零件动存放系统设计
控制系统设计
摘
着李克强总理提出中国制造2025计划年国动化控制技术发展十分迅速许行业离开动化控制影子物流行业某公司仓库已实现包裹全动化分拣包运输项技术加入仅减少仓库里75工极提高工作效率减少包裹滞留制造业处动化控制技术许企业着设备动化升级改造纷纷走转型路种工厂黑灯工厂概念成现实动化控制技术企业带丰富济效益成企业提高核心竞争力重手段
针目前国部分中型企业生产车间里CNC数控车床采工摆放零件问题组拟设计种基编程控制器PLC气动控制物料动摆放系统目解决工摆放程入中摆放整理时间长错误率高较问题动摆放传统手工摆放相具效率高差错率低摆放点工化作业减少工劳动强度提高生产效率等优势该动摆放系统三菱FX3U系列PLC作控制器件该系统物料运送模块电机驱动模块气动夹爪模块PLC控制模块组成物料运送模块直流电机通传送带零件运送摆放模块电机驱动模块通步进电机丝杆实现XY轴方运动零件移动指定位置摆放模块气动装置作执行单元型机电系统通气缸控制气动夹爪松开闭合实现零件动摆放外系统安装光电传感器X轴Y轴正负限位开关接开关等提供工件位置系统位置检测复位通运PLC控制器系统模块进行控制实现形状零件进行动摆放
通三菱GX Works软件进行仿真测试结果表明该系统摆放正确率高运行稳定通设计更换种类气动夹爪实现零件动摆放
关键词：动摆放气动控制仿真测试
Design of automatic storage system for parts Control system design
Abstract
With the made in China 2025 plan put forward by premier li keqiang the domestic automation control technology has developed rapidly in recent years and now many industries are inseparable from the shadow of automation control For example in the logistics industry the warehouses of some large companies have realized the full automatic sorting packaging and transportation of packages The addition of this technology not only reduces 75 of the workers in the warehouses but also greatly improves the working efficiency and reduces the retention of packages And as manufacturing industry the ubiquity of automation control technology many enterprises by the automation of production equipment upgrading and modification are on the path of transformation all kinds of unmanned factory black lamp factory to become a reality the concept of automation control technology to the enterprise brought the rich economic benefit and is an important method of improve the core competitiveness of enterprises
For most of the current domestic small and mediumsized enterprise CNC numerical control lathe USES is artificially put parts of the problem the group intends to design a material based on programmable controller PLC and pneumatic control system of automatically placing the purpose is to solve the placement and finishing in artificial process is put into the time is too long the error rate is high the more problems of choose and employ persons automatically put high efficiency compared with traditional manual put low error rate put some more and no artificial operation reduces the manual labor intensity improve production efficiency and other advantages The automatic placement system is controlled by mitsubishi FX3U series PLC The system is mainly composed of material delivery module motor drive module placement module and PLC control module The material transport module is transported to the placement module by the dc motor through the conveyor belt The motor drive module realizes the movement of X and Y axis through the stepper motor and the lead screw to move the parts to the designated position The placement module is a small electromechanical system with a pneumatic device as the execution unit The placement of parts is realized by opening and closing the fixture device controlled by the cylinder In addition the photoelectric sensor positive and negative limit switch and proximity switch of X axis and Y axis are also installed on the system to provide the position of the workpiece and the detection and reset of the system position By using PLC controller each module of the system is controlled and the parts of different shapes and sizes are automatically placed
Through the simulation test of mitsubishi GX Works software the results show that the system has high accuracy stable operation and can automatically place different parts through the design and replacement of different types of pneumatic gripper
Keywords Automatic placement pneumatic control The simulation test
目录
1 绪 1
11课题研究目意义 1
12 PLC国外研究概况 1
1 3动存放系统国现状 2
1 4课题研究容 2
2 动存放系统工艺流程电气控制设计 2
2 1工艺流程 2
2 2电气控制设计 4
2 3 零件控制方案调研确定 5
24 零件制动存放系统控制流程 5
25动存放系统标准件研究确定 8
26导轨滑块丝杆研究设计 10
27控制系统PLC选型设计 10
3 零件动存放系统程序编写 16
3 1新建工程 16
3 2程序功初始化设置 17
3 3原点回程序编写 18
3 4 1号格子绝坐标程序编写 19
3 5气动夹爪张开闭合程序 20
3 6系统回原点程序编写 21
4 零件动存放系统运行分析 22
4 1 1号格子绝坐标仿真研究 23
4 2气动夹爪张开闭合仿真研究 24
5 结 24
参考文献 25
谢 辞 26
1 绪
11课题研究目意义
着现代工业动化生产发展越越企业动化控制方式代传统工摆放目前国部分中型企业CNC数控车床中采工摆放方式面批量者体型较零件容易出现摆放错误摆放效率较低影响工作效率着科学技术日益发展许企业车间着式样动生产线受益动化生产技术广泛应前百千工操作现运动化设备代手单重复操作企业提高成产效率时改善员工劳动条件减少数量降低耗等提高企业济效益时行业更具竞争力动摆放企业提高生产效率重措施
针目前国部分中型企业CNC数控车床采工摆放零件问题组拟设计种基编程控制器ＰＬＣ气动控制物料动摆放系统目解决工摆放程入中摆放整理时间长错误率高较问题动摆放传统手工摆放相具效率高差错率低摆放点工化作业减少工劳动强度提高生产效率等优势产品动摆放效改进企业生产程中存类问题企业降低成提高效率增强企业综合竞争力研究动检测摆放系统企业改进生产效率实现产升级着重意义
1 2 PLC国外研究概况
直天美国PLC生产国着百家PLC厂商著名ABB公司通电气（GE）公司莫迪康（MODICON）公司德州仪器（TI）公司西屋公司等中全美国PLC制造商ABB公司产品约占美国PLC市场半
目前世界许PLC流品牌欧美：德国西门子（siemens）美国罗克韦尔（RockWellAB）法国施耐德（Schneider）代表日系：三菱（MITSUBISHI）欧姆龙（OMRON）松（Panasonic）代表国产：台达（DELTA）信捷（XINJE）永宏（FATEK）汇川（Inovance）代表型PLC市场：西门子三菱欧姆龙松台达占流型PLC市场：西门子罗克韦尔施耐德三分天西门子占相较
1 3动存放系统国现状
国公司中富士康格力 海尔等公司规模庞装备先进富士康公司言生产车间着万台数控车床工程师断改进生产程实现完全动化零件生产完进行切断时会机械手夹住零件摆放指定位置中全生产程完全需国中型企业工作环境资金问题富士康公司样机械手进行夹取摆放等操作目前言中型企业需工手动摆盘
1 4课题研究容
（1）动存放系统工艺流程模块组成
（2）电气控制系统设计
2 动存放系统工艺流程电气控制设计
2 1工艺流程
设计目前国部分中型企业CNC数控车床生产程中需产出零件需工摆盘问题进行研究类产品特点基长条圆柱体需长条格子摆放
动存放系统工艺流程：①零件加工完成通机床带传送带运送系统接料位置图21接料机构传送带②零件通系统传送带掉落气动夹爪中图22气动夹爪传送带③夹爪根程序运行指定盘子里格子方图23气动夹爪盘子
图21接料机构传送带
图22气动夹爪传送带
图23气动夹爪盘子
通研究分析产品加工工艺工时结合传感器气动控制原理设计种基PLC控制动摆放零件系统通软件测试实考察验证系统程序行性系统符合控制求前提高效稳定运行
该系统运PLC控制光电传感器技术等综合机械传动电机驱动气动控制针生产线工摆盘效率低工成高等问题实现机器动识摆放应位置类似生产线提高作业效率提供条解决方案思路
该系统设计包括传送带运送模块电机驱动模块气动夹爪模块PLC模块
2 2电气控制设计
动摆放程中运动PLC控制技术中包括动作指令动检测动作控制显示报警
控制系统设计分单独控制三方面①控制直流电机驱动传送带启停②控制步进电机驱动模块运动指定位置③控制夹爪松开闭合
首先确定气动夹爪运动程分析需运电气元件光电传感器接开关行程开关步进电机气动元件等进行PLC选型PLC输入输出IO定义绘制控制系统接线原理图梯形图等考虑生产实际情况进行软件编程仿真测试系统高效稳定运行
2 3 零件控制方案调研确定
单片机控制：单片机CPU编程外需更外围电子电路支持没稳定外围电路者抗干扰电路非常容易受工业电磁干扰相开发条件性稳定性PLC应家环境等单片机程序烧入CPU外围电子电路支持控制工艺改变改变程序改动外围电路改动PCB板必须次测试批
PLC控制：工业领域中求性稳定性PLC够完美实现两点次PLC开发梯形图二次开发开发周期短时根控制求进行修改梯形图类似继电器电路简单
综述般工业领域会PLC控制系统做控制中心设计采PLC控制
24 零件制动存放系统控制流程
首先明确控制程中先序系统运行程分四部分第部分：系统先进行原点复位第二部分：光电传感器接受信号时定时器定时5s零件掉落气动夹爪里面电机开始驱动气动夹爪指定位置运行第三部分：气动夹爪达指定位置方松开爪子零件掉落盘子里延时5s爪子闭合第四部分：爪子闭合延时5s电机驱动气动夹爪回原点等零件
零件存放系统工作时：
零件存放系统工作流程图24示
图24零件存放系统工作流程图
（1） 系统开始运行原位时先进行复位Y轴正限位开关X轴正限位开关接收信号时夹爪回原位
（2） 夹爪方光电传感器接受信号时零件掉落夹爪根根程序先Y轴正方移动然X轴正方移动达指定格子方
（3） 达指定格子气动夹爪工作松开爪子5S零件掉落进格子中延时5S夹爪复位夹爪Y轴负方移动然X轴负方移动回原点图25系统位置示意
图25系统位置示意图
图26产品零件长度25mm宽度15mm格子尺寸30x30mm盘子尺寸90x90mm格子分九研究象分序号19进行标记系统进行摆放时夹爪需运行格子中间位置原位第格子X方距离250mmY方距离325mm原位第二格子X方距离280mmY方距离355mm类推第1号格子开始直摆放9号格子气动夹爪9号格子返回原位系统完成摆盘
图26产品零件图
25动存放系统标准件研究确定
（1）两台57步进电机
型号：57J09 电压：24V 功率：10W 相数：2 步距脚：18°
相电感：12mH
保持转矩NM：09 额定电流：28A 相电阻：08Ohm
引线数：4 转子惯量：260 轴径：635mm 机身长：55mm
（2）24V直流减速电机
空载转速：600rpmmin 空载电流：013A 负载转速：535 rpmmin
负载电流：062 额定力矩：06 功率：10W 减速：83
（3）24V直流开关电源
型号：S25024 输出电流：10A 输出电压24V
额定功率：10W 尺寸：215*115*50mm
（4）欧姆龙继电器
型号：MY2NGS 规格：八脚
额定电压：220V24V 触电形式：二开二闭
（5）传感器
光电开关
负载电流：≤200mA 输出形式：NPN常开
工作电压：DC1024V 工作温度：25℃~55℃
接开关
输出控制电流：200mA 输出形式：NPN常开
操作频率：≥100Hz 尺寸：M12×1
限位（行程）开关
额定电流：016A 额定电压：24V
操作频率：120次分 接触电阻≤15mΩ
磁性开关
配线方式：2线式 输出接点形式：接点常开型
开关电流：100mA 接点容量：10W
开关切换频率：≤35Hz 部电压降：≤35
（6）杠杆夹紧气缸
缸径：φ25mm 气缸行程：20mm 压力范围：015~10MPa
动作形式：双动型 接口径：M5×08
（7）二位五通先导式电磁阀
标椎电压：24V 消耗功率：13W 环境流体温度5~50
高频率：8次秒 接直径：M5×08
26导轨滑块丝杆研究设计
图27导轨滑块尺寸图
图27导轨滑块尺寸图
H：30mm W：44mm B：32mm C：50mm L：922mm
Hr：175mm P：60mm 滑轨螺栓：M5×16
丝杆研究设计丝杆
效行程：900mm 直径：16mm 导程：10mm
总高：80mm 定位精度：005mm
27控制系统PLC选型设计
271 PLC机选型确定
三菱PLC介绍：简易机型FX3SAFX3SFX3S（30点）置模拟量基单元：101430点FX3SA（30点）AC输入基单元：101430点基机型FX3GAFX3GFX3GEFX3GC扩展128点CCLink远程IO时256点FX3G基单元：14244060点FX3GA仅AC供电基单元：244060点FX3GE带太网口基单元：2440点FX3GC紧凑机型基单元：32点高端机型FX3U扩展256点CCLink远程IO时384点基单元：1632486480128点
根实环境考察考虑功性结构合理性济性等方面结合IO点数确定系统日三菱PLC机型号FX3U32MR
272 PLC输入输出（IO）定义
通系统实际途系统控制需求进行研究分析系统输入种电器原件分进行定义根系统动夹爪工作时状态分析系统输出进行IO定义见表23PLC输入输出IO定义
类
电器元件
PLC软元件
功
输入（I）
启动钮SB1
X0
开始工作
停止钮SB2
X1
停止工作
光电传感器
X2
检测零件否位
X轴正限位开关SQ1
X3
X轴正方运行限位
Y轴正限位开关SQ2
X4
Y轴正方运行限位
X轴负限位开关SQ3
X5
X轴负方运行限位
Y轴负限位开关SQ4
X6
Y轴负方运行限位
X轴接开关
X7
减速
Y轴接开关
X10
减速
输出（O）
YV1
Y0
X轴电机
YV2
Y1
Y轴电机
YV3
Y2
X轴正方运行
YV4
Y3
Y轴正方运行
YV5
Y4
X轴负方运行
YV6
Y5
Y轴负方运行
YV7
Y6
夹爪松开（闭合）
表21PLC输入输出IO定义
273IO接线图控制系统状态转移图研究设计
根PLC输入输出IO定义表绘制IO接线图图25控制系统状态转移图图28
图28 IO接线图
图29控制系统状态转移图
274零件动存放系统控制系统梯形图研究设计
图210控制系统梯形图流程
图211控制系统梯形图
275 PLC空间布置图设计
图212 PLC空间布置图
3 零件动存放系统程序编写
3 1新建工程
三菱公司GX Works软件进行编写开软件新建工程PLC系列选FXCPUPLC类型选FX3U图31新建工程图
图31新建工程图
3 2程序功初始化设置
辅助继电器M8002初始化功PLC电瞬间ON次PLC扫描周期通电次步进指令启动开关X0X轴正限位开关X3Y轴正限位开关X4X轴接开关X7Y轴接开关X10进行置位根绘制梯形图步进指令编写出程序
图32初始化设置程序
3 3原点回程序编写
面控制分析知系统首先进行原点复位原点复位需原点回指令图33原点回指令根该指令编写系统回原点程序图34Y轴回原点程序
图33原点回指令
图34 Y轴回原点程序
图34 X轴回原点程序
3 4 1号格子绝坐标程序编写
光电传感器接受零件信号时气动夹爪1号格子移动首先夹爪1号格子Y轴正方移动达目位置夹爪1号格子X轴正方移动根该逻辑编写出程序图35 1号格子程序19号X轴坐标分250mm280mm310mm250mm280mm310mm250mm280mm310mm19号Y轴坐标分325mm325mm325mm295mm295mm295mm265mm265mm265mm
图35 1号格子程序
3 5气动夹爪张开闭合程序
达目标位置气动夹爪张开延时5s气动夹爪闭合延时5s系统开始回原点进行接料图36气动夹爪张开闭合程序
图36气动夹爪张开闭合程序
3 6系统回原点程序编写
气动夹爪闭合延迟5s夹爪Y轴负方回原点夹爪X轴负方回原点
系统X轴开始原点回图37系统回原点程序
图37系统回原点程序
4 零件动存放系统运行分析
完成零件存放系统设计控制设计方案三菱公司GX Works编程仿真软件进行测试仿真分析图41仿真分析测试图示利仿真软件调试功结合实际控制求控制程序合理方进行修改
图41仿真分析测试图
4 1 1号格子绝坐标仿真研究
光电传感器感应零件时系统开始1号格子移动光电传感器X2开关程序运行异常
图42程序运行图
4 2气动夹爪张开闭合仿真研究
置位气动夹爪X6气动夹爪张开定时器开始计时5秒复位气动夹爪X6气动夹爪闭合定时器计时5s程序运行正常
5 结
零件动存放系统设计基达求进行软件仿真测试够稳定准确运行课题源实程中公司生产车间目前现状思考机器生产零件数量总员工根根零件进行摆放样低效率重复繁琐操作联想动化控制解决问题做准备工作时首先查询问公司里工程师查阅文献资料信息进行分析结合动化控制技术该问题实际背景确定拟设计系统模块结合气动控制PLC控制技术机械传动步进电机驱动设计出基PLC控制零件动存放系统
该系统分FX3U系列PLC控制器件通PLC控制传感器技术
独立模块连接成整机构成零件动存放系统续改进设计中通加入触摸屏技术应实现功模块运行状态进行现场组态刚开始确定课题时设计容知道实现完成设计三菱PLC电气控制PLC应等知识进行学结合学校学课程构思文纲文撰写程中遇许难题夹爪运动方案确定电气元件控制原理图设计等课题设计成果：
（1） 设计出物料运送模块电机驱动模块摆放模块PLC控制模块结合传感器气动控制等技术基PLC控制零件动存放系统
（2） 通软件仿真测试系统运行良动作准确摆放效率高代工摆放方式提高工作效率减少工工作强度
参考文献
[1] 朱春波PLC控制气动料机械手[J]液压气动密封19992124 [2]史映红西门子S7200PLC机械手中控制应研究[J]煤矿机械201031（12）：25
[3]葛宜远流体传动控制技术新成[J]液压气动199816（2）：13
[4]廖常初编PLC编程应[M]机械工业出版社20024
[5]金慧编程控制[M]清华学出版社19934
[6]孙洪程李宇程控制工业设计[M]化工工业出版社2009122216
[7]白传悦装配机械手PLC控制系统[J]机械制造行业应2006（5）：134136
[8]熊幸明曹开种工业机械手PLC控制[J]微计算机信息2006（11）120122
[9]陈志权基PLC气动机械手控制系统[J]兵工动化2008（4）：8384
[10]余雷声电气控制PLC应[M]机械工业出版社19965863
[11] 王萍刘国钧等基PLC机械手控制系统设计[J]现代济信息报2012（5）296296
附 录
附录1
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零件动存放系统设计
控制系统设计
摘
着李克强总理提出中国制造2025计划年国动化控制技术发展十分迅速许行业离开动化控制影子物流行业某公司仓库已实现包裹全动化分拣包运输项技术加入仅减少仓库里75工极提高工作效率减少包裹滞留制造业处动化控制技术许企业着设备动化升级改造纷纷走转型路种工厂黑灯工厂概念成现实动化控制技术企业带丰富济效益成企业提高核心竞争力重手段
针目前国部分中型企业生产车间里CNC数控车床采工摆放零件问题组拟设计种基编程控制器PLC气动控制物料动摆放系统目解决工摆放程入中摆放整理时间长错误率高较问题动摆放传统手工摆放相具效率高差错率低摆放点工化作业减少工劳动强度提高生产效率等优势该动摆放系统三菱FX3U系列PLC作控制器件该系统物料运送模块电机驱动模块气动夹爪模块PLC控制模块组成物料运送模块直流电机通传送带零件运送摆放模块电机驱动模块通步进电机丝杆实现XY轴方运动零件移动指定位置摆放模块气动装置作执行单元型机电系统通气缸控制气动夹爪松开闭合实现零件动摆放外系统安装光电传感器X轴Y轴正负限位开关接开关等提供工件位置系统位置检测复位通运PLC控制器系统模块进行控制实现形状零件进行动摆放
通三菱GX Works软件进行仿真测试结果表明该系统摆放正确率高运行稳定通设计更换种类气动夹爪实现零件动摆放
关键词：动摆放气动控制仿真测试
Design of automatic storage system for parts Control system design
Abstract
With the made in China 2025 plan put forward by premier li keqiang the domestic automation control technology has developed rapidly in recent years and now many industries are inseparable from the shadow of automation control For example in the logistics industry the warehouses of some large companies have realized the full automatic sorting packaging and transportation of packages The addition of this technology not only reduces 75 of the workers in the warehouses but also greatly improves the working efficiency and reduces the retention of packages And as manufacturing industry the ubiquity of automation control technology many enterprises by the automation of production equipment upgrading and modification are on the path of transformation all kinds of unmanned factory black lamp factory to become a reality the concept of automation control technology to the enterprise brought the rich economic benefit and is an important method of improve the core competitiveness of enterprises
For most of the current domestic small and mediumsized enterprise CNC numerical control lathe USES is artificially put parts of the problem the group intends to design a material based on programmable controller PLC and pneumatic control system of automatically placing the purpose is to solve the placement and finishing in artificial process is put into the time is too long the error rate is high the more problems of choose and employ persons automatically put high efficiency compared with traditional manual put low error rate put some more and no artificial operation reduces the manual labor intensity improve production efficiency and other advantages The automatic placement system is controlled by mitsubishi FX3U series PLC The system is mainly composed of material delivery module motor drive module placement module and PLC control module The material transport module is transported to the placement module by the dc motor through the conveyor belt The motor drive module realizes the movement of X and Y axis through the stepper motor and the lead screw to move the parts to the designated position The placement module is a small electromechanical system with a pneumatic device as the execution unit The placement of parts is realized by opening and closing the fixture device controlled by the cylinder In addition the photoelectric sensor positive and negative limit switch and proximity switch of X axis and Y axis are also installed on the system to provide the position of the workpiece and the detection and reset of the system position By using PLC controller each module of the system is controlled and the parts of different shapes and sizes are automatically placed
Through the simulation test of mitsubishi GX Works software the results show that the system has high accuracy stable operation and can automatically place different parts through the design and replacement of different types of pneumatic gripper
Keywords Automatic placement pneumatic control The simulation test
目录
1 绪 1
11课题研究目意义 1
12 PLC国外研究概况 1
1 3动存放系统国现状 2
1 4课题研究容 2
2 动存放系统工艺流程电气控制设计 2
2 1工艺流程 2
2 2电气控制设计 4
2 3 零件控制方案调研确定 5
24 零件制动存放系统控制流程 5
25动存放系统标准件研究确定 8
26导轨滑块丝杆研究设计 10
27控制系统PLC选型设计 10
3 零件动存放系统程序编写 16
3 1新建工程 16
3 2程序功初始化设置 17
3 3原点回程序编写 18
3 4 1号格子绝坐标程序编写 19
3 5气动夹爪张开闭合程序 20
3 6系统回原点程序编写 21
4 零件动存放系统运行分析 22
4 1 1号格子绝坐标仿真研究 23
4 2气动夹爪张开闭合仿真研究 24
5 结 24
参考文献 25
谢 辞 26
1 绪
11课题研究目意义
着现代工业动化生产发展越越企业动化控制方式代传统工摆放目前国部分中型企业CNC数控车床中采工摆放方式面批量者体型较零件容易出现摆放错误摆放效率较低影响工作效率着科学技术日益发展许企业车间着式样动生产线受益动化生产技术广泛应前百千工操作现运动化设备代手单重复操作企业提高成产效率时改善员工劳动条件减少数量降低耗等提高企业济效益时行业更具竞争力动摆放企业提高生产效率重措施
针目前国部分中型企业CNC数控车床采工摆放零件问题组拟设计种基编程控制器ＰＬＣ气动控制物料动摆放系统目解决工摆放程入中摆放整理时间长错误率高较问题动摆放传统手工摆放相具效率高差错率低摆放点工化作业减少工劳动强度提高生产效率等优势产品动摆放效改进企业生产程中存类问题企业降低成提高效率增强企业综合竞争力研究动检测摆放系统企业改进生产效率实现产升级着重意义
1 2 PLC国外研究概况
直天美国PLC生产国着百家PLC厂商著名ABB公司通电气（GE）公司莫迪康（MODICON）公司德州仪器（TI）公司西屋公司等中全美国PLC制造商ABB公司产品约占美国PLC市场半
目前世界许PLC流品牌欧美：德国西门子（siemens）美国罗克韦尔（RockWellAB）法国施耐德（Schneider）代表日系：三菱（MITSUBISHI）欧姆龙（OMRON）松（Panasonic）代表国产：台达（DELTA）信捷（XINJE）永宏（FATEK）汇川（Inovance）代表型PLC市场：西门子三菱欧姆龙松台达占流型PLC市场：西门子罗克韦尔施耐德三分天西门子占相较
1 3动存放系统国现状
国公司中富士康格力 海尔等公司规模庞装备先进富士康公司言生产车间着万台数控车床工程师断改进生产程实现完全动化零件生产完进行切断时会机械手夹住零件摆放指定位置中全生产程完全需国中型企业工作环境资金问题富士康公司样机械手进行夹取摆放等操作目前言中型企业需工手动摆盘
1 4课题研究容
（1）动存放系统工艺流程模块组成
（2）电气控制系统设计
2 动存放系统工艺流程电气控制设计
2 1工艺流程
设计目前国部分中型企业CNC数控车床生产程中需产出零件需工摆盘问题进行研究类产品特点基长条圆柱体需长条格子摆放
动存放系统工艺流程：①零件加工完成通机床带传送带运送系统接料位置图21接料机构传送带②零件通系统传送带掉落气动夹爪中图22气动夹爪传送带③夹爪根程序运行指定盘子里格子方图23气动夹爪盘子
图21接料机构传送带
图22气动夹爪传送带
图23气动夹爪盘子
通研究分析产品加工工艺工时结合传感器气动控制原理设计种基PLC控制动摆放零件系统通软件测试实考察验证系统程序行性系统符合控制求前提高效稳定运行
该系统运PLC控制光电传感器技术等综合机械传动电机驱动气动控制针生产线工摆盘效率低工成高等问题实现机器动识摆放应位置类似生产线提高作业效率提供条解决方案思路
该系统设计包括传送带运送模块电机驱动模块气动夹爪模块PLC模块
2 2电气控制设计
动摆放程中运动PLC控制技术中包括动作指令动检测动作控制显示报警
控制系统设计分单独控制三方面①控制直流电机驱动传送带启停②控制步进电机驱动模块运动指定位置③控制夹爪松开闭合
首先确定气动夹爪运动程分析需运电气元件光电传感器接开关行程开关步进电机气动元件等进行PLC选型PLC输入输出IO定义绘制控制系统接线原理图梯形图等考虑生产实际情况进行软件编程仿真测试系统高效稳定运行
2 3 零件控制方案调研确定
单片机控制：单片机CPU编程外需更外围电子电路支持没稳定外围电路者抗干扰电路非常容易受工业电磁干扰相开发条件性稳定性PLC应家环境等单片机程序烧入CPU外围电子电路支持控制工艺改变改变程序改动外围电路改动PCB板必须次测试批
PLC控制：工业领域中求性稳定性PLC够完美实现两点次PLC开发梯形图二次开发开发周期短时根控制求进行修改梯形图类似继电器电路简单
综述般工业领域会PLC控制系统做控制中心设计采PLC控制
24 零件制动存放系统控制流程
首先明确控制程中先序系统运行程分四部分第部分：系统先进行原点复位第二部分：光电传感器接受信号时定时器定时5s零件掉落气动夹爪里面电机开始驱动气动夹爪指定位置运行第三部分：气动夹爪达指定位置方松开爪子零件掉落盘子里延时5s爪子闭合第四部分：爪子闭合延时5s电机驱动气动夹爪回原点等零件
零件存放系统工作时：
零件存放系统工作流程图24示
图24零件存放系统工作流程图
（1） 系统开始运行原位时先进行复位Y轴正限位开关X轴正限位开关接收信号时夹爪回原位
（2） 夹爪方光电传感器接受信号时零件掉落夹爪根根程序先Y轴正方移动然X轴正方移动达指定格子方
（3） 达指定格子气动夹爪工作松开爪子5S零件掉落进格子中延时5S夹爪复位夹爪Y轴负方移动然X轴负方移动回原点图25系统位置示意
图25系统位置示意图
图26产品零件长度25mm宽度15mm格子尺寸30x30mm盘子尺寸90x90mm格子分九研究象分序号19进行标记系统进行摆放时夹爪需运行格子中间位置原位第格子X方距离250mmY方距离325mm原位第二格子X方距离280mmY方距离355mm类推第1号格子开始直摆放9号格子气动夹爪9号格子返回原位系统完成摆盘
图26产品零件图
25动存放系统标准件研究确定
（1）两台57步进电机
型号：57J09 电压：24V 功率：10W 相数：2 步距脚：18°
相电感：12mH
保持转矩NM：09 额定电流：28A 相电阻：08Ohm
引线数：4 转子惯量：260 轴径：635mm 机身长：55mm
（2）24V直流减速电机
空载转速：600rpmmin 空载电流：013A 负载转速：535 rpmmin
负载电流：062 额定力矩：06 功率：10W 减速：83
（3）24V直流开关电源
型号：S25024 输出电流：10A 输出电压24V
额定功率：10W 尺寸：215*115*50mm
（4）欧姆龙继电器
型号：MY2NGS 规格：八脚
额定电压：220V24V 触电形式：二开二闭
（5）传感器
光电开关
负载电流：≤200mA 输出形式：NPN常开
工作电压：DC1024V 工作温度：25℃~55℃
接开关
输出控制电流：200mA 输出形式：NPN常开
操作频率：≥100Hz 尺寸：M12×1
限位（行程）开关
额定电流：016A 额定电压：24V
操作频率：120次分 接触电阻≤15mΩ
磁性开关
配线方式：2线式 输出接点形式：接点常开型
开关电流：100mA 接点容量：10W
开关切换频率：≤35Hz 部电压降：≤35
（6）杠杆夹紧气缸
缸径：φ25mm 气缸行程：20mm 压力范围：015~10MPa
动作形式：双动型 接口径：M5×08
（7）二位五通先导式电磁阀
标椎电压：24V 消耗功率：13W 环境流体温度5~50
高频率：8次秒 接直径：M5×08
26导轨滑块丝杆研究设计
图27导轨滑块尺寸图
图27导轨滑块尺寸图
H：30mm W：44mm B：32mm C：50mm L：922mm
Hr：175mm P：60mm 滑轨螺栓：M5×16
丝杆研究设计丝杆
效行程：900mm 直径：16mm 导程：10mm
总高：80mm 定位精度：005mm
27控制系统PLC选型设计
271 PLC机选型确定
三菱PLC介绍：简易机型FX3SAFX3SFX3S（30点）置模拟量基单元：101430点FX3SA（30点）AC输入基单元：101430点基机型FX3GAFX3GFX3GEFX3GC扩展128点CCLink远程IO时256点FX3G基单元：14244060点FX3GA仅AC供电基单元：244060点FX3GE带太网口基单元：2440点FX3GC紧凑机型基单元：32点高端机型FX3U扩展256点CCLink远程IO时384点基单元：1632486480128点
根实环境考察考虑功性结构合理性济性等方面结合IO点数确定系统日三菱PLC机型号FX3U32MR
272 PLC输入输出（IO）定义
通系统实际途系统控制需求进行研究分析系统输入种电器原件分进行定义根系统动夹爪工作时状态分析系统输出进行IO定义见表23PLC输入输出IO定义
类
电器元件
PLC软元件
功
输入（I）
启动钮SB1
X0
开始工作
停止钮SB2
X1
停止工作
光电传感器
X2
检测零件否位
X轴正限位开关SQ1
X3
X轴正方运行限位
Y轴正限位开关SQ2
X4
Y轴正方运行限位
X轴负限位开关SQ3
X5
X轴负方运行限位
Y轴负限位开关SQ4
X6
Y轴负方运行限位
X轴接开关
X7
减速
Y轴接开关
X10
减速
输出（O）
YV1
Y0
X轴电机
YV2
Y1
Y轴电机
YV3
Y2
X轴正方运行
YV4
Y3
Y轴正方运行
YV5
Y4
X轴负方运行
YV6
Y5
Y轴负方运行
YV7
Y6
夹爪松开（闭合）
表21PLC输入输出IO定义
273IO接线图控制系统状态转移图研究设计
根PLC输入输出IO定义表绘制IO接线图图25控制系统状态转移图图28
图28 IO接线图
图29控制系统状态转移图
274零件动存放系统控制系统梯形图研究设计
图210控制系统梯形图流程
图211控制系统梯形图
275 PLC空间布置图设计
图212 PLC空间布置图
3 零件动存放系统程序编写
3 1新建工程
三菱公司GX Works软件进行编写开软件新建工程PLC系列选FXCPUPLC类型选FX3U图31新建工程图
图31新建工程图
3 2程序功初始化设置
辅助继电器M8002初始化功PLC电瞬间ON次PLC扫描周期通电次步进指令启动开关X0X轴正限位开关X3Y轴正限位开关X4X轴接开关X7Y轴接开关X10进行置位根绘制梯形图步进指令编写出程序
图32初始化设置程序
3 3原点回程序编写
面控制分析知系统首先进行原点复位原点复位需原点回指令图33原点回指令根该指令编写系统回原点程序图34Y轴回原点程序
图33原点回指令
图34 Y轴回原点程序
图34 X轴回原点程序
3 4 1号格子绝坐标程序编写
光电传感器接受零件信号时气动夹爪1号格子移动首先夹爪1号格子Y轴正方移动达目位置夹爪1号格子X轴正方移动根该逻辑编写出程序图35 1号格子程序19号X轴坐标分250mm280mm310mm250mm280mm310mm250mm280mm310mm19号Y轴坐标分325mm325mm325mm295mm295mm295mm265mm265mm265mm
图35 1号格子程序
3 5气动夹爪张开闭合程序
达目标位置气动夹爪张开延时5s气动夹爪闭合延时5s系统开始回原点进行接料图36气动夹爪张开闭合程序
图36气动夹爪张开闭合程序
3 6系统回原点程序编写
气动夹爪闭合延迟5s夹爪Y轴负方回原点夹爪X轴负方回原点
系统X轴开始原点回图37系统回原点程序
图37系统回原点程序
4 零件动存放系统运行分析
完成零件存放系统设计控制设计方案三菱公司GX Works编程仿真软件进行测试仿真分析图41仿真分析测试图示利仿真软件调试功结合实际控制求控制程序合理方进行修改
图41仿真分析测试图
4 1 1号格子绝坐标仿真研究
光电传感器感应零件时系统开始1号格子移动光电传感器X2开关程序运行异常
图42程序运行图
4 2气动夹爪张开闭合仿真研究
置位气动夹爪X6气动夹爪张开定时器开始计时5秒复位气动夹爪X6气动夹爪闭合定时器计时5s程序运行正常
5 结
零件动存放系统设计基达求进行软件仿真测试够稳定准确运行课题源实程中公司生产车间目前现状思考机器生产零件数量总员工根根零件进行摆放样低效率重复繁琐操作联想动化控制解决问题做准备工作时首先查询问公司里工程师查阅文献资料信息进行分析结合动化控制技术该问题实际背景确定拟设计系统模块结合气动控制PLC控制技术机械传动步进电机驱动设计出基PLC控制零件动存放系统
该系统分FX3U系列PLC控制器件通PLC控制传感器技术
独立模块连接成整机构成零件动存放系统续改进设计中通加入触摸屏技术应实现功模块运行状态进行现场组态刚开始确定课题时设计容知道实现完成设计三菱PLC电气控制PLC应等知识进行学结合学校学课程构思文纲文撰写程中遇许难题夹爪运动方案确定电气元件控制原理图设计等课题设计成果：
（1） 设计出物料运送模块电机驱动模块摆放模块PLC控制模块结合传感器气动控制等技术基PLC控制零件动存放系统
（2） 通软件仿真测试系统运行良动作准确摆放效率高代工摆放方式提高工作效率减少工工作强度
参考文献
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附 录
附录1
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