柔性生产线的流程

一、实训目的和要求

1.对整个柔性生产系统的了解和简单操作。

2. 软件梯形程序图的编写。

3掌握S7-300PLC的PROFIBUS通讯方法。

二、实训仪器与设备

1.柔性生产线 2.软件STEP7

3. STEP 7—Micro/WIN 32编程软件

三、实训过程

柔性生产线的流程

由各种不同机械结构组成的传输机构作为加工件的运输平台,在整个生产线上不同位置安装有五个不同功能的加工站,利用各种控制技术及机械加工技术,可完成多种高精度、高效率的加工过程。系统集可编程控制器技术、传感器技术、气动技术、工业机械加工及传动技术、工业总线技术为一体，学生可在该系统进行编程、接线、调试等多项实操过程。整个系统由五个子单元和一个环形流水皮带线单元组成，分别为：供料工作单元、冲压加工单元、直线坐标机器人组装单元、码垛机器人单元、仓库存储单元。

一、气动回路部分

气动传动是以压缩空气为工作介质进行能量传递的一种传动形式。气动传动系统由以下四部分组成：

1 动力元件 它将原动机供给的能量转变位气体的压力能，为各类气动设

备提供动力。

2 执行元件 如气缸和气动马达。它能将气体的压力能转换为机械能，输

出力和速度，以驱动工作部件。

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3 控制元件 用以控制压缩空气的压力、流量和流动方向，以保证执行元

件具有一定的输出力和速度。这类元件包括压力阀、方向阀、流量阀和逻辑元件等。

4 辅助元件 除以上三类元件以外，其余元件称为辅助元件。如过滤器、

干燥器、消音器、油雾器和管件等。它们对保证系统可靠、稳定地工作起着重要的作用。

在本系统中气缸与电磁阀是SMC 的产品，气缸有标准气缸、双杆气缸、微型气缸、薄型气缸、气动手指等。

二、电容、光电、磁性、机械传感器原理与接线

1光电传感器（光电开关）

对射型光电传感器接线图

对射型光电传感器是在探测物体挡在发射器与接收器之间使接收器不能接收到足够的

光线时输出信号。

漫反射型光电传感器接线图

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漫反射型光电传感器是在探测物体挡在传感器正面使传感器接收到足够的光线时输出信号。可以通过调节灵敏度调节VR调节检测的距离。其对不同颜色的检测距离不相同，反射性能越好检测距离越远。

光电传感器又分为NPN集电极开路输出和PNP集电极开路输出两种类型。NPN集电极开路输出型在没有检测到物体时输出为低电平状态，检测到物体时输出为悬空状态。PNP集电极开路输出型在没有检测到物体时输出为低电平状态，检测到物体时输出为高电平状态。

2．电容传感器

电容传感器基本原理图及接线图

电容传感器也分为NPN和PNP两种类型。在本系统中只使用了PNP型。当被测物接近传感器时输出信号，PNP型在没有检测到物体时输出为低电平状态，检测到物体时输出为高电平状态。

3．磁性传感器

又名磁性开关。是在接触到有一定磁性的物质后而导通的传感器。在本系统中用来检测气缸的位置。

4．机械行程开关

机械行程开关有一对常开和一对常闭触点。在本系统中用常开触点作为位置的标志，用常闭触点作极限位开关。

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三、驱动器

本系统采用的是Q2HB44MC和Q2HB68MC 等角度恒力矩细分型驱动器，

驱动电压DC24-80V，适配6或8出线电流在6A以下，外径57-86mm的各种型号的二相混合式步进电机。该产品广泛应用于雕刻机、激光打标、激光内雕机等分辨率较高的小型数控设备上。

特点： ◆高性能、低价格 ◆采用独特的控制电路

◆设有12/8档等角度恒力矩细分，最高200细分 ◆最高反应频率可达200Kpps

◆步进脉冲停止超过100ms时，线圈电流自动减半 ◆双极恒流斩波方式 ◆光电隔离信号输入／输出

◆驱动电流从0.5A／相到6A/相连续可调 ◆单电源输入，电压范围：DC24-80V

驱动器接线示意图

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★注：1、千万不要将电源接反，输入电压不要超过DC80V。 2、输入控制信号电平为5V，当高于5V时需要接限流电阻。

3、此型号驱动器由于采用特殊的控制电路，故必须使用6出线或8出线电机。

4、驱动器温度超过70度时，驱动器停止工作，故障O.H指示灯亮，直到驱动器温度降到50度，驱动器自动恢复工作。出现过热保护请加装散热器。 5、过流（负载短路）故障指示灯O.H亮，请检查电机接线及其他短路故障，排除后需要重新上电恢复。

6、欠压（电压小于DC24V），故障指示灯O.H亮。

四、机械部分

1. 上料单元配置

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本单元有两台步进电机与步进电机驱动器、一个PLC、一个电源模块。本单元的功能是将工件由料仓送到转盘，转盘转动一定角度后，将钢珠送至工件上，转盘再转动到机械手下方，由机械手将工件抓起运至皮带线上的小车中，进行下一工序。 具体步骤:

1 复位

2 转盘旋转

3 转盘检测传感器检测到转盘、盘停止、转盘定位汽缸定位 4 工件一上料汽缸上料

5 转盘定位汽缸复位、转盘旋转

6 转盘检测传感器检测到转盘、转盘停止、转盘定位汽缸定位 7 上料汽缸二前后汽缸动作、件二上料 8 转盘定位汽缸复位、转盘旋转

9 工件检测传感器检测到工件、转盘停止、转盘定位汽缸定位 10 小车检测传感器检测到小车、小车定位汽缸定位 11 机械手右行至工件上方 12 机械手下降、抓取工件

13 机械手复位、右行至小车上方、

14 机械手下降、松开抓手、将工件放到小车上

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15 机械手复位、转盘定位汽缸复位、小车定位汽缸复位、小车运行至下一单元

2. 冲压单元配置

本单元有一台步进电机与步进电机驱动器、一个PLC、一个电源模块。本单元的功能是将工件由皮带线上的小车中抓取至工作台上，再由汽缸将工件送至冲压汽缸下，冲压工件，冲压后将工件送至机械手下方，机械手运行到工件检测传感器处进行检测，如检测到钢珠则将工件送至达皮带线上的小车中，进行下一工序。 具体步骤:

1 复位

2 小车检测传感器检测到小车、小车定位汽缸定位 3 机械手左行至小车上方

4 机械手下降、抓取工件、机械手复位 机械手左行至工作台上方 5 机械手下降、放下工件、机械手复位 6 上料汽缸动作、将工件送至冲压汽缸下方

7 工件检测一传感器检测到工件、冲压汽缸冲压 8 冲压汽缸复位、上料汽缸复位

9 机械手下降、抓取工件、机械手复位 机械手左行至工件检测二传感器上方 10 机械手下降、工件检测二传感器检测工件

11 如加工不合格则报警灯报警、如加工合格报警灯不报警 12 机械手复位、机械手右行至小车上方

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13 机械手下降、松开抓手、将工件放到小车上 机械手复位、小车定位汽缸复位 小车运

行至下一单元

3. 组装单元配置

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本单元有两台步进电机与步进电机驱动器、一个PLC、一个电源模块。本单元的功能是将料仓中的工件盒抓取至工作台上，然后将工件由皮带线上的小车中抓取至工件盒中，再将另一料仓中的盖子抓取至工件盒上完成组装，再将组装后的工件运至皮带线上的小车中，进行下一工序。 具体步骤：

1 复位 X轴复位、Y轴复位 2 上料汽缸上料

3 工件检测一传感器检测到工件、机械手运行至上料一平台、抓取工件盒、 4 机械手上升、走到组装平台上方 5 机械手下降、将工件盒放到组装台 6 Y轴返回

7 工件检测二传感器检测到工件、机械手运行至上料二平台、抓取盒盖 8 机械手上升、走到组装平台上方 9 机械手下降、将盒盖放到组装台 10 X轴复位、Y轴复位

11 小车检测传感器检测到小车、小车定位汽缸定位 12 Y轴前行至小车上方

13 机械手下降、抓取工件、机械手复位 14 机械手行至工件盒上方

15 机械手下降、放下工件、机械手复位 16 机械手行至盒盖上方

17 机械手下降、抓取盒盖、机械手复位 18 机械手行至工件盒上方 19 机械手下降、放下盒盖

20 机械手继续下降、抓取工件盒、机械手复位 21 机械手行至小车上方

22 机械手下降、放下工件盒、机械手复位小车定位汽缸复位 小车运行至下一单元

4. 检测单元配置

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本单元有两台步进电机与步进电机驱动器、一台伺服电机与伺服驱动器、一个PLC、一个电源模块。本单元的功能是抓取小车中的工件盒，移动至颜色检测传感器上方检测颜色，然后移动到材料检测传感器上方检测材料， 合格工件运至皮带线上的小车中，进行下一工序，不合格工件运到平台上，同时放走小车。 具体步骤：

1. 复位 X轴复位、Y轴复位 、转盘复位

2. 小车检测传感器检测到小车、小车定位汽缸定位 3. Z轴电机运行，机械手上升

4. 转盘运行，机械手运行至小车上方

5. Z轴电机运行，机械手下降、机械手动作抓取工件。 6. Z轴电机运行，机械手上升

7. 转盘运行，机械手运行至颜色检测传感器上方

8. 机械手下降、颜色传感器检测颜色、如果不合格运行12步、如果合格进行下一步 9. Z轴电机运行，机械手上升

10. 转盘运行，机械手运行至材料检测传感器上方

11. 机械手下降、材料传感器检测颜色、如果合格运行17步、如果不合格进行下一步

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12. Z轴电机运行，机械手上升

13. 转盘运行，机械手运行至废品台上方

14. Z轴电机运行，机械手下降、机械手动作抓取工件 15. Z轴电机运行，机械手上升、

16. X轴复位、Y轴复位 、转盘复位、小车定位汽缸复位、小车运行至下一单元 17. Z轴电机运行，机械手上升

18. 转盘运行，机械手运行至小车上方

19. Z轴电机运行，机械手下降、机械手动作放下工件 20. Z轴电机运行，机械手上升、

21. X轴复位、Y轴复位 、转盘复位、小车定位汽缸复位、小车运行至下一单元

注：本单元临时流程（没有前三个站时）

抓取平台上的盒盖放到平台另一端的工件盒上，然后将工件盒抓取到皮带线上方，等待小车到达，当小车到达时定位气缸动作，同时下降放下工件盒，然后上升复位，放走小车。

复位 X轴复位、Y轴复位 、转盘复位

小车检测传感器检测到小车、小车定位汽缸定位 按启动按钮、Z轴电机运行，机械手上升 转盘运行，机械手运行至平台上的盒盖上方

Z轴电机运行，机械手下降、机械手动作抓取盒盖 Z轴电机运行，机械手上升

转盘运行，机械手运行至工件盒上方

机械手下降、放下工件盖，机械手继续下降、抓取工件盒 Z轴电机运行，机械手上升

转盘运行，机械手运行至流水线上方

如果小车已到达、机械手下降、放下工件盒 Z轴电机运行，机械手上升 同时放走小车

转盘运行，机械手运行至平台上的盒盖上方，循环运行

5. 存储单元配置

本单元有一台步进电机与步进电机驱动器、一台三相异步电机和变频器、

一个PLC、一个电源模块。本单元的功能是抓取小车上的工件盒，运行至仓库，然后将工件放到仓库中，同时放走小车。

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具体步骤：

1. 复位 X轴复位、Z轴复位

1. 小车检测传感器检测到小车、小车定位汽缸定位

2. X轴前进到小车上方、Z轴下降到位、机械手抓取工件、 3. Z轴上升、小车定位汽缸复位、 4. X轴运行到位

5. 机械手前进 放下工件 6. 机械手后退 7. 开始复位

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心得体会:

通过此次实训，认识到各种检测元件的重要性，整个系统可以说是靠这些检测系统来运作起来。通过接触各种的传感器，发现这些传感器检测系统都是为了系统能够精确地运行而存在。像小车定位的定位模块（EM253）就是为了小车运行到指定位置能够及时工作。可以说这些检测元件是整个系统减小 次品、残次品 的功臣。

柔性生产线是可编程控制器技术、传感器技术、气动技术、工业机械加工及传动技术、工业总线技术为一体由五个子单元和一个环形流水皮带线单元组成，分别为：供料工作单元、冲压加工单元、直线坐标机器人组装单元、码垛机器人单元、仓库存储单元。组成的传输机构作为加工件的运输平台。

认识到柔性生产线设备利用率高。一组机床编入柔性生产线后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳定。运行灵活。有些柔性生产线的检验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性生产线中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场需要。

在实践中，才发现自己其实还有许多的理论知识需要去学习，理论是实践的基础，只有学好理论知识的前提，才有实践的空间。

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