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对机电体化自动装配教学生产线的应用探析
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机电一体化自动装配教学生产线的应用概要我校2004年建成的Me093399机、光、电一体化自动装配教学系统,4年多来为机电一体化、电气自动化、机械制造与自动化专业的1000多学生进行了实验和实训,对机电一体化专业学生还进行了毕业实习、综合实训等实践环节,多年的运行实践证明,该教学生产线建设符合实际、达到了专业能力培养的要求,尤其对各种技术的综合应用是一个很好的平台。Me093399机、光、电一体化自动装配教学系统是一套完整、灵活、模块化易扩展的教学实训系统,根据教学和生产需要,从简单到复杂,从零部件到整机。系统利用多种机械传动方式,模拟完成现代化装配过程的柔性生产系统,实现电气控制、各种传感器的应用和现代生产中的组态控制、工业总线控制等。
2机电一体化自动装配教学生产线组成和工艺流程机电一体化自动装配教学生产线(见图1),它的组成框图(见图2),其作用是通过对一个简单部件的装配、模拟喷漆、烘干和通风、集中检测、分拣、升降电梯、多层货架等实现手动和自动的运行来模拟实际生产线的过程,整个生产线的控制分为8个模块和一个总控平台,自动运行时用PROFIBUS总线连接总控和各分站的通讯。实现自动装配。
整个控制系统由八个移动平台模块和一个主控平台组成。工艺流程包括(1)备料机械手单元;(2)下料单元;(3)加盖单元;(4)穿销钉单元;(5)模拟单元;(6)检测单元;(7)分拣单元与废料单元;(8)升降电梯及叠层仓库单元。
控制系统(见图2)由一个主控平台组成,主站和从站之间采用PROFIBUS总线通讯连接,主站和上位机PC机串行总线连接可以进行组态控制。PC机和各个从站采用PC/PCI转接电缆进行编程、调试和维修。主站主要由西门子研一300;PROFIBUS连接器PROFIBUSDP 20,主控平台还包含空气压缩机、空气净化装置、压力调节与控制阀电源控制与保护电器等组成。八个单元的电气系统控制由八个移动平台控制,主要包括西门子研一200PLC,PRoFIBUS DP模块EM277与主站进行通讯,移动平台还包括自动厚动旋钮开关、启动/停止、急停按钮和电源插座和指示灯,模拟和集中检测单元还扩展了模拟量输入模块,模拟量输出模块;移动平台还对输入和输出的状态进行了U、D显示。
每个单元的PLC输入设备可分为两类:一类是本机的输入信号包括移动控制平台的旋钮、开关和急停信号以及该单元机械本体的各种传感器信号和起限位和超程、位置检测的微动开关信号等,另一类就是通过PROFIBUS总线通讯的上位机有关变量信号;每个单元的PLC输出大多是继电器输出形式,对比较轻的负载如控制气缸的电磁阀、指示灯和地层传送带电机和多层货架的传送带电机等可以由PLC的输出继电器直接驱动,但对负载比较重的各种机械手的运动,有正、反转控制需要的电机等电路设计由PLC输出驱动中间继电器再驱动直流电机。
3项目设计及应用该教学生产线的实际运行证明,系统以自动化的物料传输和装配为对象,体现了常用的控制方法、机械传动原理的应用、驱动装置的选择、各个模块的调试及利用PLC软件进行编程、在线监控、故障诊断与维修。
系统涵盖电工电子技术、机床电气与PLC、机械设计基础、自动检测技术、液压与气动技术、伺服驱动与控制、机电一体化技术和现代制造技术、过程控制技术课程的实验实训。
解决了学生掌握常见机械零件的设计、测绘和零、部件及整机的装配调试技能;培养机电一体化中的机构和整机的设计与创新能力;掌握按设备的工艺流程选用控制方法、PLC编程控制能力;培养学生自动生产线的故障分析和排除能力;掌握多种技术的综合应用能力;熟悉先进制造技术的组成和过程;使学生在较短的时间内熟悉现代工业化生产过程,快速适应实际生产,对更新现代教学手段起到了示范性作用。
该教学生产线的实际运行,使学生在机械传动原理、气压传动与控制、电气传动与控制、组态与计算机控制、软件的应用方面应用能力得到提高。该教学生产线的实际运行,通过有关传感器、光电编码器、光栅尺位置检测装置,满足自动检测课程的实验实训需求;实现了直流电机速度、三相交流异步电机的变频调速和全数字交流伺服电机、步进电机等驱动系统的应用;静音压缩机、空气过滤和减压控制阀、单向截流阀、双作用气缸、无杆气缸、摆动气缸和真空发生器,满足了气动传动系统的实验和实训。
4 PROFIBUS总线应用通过对系统中西门子PROFIBUS总线和STEP'/WIN32编程软件的长期使用,通过在该教学生产线上的长期教学实践,使我们对PROFIBUs总线应用有了比较深刻的认识和体会。
(1)PROFIBUS总线实现了现场设备和中央控制器之间的双向、高速和实时通讯,编程简洁方便。
从站分配地址后,在主站直接引用从站的vW,不需另外编程。
(2)应用PROFIBUS总线控制,硬件连线简单,只需采用一根通讯线就可以将8个从站和一个变频器连接起来,硬件组态简单,在设备安装和调试过程中,大大减少了接线的工作量,同时使设备运行更加可靠,提高了整个系统的性能,大大降低了设备因线路引起的故障率。
(3)各模块之间通过PROFIBUS总线将各自的状态和检测单元的信息告诉到相关单元,信息传送速度快,准确无误,保证了生产线的正常运行。
(4)每个工位都采用各自的s7200控制,大部分功能在本地实现,都有手动和自动选择,方便对每个模块的工艺流程掌握和分析,若该模块出现异常时能及时停机,并将情况传到主站,即使网络出现故障,也能完成本次的控制,不会出现误动作,保护了设备和人身安全。
(5)采用PROFIBUS总线的屏蔽双绞线,有效的解决了高次谐波等电气干扰等问题。提高了系统的可靠性。
(6)利用STEP一7一will32软件的编程、在线监控和故障诊断很方便,可以结合PLC程序对现场出现的故障非常方便的进行处理。
