 中央處理單元CPU 輸入/輸出I/O擴展單元 檢測元件 操作面板 控制單元 執(zhí)行元件 圖2.1控制系統(tǒng)硬件配置 2.3 系統(tǒng)功能 （1） 檢測與控制功能系統(tǒng)通過各種傳感器自動檢測位置及是否回歸起始原點的狀況，由PLC根據所測的各種位置信號來控制執(zhí)行裝置的啟動、運行和停止。系統(tǒng)實時檢測供電電源情況，由PLC控制在電源嚴重過壓或欠壓時停機。 （2） 顯示報警功能當系統(tǒng)出現下列情況之一時，均同時進行聲、光報警：DC24V掉電(各種傳感器的供電電源)；執(zhí)行裝置未回歸原點位置時進行啟動；垛盤滿位時；系統(tǒng)供電電源嚴重過壓或欠壓等。 （3） 靈活的操作過程卸垛自動生產線的操作過程有兩種：自動操作／手動操作。將自動／手動的切換開關打到“手動”狀態(tài)時，可以按下操作面板上相應的點動開關實現點動操作；打到“自動”狀態(tài)時，則根據相應的控制程序進行自動且連續(xù)的作業(yè)。 2．4 本章小結 本章從卸垛自動生產線作為一個典型的機電一體化系統(tǒng)入手，從總體上分析了該系統(tǒng)的組成及功能，為下一步的研究勾勒出清晰的輪廓。  3卸垛自動生產線機械系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)設計 3．1概述 機電系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，除了需要一個高定位精度外，還應具有良好的動態(tài)響應，響應速度更快，穩(wěn)定性更好。 在這里，機械系統(tǒng)一般由減速裝置、各種直線傳動部件、和非直線傳動的連桿機構等組成，導桿、支承件、機架軸等機構。自動卸垛生產線是集機械、電氣、于一體的高新技術產品，主要用于化工、食品、醫(yī)藥和食品工業(yè)在瓶子、紙板箱、自動堆碼桶。卸垛機系統(tǒng)主要由自動生產線如圖3.1所示 圖3.1 卸垛機生產線分為輸送臺1、輸送臺2、輸送臺3、輸送臺4、換向輸送臺、垛板收集臺、儲瓶臺、隨動系統(tǒng)、撥瓶機構、出瓶機構（圖上沒有畫出）、真空系統(tǒng)部分和龍門立柱框架部分。本圖僅為卸垛機總體平面圖，由于本次設計機械部分過于復雜在這里將不做詳細說明，之后本次設計的總圖和所有部件圖都將以CAD圖形式展出。機械部分將以圖形式進行展出。 3．2 設備電氣配置 3.2.1 減速機設置 （1）本機中共有減速機15臺，總功率12.84Kw。 M1 SA57DT80K4/M1/A/180 n=14r/min P=0.55Kw 輸送臺1驅動 M2 SA57DT80K4/M1/A/180 n=14r/min P=0.55Kw 輸送臺2驅動 M3 SA57DT80K4/BMG/M1/A/180 n=14r/min P=0.55Kw 輸送臺3驅動 M4 SA57DT80K4/BMG/M1/A/180 n=14r/min P=0.55Kw 輸送臺4驅動 M5 SA47DT80K4/BMG//M2/A/270 n=67r/min P=0.55Kw 換向輸送臺5鏈條驅動 M6 R37DT80K4 /M5/270 n=42r/min P=0.55Kw 換向輸送臺5滾筒驅動 M7 SA57DT80K4/BMG/M1/A/180 n=14r/min P=0.55Kw 垛板收集輸送臺6驅動 M8 SA57DT80N4/M1/B/270 n=14r/min P=0.75Kw 儲瓶臺驅動 M9 SA47DT80K4/BMG/A/270 n=59r/min P=0.55Kw 隨動裝置驅動 M10 SF37DT71D4/BMG/A/270 n=69r/min P=0.37Kw 撥瓶出瓶驅動 M11 R97DV112M4/BMG/2WE/M1/0 n=22r/min P=4Kw 主提升驅動 M12 S47DT90S4/BMG/M1/B/0 n=85r/min P=1.1Kw 隔板吸頭提升驅動 M13 SA57DT71D4/BMG/M5/A/0 n=11r/min P=0.37Kw 隔板吸頭旋轉驅動 M14 SA57DT90S4/BMG/M2/B/270 n=60r/min P=1.1Kw 移動框架驅動 M15 FA37DT80N4/BMG/M3/270 n=67r/min P=0.75Kw 移動夾頭驅動 （2）其中M4、M8、M10、M11、M12、M13、 M14、M15需要變頻調速。 （3）其中M1、M2、M3、M4、M11、M12、M13、M14、M15減速機要求正反轉，防護等級要符合安全防護要求（IP55）,絕緣等級F。 （4）以上減速機中除M1、M2、M6、M8外，全部有制動裝置。其中M11、M12、M14、M15要求快速制動。 （5）本機分為手動和自動兩種狀態(tài)，各減速機要求能單獨控制運轉。 （6）本機工作電壓為 AC380V、3PH、 50Hz，輔助電壓為 DC24V。 3.2.2. 光電開關、接近開關設置 （1）各開關功用 光電開關： GK1 輸送臺1上垛檢測 GK2 輸送臺1上垛到位檢測 GK3 輸送臺2垛板到位檢測 GK4 輸送臺3垛板到位檢測 GK5 輸送臺4垛板到位減速檢測 GK6 輸送臺4垛板定位檢測 GK7 換向輸送臺5垛板到位檢測 GK8 換向輸送臺5垛板到位齊平檢測 GK9 移動夾頭安全放瓶儲瓶臺空檢測 GK10 隨動桿安全下降整層瓶到后位位置檢測 GK11 隨動桿安全下降整層瓶到前位位置檢測 GK12 隨動桿安全上升時儲瓶臺停止運動位檢測 GK13 安全撥瓶出瓶位置檢測 GK14 安全防護網1保護檢測 GK15 安全防護網2保護檢測 GK16 安全防護網3保護檢測 GK17 垛板收集滿檢測 GK18 垛板收集輸送臺6垛板定位檢測 GK19 隔板收集滿位置檢測 GK20 隔板收集框有垛板檢測 GK21 提升移動框架下降定位檢測 GK22 提升移動框架下降減速檢測 GK23 備用 接近開關 JK1 提升移動框架下限位檢測 JK2 提升移動框架下降最后一層定位檢測 JK3 提升移動框架與儲瓶臺定位檢測 JK4 提升移動框架上升減速位檢測 JK5 提升移動框架上限位檢測 JK6 隔板吸頭提升吸隔板下限位檢測 JK7 隔板吸頭提升放隔板下限位檢測 JK8 隔板吸頭提升放隔板下降減速定位檢測 JK9 隔板吸頭提升吸隔板上升減速位檢測 JK10 隔板吸頭提升吸隔板上限位檢測 JK11 隔板吸頭提升吸隔板下降減速位檢測 JK12 隔板吸頭提升吸隔板下降定位檢測 JK13 吸頭旋轉吸位定位檢測 JK14 吸頭旋轉吸位減速定位檢測 JK15 吸頭旋轉放位減速定位檢測 JK16 吸頭旋轉放位定位檢測 JK17 移動夾頭夾位定位檢測 JK18 移動夾頭夾位減速定位檢測 JK19 移動夾頭放位減速定位檢測 JK20 移動夾頭放位定位檢測 JK21 移動框架夾位定位檢測 JK22 移動框架夾位減速定位檢測 JK23 移動框架放位減速定位檢測 JK24 移動框架放位定位檢測 JK25 主提升鏈條右斷裂保護檢測 JK26 主提升鏈條左斷裂保護檢測 JK27 隨動桿鏈條基準位檢測 JK28 隨動桿鏈條等待位檢測 JK29 隨動桿運行到位左邊檢測 JK30 隨動桿運行到位右邊檢測 JK31 撥桿運行基準位檢測 JK32 進瓶到位檢測 JK33 備用 行程開關 XK1 提升移動框架下限保護 XK2 提升移動框架上限保護 XK3 隔板吸頭提升下限保護 XK4 隔板吸頭提升上限保護 3.2.3 控制氣缸的閥及磁性開關 Q1、Q2 移動夾頭后夾緊氣缸 YV1A、YV1B控制Q1 、Q1氣缸前進或后退，CK1A、CK1B 、CK2A、CK2B分別檢測氣缸Q1 、Q2的兩個位置。 Q3、Q4 移動夾頭前夾緊氣缸 YV2A、YV2B 控制Q3、Q4氣缸前進或后退，CK3A、CK3B 、CK4A、CK4B分別檢測氣缸Q3、Q4的兩個位置。 Q5 移動夾頭右夾緊氣缸 YV3A、YV3B 控制Q5氣缸前進或后退，CK5A、CK5B分別檢測氣缸Q5的兩個位置。 Q6 移動夾頭左夾緊氣缸 YV4A、YV4B 控制Q6氣缸前進或后退，CK6A、CK6B分別檢測氣缸Q6的兩個位置。 Q7、Q8 輔助夾瓶前氣缸 YV5A、YV5B 控制Q7、Q8氣缸前進或后退，CK7A、CK7B、CK8A、CK8B分別檢測氣缸Q7、Q8的兩個位置。 Q9、Q10 輔助夾瓶后氣缸 YV6A、YV6B 控制Q9、Q10氣缸前進或后退，CK9A、CK9B、CK10A、CK10B分別檢測氣缸Q9、Q10的兩個位置。 Q11、Q12 輔助夾瓶右氣缸 YV7A、YV7B 控制Q11、Q12氣缸前進或后退，CK11A、CK11B、CK12A、CK12B分別檢測氣缸Q11、Q12的兩個位置。 Q13、Q14 輔助夾瓶左氣缸 YV8A、YV8B 控制Q13、Q14氣缸前進或后退，CK13A、CK13B、CK14A、CK14B分別檢測氣缸Q13、Q14的兩個位置。 Q15、Q16 夾鉗移動氣缸 YV9A、YV9B 控制Q15、Q16氣缸前進或后退，CK15A、CK15B、CK16A、CK16B分別檢測氣缸Q15、Q16的兩個位置。 Q17、Q18 氣爪 YV10A、YV10B 控制Q17、Q18氣爪打開或關閉，CK17A、CK17B、CK18A、CK18B分別檢測氣爪Q17、Q18的兩個位置。 Q19、Q20 過渡平臺移動氣缸 YV11A、YV11B 控制Q19、Q20氣缸前進或后退，CK19A、CK19B、CK20A、CK20B分別檢測氣缸Q19、Q20的兩個位置。 Q21、Q22 換向輸送臺移動氣缸 YV12A、YV12B 控制Q21、Q22氣缸上升或下降，CK21A、CK21B、CK22A、CK22B分別檢測氣缸Q21、Q22的兩個位置。 Q23 壓瓶氣缸 YV13A、YV13B 控制Q23氣缸上升或下降，CK23A、CK23B分別檢測氣缸Q23的兩個位置。 Q24 撥瓶分瓶氣缸 YV14A、YV14B 控制Q24氣缸前進或后退，CK24A、CK24B分別檢測氣缸Q24的兩個位置。 Q25、Q26、Q27、Q28 垛板收集小氣缸 YV15A、YV15B 控制Q25、Q26、Q27、Q28氣缸前進或后退，CK25A、CK25B、CK26A、CK26B、CK27A、CK27B、CK28A、CK28B分別檢測氣缸Q25、Q26、Q27、Q28的兩個位置。 Q29 垛板收集升降大氣缸 YV16A、YV16B 控制Q29氣缸上升或下降或中位 ，CK29A、CK29B、CK29C分別檢測氣缸Q29的三個位置。 壓力開關： 欠壓保護 QY 真空發(fā)生器： YVZX1A、YVZX1B分別控制吸盤的吸氣和吹氣 真空度檢測： 真空壓力 ZKD 注： （1）JK1-JK12用方型接近開關. （2）JK13-JK24, JK27-JK31選用φ30感應距離在15mm左右的接近開關。 （3）JK25-JK26選用φ12感應距離在10mm左右的接近開關。 （4）GK21、GK22選擇品質高的光電開關，防抖動，防反光等功能。 3.3 電氣控制要求 （1） 整機運行程序，有如下要求： ①本機共有2套程序，優(yōu)化程序使運行機器運行平穩(wěn) ②配有按鍵式顯示屏控制系統(tǒng),須有故障顯示分頁 ③配置操作站，力求操作簡單，電柜與操作站分開設置，電柜及操作站位置見平面圖。如操作站不用手動旋鈕，則須選用大屏幕，保證須同時動作的減速機能在同一分頁上。 ④注意分線盒的合理布置。 ⑤垛板收集裝置配有單獨控制操作站。 ⑥配備警示燈 ⑦應具有計數功能，設備自帶漏電保護器。應具有急停解除后，能夠自動回復到急停前狀態(tài)的功能。 ⑧機器自動運行，各系統(tǒng)裝置按運動順序電氣互鎖。 ⑨操作界面為中文簡體，工作狀態(tài)一目了然；多種參數設定均可在界面完成。具有累計班產、故障報警顯示、工作狀態(tài)顯示等功能。 （1） 移動夾頭： Q1、Q2 處于縮回位置，CK1B、CK2B觸發(fā)。 Q3、Q4 處于縮回位置，CK3B、CK4B觸發(fā)。 Q5 處于縮回位置， CK5B觸發(fā)。 Q6 處于縮回位置， CK6B觸發(fā)。 JK17 移動夾頭夾位定位檢測觸發(fā)。 移動框架： JK21 移動框架夾位定位檢測觸發(fā)。 提升移動框架： JK5 提升移動框架上限位檢測觸發(fā)。 隔板吸頭提升： JK10 隔板吸頭提升吸隔板上限位檢測觸發(fā)。 吸頭旋轉： JK13 吸頭旋轉吸位定位檢測觸發(fā)。 隨動桿： JK27 隨動桿鏈條基準位檢測觸發(fā)。 JK29 ,JK30 隨動桿運行到位左,右邊檢測觸發(fā)。 垛板收集裝置：Q25、Q26、Q27、Q28 處于縮回位置 CK25B、 CK26B、CK27B、CK28B觸發(fā)。 Q29 處于縮回位置 CK29C觸發(fā)。 輔助夾瓶：Q7、Q8處于伸出位置，CK7A、CK8A觸發(fā)。 Q9、Q10處于伸出位置，CK9A、CK10A觸發(fā)。 Q11、Q12處于伸出位置，CK11A、CK12A觸發(fā)。 Q13、Q14 處于伸出位置，CK13A、CK14A觸發(fā)。 夾鉗移動：Q15、Q16處于縮回位置， CK15B、CK16B觸發(fā)。 氣爪：Q17、Q18氣爪打開CK17A、CK18A觸發(fā)。 過渡平臺：Q19、Q20處于縮回位置，CK19B、CK20B觸發(fā)。 壓瓶：Q23處于縮回位置降， CK23B觸發(fā)。 撥瓶分瓶：Q24 處于伸出位置， CK24A觸發(fā)。 JK31 撥桿運行基準位檢測觸發(fā)。 其它部件處于待機狀態(tài) （1）以上后面任意一處檢測到有垛則前面須停止等待。 （2）叉車垛板上、下料延時15秒鐘（可調）后滾道鏈條電機才能動作。 叉車上垛后GK1、GK2檢測到垛，GK03檢測無垛，M1、M2電機啟動垛向前運行，垛運行到GK03擋光時M2停止。當按下拆包確認按鈕后，垛才可繼續(xù)下面工序。輸送臺3的GK4 檢測無垛，則M2，M3啟動進垛，垛運行到GK4擋光則M3電機停止。 進垛： GK4檢測有垛，輸送臺4的GK5，GK6 檢測無垛且JK5檢測到主提升在上限位時，則M3，M4啟動進垛，垛運行到GK5擋光， M4減速至GK6擋光則M4電機停止，垛實現定位;如JK5檢測到主提升不在上限位，則M3電機停止在原位等待。 卸垛：（未使用編碼器） （1）提升移動頭架下降到第一層，輔助夾瓶工作 當垛運行至GK6擋光時，M11啟動中速下降，至GK22擋光轉換為低速至GK21擋光時停止。輔助夾瓶的YV5B、YV6B、YV7B、YV8B工作Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14縮回，CK7B、CK8B、CK9B、CK10B、CK11B、CK12B、CK13B、CK14B觸發(fā), YV5A、YV6A、YV7A、YV8A斷電; 夾鉗移動： YV9A 工作Q15、Q16處于伸出位置， CK15A、CK16A觸發(fā), YV9B斷電。氣爪YV10B工作Q17、Q18關閉CK17B、CK18B觸發(fā), YV10A斷電。移動夾頭：YV1A、YV2A、YV3A、YV4A工作，Q1、Q2、 Q3、Q4、 Q5、Q6 處于伸出位置，CK1A、CK2A、CK3A、CK4A、CK5A、CK6A觸發(fā)，YV1B、YV2B、YV3B、YV4B斷電。過渡平臺：YV11A工作 Q19、Q20處于伸出位置，CK19A、CK20A觸發(fā)， YV11B斷電。 （2）吸頭運行吸隔板，放隔板并返回原位 同時M12 啟動中速下降至隔板吸頭提升吸隔板下降減速位檢測JK11觸發(fā)減速，隔板吸頭提升吸隔板下降定位檢測JK12觸發(fā)M12停止，同時真空發(fā)生器：YVZX1A工作,真空發(fā)生器工作，吸取隔板，待真空度檢測ZKD觸發(fā)，M12 啟動中速上升JK9減速至JK10觸發(fā)停止，M13啟動中速正轉至JK15減速至JK16觸發(fā)停止。M12啟動高速下降至JK8減速，至JK7停止，同時YVZX1B工作, YVZX1A斷電，隔板吸出放入隔板庫動作完成。M12啟動高速上升至JK9觸發(fā)減速至JK10停止，M13啟動高速反轉至JK14觸發(fā)減速至JK13停止。 （3) 卸第一層瓶至移動夾頭的過渡平臺后，輔助夾瓶工作回原位 在M13啟動中速正轉同時，M14啟動中速正轉至JK 23觸發(fā)減速至JK24停止，輔助夾瓶的YV5A、YV6A、YV7A、YV8A工作Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12、Q13、Q14伸出，CK7A、CK8A、CK9A、CK10A、CK11A、CK12A、CK13A、CK14A觸發(fā), YV5B、YV6B、YV7B、YV8B斷電; 氣爪YV10A工作Q17、Q18打開CK17A、CK18A觸發(fā), YV10B斷電。夾鉗移動：YV9B 工作Q15、Q16處于縮回位置， CK15B、CK16B觸發(fā), YV9A斷電。過渡平臺：YV11B工作 Q19、Q20處于縮回位置，CK19B、CK20B觸發(fā)， YV11A斷電。 (4)提升移動頭架下降到儲瓶臺位，移動夾頭放瓶后回原位 M11啟動中速正轉運行下降至JK3觸發(fā)停止，如果GK9移動夾頭安全放瓶儲瓶臺空檢測擋光，則原位等待；如果不擋光，則M15啟動中速正轉運行至JK19減速至JK20停止。移動夾頭：YV1B、YV2B、YV3B、YV4B工作，Q1、Q2、 Q3、Q4、 Q5、Q6 處于縮回位置，YV1A、YV2A、YV3A、YV4A斷電。等待約1秒鐘（待定可調），M11啟動高速反轉運行上升至JK4觸發(fā)減速至JK5停止.同時則M15啟動高速反轉運行至JK18減速至JK17停止。M11至JK5停止后，M14啟動高速反轉至JK22觸發(fā)減速至JK21停止。 上述動作即完成卸了第一層瓶垛，重復完成上述動作即可卸其它層瓶子。 注意： (1) 在卸最后一層時JK2工作，輔助夾瓶不工作； (2) 要求吸垛板上最后一張隔板； (3) 在這期間如發(fā)出急停等信號，動作暫停，待檢測取消后能自動執(zhí)行下面動作，要有觸摸屏有畫面顯示。 換向輸送臺輸送空垛板： 當吸完最后一張隔板后，換向輸送臺5的GK7，GK8 檢測無垛板 ,換向輸送臺移動氣缸 YV12B 工作Q21、Q22氣缸在縮回位,CK21B、CK22B觸發(fā)。則M4,M5啟動，到GK7,GK8都擋光時M5電機停止，同時M3電機啟動進垛程序。換向輸送臺移動氣缸 YV12A 工作Q21、Q22氣缸升出位,CK21A、CK22A觸發(fā)。當GK18檢測無垛板，M6電機啟動出垛，進入垛板收集輸送臺，至GK18擋光，M6電機停止，換向輸送臺移動氣缸 YV12B 工作Q21、Q22縮回原位，否則等待。 垛板收集：垛板分送機配有單獨控制操作站（電氣設計） 動作待定，警燈閃爍黃燈、觸摸屏提示要叉車運走。 儲瓶隨動裝置： 第一層瓶子放入儲瓶臺上時，儲瓶臺電機M8始終是運轉的，JK27隨動桿鏈條基準位檢測觸發(fā)，JK29 ,JK30 隨動桿運行到位左,右邊檢測觸發(fā)。當 第一層瓶子運行到GK10檢測不擋光時，GK11檢測都擋光時，壓瓶 Q23處于伸出位置， CK23A觸發(fā), 儲瓶臺電機M8停止，M9啟動至JK28隨動桿鏈條等待位檢測觸發(fā)，M9停止。GK12隨動桿安全上升時儲瓶臺停止運動位檢測不擋光，M9啟動至JK27檢測觸發(fā)，M9停止,否則停止等待。上述完成一層瓶子的輸送，重復完成上述動作即可完成下一層瓶子隨動輸送。 壓瓶撥瓶裝置： 儲瓶臺電機M8是運轉的，撥瓶分瓶氣缸YV14B工作，Q24氣缸伸出，CK24A觸發(fā), JK31撥桿運行基準位檢測觸發(fā)。當進瓶到位檢測JK32觸發(fā)，壓瓶氣缸Q23處于伸出位置， CK23A觸發(fā),瓶子壓緊，撥瓶分瓶氣缸YV14A工作，Q24氣缸縮回，CK24B觸發(fā)，如GK13不擋光則M10電機啟動，運轉至JK31再次觸發(fā)M10電機停止，否則原位等待。 M10電機啟動一次既撥一排瓶一次，反復循環(huán)此動作即可多次出瓶。 3.4 安全要求 （1）整機的急停及復位不得少于4處。 （2）應設置警示燈和蜂鳴器，本機最高處。 （3）本機設置欠壓保護裝置。 （4）本機設置安全保護檢測光電開關。 3.5 走線要求 根據現場情況定走線位置，走線依附于機體本身及坦克鏈完成，并適當架設橋架。要求走線位置美觀不能對機器的運動產生影響。 4氣動及真空系統(tǒng) 卸垛生產線各部分功能的執(zhí)行機構為氣缸、電磁閥、氣源處理裝置、真空系統(tǒng)等組成的氣動系統(tǒng)。 氣動系統(tǒng)是生產線的基本組成部分之一，它的性能、壽命及穩(wěn)定性直接決定著生產線的工作性能和質量。氣壓式執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉換成為機械能的裝置。具有代表性的氣壓執(zhí)行元件有氣缸、氣壓馬達等。氣缸能提供直線運動并做功，而氣壓馬達是利用壓縮空氣的能量實現旋轉運動的機械。 在該氣動系統(tǒng)中，本文選用氣缸元件只是為了提供一些短行程的直線距離傳送。本文選用了典型氣缸中的膜片式氣缸。膜片式氣缸是一種用壓縮空氣推動非金屬膜片作往復運動的氣缸，這種氣缸的結構緊湊、無泄露、成本低、維修方便，行程較小。適用于氣動夾具、自動調節(jié)閥及短行程工作場合。 4．1氣動系統(tǒng)的組成 氣動系統(tǒng)主要由以下四種裝置組成： （1）氣源裝置氣源裝置即壓縮空氣的發(fā)生裝置，其主體部分是空氣壓縮機(簡稱空壓機)。它將原動機(如電動機)的機械能轉換為空氣的壓力能并經凈化設備凈化，為各類氣動設備提供潔凈的壓縮空氣。本條生產線需要產生6-7kg的壓力，建議選用7.5kw的空壓機。 （2）執(zhí)行機構執(zhí)行機構是系統(tǒng)的能量輸出裝置，如氣缸和氣馬達，它們將氣體的壓力能轉換為機械能，并輸出到工作機構上去。此套生產線因要求較高，選用的氣缸型號較多主要為smc氣缸一般以5120和7120兩種型號氣缸為主。 （3）控制元件即用以控制調節(jié)壓縮空氣的壓力、流量、流動方向以及系統(tǒng)執(zhí)行機構的工作程序的元件，如壓力閥、流量閥、方向閥和邏輯元件等。 （4）輔助元件系統(tǒng)中除上述三類元件外，其余元件稱輔助元件，如各種過濾器油霧器、消聲器、散熱器、傳感器、放大器及管件等。它們對保持系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定和持久地工作起著十分重要的作用。 4．2氣動回路設計 （1）氣源處理裝置該裝置由氣水分離器、減壓閥、油霧器組成。氣水分離器將壓縮空氣中的贓物和水分濾出，由減壓閥把空氣壓力降到預定壓力，然后供給電磁閥和氣缸。油霧器中的潤滑油由壓縮空氣順空氣流動方向帶到需潤滑的電磁閥和氣缸。減壓閥帶有壓力表，調整空氣壓力可由壓力表直接讀出。氣源處理裝置簡圖如圖4.1所示。 圖4．1氣源處理裝置簡圖 （2）氣路的基本回路一個氣動系統(tǒng)不管有多么復雜，它總不外是由一些基本回路組成的。所謂基本回路就是由一些氣壓元件組合起來完成特定功能的氣路結構。氣路系統(tǒng)由基本回路構成，基本回路由電磁閥、氣缸、管路、調速器、消音器等組成。電磁閥控制氣體通斷及執(zhí)行機構換向。氣缸是執(zhí)行機構的基本元件，承擔負載、輸出力及轉矩。調速器用來調節(jié)氣缸的運動速度，以滿足負載的不同速度要求。消音器用來排除排氣噪聲，保護環(huán)境。 （3）隔板拿出時啟動真空裝置，并通過真空檢測器檢測真空度。若真空度未達到設定值，則放棄吸隔板；若達到設定值，則發(fā)出投料信號。這時，真空裝置進行工作將隔板吸出棄板有兩種情況：一是真空未達到設定值；二是吸盤不在隔板的正中央。 真空吸盤在吸住隔板的同時，探測器便發(fā)出一個的探測信號，檢測到吸板正常時，便發(fā)出投料信號。檢測未探測到隔板，要把各個功能部件返回到其原來位置。裝袋時，開口吸袋器不再吸著袋子，返回初始位置。 （4）卸垛機的氣路系統(tǒng)比較復雜，圖4.5為氣動部分總體平面圖。 圖4.5氣動部分總體平面圖 4．3本章小結 卸垛生產線各部分功能的執(zhí)行機構為氣缸、電磁閥、氣源處理裝置。 真空系統(tǒng)等組成的氣動系統(tǒng)。本章介紹了卸垛自動生產線的執(zhí)行機構，即氣動系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。主要介紹了各主要部機的氣動回路和基本氣動回路，給出了卸垛機氣動系統(tǒng)原理圖。 5 卸垛自動生產線PLC 5．1控制系統(tǒng)概述 所謂自動控制，就是在沒有人直接參與的情況下，使生產過程或被控對象的某些物理量準確地按照預期規(guī)律變化。一般地說，如何使被控制量按照給定 量的變化規(guī)律而變化，這就是控制系統(tǒng)所要解決的基本任務。研究某一控制系統(tǒng)要解決的兩個問題：其一是分析給定控制系統(tǒng)的工作原理，原部件組成：其二是根據生產的需要來進行控制系統(tǒng)的設計，并用機、電、光、液(氣)壓元部件或設備來實現這一系統(tǒng)。 5．1．1 PLC的基本結構 各種PLC的類型，但其結構和工作原理是相似的，通常是由一個中央處理單元（主要部分cpl0，存儲器，輸入/輸出單元、編程和電源配置，如圖5.1所示。如果可編程控制器作為一個系統(tǒng)，外部開關信號的輸入變量是通過輸入接口存儲到可編程控制器內部數據存儲器，然后通過邏輯運算或數據處理的形式的變量輸出到輸出接口，以控制輸出設備。 （1）中央處理單元（中央處理器）是可編程序控制器的核心部件，它與人腦類似，可根據預先編制的系統(tǒng)程序來完成各種任務。其作用是以下： ①接收、存儲用戶程序和數據輸入編程工具，可以顯示程序的內容，并通過顯示器存儲地址。 ②檢查，檢查用戶程序用戶程序進入，發(fā)現語法錯誤，立即報警并停止輸入；程序運行時，如果發(fā)現錯誤，立即報警或停止程序的執(zhí)行。 ③接收呼叫信息場接收的數據輸入字段保存在需要更改的數據時，它是轉移出去，并把數據的需求。 ④當PLC執(zhí)行用戶程序在運行，CPU按順序存儲的用戶程序，逐一閱讀、解釋和執(zhí)行程序，完成用戶程序規(guī)定的各種操作，以及程序執(zhí)行結果的輸出端口，PLC驅動外部負載。 ⑤電力故障診斷、故障診斷PLC內部電路，根據故障或錯誤的類型，通過顯示屏顯示提示用戶解決或及時糾正錯誤的消息。 （2）記憶可以分為以下三種記憶： ①系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)的廠家根據自己的程序選擇CPU指令集編寫的，這就決定了PLC的功能。系統(tǒng)程序存儲器是只讀存儲器，用戶不能改變它的內容。 ②用戶應用程序存儲器的控制要求下，被叫用戶程序的編寫。不同型號的可編程控制器。用戶程序的內存容量可能有很大的不同。根據生產過程或工藝過程的要求，用戶經常需要改變程序，用戶程序存儲器必須可讀可寫。一般用備用電池（鋰電池）的掉電保護，防止損耗程序下降。 在工作區(qū)中存儲數據的③工作數據存儲器稱為工作數據區(qū)。就業(yè)數據是不斷變化的，經常訪問的，因此必須可讀寫存儲器。 （3）輸入/輸出（PA）單元是PLC與外部設備互聯的窗口輸入單元接收信號的現場設備PLL2提供，例如，按鈕開關，限位開關，繼電器，接近開關，傾斜裝置和其他二進制信號提供。這些信號都是輸入濾波電路、光隔離、電平轉換等處理，信號處理器就可以接收和處理。一個微弱電信號輸出單元CPU處理后通過光電隔離、放大等處理功率轉換成電信號強的外部設備所需的驅動各個執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、電磁閥、調速裝置。 （4）可編程控制器的電源部分通常配有一個開關穩(wěn)壓電源，以內部電路。開關電源輸入電壓范圍大，體積小，重量輕，效率高，抗干擾性能好。一些PLC可以向外界提供24V直流電源，你可以輸入或外部雞冠傳感器連接電源單元。 （5）編程程序員是支持該公司提供的編程工具，由制造商提供。程序設計分為易編程和圖形編程2種。簡單的程序員不能直接進入梯形程序，只能輸入語句列表程序。當編程簡單的程序員，程序員必須連接到可編程控制器。優(yōu)點簡單的程序員是一個價格低，體積小，重量輕，便于攜帶。圖形化編程，可直接輸入梯形圖程序。圖形分段手持式和桌面。桌面程序的程序有一個用戶存儲器，它可以由用戶輸入的程序存儲在其內存中，用戶也可以將程序下載到可編程控制器中。圖形化編程的優(yōu)點是大屏幕顯示功能強，但其價格人。 5．1．2 PLC的分類 目前，可編程控制器廣泛使用，國內外許多廠家，生產的可編程控制器產品種類繁多，其型號、規(guī)格和性能也不同。一般而言，根據不同結構和功能的不同，可以大致分類。 （1）根據結構的不同結構，可編程控制器可分為單片式和模塊式。前者具有結構緊湊、體積小、重量輕、成本低的優(yōu)點，易于安裝在工業(yè)設備中，一般適用于單機工作。通常小型和超小型可編程控制器采用這種結構，如日本的三菱系列可編程控制器。后者靈活配置，便于裝載和維護，易于擴展功能，缺點是結構更復雜，成本更高。通常大，中型的可編程控制器使用這種結構，如日本的三菱系列。 （2）根據功能、分功能、輸入、輸出點和不同的存儲容量，可分為小、中、大類。小的可編程控制器，也被稱為中低端。這種小規(guī)模的可編程控制器，其輸入和輸出點一般從20點到128點。中型PLC L，O點通常是120點到512點之間，用戶程序存儲器容量大小。8KB。大型PLC，也被稱為高端PLC，I/O點數在512點以上，其中I/O點數超過8192點，也被稱為超大型PLC，超過8KB用戶程序存儲器容量。 5．1．3 PLC程序的表達方式 與計算機的工作原理一樣，PLC的操作是按其程序要求進行的，而程序是用程序語言表達的。表達方式有多種多樣，不同的PLC生產廠家，不同的機種，采用的表達方式也不相同。但基本上可歸納為字符表達方式(即用文字符號表達程序，如語句表程序表達方式)和圖形符號表達方式(即用圖形符號表示程序，如梯形圖程序表達方式)這兩大類“?。也有將這兩種方式結合起來表示PLC程序。 （1）梯形圖PLC的梯形圖編程語言與傳統(tǒng)的“繼電、接觸”控制原理圖十分相似，它形象、直觀、實用，為廣大電氣技術人員所熟知。這種編程語言繼承了傳統(tǒng)的繼電器控制邏輯中使用的框架結構、邏輯運算方式和輸入輸出形式，使得程序直觀易讀。當今世界上各國的PLC制造廠家所生產的PLC大都采用梯形圖語言編程。 （2）語句表用語句表所描述的編程方式是一種與計算機匯編語言類似的助記符編程方式。由于不同型號的PLC的標識符和參數表示方法不一，所以無干篇一律的格式。 （3）邏輯符號圖采用邏輯符號圖表示控制邏輯時，首先定義某些邏輯符號的功能和變量函數，它類似于“與”、“或”、“非”邏輯電路結構的編程方式。一般說來， 用這三種邏輯能夠表達所有的控制邏輯。這是國際電工委員會(IEC)頒布的PLC編程語言之一。 （4）高級編程語言隨著軟件技術的發(fā)展，近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，已開始用高級語言進行編程。許多PLC采用類似PASCAL語言的專用語言，系統(tǒng)軟件具有這種專用語言編程的自動編譯程序。采用高級語言編程后，用戶可以像使用普通微形計算機一樣操作PLC。除了完成邏輯控制功能外，還可以進行PID調節(jié)、數據采集和處理以及計算機通信等。 5．1．4 PLC的工作原理 可編程控制器是一種工作過程，工作過程循環(huán)掃描。通過編程或其他輸入設備的用戶程序存儲在用戶存儲器中的可編程控制器。當圖片開始運行時，處理器根據監(jiān)控程序的順序，通過掃描完成狀態(tài)的每個輸入點采集或輸入數據采集，用戶程序執(zhí)行，更新各輸出點狀態(tài)、程序員類型的響應和顯示更新和中央處理器自檢功能?？筛鶕脩舫绦虻淖兞?，對可編程控制器進行固定的掃描。這不僅是因為一些程序不需要每次掃描，一旦執(zhí)行，也因為在一個大的控制系統(tǒng)中，我需要處理0個點。通過安排不同的組織模塊，使用時間批掃描執(zhí)行方法可以縮短周期時間，提高相應的控制實時掃描。 可編程控制器集中采樣、集中輸出工作，減少外部干擾的影響。將可編程控制器的工作過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新周期。如圖5.2所示。 輸入端子 輸入鎖存器 輸出狀態(tài)寄存器 程序執(zhí)行 輸入狀態(tài)寄存器 輸出鎖存器 輸出端子 讀 讀 寫 一個掃描周期 輸入采樣 程序執(zhí)行 輸出刷新 圖5.2 PLC的掃描工作過程 （1）在輸入采樣期可編程輸入采樣階段，第一次掃描所有的輸入端子，每一個輸入都存儲在每個相應的輸入圖像寄存器中。在這種情況下，輸入圖像寄存器被刷新。然后輸入的程序執(zhí)行階段或輸出階段的輸入圖像寄存器與外界，無論怎樣的信號改變其內容保持不變，直到下一個輸入采樣階段的掃描周期，只有重新寫新的內容輸入。 （2）掃描程序的執(zhí)行階段原理可編程控制器梯形圖程序，可編程控制器根據第一左和右，第一次聲明后的步驟序列是先前公布的掃描。但當程序分時，根據跳轉條件來決定程序跳轉地址。當涉及到指令輸入和輸出狀態(tài)時，可編程控制器從輸入圖像寄存器中的“讀”進入到相應的輸入端狀態(tài)，輸出從圖像寄存器的“讀”對應于當前狀態(tài)的輸出圖像寄存器。然后，相應的操作，將運算結果存儲在圖像元素寄存器中。對于元素映像寄存器，每個元素（軟狀態(tài)中繼輸出）將隨程序的執(zhí)行而不同。 （3）在所有輸出刷新階段指令執(zhí)行完畢后，將輸出圖像寄存器輸出的所有輸出繼電器（開/關）存儲在輸出刷新階段到輸出鎖存器寄存器，通過一定方式輸出來驅動外部負載。 本章介紹了卸垛自動生產線控制系統(tǒng)，首先介紹了PLC基本結構、分類、編程語言及工作方式。接著對卸垛自動生產線控制系統(tǒng)的控制邏輯作了詳細的介紹，對卸垛自動生產線控制系統(tǒng)硬件及軟件進行了設計，給出了I／0配置圖、控制系統(tǒng)流程圖，并給出了部分梯形圖。最后介紹了包裝碼垛自動生產線PLC上位連接系統(tǒng)。 全 文 結 論 卸垛自動生產線包括機械、電控、氣動、真空等系統(tǒng)，雖然設備復雜，但操作卻很簡單。設有多個操作盤或觸摸屏，可進行自動／手動操作切換，在手動操作時可對單一部機或動作進行控制。操作盤面上均有多個狀態(tài)顯示窗口和故障顯示窗口，以便于操作人員了解設備所處的狀態(tài)。 論文在深入研究PLC控制技術的基礎上，完成了以下幾方面的工作： （1）系統(tǒng)分析了卸垛自動生產線的結構和設計要求，完成了基于PLC控制的卸垛自動生產線機械結構設計。在結構設計時采用使用較多的結構形式，做到結構緊湊，所占空間小，相對成本低。 （2）對氣動及真空系統(tǒng)進行了闡述，完成了卸垛自動生產線氣動及真空系統(tǒng)設計。氣動驅動具有成本低、控制簡單的特點。氣動系統(tǒng)是生產線的基本組成部分之一，它的性能、壽命及穩(wěn)定性直接決定著生產線的工作性能和質量。 （3）控制器是控制系統(tǒng)的核心部分，在全面分析了可編程控制器的基礎上確定采用PLC作為本課題的控制器，使系統(tǒng)的開放性和通用性大大加強。 （4）對控制系統(tǒng)工藝流程進行了細化，優(yōu)化了系統(tǒng)控制邏輯；設計了PLC控制系統(tǒng)軟件和硬件。 （5）由于PLC網絡功能的加強，許多PLC產品都支持TCP／IP協(xié)議，在本課題中介紹了控制系統(tǒng)與上位機的通訊，從而實現對生產線的網絡控制。本課題的研究雖然取得了一些成績，但由于時間倉促、能力有限，有如下方面還需進一步加以研究： ①高速化是提高卸垛生產線生產效率的主要途徑，為此，不斷提高卸垛速度已成為總的發(fā)展趨勢。 ②本課題通過數據總線實現生產線與上位機的通訊，基于因特網的廣泛使用，若采用因特網實現對卸垛自動生產線的控制，還需進一步研究?？茖W技術的迅猛發(fā)展，生產力水平的不斷提高，人們對降低勞動強度、改善工作環(huán)境日益重視。 致 謝 本文的選題、課題的研究及撰寫工作是在畢業(yè)指導教師夏建成及課外指導老師劉德興的直接關懷和悉心的指導下完成的。在我本人實習期間，金美琴老師嚴謹治學的精神、淵博的知識、敏銳的思維使我受益匪淺。在此謹向兩位老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。同時，也向其他給予作者大力支持和幫助的各位老師和同學們表示深深的感謝！ 參 考 文 獻 [1] 胡學林．可編程控制器教程[M]．電子工業(yè)出版社，2003 [2] 徐元昌．工業(yè)機器人[M]．中國輕工業(yè)出版社，1999 [3] 蔡鶴皋．機電一體化技術手冊[M]．機械工業(yè)出版社，1998 [4] 馬克承．化學工程手冊[M]．化學工業(yè)出版社，1992 [5] 陽憲惠．現場總線技術及應用[M]．清華大學出版社，1999 [6] 姜培剛.蓋玉先．機電一體化系統(tǒng)設計[M]．機械工業(yè)出版社，2003 [7] 楊公源．機電控制技術及應用[M]．電子工業(yè)出版社，2005 [8] 李全利．可編程序控制器及其網絡系統(tǒng)的綜合應用技術[M]．機械工業(yè)出版 社，2005 [9] 吳宗澤．機械結構設計[M]．機械工業(yè)出版社，1988 [10] 鄭志峰．鏈傳動[M]．機械工業(yè)出版社，1984 [11] 龜岡紇一，施昌彥．現代稱重技術最新質量計測技術[M]．中國計量出版社， 2000 [12] 吳衛(wèi)榮．氣動技術[M]．中國輕工業(yè)出版社，