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

秦娟娟 吳衛(wèi)東

（1.安徽國(guó)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(lái)。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(tái)的實(shí)驗(yàn)課程顯得尤為重要。當(dāng)代中國(guó)已經(jīng)是舉世矚目的制造大國(guó)，自動(dòng)化生產(chǎn)線在機(jī)械制造、電子、航空、食品等越來(lái)越多的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，掌握自動(dòng)線控制技術(shù)成為電氣自動(dòng)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(shí)在職業(yè)院校開展自動(dòng)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(shí)自動(dòng)生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)、傳感、控制方式，能夠使學(xué)生具備自動(dòng)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(tái)

自動(dòng)線安裝與調(diào)試采用“天煌”T HJDAL－2型自動(dòng)生產(chǎn)線拆裝與調(diào)試實(shí)訓(xùn)裝置為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。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(gè)單元，可以完成工件的自動(dòng)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(gè)工作流程的自動(dòng)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(dòng)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(duì)T HJDAL－2型自動(dòng)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(tái)、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(dòng)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(tái)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(gè)動(dòng)作完成。圖1為T HJDAL－2型自動(dòng)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(tái)的原點(diǎn)檢測(cè)傳感器檢測(cè)到待裝配工件1后，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將工件1送往裝配區(qū)，位于井式工件庫(kù)的下方，1號(hào)氣缸伸出頂住井式工件庫(kù)內(nèi)的倒數(shù)第二個(gè)工件2；底層工件下方的2號(hào)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(kù)下方的工件1上，完成裝配，2號(hào)氣缸伸出復(fù)位，1號(hào)氣缸復(fù)位縮回，伺服電機(jī)啟動(dòng)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將裝配好的工件送往沖壓區(qū)，3號(hào)氣缸帶動(dòng)沖頭下降，將裝配好的工件壓緊，3號(hào)氣缸復(fù)位，伺服電機(jī)啟動(dòng)，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將加工好的工件送回工件臺(tái)原點(diǎn)，發(fā)出加工完成信號(hào)。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(gè)工件。若井式工件庫(kù)內(nèi)工件不足或無(wú)工件，向系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

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(duì)伺服電動(dòng)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(dòng)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(tái)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(duì)表1中幾個(gè)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(tái)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(gè)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(duì)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(dòng)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(shí)，期待尋找能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)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(shí)自動(dòng)生產(chǎn)線裝配單元的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、伺服驅(qū)動(dòng)、傳感等控制方式，完成了對(duì)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(duì)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

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