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        自動生產(chǎn)線裝配單元電氣控制系統(tǒng)裝調(diào)實(shí)驗(yàn)綜述

        2015-03-14 01:10:10秦娟娟吳衛(wèi)東
        機(jī)電信息 2015年15期
        關(guān)鍵詞:接線圖伺服系統(tǒng)伺服電機(jī)

        秦娟娟 吳衛(wèi)東

        (1.安徽國防科技職業(yè)學(xué)院,安徽 六安237011;2.安徽永成電子機(jī)械技術(shù)有限公司,安徽 六安237011)

        0 引言

        隨著高職院校教育教學(xué)改革不斷深入,教學(xué)模式不斷創(chuàng)新,實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)重要性也突顯出來。因此開發(fā)一門理實(shí)一體、能為學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“學(xué)生到職工”的轉(zhuǎn)變提供重要平臺的實(shí)驗(yàn)課程顯得尤為重要。當(dāng)代中國已經(jīng)是舉世矚目的制造大國,自動化生產(chǎn)線在機(jī)械制造、電子、航空、食品等越來越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,掌握自動線控制技術(shù)成為電氣自動化技術(shù)和機(jī)電一體化專業(yè)的學(xué)生的職業(yè)發(fā)展方向。適時在職業(yè)院校開展自動線安裝與調(diào)試實(shí)驗(yàn),可以使學(xué)生了解現(xiàn)代化工業(yè)進(jìn)程中工業(yè)產(chǎn)品被加工的方式,認(rèn)識自動生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動、驅(qū)動、傳感、控制方式,能夠使學(xué)生具備自動線設(shè)備的安裝、編程、調(diào)試、故障診斷和排除能力。

        1 實(shí)驗(yàn)條件

        1.1 實(shí)驗(yàn)硬件平臺

        自動線安裝與調(diào)試采用“天煌”T HJDAL-2型自動生產(chǎn)線拆裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)裝置為實(shí)驗(yàn)平臺。該實(shí)訓(xùn)裝置可分為供料、加工、裝配、分揀和機(jī)械手搬運(yùn)5個單元,可以完成工件的自動上料,機(jī)械手(搬運(yùn)單元)將工件送入加工單元進(jìn)行加工,加工完成后再由機(jī)械手送往裝配單元進(jìn)行裝配和沖壓,最后由機(jī)械手送入分揀單元進(jìn)行產(chǎn)品分揀的整個工作流程的自動控制。該裝置采用開放式結(jié)構(gòu),可供學(xué)生進(jìn)行機(jī)械部件、氣動控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)的拆裝、調(diào)試、運(yùn)行。

        1.2 實(shí)驗(yàn)單元的組成

        本實(shí)驗(yàn)是對T HJDAL-2型自動生產(chǎn)線拆裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)裝置的裝配單元的電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行安裝與調(diào)試。裝配單元由井式供料單元、三工位旋轉(zhuǎn)工作臺、平面軸承、沖壓裝配單元、光電傳感器(E3Z-LS63)、電感傳感器(LE4-1 K)、磁性開關(guān)(DC73L和 MT-22)、電磁閥(SY5120)、PLC 主機(jī)(CPU224 DC/DC/DC)、交流伺服電機(jī)(R88 M-G20030 H-Z)及驅(qū)動器(R7 DBP02 HH-Z)、警示燈、支架、機(jī)械零部件構(gòu)成,主要完成工件緊合裝配,由伺服電機(jī)控制三工位旋轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)、裝配區(qū)完成工件裝配、沖壓區(qū)完成工件沖壓3個動作完成。圖1為T HJDAL-2型自動生產(chǎn)線拆裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)裝置的裝配單元結(jié)構(gòu)圖。

        2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

        根據(jù)T HJDAL-2型實(shí)訓(xùn)裝置的裝配單元工作流程,設(shè)計(jì)PLC控制I/O接線圖并正確安裝接線;設(shè)計(jì)PLC控制的順序功能圖與梯形圖程序,并下載調(diào)試;完成裝配單元電氣控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與安裝。裝配單元具體工作流程如下:

        圖1 THJDAL-2型實(shí)訓(xùn)裝置的裝配單元結(jié)構(gòu)圖

        當(dāng)三工位旋轉(zhuǎn)工作臺的原點(diǎn)檢測傳感器檢測到待裝配工件1后,伺服電機(jī)驅(qū)動工作臺順時針旋轉(zhuǎn),將工件1送往裝配區(qū),位于井式工件庫的下方,1號氣缸伸出頂住井式工件庫內(nèi)的倒數(shù)第二個工件2;底層工件下方的2號氣缸退回(原本是伸出狀態(tài),擋住工件以免工件掉落),底層工件落下,裝配在井式工件庫下方的工件1上,完成裝配,2號氣缸伸出復(fù)位,1號氣缸復(fù)位縮回,伺服電機(jī)啟動,順時針旋轉(zhuǎn),將裝配好的工件送往沖壓區(qū),3號氣缸帶動沖頭下降,將裝配好的工件壓緊,3號氣缸復(fù)位,伺服電機(jī)啟動,順時針旋轉(zhuǎn),將加工好的工件送回工件臺原點(diǎn),發(fā)出加工完成信號。搬運(yùn)單元機(jī)械手將工件搬走送往分揀單元,操作過程結(jié)束,等待裝配下一個工件。若井式工件庫內(nèi)工件不足或無工件,向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號。

        3 實(shí)驗(yàn)原理

        本實(shí)驗(yàn)的核心控制技術(shù)是利用PLC完成在位置控制模式下,對伺服電動機(jī)的速度、方向、角位移進(jìn)行精確控制,從而形成具有反饋的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。

        3.1 伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

        本實(shí)驗(yàn)平臺采用歐姆龍通用SMARTSTEP2系列AC伺服系統(tǒng),適用于以加工機(jī)床和一般加工設(shè)備的高精度定位和平穩(wěn)的速度控制為主的范圍寬廣的各種領(lǐng)域,具有位置控制和速度控制兩種模式。本單元采用位置控制模式,需要對表1中幾個參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

        表1 伺服系統(tǒng)位置控制模式參數(shù)設(shè)定

        3.2 伺服系統(tǒng)的連接

        裝配單元的三工位旋轉(zhuǎn)工作臺是由歐姆龍通用SMARTSTEP2系列AC伺服電機(jī)控制的,伺服電機(jī)又由西門子晶體管輸出型PLC主機(jī)CPU224(DC/DC/DC)能夠輸出高速脈沖的Q0.0和Q0.1口進(jìn)行控制。通過控制Q0.0的輸出脈沖頻率和個數(shù)可以控制伺服電機(jī)的速度和角位移,通過控制Q0.1可以實(shí)現(xiàn)對伺服電機(jī)方向的控制。圖2是裝配單元中西門子PLC主機(jī)CPU224(DC/DC/DC)與伺服系統(tǒng)的連接。

        圖2 裝配單元中西門子PLC主機(jī)CPU224(DC/DC/DC)與伺服系統(tǒng)的連接

        4 實(shí)驗(yàn)步驟

        4.1 開啟實(shí)訓(xùn)裝置,進(jìn)行功能演示

        通過教師操作實(shí)訓(xùn)裝置,演示自動線裝配單元工作過程,可以使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的問題意識,期待尋找能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)的工作原理及硬件設(shè)備。

        4.2 學(xué)生小組討論,確定實(shí)施方案,并根據(jù)操作要領(lǐng)制定操作計(jì)劃

        學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行合理分組,加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作,可以通過查閱資料討論等方式,確定實(shí)施方案并制定操作計(jì)劃。

        4.3 PLC控制硬件設(shè)計(jì)

        根據(jù)裝配單元的控制要求和伺服電機(jī)的參數(shù)設(shè)置,進(jìn)行PLC控制硬接線設(shè)計(jì),確定PLC的I/O分配表,繪制PLC的I/O接線圖,并根據(jù)I/O接線圖正確接線。圖3為裝配單元PLC主機(jī)的I/O接線圖。

        4.4 PLC控制軟件設(shè)計(jì)

        根據(jù)裝配單元的工作流程與控制要求,完成順序功能圖的設(shè)計(jì),并將其轉(zhuǎn)化成梯形圖程序,下載并調(diào)試,使之符合系統(tǒng)要求。圖4為裝配單元順序功能圖。

        5 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

        通過裝配單元電氣控制系統(tǒng)的裝調(diào)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生認(rèn)識自動生產(chǎn)線裝配單元的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動、伺服驅(qū)動、傳感等控制方式,完成了對加工工件的裝配和沖壓工序,滿足系統(tǒng)加工工藝要求,為學(xué)生畢業(yè)后零距離對接工作崗位打下了一定的基礎(chǔ)。

        圖3 裝配單元PLC主機(jī)的I/O接線圖

        圖4 裝配單元順序功能圖

        [1]呂景泉.自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試[M].2版.北京:中國鐵道出版社,2009.

        [2]王麗.基于自動生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2010.

        [3]盛靖琪,陳永平.自動線安裝與調(diào)試[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2012.

        [4]齊偉,張秀如.基于PLC的柔性自動生產(chǎn)線實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的平臺設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動化,2011(23).

        [5]陳亞麗,陳永利,姬鵬飛.MES網(wǎng)絡(luò)型柔性自動化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)仿真系統(tǒng)平臺的設(shè)計(jì)[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2013(2).

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