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1、机电一体化实训装置设计机电一体化实训装置设计摘要摘要：本文章采用三菱 FX2N-48MT 系列 PLC 和变频器实现光机电一体化装置物料分拣的自动化控制，该装置包含三个工作状态，分别为：上料检测站、搬运站、物料分拣。该系统囊括了电气自动化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术，能给学生提供一个典型的综合科技环境，使学生将从学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。关键词关键词： 三菱 PLC、变频器、物料分拣广州铁路职业技术学院 电气自动化 07-1 班 杨东旭 - 1 -广州铁路职业技术学院 电气自动化 07-1 班 杨东旭 - 2
2、 -目目 录录摘要 .- 1 - 关键词 .- 1 - 目录 .- 2 - 前 言 .- 3 - 一 光机电实训设备介绍 .- 4 - 1.1 上料机构.- 4 - 1.2 搬运机械手机构.- 5 - 1.3 皮带输送与分拣机构.- 5 - 1.4 电源控制方式.- 6 - 二 硬件系统 .- 7 - 2.1 硬件系统的核心元件 (PLC).- 7 - 2.2 硬件系统的检测元件（传感器）.- 7 - 1.金属传感器：LK4-1K .- 8 - 2.光纤传感器 SB03-1K.- 8 - 3.对射式光电传感器：WS100-D1032 .- 9 - 4.漫反射式光电传感器 ：ZD-LO9N .-
3、 9 - 5.磁性开关：D-Z73 .- 9 - 2.3 硬件系统的执行元件.- 10 - 1、三相步进电动机 .- 10 - 2、电磁阀与气缸 .- 12 - 3、变频器 .- 13 - 三 程序设计 .- 14 - 3.1 控制要求.- 14 - 3.2 电气控制框图.- 15 - 3.3 I/O 分配表 .- 15 - 3.4 程序流程图.- 16 - 3.5 PLC 程序讲解图 .- 17 - 总 结 .- 21 - 致 谢 .- 22 - 参考文献 .- 23 - 附录：.- 24 -广州铁路职业技术学院 电气自动化 07-1 班 杨东旭 - 3 -前前 言言随着科学技术的日新月异，
4、自动化程度要求越来越高，市场竞争激烈，人工成本 上涨，以往人工操作的搬运和固定式输送带为主的传统物件搬运方式，不但占用空间 也不容易更变生产结构，加上需要人力监督操作，这就大大增加生产成本，原有的生 产装料装置远远不能满足当前高度自动化的需要。减轻劳动强度保障生产的可靠性、 安全性，减低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业所必须面 临的重要问题。 随着工业自动化的发展，机械手的出现大大减轻了公认的劳动轻度，提高了劳动 生产率，所以机械手得到快速发展。因为机械手的范围太广，所以本文就以光机电一 体化装置的物料分拣，进行简单的介绍，该装置包含三个工作状态，分别为：上料检 测站、搬
5、运站、物料分拣。该系统主要囊括了电气自动化专业学习中所涉及的诸如电 机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术，能给学生提供一个典型的 综合科技环境，使学生将从学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练 和相互提升。可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程。并通过调试检查过 后，能很明显地体现出光机电一体化技术的特点：使得操作人员摆脱了以往必须按规 定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复的工作方式。使机械结构大大简化，可以 提高精度、增加功能、提高稳定性和延长使用寿命，具有很高的功能水平和附加价值， 将给生产者和用户带来巨大的社会经济效益。也使得学习者得到一个非常接近于
6、实际 的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。 机电一体化是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备。通过编程来完成 各种动作，它的准确性和多自由度，保证了生产线能在各种不同的环境中工作。广州铁路职业技术学院 电气自动化 07-1 班 杨东旭 - 4 -一一 光机电实训设备介绍光机电实训设备介绍如下图为光机电设备。由井式上料机构 2、搬运机械手机构 3、皮带输送机构 4、 物件分拣机构，共同组成。 图 1-1 光机电设备1.11.1 上料机构上料机构井式工件库 1 件，物料推出机构 1 件，光电传感器 2 只，磁性开关 2 只，单杆气 缸 1 只， 单控电磁阀 1 只，警示灯
7、 1 只，主要完成将工件库中的工件依次推出。在 复位完成后，点动“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，推料气缸将工件 推出至存放料台，若 3 秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则说明料筒内 无物料， 这时警示黄灯闪烁，放入物料后熄灭；机械手将工件取走后，推料气缸缩回， 工件下落，气缸重复上一次动作。 图 1-2 上料机构 上料机构主要组成与功能上料机构主要组成与功能 上料机构由井式工件库、光电传感器、工件、存放料台、推料气缸、安装支架等 组成。主要完成将工件依次送至存放料台上。没有工件时，报警指示黄灯闪烁，放入 工件后闪烁自动停止。 (1) 光电传感器：物料检测传感器为光电漫反射
8、型传感器，检测到有物料时推料 气缸将物料推出到存放料台，有物料时为 PLC 提供一个输入信号。 (2) 推料气缸：依次将工件推到存放料台上，由单相电控气阀控制。 (3) 警示灯：在设备停止时警示红灯亮，在设备运行时警示绿灯，在无物料时警 示黄灯闪烁。 (4) 井式工件库：用于存放 32mm 工件，料筒侧面有观察槽。 (5) 安装支架：用于安装工件库和推料气缸。 广州铁路职业技术学院 电气自动化 07-1 班 杨东旭 - 5 -1.21.2 搬运机械手机构搬运机械手机构单杆气缸 1 只，双杆气缸 1 只，气动手爪 1 只，电感传感器 1 只，磁性开关 5 只，行程 开关 2 只，步进电机 1 只
9、，步进驱动器 1 只，单控电磁阀 2 只，双控 电磁阀 1 只。主要完成 将工件从上料台搬运到输送带上。 当存放料台检测光电传感 器检测物料到位后，机械手手臂前伸，手臂伸出限位传感器检 测到位后，延时 0.5 秒，手爪气缸下降，手爪下降限位传感器检测到位后，延时 0.5 秒，气动手爪抓取物 料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后；延时 0.5 秒，手爪气缸上升，手爪提升限 位传感器检测到位后，手臂气缸缩回，手臂缩回 限位传感器检测到位后；手臂向右旋转，手臂旋 转一定角度后，手臂前伸，手臂伸出限位传感器 检测到位后，手爪气缸下降，手爪下降限位传感 器检测到位后，延时 0.5 秒，气动手爪放开物料
10、,手 爪气缸上升，手爪提升限位传感器检测到位后， 手臂气缸缩回，手臂缩回限位传感器检测到位后， 手臂向左旋转，等待下一个物料到位，重复上面 的动作。在分拣气缸完成分拣后，再将物料放入 输送线上。如图 1-3 所示：图 1-3 机械手 主要组成与功能主要组成与功能 由气动手爪、双导杆气缸、单杆气缸、电感传感器、磁性传感器、多种类型电磁 阀、步进电机及驱动器组成。主要完成通过气动机械手手臂前伸，前臂下降，气动手 指夹紧物料，前臂上升，手臂缩回，手臂旋转到位，手臂前伸，前臂下降，手爪松开 将物料放入料口，机械手返回原位，等待下一个物料到位等动作。 （1）气动手爪：完成工件的抓取动作，由双向电控阀控制，手爪夹紧时磁性传 感器有信号输出，磁性开关指示灯亮。 （2）双导杆气缸：控制机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。 （3） 单杆气缸：控制气动手爪的提升、下降，由电控气阀控制。 （4）电感传感器：机械手臂左摆或右摆到位后，电感传感器有信号输出。 （接线 注意棕色接“+” 、蓝色接“-” 、黑色接 “输出” ） 。 （5） 磁性传感器：用于气缸的位置检 测。当检测到气缸准确到位后将给 PLC 发出 一个到位信号。 （磁
