1 绪 论

1.1研究背景及意义

自世界第一台PLC在美国数据设备公司诞生后，德日美等国将微处理器作为控制器的中央处理单元应用到PLC中并且去掉磁心存储器改用了集成电路的存储器，结合了微型计算机的技术与电控制技术，从而使PLC进入实用阶段。随着科技的进步，PLC的性能也飞速增强，其控制规模扩大；组成模块增多；开放性和互操作性大大发展；对系统实现实时控制；联网能力增强等。

目前，国内的生产线大多数停留在低水平阶段，都还是通过一些常用的接触器、继电器、按钮、开关等来控制。这些常规的控制自动化程度，低动态控制精度差，已经不能满足日益发展的工艺技术要求，但采用PLC控制技术来控制生产线能有效的解决上述问题。

基于这种现状，本课题研究的自动生产线实验平台中的加工和装配单元是利用PLC控制技术自动将供料单元料仓内的工件送往加工单元的物料台，完成加工操作后，把加工好的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单元料仓内的工件嵌入到物料台上的工件中完成装配，从而实现生产过程的自动化。

1.2研究内容及方法

本课题的研究，就是用PLC来控制生产线自动的完成加工及装配这两个环节的工作，且均设置一台PLC承担起控制任务，PLC之间通过RS485串行通信实现互连，构成分布式的控制系统。

根据课题的基本要求设想这两个单元的基本功能建立个大体的框架；选择合适的硬件，规划出控制硬件基本原理图，合理分配PLC的输入与输出；分析可能存在的情况，画出软件流程设计，完成各单元程序的编写；然后在计算机中用GX Developer Version7.0仿真使其达到基本的预期效果。

1.3主要创新点

本文设计的自动生产线实验平台中的加工和装配单元是利用PLC控制技术自动将

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供料单元料仓内的工件送往加工单元的物料台，完成加工操作后，把加工好的工件送往装配单元的物料台，然后把装配单元料仓内的工件嵌入到物料台上的工件中完成装配，从而实现生产过程的自动化。主要有以下创新点：

1、每个单元各有一台PLC独立控制，具有良好的柔性。

2、通过组建PLC网络，可以将多个工作站连在一起实现复杂的控制。 3、可以对系统实现实时控制。

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2 加工单元和装配单元的结构

2.1加工单元的结构

2.1.1加工单元的基本结构功能

加工单元主要包括：工件搬运装置和工件加工装置。主要配置有：导轨、直线汽缸、薄型气缸、工件夹紧装置等。

加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机 械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料 台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。其外观如图2-1所示。

图2-1加工单元的装配外观图

物料台用于固定被加工工件，并把工件移动到加工（冲压）机构正下方进行冲压加工。其主要由气动手爪、气动手指、物料台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器等组成。

移动物料台在系统正常工作后的初始状态为伸缩器缸伸出，物料台气动手爪张开的状态，当输送机构把物料送到物料台上，物料检测传感器检测到工件后，PLC控制程序驱动气动手指将工件夹紧→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后气动手指松开，最后完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号，为下一次工件到来加工做

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准备。

在物料台上安装一个漫射式光电开关。若物料台上没有工件，则漫射式光电开关均处于常态；若物料台上有工件，则光电开关动作，表明物料台上已有工件。

该光电传感器的输出信号送到加工单元的PLC输入端，用以判别物料台上是否有工件需要加工；当加工过程结束后，物料台伸出到初始位置。

移动物料台上安装的漫射式光电开关选用CX-441型放大器内置型光电开关（细小光束型）。移动物料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸缩气缸上两个磁性开关位置来定位的。要求缩回位置位于加工冲头正下方；伸出位置应与整体状态下的输送单元的抓取机械手装置配合，确保输送单元的抓取机械手能顺利的把待加工工件放到物料台上。

加工机构用于对工件进行冲压加工。其主要由冲压气缸、冲压头、安装板、铝合金支架等组成。

当工件到达冲压位置，即伸缩气缸活塞杆缩回到位，冲压头伸出对工件进行加工，完成加工动作后冲压头缩回，为下一次冲压做准备。冲压头根据工件的要求对工件进行冲压加工，冲压头安装在冲压缸头部。安装板用于安装冲压气缸，对冲压气缸进行固定。

2.1.2 加工单元的气动控制回路

加工单元的气动手爪、物料台伸缩气缸和冲压气缸均用3个二位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，3个控制阀集中安装在带有消声器的汇流板组成。冲压气缸控制电磁阀所配的快速接头口径较大，这是由于冲压气缸对气体的压力和流量要求较高，冲压气缸的配套气管较粗的缘故。这三个阀分别对冲压气缸、物料台手爪气缸和物料台伸缩气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。

电磁阀所带手控开关有锁定(LOCK)和开启(PUSH)两种位置在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变对冲压气缸等机构的控制，以达到调试的目的。

气动控制回路的工作原理如图2-2所示。1B1和1B2为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在加工台伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，3B1和3B2为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、物料台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控

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制端。

图2-2气动控制回路的工作原理图

2.2装配单元的结构

2.2.1装配单元的基本结构功能

装配单元主要包括：装配工件库和装配工件搬运装置。装配装置主要配置有：工件库、摆台、导杆气缸、气动手指、直线汽缸、光电传感器等。

装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的白色或黑色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。其外观如图2-3所示。

图2-3装配单元装配外观图

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