毕 业 设 计 （论 文）
课题名称： 自动化生产线之装配站设计
指导教师： 沈丽娜
系 别： 电子信息系
专 业： 机电一体化技术
班 级： 11机电（2）班
姓 名： ******
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摘 要
随着时代和科技的发展，自动化生产技术慢慢的代替了以往的流水线生产。现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，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。
可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC 技术及PLC 网络技术的技术人材是当务之急。
YL-335B 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。利用YL-335B，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。
YL-335B 采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学。
本书主要阐述亚龙YL-335B 型自动生产线实训考核装备中装备站的的基本结构、工作原理和工作过程。本书力求采用项目教学的方法介绍本装备所涉及的技术，使学生在知识的学习和综合应用，PLC 的编程和组网能力，设备的安装与调试等。
关键字：plc；机电一体化；装配
2 目录
第一章 绪 论 ................................................................................................................................... 4
1.1 设计背景 ............................................................................................................................ 4 1.2 设计的内容和结构 ............................................................................................................ 4 第二章 系统方案论证 ..................................................................................................................... 5 第三章 系统硬件设计 ..................................................................................................................... 7
3.1 装配单元的结构与工作过程 ........................................................................................... 7 3.2所需设备 ........................................................................................................................... 11
3.2.1传感器（接近开关） ............................................................................................ 11 3.2.2气动元件 ................................................................................................................ 16 3.3电气控制 ........................................................................................................................... 21 3.4气源处理装置 ................................................................................................................... 23 3.5 装配单元的安装技能训练 .............................................................................................. 23 3.6 PLC的IO分配及系统安装接线 .................................................................................... 24 第四章 系统软件设计 ................................................................................................................... 27
4.1编写程序的思路 .............................................................................................................. 27 4.2状态流程图 ...................................................................................................................... 28 4.3调试与运行 ...................................................................................................................... 28 结束语............................................................................................................................................. 30 致 谢............................................................................................................................................. 32 参考文献 ......................................................................................................................................... 33 附录A ............................................................................................................................................. 34 附录B ............................................................................................................................................. 38
3 第一章 绪 论
1.1 设计背景
随着社会的进步和科技的发展，生产线已经从传统的人工模式，向智能化，电子化，信息化，网络化的高科技自动化模式的方向迅猛发展。自动化生产线系统已经在全国各大生产行业都有广泛的应用，它有效的减小了因人工生产出现的居多问题，缩短了生产时间。大大提高生产效率。自动化生产设备利用一整套的工作流程，以全自动的供料，加工，装配，分拣，传输方式来实现现实生产的需求。本文主要介绍的是自动化生产线中装配站的系统设计。
1.2 设计的内容和结构
设计的内容共分为五章：第一章“绪论”概括了课题的设计背景和设计的内容与结构，以及系统的基本原理等内容；第二章“系统方案论证”通过比较plc的类型及实现方法的不同从而结合了多方面原因，选择出其中的一种方案作为本次设计的方案；第三章“系统硬件设计”主要分析了装配站系统的构成部分和各设配的基本工作原理，并介绍了详细安装工作过程。第四章“系统的软件设计”介绍了软件开发流程及应用说明；最后的结束语对本次完成的工作进行总结，并对今后的工作提出建议。
4 第二章 系统方案论证
本课题的要求是以可编程控制器(plc)为主机控制核心的装配站系统的设计与实现。 下面介绍两种不同plc为控制核心的设计方案。 一、三菱系列的PLC
三菱PLC英文名又称：Mitsubish Power Line Communication，是三菱电机在大连生产的主力产品。三菱PLC在中国市场常见的有以下型号：FR-FX1N FR-FX1S FR-FX2N FR-FX3U FR-FX2NC FR-AFR-Q，下面我们主要介绍FX1N和FX2N系列。
FX1N系列:是三菱电机推出的功能强大的普及型PLC。具有扩展输入输出，模拟量控制和通讯、链接功能等扩展性。是一款广泛应用于一般的顺序控制三菱PLC。
FX2N系列:是三菱PLC是FX家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点，为工厂自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。 1. 编程语言
在FX系列可编程控制器控制器中，除基本的指令表变成方式外，还可以采用在图形画面上进行阶梯符号作图的梯形图编程方式，以及对应机械动作流程进行顺控设计的SFC（顺序功能图）方式，而且，这些程序可以相互转换换。指令表及梯形图程序如果按一定的规则编写，也可以实现到SFC图的逆变换。 2. 高速处理
三菱系列PLC可以实现高速处理，FX系列可编程控制器内置的高速计数器，对来自特定的输入继电器的高速脉冲进行中断处理，因此与扫描时间无关，可以进行高达60kHz set computer)精简指令系统CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时生产了大量内含微处理器的智能模块，使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器
三菱的优势在于离散控制和运动控制，三菱的指令丰富，有专用的定位指令，控制伺服和步进容易实现，要实现某些复杂的动作控制也是三菱的强项，而西门子在这块就较弱，没有专用的指令，做伺服或步进定位控制不是不能实现，而是程序复杂，控制精度不高。
过程控制与通信控制西门子是强项，西门子的模拟量模块价格便宜，程序简单，而三菱的模拟量模块价格昂贵，程序复杂，西门子做通信也容易，程序简单，三菱在这块功能较弱。
所以针对不同的设备不同的控制方式，我们要合理的选用PLC，用其长处，避其短处。 例如某设备只是些动作控制，如机械手，可选择三菱的PLC，某设备有伺服或步进要进行定
5 位控制，也选三菱的PLC;像中央空调，污水处理，温度控制等这类有很多模拟量要处理的就要选西门子的PLC比较合适，某设备现场有很多仪表的数据要用通信进行采集，选西门子的好控制。
通过以上比较我们选用三菱plc为主机控制装配站系统
6 第三章 系统硬件设计
3.1 装配单元的结构与工作过程
装配单元的功能是完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到放置在装配料斗的待装配工件中的装配过程。
装配单元的结构组成包括：管形料仓，供料机构，廻转物料台，机械手，待装配工件的定位机构，气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。其中，机械装配图如图4-1所示：
图 4-1 装配单元机械装配图
1、管形料仓
管形料仓用来存储装配用的金属、黑色和白色小园柱零件。它由塑料圆管和中空底座构成。塑料圆管顶端放置加强金属环，以防止破损。工件竖直放入料仓的空心圆管内，由于二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。
为了能对料仓供料不足和缺料时报警，在塑料圆管底部和底座处分别安装了2 个漫反射光电传感器（E3Z-L 型），并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。如图4-2 所示。光电传感器的灵敏度调整应以能检测到黑色物料为准则。
7 2、落料机构
图 4-2 给出了落料机构剖视图。图中，料仓底座的背面安装了两个直线气缸。上面的气缸称为顶料气缸，下面的气缸称为挡料气缸。
系统气源接通后，顶料气缸的初始位置在缩回状态，挡料气缸的初始位置在伸出状态。这样，当从料仓上面放下工件时，工件将被挡料气缸活塞杆终端的挡块阻挡而不能落下。需要进行落料操作时，首先使顶料气缸伸出，把次下层的工件夹紧，然后挡料气缸缩回，工件掉入廻转物料台的料盘中。之后挡料气缸复位伸出，顶料气缸缩回，次下层工件跌落到挡料气缸终端挡块上，为再一次供料作准备。
图 4-3 落料机构示意图
3、廻转物料台
该机构由气动摆台和两个料盘组成，气动摆台能驱动料盘旋转180 度，从而实现把从供料机构落下到料盘的工件移动到装配机械手正下方的功能。见图4-4。图中的光电传感器1 和光电传感器2 分别用来检测左面和右面料盘是否有零件。两个光电传感器均选用CX-441 型。
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图 4-4 廻转物料台的结构
4、装配机械手
装配机械手是整个装配单元的核心。当装配机械手正下方的廻转物料台料盘上有小园柱零件，且装配台侧面的光纤传感器检测到装配台上有待装配工件的情况下，机械手从初始状态开始执行装配操作过程。装配机械手整体外形如图4-4所示。
装配机械手装置是一个三维运动的机构，它由水平方向移动和竖直方向移动的2 个导向气缸和气动手指组成。
装配机械手的运行过程如下：
PLC 驱动与竖直移动气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动，到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将夹紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC 控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开当廻转物料台的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。
在整个机械手动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC 输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及气动手指组成的机械手按程序自动运行。
9 图4-5 装配机械手的整体外形 图4-5 装配台料斗 5、装配台料斗
输送单元运送来的待装配工件直接放置在该机构的料斗定位孔中，由定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。如图4-5所示。
为了确定装配台料斗内是否放置了待装配工件，使用了光纤传感器进行检测。料斗的侧面开了一个M6的螺孔，光纤传感器的光纤探头就固定在螺孔内。
6、警示灯
本工作单元上安装有红、橙、绿三色警示灯，它是作为整个系统警示用的。警示灯有五根引出线，其中黄绿交叉线为”地线”；红色线：红色灯控制线；黄色线：橙色灯控制线、绿色线：绿色灯控制线；黑色线：信号灯公共控制线。接线如图4-6所示。
图4-7 警示灯及其接线
10 3.2所需设备
3.2.1传感器（接近开关）
YL-335B 各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也称为接近开关。
接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等等。YL-335B 所使用的是磁感应式接近开关（或称磁性开关）、电感式接近开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器等。这里介绍装配站用到的磁性开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器三种传感器。
1、磁性开关
YL-335B 所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。
有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。图3-1是带磁性开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC 的自动控制中，可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。
图 3-1 带磁性开关气缸的工作原理图
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在磁性开关上设置的LED 显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED不亮。
磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。
磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC 输入公共端，棕色引出线应连接到PLC 输入端。磁性开关的内部电路如图3-2中虚线框内所示。
图3-2 磁性开关内部电路
2、漫射式光电接近开关 （1）光电式接近开关
“光电传感器” 是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。
光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。
按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3种，如图3-3所示。
图3-3光电式接近开关
12 (2) 漫射式光电开关
漫射式光电开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。图3-3(b)为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。
装配单元中，用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用神视或OMRON 公司的CX-441 或E3Z-L61 型放大器内置型光电开关（细小光束型，NPN 型晶体管集电极开路输出），。该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮和显示灯如图3-4所示。
图中动作选择开关的功能是选择受光动作(Light) 或遮光动作(Drag)模式。即，当此开关按顺时针方向充分旋转时（L 侧），则进入检测-ON 模式；，当此开关按逆时针方向充分旋转时（D侧），则进入检测-OFF模式。
距离设定旋钮是5 回转调节器，调整距离时注意逐步轻微旋转，否则若充分旋转距离调节器会空转。调整的方法是，首先按逆时针方向将距离调节器充分旋到最小检测距离（E3Z-L61 约20mm），然后根据要求距离放置检测物体，按顺时针方向逐步旋转距离调节器，找到传感器进入检测条件的点；拉开检测物体距离，按顺时针方向进一步旋转距离调节器，找到传感器再次进入检测状态，一旦进入，向后旋转距离调节器直到传感器回到非检测状态的点。两点之间的中点为稳定检测物体的最佳位置。图 3-4 CX-441（E3Z-L61）光电开关的外形和调节旋钮、显示灯。
图3-4给出该光电开关的内部电路原理框图。
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图 3-5 CX-441（E3Z-L61）光电开关电路原理图
（3）接近开关的图形符号
部分接近开关的图形符号如图3-6 所示。图中(a)(b)(c)三种情况均使用NPN 型
三极管集电极开路输出。如果是使用PNP型的，正负极性应反过来。
图3-6 接近开关的图形符号
（4 ）认知光纤传感器
光纤型传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤传感器组件如图3-7所示。图3-8是放大器的安装示意图。
图 3-7 光纤传感器组件
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图 3-8 光纤传感器组件外形及放大器的安装示意
光纤传感器也是光电传感器的一种。光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣环境，传输距离远，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在很小空间的地方。
光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。图3-8给出了放大器单元的俯视图，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。
图 3-8 光纤传感器放大器单元的俯视图
E3Z-NA11 型光纤传感器电路框图如图3-9所示，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线，切勿把信号输出线直接连接到电源+24V端。
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图 3-9 E3X-NA11型光纤传感器电路框图
3.2.2气动元件
1、标准双作用直线气缸
标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。
双作用气缸是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。图3-10 是标准双作用直线气缸的半剖面图。图中，气缸的两个端盖上都设有进排气通口，从无杆侧端盖气口进气时，推动活塞向前运动；反之，从杆侧端盖气口进气时，推动活塞向后运动。
双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。
图3-10 双作用气缸工作示意图
为了使气缸的动作平稳可靠，应对气缸的运动速度加以控制，常用的方法是使用单向节阀来实现。
单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，所以也称为速度控制阀。
图3-11给出了在双作用气缸装上两个单向节流阀的连接示意图，这种连接方式称为排气节流方式。即，当压缩空气从A 端进气、从B 端排气时，单向节流阀A 的单向阀开启，向气缸无杆腔快速充气；由于单向节流阀B 的单向阀关闭，有杆腔的气体只能经节流阀排气，调节节流阀B 的开度，便可改变气缸伸出时的运动速度。反之，调节节流阀A 的开度
16 则可改变气缸缩回时的运动速度。这种控制方式，活塞运行稳定，是最常用的方式。节流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。图3-12是安装了带快速接头的限出型气缸节流阀的气缸外观。
图 3-10 节流阀连接和调整原理示意图
图3-11 安装上气缸节流阀的气缸 2、单电控电磁换向阀、电磁阀组
如前所述，顶料或推料气缸，其活塞的运动是依靠向气缸一端进气，并从另一端排气，再反过来，从另一端进气，一端排气来实现的。气体流动方向的改变则由能改变气体流动方向或通断的控制阀即方向控制阀加以控制。在自动控制中，方向控制阀常采用电磁控制方式实现方向控制，称为电磁换向阀。
电磁换向阀是利用其电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力使阀芯切换，达到改变气流方向的目的。图3-12 所示是一个单电控二位三通电磁换向阀的工作原理示意。
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图 3-12 单电控电磁换向阀的工作原理
所谓“位”指的是为了改变气体方向，阀芯相对于阀体所具有的不同的工作位置。“通”的含义则指换向阀与系统相连的通口，有几个通口即为几通。图3-5 中，只有两个工作位置，具有供气口P、工作口A和排气口R，故为二位三通阀。
图 3-13 分别给出二位三通、二位四通和二位五通单控电磁换向阀的图形符号，图形中有几个方格就是几位，方格中的“┯”和“┷”符号表示各接口互不相通。
图 3-13 部分单电控电磁换向阀的图形符号
YL-335B 所有工作单元的执行气缸都是双作用气缸，因此控制它们工作的电磁阀需要有二个工作口和二个排气口以及一个供气口，故使用的电磁阀均为二位五通电磁阀。
3、气动手指（气爪）
气爪用于抓取、夹紧工件。气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。YL-335B 的加工单元所使用的是滑动导轨型气动手指，如图3-14(a)所示。其工作原理可从其中剖面图(b)和(c)看出。
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图 3-14 气动手指实物和工作原理
4、气动摆台
回转物料台的主要器件是气动摆台，它是由直线气缸驱动齿轮齿条实现回转运动，回转角度能在0—90 度和0—180 度之间任意可调，而且可以安装磁性开关，检测旋转到位信号，多用于方向和位置需要变换的机构。如图3-15所示
图3-15气动摆台
气动摆台的摆动回转角度能在0—180 度范围任意可调。当需要调节回转角度或调整摆动位置精度时，应首先松开调节螺杆上的反扣螺母，通过旋入和旋出调节螺杆，从而改变回转凸台的回转角度，调节螺杆1和调节螺杆2分别用于左旋和右旋角度的调整。当调整好摆动角度后，应将反扣螺母与基体反扣锁紧，防止调节螺杆松动。造成回转精度降低。
回转到位的信号是通过调整气动摆台滑轨内的2个磁性开关的位置实现的，图3-16是调整磁性开关位置的示意图。磁性开关安装在气缸体的滑轨内，松开磁性开关的紧定螺丝，
19 磁性开关就可以沿着滑轨左右移动。确定开关位置后，旋紧紧定螺丝，即可完成位置的调整。
图3-16磁性开关位置调整示意
5、导向气缸
导向气缸是指具有导向功能的气缸。一般为标准气缸和导向装置的集合体。导向气缸具有导向精度高，抗扭转力矩、承载能力强、工作平稳等特点。
装配单元用于驱动装配机械手水平方向移动的导向气缸外型如图3-17所示。该气缸由直线运动气缸带双导杆和其它附件组成。
图3-17 导向气缸
安装支架用于导杆导向件的安装和导向气缸整体的固定，连接件安装板用于固定其它需要连接到该导向气缸上的物件，并将两导杆和直线汽缸活塞杆的相对位置固定，当直线气缸的一端接通压缩空气后，活塞被驱动作直线运动，活塞杆也一起移动，被连接件安装板固定到一起的两导杆也随活塞杆伸出或缩回，从而实现导向气缸的整体功能。安装在导杆末端的行程调整板用于调整该导杆气缸的伸出行程。具体调整方法是松开行程调整板上的紧定螺钉，让行程调整板在导杆上移动，当达到理想的伸出距离以后，再完全锁紧紧定螺钉，完成
20 行程的调节。
6、电磁阀组和气动控制回路
装配单元的阀组6 个二位五通单电控电磁换向阀组成，如图3-18所示。这些阀分别对供料，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。气动控制回路图如图3-19所示。在进行气路连接时，请注意各气缸的初始位置，其中，挡料气缸在伸出位置，手爪提升气缸在提起位置。
图3-18 装配单元的阀组
图 3-19 装配单元气动控制回路
3.3电气控制 1 接线端子
YL-335B 设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC 装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。因此，工作单元机械装置与PLC 装置之间的信息交换是一个关键的
21 问题。YL-335B 的解决方案是：机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。PLC 的IO 引出线则连接到PLC侧的接线端口上。两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。图3-20 和图3-21 分别是装置侧的接线端口和PLC 侧的接线端口。
图 3-20 装置侧接线端口图 图3-21 PLC侧接线端口
装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC24V 电源的+24V端，底层端子用以连接DC24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。
PLC 侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。底层端子用以连接DC24V 电源的+24V端和0V端。
装置侧的接线端口和PLC 侧的接线端口之间通过专用电缆连结。其中25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。
2 控制系统
YL-335B 的每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。
1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。按钮指示灯模块如图3-22所示。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。
图 3-22 按钮指示灯模块
22 模块盒上器件包括：
⑴指示灯（24VDC）：黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。 ⑵主令器件：绿色常开按钮SB1一只
红色常开按钮SB2一只 选择开关SA（一对转换触点） 急停按钮QS（一个常闭触点）
3.4气源处理装置
YL-335B 的气源处理组件及其回路原理图分别如图1-14所示。气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，调节并保持恒定的工作压力。在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之把气路开关向右推入时气路关闭。
图 3-23 气源处理组件
气源处理组件输入气源来自空气压缩机，所提供的压力为0.6～1.0MPa, 输出压力为0～0.8MPa可调。输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元。
3.5 装配单元的安装技能训练 1、训练目标
将装配单元的机械部分拆开成组件和零件的形式，然后再组装成原样。着重掌握机械设
23 备的安装、调整方法与技巧。
2、安装步骤和方法
装配单元是整个YL—335B 中所包含气动元器件较多，结构较为复杂的单元，为了减小安装的难度和提高安装时的效率，在装配前，应认真分析该结构组成，认真观看录像，参考别人的装配工艺，认真思考，做好记录。遵循先前的思路，先成组件，再进行总装，首先，所装配成的组件如图3-24所示：
图 3-24 装配单元装配过程的组件
在完成以上组件的装配后，将与底板接触的型材放置在底板的连接螺纹之上，使用“L”型的连接件和连接螺栓，固定装配站的型材支撑架，如图3-25所示。
图 3-25 框架组件在底板上的安装
然后把图3-24中的组件逐个安装上去，顺序为：装配回转台组件→小工件料仓组件→小工件供料组件→装配机械手组件。
24 最后，安装警示灯及其各传感器，从而完成机械部分装配。装配注意事项： ⑴ 装配时要注意摆台的初始位置，以免装配完后摆动角度不到位。 ⑵ 预留螺栓的放置一定要足够，以免造成组件之间不能完成安装。
⑶ 建议先进行装配，但不要一次拧紧各固定螺栓，待相互位置基本确定后，再依次进行调整固定。
3.6 PLC的IO分配及系统安装接线
装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表3-1所示。 输入端口中间层 端子号 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 设备符号 SC1 SC2 SC3 SC4 SC5 1B1 1B2 2B1 2B2 5B1 5B2 6B2 4B2 4B1 3B1 3B2 信号线 零件不足检测 零件有无检测 左料盘零件检测 右料盘零件检测 装配台工件检测 顶料到位检测 顶料复位检测 挡料状态检测 落料状态检测 摆动气缸左限检测 摆动气缸右限检测 手爪夹紧检测 手爪下降到位检测 手爪上升到位检测 手臂缩回到位检测 手臂伸出到位检测 端子号 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 输出端口中间层 设备符号 1Y 2Y 3Y 4Y 5Y 6Y AL1 AL2 AL3 信号线 挡料电磁阀 顶料电磁阀 回转电磁阀 手爪夹紧电磁阀 手爪下降电磁阀 手臂伸出电磁阀 红色警示灯 橙色警示灯 绿色警示灯 表3-1装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配
装配单元的IO 点较多，选用三菱FX2N-48MR 主单元，共24 点输入，24 点继电器输出。PLC 的IO分配如表3-2所示。
输入信号 序号 1 2 3 4 5 6 PLC输入点 X000 X001 X002 X003 X004 X005 信号名称 零件不足检测 零件有无检测 左料盘零件检测 右料盘零件检测 装配台工件检测 顶料到位检测 装置侧 信号来源 序号 1 2 3 4 5 6 PLC输出点 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 输出信号 信号名称 挡料电磁阀 顶料电磁阀 回转电磁阀 手爪夹紧电磁阀 手爪下降电磁阀 手臂伸出电磁阀 装置侧 信号来源 25 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017 X020 X021 X022 X023 X024 X025 X026 X027 顶料复位检测 挡料状态检测 落料状态检测 摆动气缸左限检测 摆动气缸右限检测 手爪夹紧检测 手爪下降到位检测 手爪上升到位检测 手臂缩回到位检测 手臂伸出到位检测 停止按钮 启动按钮 急停按钮 单机联机 按钮指示灯模块 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 Y017 红色警示灯 橙色警示灯 绿色警示灯 HL1 HL2 HL3 按钮指示灯模块 表3-2装配单元PLC的 IO信号
注：警示灯用来指示 YL-335B 整体运行时的工作状态，工作任务是装配单元单独运行，没有要求使用警示灯，可以不连接到PLC 上。
26 第四章 系统软件设计
4.1编写程序的思路
⑴ 进入运行状态后，装配单元的工作过程包括2个相互独立的子过程，一个是供料过程，另一个是装配过程。
供料过程就是通过供料机构的操作，使料仓中的小园柱零件落下到摆台左边料盘上；然后摆台转动，使装有零件的料盘转移到右边，以便装配机械手抓取零件。
装配过程是当装配台上有待装配工件，且装配机械手下方有小园柱零件时，进行装配操作。
在主程序中，当初始状态检查结束，确认单元准备就绪，按下启动按钮进入运行状态后，应同时调用供料控制和装配控制两个程序。
图 4-21
⑵ 供料控制过程包含两个互相联锁的过程，即落料过程和摆台转动、料盘转移的过程。在小园柱零件从料仓下落到左料盘的过程中，禁止摆台转动；反之，在摆台转动过程中，禁止打开料仓（挡料气缸缩回）落料。
实现联锁的方法是：①当摆台的左限位或右限位磁性开关动作并且左料盘没有料，经定时确认后，开始落料过程；②当挡料气缸伸出到位使料仓关闭、左料盘有物料而右料盘为空，经定时确认后，开始摆台转动，直到达到限位位置。
⑶ 供料过程的落料控制和装配控制过程都是单序列步进顺序控制，具体编程步骤这里不再赘述，读者可参考附录光盘相关程序自行编制。
⑷ 停止运行，有两种情况。一是在运行中按下停止按钮，停止指令被置位；另一种情况是当料仓中最后一个零件落下时，检测物料有无的传感器动作（X001 OFF），将发出缺料
27 报警。
对于供料过程的落料控制，上述两种情况均应在料仓关闭，顶料气缸复位到位即返回到初始步后停止下次落料，并复位落料初始步。但对于摆台转动控制，一旦停止指令发出，则应立即停止摆台转动。
对于装配控制，上述两种情况也应在一次装配完成，装配机械手返回到初始位置后停止。 仅当落料机构和装配机械手均返回到初始位置，才能复位运行状态标志和停止指令。停止运行的操作应在主程序中编制，其梯形图如图4-22所示。
图 4-22 停止运行的操作
4.2状态流程图
28 4.3调试与运行
（1）调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。 （2）检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。 （3）检查IO接线是否正确。
（4）检查传感器安装是否合理，灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。 （5）放入工件，运行程序看装配单元动作是否满足任务要求。
29 结束语
随着近两个月的努力，对于自动化生产线装配站的毕业设计，现在已经基本完成了，我将对前面完成的工作进行一些总结和归纳，并提出今后进一步工作的建议和设想。
30 致 谢
时光飞逝，转眼三年的大学即将结束，回顾三年的生活，好多不舍好多怀念，在三年的学习和生活中，有着好多的老师、同学给了我很大的帮助和支持。在此，我向他们表示诚挚的谢意。
带着些许紧张，些许感慨，些许喜悦，我们迎来了毕业设计，毕业论文，些许紧张是因为怕辜负老师三年来的悉心培养与教育而为能以最佳的状态去迎战；些许感慨是因为那些别人都不了解的，怎样才能挤出所有的课余时间来读书的艰辛学习过程；些许喜悦，是为了那些经过的日子，我们最终还是以我们坚强的毅力而战胜了我们自己！在今日论文完稿之际，很感谢和同学的共同努力，还有指导老师沈丽娜老师的帮助。老师会给我们详细的讲解我们所不懂的，整个设计的流程图以及给一些相关的资料，供我们参考查阅，不厌其烦的给我们指点错误，真的很感谢。这将是个不错的回忆，我们一次次徘徊，一次次无从下手，有喜悦，有辛酸。论文的完成过程，我们相互鼓励，相互帮助，相互分享资源，共同探讨，并在老师的帮助下，完成了论文的设计。
在这里，我作为11机电（2）班的一名学生向您致以最崇高的敬意与谢意：感谢您的辛勤，无私的付出！
31 参考文献
32 附录A
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36 附录B
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