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1、天津理工大学毕业设计论文柔性生产线操作手单元柔性生产线操作手单元摘 要随着工业自动化的普及和发展，控制器的需求量逐年增大，操作手的应用也逐渐普及，主要在汽车，电子，机械加工、食品、医药等领域的生产流水线或货物装卸调运, 可以更好地节约能源和提高运输设备或产品的效率，以降低其他搬运方式的限制和不足，满足现代经济发展的要求。模块化生产培训系统（Modular Production training System，MPS）是由上海英集斯自动化技术有限公司研制的教学设备。MPS体现了机电一体化技术的实际应用。目前最多可由9个单元组成，一个单元亦可自成一个独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体
2、现自动生产线的控制特点。操作手是工业机器人的重要组成部分，在很多情况下它就可以称为工业机器人。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。广泛采用工业机器人，不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。可编程控制器是继电器控制和计算机控制出上开发的产品，逐渐发展成以微器处理为核心把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。本文应用西门子公司的S7-200PLC，通过其硬件结构、编程指令和STEP 7软件的操作
3、实现机械手搬运控制系统，该系统充分利用了可编程控制器（PLC）控制功能。使该系统可靠稳定，时期功能范围得到广泛应用。关键词：MPS, 操作手，可编程控制器（PLC），气动控制ABSTRACTWith the popularity of industrial automation and development, the demand for year-on-year increase of controller, handling the application of robot gradually popularity, mainly in the automotive, electroni
4、c, mechanical processing, food, medicine and other areas of the production line or cargo transport, we can be more good to save energy and improve the transport efficiency of equipment or products, to reduce restrictions on other modes of transportation and inadequate to meet the requirements of mod
5、ern economic development.Modular Production training System（MPS）is by the Shanghai ying set is developed, automation technology Co. LTD. of teaching equipment. MPS embodies the practical application of mechatronics technology. Currently up by nine unit, a unit of its an independent control also by m
6、ore than one unit system, composed of production system can reflect the automatic production line control characteristics. Gunner is an important part of the industrial robot, and in many cases it can be called industrial robots. Industrial robot is set machinery, electronics, control, computer, sen
7、sors, artificial intelligence science advanced technology in the integration of modern manufacturing important automation equipment. Widely used industrial robots, not only can improve the quality of products and production, and to safeguard the personal safety and improve working environment, reduc
8、e labor intensity and improve labor productivity, save materials consumption and reduce the production cost, has the extremely vital significance. Make the system reliable, stable and functional range widely used period. The key words: MPS ， gunner ， PLC ， Pneumatic control目录第一章 绪论1.1 柔性生产线概论随着科学技术的
9、发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。 模块化柔性加工系统是用来学习自动控制技术、人工智能、计算机网络控制等先进技术的开放式的实验系统。该系统集成了现场通讯技术（ Profibus ）以及以太网通讯技术。它使得学生方便地了解这套先进技术如同在工业上的应用，使学生能近距离地学习这些技术。该系统具有多种驱动形式：有气压传动、传送带、步进电机、直
10、流伺服电机、交流伺服电机、变频调速电机等工业常见的传动。系统为方便学生进行电气控制的自由组合和创新性学习，每个单元均配置SMT智能教学实训台，这解决了“生产线教学学生不能亲自设计控制系统”的难题，是国内唯一也是最领先技术产品。1.2 柔性生产线的一般组成多个单元组成的MPS系统可以较为实地模拟出一个自动生产加工流水线的工作过程。其中，每个工作单元都可以自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构主要是气动执行机构和电机驱动机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信号来判断。在MPS设备上应用多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状
11、态、物体的颜色、物体的材质和物体的高度等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制，用户可根据需要选择不同厂家的PLC（上海英集斯公司主要使用三菱公司的FX2N系列PLC、西门子公司的S7-200系列PLC和S7-300系列PLC）。本文所选为西门子公司的S7-200系列。MPS设备的硬件结构是相对固定的，但可以根据对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS设备的控制。一般来讲，柔性生产线由上料检测单元，供料单元，检测单元，加工单元，搬运
12、单元，安装单元，安装搬运单元，操作手单元，立体存储单元，机械手单元，分类工作单元等单元有机组成。1.3 MPS的基本功能MPS设备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，用户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。MPS系统中每个单元都具有最基本的功能，用户可在这些基本功能的基础上进行流程编排设计。(1) 上料检测单元。功能简介：完成整个
13、系统的上料工作，将工件输出，判断出其颜色，并将其信息发给后一站。此站可配合触摸屏或组态控制作为整个系统的主站。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：回转料斗、提升装置、光电识别组件。(2) 为供料单元。功能简介：为加工过程逐一提供加工工件。由双作用气缸从料仓中逐一推出工件，转换模块上的真空吸盘将工件吸起，在旋转缸的驱动下将工件移动至下一个工作站的传输位置。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：真空组件、旋转模块、供料模块。(3) 检测单元功能简介：检测加工工件的各种特性，如颜色、材质、高度等。PLC
14、主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：工件高度检测模块、提升模块、工件材质及颜色识别组件。（4）加工单元。功能简介：工件将在旋转平台上被检测及加工。通过具有四个工位的加工旋转平台，进行加工模拟，并进行加工质量的模拟检测。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：旋转平台、模拟钻孔模块、模拟检测组件。（5）为搬运单元。功能简介：该搬运单元由无杆气缸、椭圆形活塞气缸和夹爪等部件组成，通过移动、上下伸缩、抓取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profi
15、bus网络。组成模块：提升模块、气动夹爪组件、直线运动无杆缸。（6）安装单元。功能简介：该单元提供两色小工件，气缸将料仓中的两色小工件交替推出，由真空吸盘吸取，通过转臂输入到大工件的空腔中。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：送料模块、旋转模块、真空组件。（7）安装搬运单元。功能简介：将工件从前一站搬运至下一站，并可在本站上完成大、小工件的组装。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：直线转旋转运动模块、气动夹爪装置。（8）操作手单元。功能简介：该单元由不同的气动执行部件组成，通过摆动、伸缩、气动抓
16、取等动作，将前一单元上的工件传入下一执行单元的输入工位。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。组成模块：伸出及提升模块、旋转模块、气动夹爪组件。（9）立体存储单元。功能简介：该单元为仓库存储的模拟，它将系统加工完成的合格产品按照不同类别进行分类立体存放。PLC主机：西门子S7系列。扩展模块：PPI、MPI、Profibus网络。步进电机及驱动器：Start。组成模块：步进电机控制模块、滚珠丝杆模块、工件推出组件、立体仓库。 （10）为机械手单元。功能简介：该单元是一个6个关节的机械手，它可以用来完成抓取动作，可以进行工件的组装，产生一个完整的产品。手臂本体：日本莫托曼HP3。扩展模块：控制器、变压器。组成模块：手臂本体、手臂控制器、气动夹爪。（11）分类工作单元。功能简介：将工件从传送带的前端输送到后端。
