1、摘要柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为 FMS。它 是 一 种 技 术 复 杂 、 高 度 自 动 化 的 系 统 ， 它 将 微 电 子学 、 计 算 机 和 系 统 工 程 等 技 术 有 机 地 结 合 起 来 ， 理 想 和 圆 满 地 解 决 了 机 械 制 造 高自 动 化 与 高 柔 性 化 之 间 的 矛 盾 。柔 性 制 造 系 统 的 发 展 趋 势 大 致 有 两 个 方 面 。 一 方 面 是 与 计 算 机 辅 助
2、设 计 扣 辅助 制 造 系 统 相 结 合 ， 利 用 原 有 产 品 系 列 的 典 型 工 艺 资 料 ， 组 合 设 计 不 同 模 块 ， 构成 各 种 不 同 形 式 的 具 有 物 料 流 和 信 息 流 的 模 块 化 柔 性 系 统 。 另 一 方 面 是 实 现 从 产品 决 策 、 产 品 设 计 、 生 产 到 销 售 的 整 个 生 产 过 程 自 动 化 ， 特 别 是 管 理 层 次 自 动 化的 计 算 机 集 成 制 造 系 统 。 在 这 个 大 系 统 中 ， 柔 性 制 造 系 统 只 是 它 的 一 个 组 成 部 分 。自动生产线的最大特点是它的综合
3、性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产过程。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元作为自动生产线的整体设计，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机
4、位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台 PLC 承担其控制任务，各 PLC 之间通过RS485 串行通讯实现互连的分布式控制方式。所以，本设计综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等） 、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。2目录第一章 概述5第二章 总体介绍6一自动化生产线的基本组成 6第三章 上料单元 7一上料单元的基本功能 7二上料单元的组成 7三接线端子及主令部件 8四上料单元 PLC 运行程序10五上料单元的 PLC 地址分配15第四章 冲压单元16一冲压单元的组成原理16二面板接线说明18三冲压单元 PLC
5、运行程序20四冲压单元 PLC 地址分配26第五单元 落料单元27一落料单元的组成原理27二面板接线及说明28三落料单元的运行程序30四落料单元 PLC 地址分配35总结363致谢37参考文献37第一章 概述二十世纪以来，为了实现自动化，人们研究和制造了成千上万种自动控制系统，极大地推动了生产劳动、社会服务、军事工程和科学研究等活动。随着自动化技术的发展，这是机械化、电气化和自动控制相结合的结果，处理的对象是离散工件。早期的机械制造自动化是采用机械或电气部件的单机自动化或是简单的自动生产线。20 世纪 60 年代以后，由于电子计算机的应用，出现了数控机床、加工中心、机器人、计算机辅助设计、计算
6、机辅助制造、自动化仓库等。研制出适应多品种、小批量生产型式的柔性制造系统（FMS） 。以柔性制造系统为基础的自动化车间，加上信息管理、生产设备自动化，出现了采用计算机集成制造系统（CIMS）的工厂自动化（FA） 。 现代生产和科学技术的发展，对自动化技术提出越来越高的要求，同时也为自动化技术的革新提供了必要条件。70 年代以来，自动化开始向复杂的系统控制和高级的智能控制发展，并广泛地应用到国防、科学研究和经济等各个领域，实现更大规模的自动化，例如大型企业的综合自动化系统、全国铁路自动调度系统、国家电力网自动调度系统、空中交通管制系统、城市交通控制系统、自动化指挥系统、国民经济管理系统等。自动化
7、的应用正从工程领域向非工程领域扩展，如医疗自动化、人口控制、经济管理自动化等。自动化将在更大程度上模仿人的智能，机器人已在工业生产、海洋开发和宇宙探测等领域得到应用，专家系统在医疗诊断、地质勘探等方面取得显著效果。工厂自动化、办公自动化、家庭自动化和农业自动化将成为新技术革命的重要内容，并得到迅速发展。本系统模拟一个生产流水线的生产过程，完成一个工件的拆卸、分拣工作。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安装，最后由分拣站进行分拣。整个过程要充分考虑生产过程中所出现的情况，对各种生产要求进行处理，系统分成五个操作站：供料站、安装站、加工站、运输站、分拣站。整个系统基
8、于三菱 PLC 的 N：N 网络，包括变频控制、伺服控制等，是各种电气控4制的综合应用。主要负责机械部分的安装、电气原理图和气路的设计和连接、变频器和伺服放大器的参数设置。第二章 总体介绍一. 自动生产线基本组成自动生产线由安装在铝合金导轨式台面上的上料单元、冲压单元、落料单元、输送单元、喷涂单元，等。其外观如图 2-1 所示。图 2-1 自动生产线外观其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电
9、气控制技术。设计中应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体通过的状态、物体的颜色及材质等。5第三章上料单元一上料单元的基本功能：供料单元是本次设计中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。如图2-3 所示为供料单元实物的全貌。图 2-3 上料单元实物的全貌二上料单元的组成：1.PLC 上料单元包括两部分。第一部分为上料部分，分为料库、原料推送、工件传送三部分，如图 2-3 所示。2.第二部分为托盘输送部分，通过传送带将托盘从输入端送
10、至输出端,如 2-4 所示6图 2-4三接线端子及主令部件凡需 24V 直流电源供电的，请将其连接至电源模块 24V 区，需接地的请连接至电源模块7GND 区。连接时 24V 连接使用红色线，GND 连接使用黑色线，输入点（I）连接使用黄色线，输出点（Q）连接使用绿色线。具体连接请参见 表 1-2-1。表 1-2-1 上料单元面板接线说明模块被连接点连接点 连接点所属模块 备注I0.4 I0.4 可编程控制器（输入部分）I0.5 I0.5 可编程控制器（输入部分）I0.6 I0.6 可编程控制器（输入部分）I0.7 I0.7 可编程控制器（输入部分）Q1.0 Q1.0 可编程控制器（输出部分）
11、Q1.1 Q1.1 可编程控制器（输出部分）Q1.2 Q1.2 可编程控制器（输出部分）V+ 24V 电源模块 24V 区上料单元接线区 V- GND 电源模块 GND 区I0.0 SB1-1 按钮、指示灯模块 STARTI0.1 SB2-1 按钮、指示灯模块 STOPI0.2 SB3-1 按钮、指示灯模块 RESETI0.3 SB7-3 按钮、指示灯模块 CEMGI0.4 I0.4 上料单元接线区 重复I0.5 I0.5 上料单元接线区 重复I0.6 I0.6 上料单元接线区 重复I0.7 I0.7 上料单元接线区 重复I1.0 SA1-2 按钮、指示灯模块 M/AI1.1 SB5-1 按钮
12、、指示灯模块1M 24V 电源模块 24V 区可编程控制器模块（输入部分）2M 24V 电源模块 24V 区Q0.4 HL1-1 按钮、指示灯模块 STARTQ0.5 HL2-1 按钮、指示灯模块 STOPQ0.6 HL3-1 按钮、指示灯模块 RESETQ0.7 HL4-1 按钮、指示灯模块 CEMGQ1.0 Q1.0 上料单元接线区Q1.1 Q1.1 上料单元接线区Q1.2 Q1.2 上料单元接线区L+ 24V 电源模块 24V 区M GND 电源模块 GND 区可编程控制器模块（输出部分） SB1-1 I0.0 可编程控制器（输入部分） 重复SB1-2 GND 电源模块 GND 区SB2
13、-1 I0.1 可编程控制器（输入部分） 重复SB2-2 GND 电源模块 GND 区按钮、指示灯模块SB3-1 I0.2 可编程控制器（输入部分） 重复8模块被连接点连接点 连接点所属模块 备注SB3-2 GND 电源模块 GND 区SB5-1 I1.1 可编程控制器（输入部分） 重复SB5-2 GND 电源模块 GND 区SB7-3 I0.3 可编程控制器（输入部分） 重复SB7-1 GND 电源模块 GND 区SA1-1 GND 电源模块 GND 区SA1-2 I1.0 可编程控制器（输入部分） 重复HL1-1 Q0.4 可编程控制器（输出部分） 重复HL1-2 GND 电源模块 GND
14、 区HL2-1 Q0.5 可编程控制器（输出部分） 重复HL2-2 GND 电源模块 GND 区HL3-1 Q0.6 可编程控制器（输出部分） 重复HL3-2 GND 电源模块 GND 区HL4-1 Q0.7 可编程控制器（输出部分） 重复HL4-2 GND电源模块GND区四上料单元 PLC 运行程序91011121314五上料单元的 PLC 地址分配输入状态输入点 信号 说 明ON OFFI0.0 START 启动按钮 有效 无效I0.1 STOP 停止按钮 有效 无效I0.2 RESET 复位按钮 有效 无效I0.3 CEMG 紧急停止开关 有效 无效I0.4 SEN1 供料工位检测对射开
15、关 有效 无效I0.5 SEN2 工件输出工位检测对射开关 有效 无效I0.6 SEN3 托盘传送带输入端接近开关 有效 无效I0.7 SEN4 托盘传送带输出端接近开关 有效 无效I1.0 M/A 单/联机选择开关 单机 联机I1.1 备用按钮 传送带单机启动信号 有效 无效输出点 信号 说 明 输出状 态ON OFFQ0.4 START 启动指示灯 有效 无效Q0.5 STOP 停止指示灯 有效 无效Q0.6 RESET 复位指示灯 有效 无效Q0.7 CEMG 报警指示灯 有效 无效Q1.0 M1 送料电机启动输出 启动 停止Q1.1 YV1V+ 供料气缸电磁阀输出 伸出 缩回Q1.2
16、M2 托盘电机启动输出 启动 停止第四单元冲压单元15一冲压单元组成原理液压冲压单元包括两部分。第一部分为液压冲压加工部分，由液压冲压装置和液压泵组成，其中液压冲压机构结构图如 图 1-4-1 所示。图 1-4-1 液压冲压加工结构图SEN1 用来检测加工工位是否有工件，夹紧气缸用来固定待加工工件，液压电磁阀用来控制液压加工轴的上升下降。第二部分为托盘输送部分，通过传送带将托盘从输入端送至输出端,如 图 1-4-2 所示。16图 1-4-2 液压冲压加工单元传送带SEN2 用来检测输入端工件是否存在，SEN3 用来检测输出端工件是否到位。各部件名称和作用介绍如下：YV1:夹紧气缸电磁阀，通过此
17、电磁阀固定待加工工件；YV2:冲压气缸上升电磁阀，通过此电磁阀控制加工轴上升；YV3:冲压气缸下降电磁阀，通过此电磁阀控制加工轴下降；SEN1:反射开关，用来检测加工区是否有工件；SEN2:对射开关，用来检测托盘传送带输入端是否有工件； SEN3:反射开关，用来检测托盘传送带输出端是否有工件。液压冲压单元控制系统 PLC 部分输入输出点配置表如 表 1-4-1 所示。表 1-4-1 液压冲压单元控制系统 PLC 部分输入输出点配置表输入状态输入点 信号 说 明ON OFFI0.0 START 启动按钮 有效 无效I0.1 STOP 停止按钮 有效 无效I0.2 RESET 复位按钮 有效 无效
18、I0.3 CEMG 紧急停止开关 有效 无效I0.4 SEN1 冲压工位检测开关 有效 无效I0.5 SEN2 托盘传送带输入端接近开关 有效 无效I0.6 SEN3 托盘传送带输出端接近开关 有效 无效I0.7 ASTART 单机传送带启动按钮（备用按钮） 有效 无效I1.0 M/A 单/联机选择开关 单机 联机输出点 信号 说 明 输出状态17ON OFFQ0.2 YV3V+ 液压冲压电磁阀输出(上升) 有效 无效Q0.3 YV2V+ 液压冲压电磁阀输出(下降) 有效 无效Q0.4 START 启动指示灯 有效 无效Q0.5 STOP 停止指示灯 有效 无效Q0.6 RESET 复位指示灯
19、 有效 无效Q0.7 CEMG 报警指示灯 有效 无效Q1.0 M1 托盘电机启动输出 启动 停止Q1.1 YV1V+ 夹紧气缸电磁阀输出 伸出 缩回二面板接线说明本单元接线面板如 Error! Reference source not found.至图 1-4-8 所示。图 1-4-8 液压单元面板18模块 被连接点 连接点 连接点所属模块 备注I0.4 I0.4 可编程控制器（输入部分）I0.5 I0.5 可编程控制器（输入部分）I0.6 I0.6 可编程控制器（输入部分）Q0.2 Q0.2 可编程控制器（输出部分）Q0.3 Q0.3 可编程控制器（输出部分）Q1.0 Q1.0 可编程控制
20、器（输出部分）Q1.1 Q1.1 可编程控制器（输出部分）V+ 24V 电源模块 24V 区液压冲压单元接线区 V- GND 电源模块 GND 区I0.0 SB1-1 按钮、指示灯模块 STARTI0.1 SB2-1 按钮、指示灯模块 STOPI0.2 SB3-1 按钮、指示灯模块 RESETI0.3 SB7-3 按钮、指示灯模块 CEMGI0.4 I0.4 液压冲压单元接线区 重复I0.5 I0.5 液压冲压单元接线区 重复I0.6 I0.6 液压冲压单元接线区 重复I0.7 SB5-1 按钮、指示灯模块 ASTARTI1.0 SA1-2 按钮、指示灯模块 M/A1M 24V 电源模块 24
21、V 区可编程控制器模块（输入部分）2M 24V 电源模块 24V 区Q0.2 Q0.2 液压冲压单元接线区 重复Q0.3 Q0.3 液压冲压单元接线区 重复Q0.4 HL1-1 按钮、指示灯模块 STARTQ0.5 HL2-1 按钮、指示灯模块 STOPQ0.6 HL3-1 按钮、指示灯模块 RESETQ0.7 HL4-1 按钮、指示灯模块 CEMGQ1.0 Q1.0 液压冲压单元接线区 重复Q1.1 Q1.1 液压冲压单元接线区 重复L+ 24V 电源模块 24V 区M GND 电源模块 GND 区可编程控制器模块（输出部分） SB1-1 I0.0 可编程控制器（输入部分） 重复SB1-2
22、GND 电源模块 GND 区SB2-1 I0.1 可编程控制器（输入部分） 重复SB2-2 GND 电源模块 GND 区SB3-1 I0.2 可编程控制器（输入部分） 重复SB3-2 GND 电源模块 GND 区SB5-1 I0.7 可编程控制器（输入部分） 重复按钮、指示灯模块SB5-2 GND 电源模块 GND 区SB7-3 I0.3 可编程控制器（输入部分） 重复SB7-1 GND 电源模块 GND 区按钮、指示灯模块SA1-1 GND 电源模块 GND 区19模块 被连接点 连接点 连接点所属模块 备注SA1-2 I1.0 可编程控制器（输入部分） 重复HL1-1 Q0.4 可编程控制
23、器（输出部分） 重复HL1-2 GND 电源模块 GND 区HL2-1 Q0.5 可编程控制器（输出部分） 重复HL2-2 GND 电源模块 GND 区HL3-1 Q0.6 可编程控制器（输出部分） 重复HL3-2 GND 电源模块 GND 区HL4-1 Q0.7 可编程控制器（输出部分） 重复HL4-2 GND 电源模块 GND 区三冲压单元 PLC 运行程序202122232425四冲压单元 PLC 地址分配输入状态输入点 信号 说 明ON OFFI0.0 START 启动按钮 有效 无效I0.1 STOP 停止按钮 有效 无效I0.2 RESET 复位按钮 有效 无效I0.3 CEMG
24、紧急停止开关 有效 无效I0.4 SEN1 冲压工位检测开关 有效 无效I0.5 SEN2 托盘传送带输入端接近开关 有效 无效I0.6 SEN3 托盘传送带输出端接近开关 有效 无效I0.7 ASTART 单机传送带启动按钮（备用按钮） 有效 无效I1.0 M/A 单/联机选择开关 单机 联机输出点 信号 说 明 输出状 态ON OFFQ0.4 START 启动指示灯 有效 无效Q0.5 STOP 停止指示灯 有效 无效Q0.6 RESET 复位指示灯 有效 无效26Q0.7 CEMG 报警指示灯 有效 无效Q1.0 M1 托盘电机启动输出 启动 停止Q1.1 YV1V+ 夹紧气缸电磁阀输出
25、 伸出 缩回Q0.3 YV2V+ 冲压气缸电磁阀输出(下降) 有效 无效Q0.2 YV3V+ 冲压气缸电磁阀输出(上升) 有效 无效第五章落料单元一落料单元组成原理落料单元包括传送带、阻挡气缸、旋转落料机构三部分，如 图 1-7-1 所示。图 1-7-1 落料单元结构图各部件名称和作用介绍如下：YV1:阻挡气缸电磁阀，通过此电磁阀阻挡，将托盘停在旋转落料孔正下方，使盒状工件能落入托盘槽内；SEN1:反射开关，传送带输入端工件检测开关，用来检测传送带上是否存在托盘；SEN2:反射开关，落料工位检测开关，用来检测盒状工件是否落下； SEN3:反射开关，传送带输出端工件检测开关，用来检测托盘传送带输
26、出端是否有工件；SEN4:反射开关，料库工件检测开关，用来检测工件是否已经存在于旋转机构料库中；SEN5:光电开关，电机旋转原点信号，用来定位使直流电机每次固定旋转一周；SEN6:反射开关，托盘到位检测开关，用来检测托盘是否到位（落料孔正下方） 。27二面板接线说明凡需 24V 直流电源供电的，请将其连接至电源模块 24V 区，需接地的请连接至电源模块 GND区。连接时 24V 连接使用红色线，GND 连接使用黑色线，输入点（I）连接使用黄色线，输出点（Q）连接使用绿色线。具体连接请参见 表 1-7-1。表 1-7-1 落料单元面板接线说明模块 被连接点 连接点 连接点所属模块 备注I0.4
27、I0.4 可编程控制器（输入部分）I0.5 I0.5 可编程控制器（输入部分）I0.6 I0.6 可编程控制器（输入部分）I0.7 I0.7 可编程控制器（输入部分）I1.1 I1.1 可编程控制器（输入部分）I1.2 I1.2 可编程控制器（输入部分）Q1.0 Q1.0 可编程控制器（输出部分）落料单元接线区Q1.1 Q1.1 可编程控制器（输出部分）28模块 被连接点 连接点 连接点所属模块 备注Q1.2 Q1.2 可编程控制器（输出部分）V+ 24V 电源模块 24V 区V- GND 电源模块 GND 区I0.0 SB1-1 按钮、指示灯模块 STARTI0.1 SB2-1 按钮、指示灯
28、模块 STOPI0.2 SB3-1 按钮、指示灯模块 RESETI0.3 SB7-3 按钮、指示灯模块 CEMGI0.4 I0.4 落料单元接线区 重复I0.5 I0.5 落料单元接线区 重复I0.6 I0.6 落料单元接线区 重复I0.7 I0.7 落料单元接线区 重复I1.0 SA1-2 按钮、指示灯模块 M/AI1.1 I1.1 落料单元接线区 重复I1.2 I1.2 落料单元接线区 重复1M 24V 电源模块 24V 区可编程控制器模块（输入部分）2M 24V 电源模块 24V 区Q0.4 HL1-1 按钮、指示灯模块 STARTQ0.5 HL2-1 按钮、指示灯模块 STOPQ0.6
29、 HL3-1 按钮、指示灯模块 RESETQ0.7 HL4-1 按钮、指示灯模块 CEMGQ1.0 Q1.0 落料单元接线区 重复Q1.1 Q1.1 落料单元接线区 重复Q1.2 Q1.2 落料单元接线区 重复L+ 24V 电源模块 24V 区M GND 电源模块 GND 区可编程控制器模块（输出部分） SB1-1 I0.0 可编程控制器（输入部分） 重复SB1-2 GND 电源模块 GND 区SB2-1 I0.1 可编程控制器（输入部分） 重复SB2-2 GND 电源模块 GND 区SB3-1 I0.2 可编程控制器（输入部分） 重复SB3-2 GND 电源模块 GND 区SB7-3 I0.
30、3 可编程控制器（输入部分） 重复SB7-1 GND 电源模块 GND 区SA1-1 GND 电源模块 GND 区SA1-2 I1.0 可编程控制器（输入部分） 重复HL1-1 Q0.4 可编程控制器（输出部分） 重复HL1-2 GND 电源模块 GND 区HL2-1 Q0.5 可编程控制器（输出部分） 重复HL2-2 GND 电源模块 GND 区HL3-1 Q0.6 可编程控制器（输出部分） 重复按钮、指示灯模块HL3-2 GND 电源模块 GND 区29模块 被连接点 连接点 连接点所属模块 备注HL4-1 Q0.7 可编程控制器（输出部分） 重复HL4-2 GND 电源模块 GND 区三落料单元运行程序30
