基于PLC控制的裝配線自動翻轉設備電氣系統(tǒng)設計摘要隨著科技的進步，機械操作逐漸替代了重復簡單的人力動作，生產(chǎn)車間的裝配線早已進入人們的生活。本文就關于裝配線的自動翻轉設備的需求，設計了基于PLC的電氣控制系統(tǒng)。該翻轉設備有自動和手動兩種操控模式，主要是運用西門子PLCS7-200進行系統(tǒng)控制，瑞強HMI8070IH觸摸屏作為人機交互界面。關鍵詞:翻轉機構；自動化；PLC系統(tǒng)設計-目錄TOC\o"1-3"\h\u23860第一章前言 124761.1課題研究的背景和意義 1131611.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 115863第二章翻轉機構的總體設計 219012.1翻轉機構的工作原理 2118682.2主要技術指標 2131982.3翻轉機構動作流程 3271772.4總體設計方案 359372.5翻轉裝置機械結構設計 4295002.5.1夾具的夾緊與放松運動 4298592.5.2機構的水平位移和升降運動 5130652.5.3機構的翻轉運動 6262292.6本章小結 77427第三章控制系統(tǒng)硬件設計 8288863.1控制系統(tǒng)的類型選擇 843803.2硬件設計及控制策略 857563.2.1控制盒 9264883.3PLC選型 10220473.3.1PLC的基本組成 1057693.3.2PLC性能特點和選型 11237063.4觸摸屏選型 12120733.4.1觸摸屏概述 12228193.4.2觸摸屏的選型和性能特點 1216503.5控制方式選擇 1331343.6順序功能圖 14254403.7控制電路 16121213.8本章小結 2030340第四章控制系統(tǒng)軟件程序設計 215604.1控制系統(tǒng)軟件功能設計 21215874.2觸摸屏界面控制 21298034.3I/O分配 22119814.4控制梯形圖設計 22217824.4.1主程序設計 23126994.4.2子程序設計 24324794.5本章小結 2615310第五章機構標準和經(jīng)濟核算 27284775.1翻轉機構涉及的標準及法律法規(guī) 27196875.2控制系統(tǒng)的經(jīng)濟核算 27266145.3本章小結 2726322第六章總結與展望 28301026.1總結 28299386.2展望 2819156參考文獻 298191附錄程序 31前言課題研究的背景工業(yè)革命是從英格蘭起源的一場以機器取代人力，以機器大工業(yè)取代工場手工業(yè)的生產(chǎn)與科技革命，歷史學家稱這個時代為“機器時代”，也是最早的用機械代替手工的時代。隨著工業(yè)的發(fā)展，到了如今，機械替代手工早已成為習慣，世界各地遍布無數(shù)的機械工廠，而工業(yè)自動化技術的高速發(fā)展，使得目前的機械生產(chǎn)裝配效率，精度等不再能夠滿足實際的工作需求，再加上人工成本逐年增加，自動化的生產(chǎn)過程替代人工已經(jīng)成為社會發(fā)展的必要形式。流水線又稱裝配線，它具有整合生產(chǎn)工藝，可擴展性高，可節(jié)約工廠的生產(chǎn)成本，前期投入不高等優(yōu)勢。但因為裝配過程緩慢，工藝復雜等原因，在整個裝配過程中，人工的參與在過去占很大一部分。因此，生產(chǎn)率低、勞動力密集程度高、產(chǎn)品質(zhì)量差和生產(chǎn)成本高等問題。一方面，走在行業(yè)前沿的企業(yè)早已改良裝配線，在提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)品質(zhì)的同時節(jié)省了一大部分的勞動成本，使得“低投入”有了高回報。但從一方面來說，我國大量的微小企業(yè)仍然還是采用過去的裝配線，陳舊的設備，過高的勞動成本，使得他們在目前競爭越來越大的市場上舉步維艱。雖然，我國電機的年產(chǎn)量高達三千多萬千瓦，且每季度的增率很大，但由于裝配時的誤差率也不低，所以導致實際應用的和產(chǎn)量并不相匹配。究其原因，最主要的就是生產(chǎn)裝配線的不合理，工人在生產(chǎn)裝配工作時，由于各種誤差，導致最終的誤差過大，使得其裝配好后無法投入使用或是根本不能完整的裝配上。而自動化的裝配，通過紅外線或其他感應，則能夠避免過失誤差，以降低裝配時的誤差率。隨著我國自動化工業(yè)的發(fā)展，自動化替代手工已經(jīng)成為必然的趨勢。更加專業(yè)的自動化裝配線，性價比更高的自動化設備，逐漸成為行業(yè)發(fā)展，企業(yè)進步所必需的，這樣才能取得更高的經(jīng)濟效益，才能不被行業(yè)，不被時代所拋棄。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外翻轉機技術已經(jīng)成熟，已有上百種系列的翻轉機。其中，美國的Busham設備公司所生產(chǎn)的幾乎所有翻轉機都是經(jīng)典的翻轉機類型。此外，韓國，日本和德國的翻轉機技術也比較成熟。近幾年，隨著自動化在機械行業(yè)越來越普及，國內(nèi)自動翻轉機的研發(fā)技術也在快速進步。而國內(nèi)外對于自動翻轉機構的改造主要還是傾向于在裝配過程中的實際應用。一個合適的電機的自動翻轉機構的裝配線應集調(diào)試、裝配、組裝大修等功能為一體。1.3課題研究的意義和主要內(nèi)容隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多的機械化設備出現(xiàn)在我們的日常生活當中，而在機械行業(yè)，快速高效的完成生產(chǎn)，提高生產(chǎn)率，節(jié)省生產(chǎn)時間，則是每個企業(yè)最為重視的問題，也是企業(yè)能夠在行業(yè)中脫穎而出，走在行業(yè)前沿的主要問題。裝配線自動翻轉設備電氣控制系統(tǒng)的設計，能夠讓微小企業(yè)擺脫現(xiàn)目前人工大于機械設備的困境，用自動化的裝備來替代手工，即提高了生產(chǎn)裝備率，也降低了人工成本，用更高的性價比，迎合當今市場的需求。該課題所研究的主要內(nèi)容是分析和設計裝配線的自動翻轉設備電氣控制系統(tǒng)。通過對PLC的編程設計和觸摸屏的選型，翻轉機構的設計和選擇以及運動流，并使用SoildWorks進行建模。翻轉機構2.1翻轉機構的工作原理翻轉機包括由翻轉鉸鏈連接的底座和翻轉體,翻轉機通過翻轉鉸鏈和底座進行連接,在翻轉機的中部設有膠輥,膠輪架與底座形成連接,方便快捷地將貨物進行任意角度的翻轉,或者附加到輸送線,采用多段速和行程開關控制,將貨物翻轉任一角度后移動到下道流水線;實現(xiàn)貨物輸送的立體流程,無需人工和行吊等高輸送率特點,翻轉機結構簡單、造價低、工作效率高、安全可靠。將自動翻轉機構安裝到生產(chǎn)流水線上，可分為兩種模式。自動工作模式是當裝配線開始運行時，點擊觸摸屏上的自動控制鍵，翻轉機構啟動并自動工作。此時翻轉機開始自動尋零，回到初始位置，然后根據(jù)預先輸入的程序開始自動化工作。而當啟動手工模式時，控制系統(tǒng)將會中斷自動運行程序，通過人工控制翻轉機構。當翻轉機構完成所有預定指令后，將會回到初始位置。本次設計的翻轉機構主要是由控制系統(tǒng)，執(zhí)行機構和驅(qū)動系統(tǒng)三大部分組成。控制系統(tǒng)是指由控制主體、控制客體和控制媒體組成的具有自身目標和功能的管理系統(tǒng)，意味著通過它可以按照所希望的方式保持和改變機器、機構或其他設備內(nèi)任何感興趣或可變的量。執(zhí)行機構使用外部能源并通過電機、氣缸或其它裝置將其轉化成驅(qū)動作用。翻轉機性能的好壞主要由驅(qū)動系統(tǒng)決定，驅(qū)動系統(tǒng)為翻轉機提供動力。經(jīng)過一系列的對比選型，翻轉機構的邏輯控制我采用了西門子的PLC-S1200,驅(qū)動系統(tǒng)使用氣壓缸和伺服電機為機構提供能源，執(zhí)行機構由聯(lián)軸器，減速器，轉軸，夾具等組成。2.2翻轉機構的主要技術指標序號名稱大小單位定位精度mm（2）翻轉角度180°（3）電機個數(shù)1個（4）翻轉搬運效率≥10s/個（5）裝配電機重量≤10Kg/個2.3翻轉機構動作流程電機生產(chǎn)裝配線的翻轉裝置的運動流程由裝配線的工藝流程和翻轉裝置和工藝流程決定，在目前已有的電機裝配生產(chǎn)線中，將電機置放在定位摸具上，電機跟模具之間存在過盈配合，通過自動化定位可以精確放置。翻轉機構的運動流程圖如下:圖2-2翻轉裝置運動流程圖通過流程圖可知，翻轉機構主要上有四個自由度，其分別為夾具的伸縮、上下位移、左右位移和翻轉。2.4總體設計方案根據(jù)電機自動翻轉裝置所需的工作流程和功能要求，結合機械原理、PLC應用技術和機械設計，在能夠完成設計所需要滿足的要求的前提下，將高效率和高可靠性作為基本原則，則控制系統(tǒng)的整體設計方案如下：翻轉機構控制系統(tǒng)由控制體、翻轉機構和人的交互界面組成，確定了控制機構從控制系統(tǒng)中采集、處理和傳輸信息的主體。允許移動、翻轉和求解工件。反向電機、移動機構和夾具是PLC在收集和處理信息時傳遞給旋轉電機、移動機構和夾具等執(zhí)行部件的控制對象，允許在生產(chǎn)線上自動裝配工件。2.5翻轉裝置機械結構設計電機自動翻轉裝置的機械結構包括翻轉裝置、豎直升降裝置、水平移動裝置和夾取裝置，它們構成聯(lián)合控制系統(tǒng)控制對象。圖2-3翻轉機構的機械示意圖根據(jù)上面的翻轉機構運動流程圖的分析顯示，電機翻轉裝置具有四個主要的運動，分別是夾具的夾緊與放松運動、機構的水平位移運動、機構的升降運動以及機構的翻轉運動。下面將為各個運動提出設計方案。2.5.1夾具的夾緊與放松運動夾具的夾緊與放松運動是為了夾緊電機和放松電機，將電機安全、平穩(wěn)的放到托盤上，下面將提出完成該運動的設計方案：由氣缸實現(xiàn)夾緊和壓緊運動。氣缸的原理和結構較為簡單，以空氣為媒介，具有無污染、成本低等特點。而且具有較好的輸出力，適應性強，能在高溫和低溫的化境下正常運動。以下是方案原理圖：圖2-4氣缸原理圖1氣缸缸身連接板2氣缸活塞桿連接板3氣缸活塞桿4氣缸缸身圖2-5夾緊氣缸（1）和壓緊氣缸（2）夾緊氣缸主要控制夾具的伸縮，在此翻轉機構中夾緊氣缸選用MHL2-25D2,壓緊氣缸主要控制工件的夾取，在此翻轉機構中夾緊氣缸選用MGPM20-30Z，2.5.2機構的水平位移和升降運動水平位移和升降運動方式相似，所以可作為同一種運動類型，下面將提出完成該運動的設計方案：該機構的水平運動和上升運動由摩擦小、工作精度高、安裝簡單等特點的直線導軌組成，提供較好的密封性以避免灰塵和其他污染，從而保證產(chǎn)品的性能和壽命。由于滑動運動是較低的摩擦，導致較低的熱量產(chǎn)生，因此只需幾個馬達即可使機器運轉，從而降低壓降。這適用于高速、經(jīng)常停止和移動的可移動零件。機構垂直行程的線性導軌型號為KK8610C-340A，水平導軌型號為HGH15CA。圖2-6HGH15CA直線導軌圖2-7KK8610C-340A直線導軌2.5.3機構的翻轉運動翻轉轉運動是一種逆時鐘和順時鐘運動，因此可以通過機械結構實現(xiàn)。該機構選用的為順時針運動，其設計方案的示意圖如下圖2-8翻轉機構設計原理圖1伺服電機2嚙合轉向齒輪3減速器4轉軸運動由伺服電動機直接驅(qū)動。由于翻轉機構的轉速與伺服電機的轉速差別很大，因此在旋轉軸和電機之間安裝了一個減速器，使轉向架機構能夠以較低的轉速進行180°沖程活塞運動。選擇伺服電機的原因是伺服電機具有良好的可控性和寬調(diào)速范圍。電機轉速可直接通過電壓控制。伺服電機具有過載能力強、控制性能小的優(yōu)點。概括地說，通過伺服電機控制翻轉機制實現(xiàn)180°重復翻轉是一種合理的方案。2.6本章小結通過設計和選擇，可以獲得更真實的設計:(1)機構夾緊和壓桿的夾緊和保壓運動通過氣缸實現(xiàn)；(2)機構的水平和垂直沖程運動是通過直線導向?qū)崿F(xiàn)的；(3)機構的翻轉運動由伺服電機和服務器傳感器直接通過制動阻尼器控制。這種設計是有效的，安裝簡單、準確高、安全性能高、電機裝配水平高的電機。更高的性價比使企業(yè)更具成本效益。第三章控制系統(tǒng)硬件設計控制系統(tǒng)是電機翻轉機構最重要的部分，它能控制執(zhí)行機構和驅(qū)動系統(tǒng)進行相應的動作。是該機構實現(xiàn)自動化工作的關鍵保障?？刂葡到y(tǒng)是否具有低能耗、響應速度快、高可靠性和較高的抗干擾性能等特性，直接影響到翻轉機構能否高效、平穩(wěn)、節(jié)能、全自動化地完成作業(yè)。一個足夠優(yōu)秀的控制系統(tǒng)，不僅可以完美地滿足電機裝配的基本需求，還能提高裝配效率、提升裝配品質(zhì)。本章重點介紹了電機翻轉裝置控制系統(tǒng)的選型、控制系統(tǒng)硬件的設計等。3.1控制系統(tǒng)的類型選擇目前市面上的控制系統(tǒng)種類很多。其中比較常見的有單片機、PLC以及繼電器控制系統(tǒng)，這幾種控制系統(tǒng)主要的區(qū)別就是控制原理的不同，每個系統(tǒng)的區(qū)別如下：(1)單片機控制系統(tǒng)：其芯片集成度高，控制功能比較強大，性價比高，靈活輕便，穩(wěn)定性強，能快速有效地解決各種控制任務，具有良好的運行效率和速度，并可適用于各種場合。但內(nèi)部ROM較小，在設計系統(tǒng)時必須配置外部擴展電路。(2)PLC控制系統(tǒng)：PLC系統(tǒng)設計、安裝、調(diào)試工作量不大，靈活性高。通用性強，硬件配套齊全。功能性強，抗干擾能力強，能在惡劣環(huán)境下保持正常工作。PLC控制程序比較簡單，不同的控制對象對應不同的程序。其模塊化結構體積小，功耗低。(3)繼電器控制系統(tǒng)：繼電器控制系統(tǒng)采用硬件連接的方式實現(xiàn)其控制功能。其控制邏輯根據(jù)不同要求由繼電器機械觸點的串聯(lián)、并聯(lián)和延時繼電器組成。其機械觸點容易損壞，只能實現(xiàn)單一的邏輯控制功能。延時控制功能的實現(xiàn)依賴于時間繼電器的延時效果，但延時繼電器對電器的延時精度較低，易受外界條件影響?；谝陨先N控制系統(tǒng)的比較，并考慮電機裝配線的實際要求和裝配條件，PLC控制系統(tǒng)最適合作為電機轉向裝置控制系統(tǒng)。這里我們選用西門子PLC控制系統(tǒng)作為電機轉動裝置的控制系統(tǒng)。3.2硬件設計及控制策略整個電機自動翻轉控制系統(tǒng)運用觸摸屏和PLC結合的控制方式來運行，其硬件邏輯關系圖如下：圖3-1自動翻轉機系統(tǒng)硬件邏輯圖PLC是整個翻轉裝置控制系統(tǒng)的核心。它可以接收來自控制面板的信號，由CPU處理，然后傳送到伺服控制器等輸出單元，進而可以控制壓緊油缸、夾緊油缸、升降電機、翻轉電機等的運作。該翻轉機構采用自動和手動兩種控制方式。觸摸屏的設計是實現(xiàn)翻轉裝置自動和手動操作方式的參數(shù)設置，實現(xiàn)手動操作中翻轉機構的翻轉、升降、夾緊等功能。利用PLC與觸摸屏之間的通訊，兩者的聯(lián)合控制使控制系統(tǒng)具有極佳的人機交互性。3.2.1控制盒控制盒是一種結構較為簡單、使用較多的主令電器。主要用于監(jiān)控和手動控制裝置的啟停和復位等。圖3-2控制按鈕總電源指示：顯示整個電控系統(tǒng)的通電/斷電狀態(tài)；調(diào)整/工作：選擇設備的工作狀態(tài)，設備可以在工作狀態(tài)下自動完成裝配過程，設備可以通過手動模式點動的調(diào)整和切換來控制翻轉機構的運動；啟動：在工作狀態(tài)下，按下啟動按鈕后，裝配過程自動完成；停止：在工作狀態(tài)下，按下停止按鈕，設備將停止移動；鑰匙開關：控制整個電氣控制系統(tǒng)電源的通斷；復位：長按此鍵三秒后，設備屏幕上會出現(xiàn)復位開始指示。松開復位鍵，使設備回到初始位置，即初始位置；緊急停止：按鈕被拍照后，設備立即停止所有動作和報警，用于緊急停止；3.3PLC選型3.3.1PLC的基本組成PLC（ProgrammableLogicController）是指可編程邏輯控制器，其主要是由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器組成。其結構圖如下：圖3-3PLC硬件系統(tǒng)圖PLC各部件的功能如下：(1)中央處理器CPU主要由控制電路、運算器和寄存器組成，是PLC的核心部件。其主要功能是接收輸入信號進行處理，進行邏輯判斷，將處理結果輸出到外部相應設備，完成用戶下達的各種指令。(2)記憶內(nèi)存功能用于存儲程序和數(shù)據(jù)。只讀存儲器通常用于存儲系統(tǒng)程序，讀寫存儲器通常用于存儲用戶程序。(3)輸入輸出單元輸入輸出端口通常稱為I/O端口，它們的輸入端口用于接收來自外部設備的信號并輸出接口將完成的指令傳送給對應的外部執(zhí)行機構。(4)電源PLC的電源一般用于為CPU、內(nèi)存、I/O口等工作部件提供正常的工作電壓。(5)編碼器編碼器可以將用戶程序從模擬轉換為數(shù)字，用戶程序可以通過編碼器進行修改。3.3.2PLC性能特點和選型1PLC選型市場上的PLC種類很多，系統(tǒng)也不是萬能的。其中，日本三菱PLC和德國西門子PLC是目前最主流的PLC，德國西門子是歐洲最重要的可編程控制器廠商之一。S3系列PLC自1975年面世以來，歷經(jīng)多年的更新?lián)Q代。迄今為止，市場上使用最多的小型PLC是SIMATICS7-200。SIMATICS7-200具有命令功能強大、靈活小巧、性價比高、擴展性好、適應性強等優(yōu)點，廣泛應用于不同行業(yè)的檢測。并自動控制。根據(jù)該翻轉機制的設計要求，現(xiàn)選用SIMATICS7-200CPU224XPPLC，其性能指標如表所示：表3-1CPU224XP參數(shù)特性CPU224XP產(chǎn)品尺寸140mm×80mm×62mm實時時鐘內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲空間20K通信口2個RS-485擴展模塊數(shù)量（個）7個高速計數(shù)器數(shù)量6路脈沖輸出（DC）2路100KHZ數(shù)字量I/O14入/10出模擬量I/O2入/1出2性能特點翻轉機構設計選用的PLC為西門子PLCS-200，具有以下特點：(1)集成度高，靈活簡便，穩(wěn)定性高，安裝調(diào)試簡單。(2)可搭配的人機交互界面比較豐富。(3)CPU運算速度快，指令多，存儲容量大。3.4觸摸屏選型3.4.1觸摸屏概述觸摸屏是操作者最直接的控制機制。觸摸屏主要由檢測元件和控制器組成。當操作者使用觸摸屏進行操作時，檢測元件會檢測用戶的觸摸位置，檢測元件將位置信息傳送到PLC的中央處理器，中央處理器的信息處理后輸出指令發(fā)送給相應的執(zhí)行元件，執(zhí)行元件得到指令后完成相應的動作，從而完成人機交互界面。根據(jù)工作原理和通訊媒體的不同，觸摸屏的種類大致可分為四種，其各種性能如圖所示：圖3-4觸摸屏性能對比圖3.4.2觸摸屏的選型和性能特點1觸摸屏選型在該翻轉機構的設計中，操作面板不僅可以進行自動翻轉參數(shù)設置、手動控制參數(shù)設置、運行狀態(tài)監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢，還可以與PLC進行通訊。其中，自動車削參數(shù)包括夾緊油缸、壓縮油缸的控制、排量電機和車削電機的參數(shù)設置。手動控制參數(shù)設置包括位移電機的升降、左右位移、回轉電機的轉向、總功率的啟停、裝置的復位等，運行狀態(tài)監(jiān)控包括車削裝置按照指定的程序運行，實時和歷史數(shù)據(jù)查詢方便用戶調(diào)用查看，觸摸屏只需一般分辨率，有串口和顯示數(shù)據(jù)，所以本設計選用瑞強HMI8070IH觸摸屏。2性能特點瑞強觸摸屏采用更強大的軟件系統(tǒng)，提供先進、靈活、高性價比的觸摸屏界面解決方案，提高通用控制系統(tǒng)和PLC的應用能力。表3-2HMI-PV8070IH性能參數(shù)表項目指標顯示顯示器7″TFT分辨率800×480亮度(cd/㎡)300對比度500:1背光燈LED背光燈壽命(hrs)30000色彩65536觸控面板觸控屏4線電阻式系統(tǒng)處理器32位RISC400MHZ內(nèi)部時鐘有存儲器閃存(M)128內(nèi)存(M)64I/O端口SD卡槽有USBHostUSB1.1×1USBClientUSB2.0×1以太網(wǎng)接口10/100MBase-T串行端口接口Com1：RS-232Com2：RS-232音源輸出有MPI支持電源斷電保護內(nèi)置電壓24±20%VDC消耗電流250mA環(huán)境工作溫度(℃)

0～45相對濕度0～90%（無凝結）防水性

NEMA4/IP65尺寸（W×H×D）(mm)200×146×42.5開孔尺寸（W×H）(mm)192×138重量(Kg)0.85綜上所述，控制系統(tǒng)的硬件選型大體上已經(jīng)完成，其控制情況為：采用西門子PLCS-200對電機翻轉機構的控制系統(tǒng)進行邏輯控制，人機交互界面采用HMI-8070IH觸摸屏；采用西門子V90伺服控制器和1fl6032-2af21伺服電機對翻轉機構的四自由度進行精確控制，采用氣缸對夾具進行伸縮、夾緊工件等控制。3.5控制方式選擇電機翻轉裝置的裝配過程是自動化的，所以在系統(tǒng)設計時，電機自動翻轉機構控制系統(tǒng)應設置為自動控制方式，但為了生產(chǎn)過程的安全和維護的方便，必須添加手動控制模式。由此可知，電機轉向裝置的控制方式為自動控制與手動控制相結合。自動控制方式是翻轉機構工作時最常用的方式，是電機翻轉機構自動運行的基礎。手動工作模式是為方便維護人員而設置的工作模式。當回轉機構不能正常進行自動工作或在工作過程中突然停止時，工作人員無法找到機構不能正常工作的原因。人員可以通過手動控制方式進行單步控制，對車削機構的每個工件進行一一檢查，發(fā)現(xiàn)問題，及時進行維修，以最快的速度恢復正常的裝配和生產(chǎn)工作。因此，手動控制方式為翻轉機構正常工作。工作保證。翻轉裝置的自動控制方式為順序控制方式，是規(guī)定機構按照預定的控制順序自動進行裝配生產(chǎn)的一種控制方式。這也是業(yè)界常用的控制方法。順序功能圖是一種比較簡單通用的順序控制語言，以控制功能為主，有利于程序的理解。極大地方便了不同專業(yè)之間的人員交流。在時序功能圖的基礎上設計的梯形圖清晰、簡潔、易懂。所以這次可以使用順序功能圖來編譯翻轉設備。3.6順序功能圖根據(jù)電機翻轉裝置的工作流程，繪制的順序功能圖如圖所示：圖3-5順序功能圖時序功能圖中數(shù)字和字母的含義：0代表初始狀態(tài)；1表示夾具的延伸；2表示夾具的夾持動作；3表示翻轉機構垂直上升；4表示翻轉機構水平移動；圖5表示托盤的升降動作；6表示機構順時針旋轉180°；7表示翻轉機構的下降動作；8表示夾具執(zhí)行松弛動作；9表示機構逆時針旋轉180°，夾具水平縮回；10表示托盤下降；11表示轉動機構返回初始位置。A一種按下啟動按鈕的方式；B表示夾緊水平伸縮缸（夾緊缸）的磁性開關1閉合，表示水平伸展動作完成；C表示夾具夾緊油缸（壓縮油缸）的磁性開關1閉合，表示夾緊動作完成；D表示翻轉機構上升電機的磁力開關1閉合，表示垂直上升動作已經(jīng)完成；E表示翻轉機構水平運動電機磁開關1閉合，水平運動完成；F代表回轉機構伺服電機工作，回轉180°完成；G表示回轉機構上升電機磁力開關2閉合，表示垂直下降動作完成；H表示夾具夾緊油缸（壓縮油缸）的磁性開關2閉合，表示松弛動作已經(jīng)完成；I表示回轉機構伺服電機已完成回轉180°；水平伸縮油缸（夾緊油缸）的磁性開關2閉合，表示水平回縮動作完成；J表示轉動機構返回初始位置。3.7控制電路圖3-6總電源接線圖主電源接線圖的輸出端R11、S11、T11分別接配電線的輸入端R11、S11、T11。其電源線的N端接西門子V90伺服控制器的N端。圖3-7動力線分布圖配電線路的輸出端R3、S2分別接控制變壓器的輸入端R、S。它的R1和T1端口連接到控制電源的輸入端R和T。圖3-8控制變壓器接線圖對于控制變壓器1，其兩個接線輸出端子XA、XB分別接到2、3的接線輸入端子XA、XB上。2、3的輸出端子XA1、XA2、XB1、XB2分別接到西門子V90伺服控制器T1的XA、T2的XA、T1的XB、T2的XB。圖3-9控制電源接線圖控制電源的輸出接線端24V1、24V2分別接入到西門子V90伺服控制器的輸入接線端24V1、24V2。圖3-10西門子V90伺服控制器西門子V90伺服控制器的N端來自主電源接線圖中電源輸入線的N端，T1的XA端來自控制變壓器2的XA1端，T1來自控制變壓器3的XB1端。T2T2的XA端從控制變壓器2的XA2端引出，T2的XB端從控制變壓器3的XB2端引出。以上接線圖為總裝接線圖的一部分，根據(jù)以上接線圖，可以簡化下面的驅(qū)動電機控制接線圖。圖3-11驅(qū)動電機控制接線圖圖3-12PLC控制接線圖根據(jù)上圖，圖3-12為驅(qū)動電機控制接線圖。T1為翻轉電機驅(qū)動器，M1為翻轉電機，翻轉電機M1受驅(qū)動器T1控制進行順時針或逆時針翻轉180°動作。T2為回轉機構的起升電機驅(qū)動器，M2為起升電機，回轉機構的起升電機受驅(qū)動器T2控制執(zhí)行起升動作。升降機構由直線導軌移動。圖12PLC控制接線圖控制電路輸入點和輸出點的控制功能如表1所示，各輸出點線圈的控制功能對應I/O口的輸出控制項表1中，1~26號元件為連接線元件，用于控制柜電路的連接。3.8本章小結本章將根據(jù)翻轉機構的操作流程和工作要求等設計要求選擇控制系統(tǒng)的PLC和觸摸屏，并說明翻轉機構控制系統(tǒng)的設計思路和步驟，包括選擇本次設計的系統(tǒng)具有高可靠性、高穩(wěn)定性、響應速度快、功耗低等優(yōu)良的控制性能，并能更好的完成電機翻轉裝置的自動化裝配過程。第四章控制系統(tǒng)軟件程序設計以上部分是翻轉機構控制系統(tǒng)硬件部分的設計和選型。并分析了該機構的運動。本章將前一部分的設計充分結合外部條件的影響和裝置運行時的穩(wěn)定性和可靠性，進行翻轉裝置的系統(tǒng)設計。4.1控制系統(tǒng)軟件功能設計1、系統(tǒng)在人機交互界面上設置登錄界面，輸入賬號和密碼進行登錄。2、可實現(xiàn)觸摸屏與PLC實時通訊，可隨時切換運行模式。人機交互界面使操作者可以設置權限，隨時監(jiān)控車削機構的運行狀態(tài)，隨時調(diào)整車床。3、控制系統(tǒng)在運行前會進行自檢，如果檢測到異常，將自動上鎖并報警，避免設備在異常情況下運行造成不必要的損失和后果。4.控制系統(tǒng)監(jiān)控設備的運行。如果旋轉機構在運行過程中出現(xiàn)故障，如靜止、未旋轉180°或裝置不能正常抓緊電機，則發(fā)出報警。停止設備運行。4.2觸摸屏界面控制觸摸屏主屏幕上的設備原點信號燈。綠燈亮，證明設備處于原始位置，處于工作狀態(tài)。綠燈不亮，證明設備不在原點。設備必須恢復到原來的位置才能使設備處于工作狀態(tài)。圖4-1工作模式主界面在手動狀態(tài)下，可以手動操作氣缸進行維護和故障排除。當氣缸就位時，相應狀態(tài)下的白色方塊以綠色狀態(tài)顯示。圖4-2手動調(diào)整界面4.3I/O分配根據(jù)3.6中的流程圖，分析控制的輸入輸出信號，適當分配I/O端口。下表為I/O口分配表：表4-1控制系統(tǒng)的I/O分配表4.4控制梯形圖設計本次控制系統(tǒng)采用PortalV14軟件進行編程，采用梯形圖方法實現(xiàn)控制功能。本次編程過程主要實現(xiàn)車床的運動和180°翻轉。4.4.1主程序設計圖4-3主程序梯形圖圖4-4主程序梯形圖主程序是翻轉機構全局控制程序的框圖，梯形圖中的指示是程序的控制塊。每個數(shù)據(jù)塊對應的功能程序。4.4.2子程序設計1、手動控制程序設計翻轉機構的手動控制程序被分為幾個小尺寸的翻轉裝置的操作過程，并且操作者使用觸摸屏來實現(xiàn)翻轉設備的分數(shù)控制。圖4-5手動調(diào)整手動調(diào)整模式基于程序模式輸入并由操作員執(zhí)行，并且必須根據(jù)操作員的指令操作，并且只能控制語句，并且可以連續(xù)執(zhí)行下一個命令。圖4-6點動控制程序該程序是在翻轉機制控制手動模式時實現(xiàn)的一種方法。操作員可以用觸摸屏控制翻轉機構。2、自動控制程序設計圖4-7自動控制程序程序的功能是實現(xiàn)自動控制模式的開始或停止。尋零控制程序設計圖4-8尋零控制程序程序的功能是確定翻轉機制的當前情況是否被引導到搜索。如果符合條件，您將執(zhí)行功能。4、夾緊缸控制程序設計圖4-9夾緊缸動作控制程序該程序所實現(xiàn)的動作為控制夾緊機構進行夾取。5、托盤控制程序設計圖4-10托盤控制程序該程序的功能是在工件裝配過程中完成對托盤上升或下降的控制。4.5章節(jié)總結本章節(jié)設計了關于裝配線自動翻轉機構控制系統(tǒng)的軟件部分。包括了控制系統(tǒng)的軟件功能設計和觸摸屏的控制界面，并分別介紹了對裝配線自動翻轉機構的自動控制和人工控制的方法。通過PLC對控制系統(tǒng)的主程序和各子程序進行設計，并說明了各程序所實現(xiàn)的功能。第五章經(jīng)濟分析我國是世界上市場最大、產(chǎn)能最大的生產(chǎn)大國。人力資源比世界上大多數(shù)國家都更加豐富，但是當單靠傳統(tǒng)的體力勞動已經(jīng)不能滿足今天的生產(chǎn)和組裝。工廠自動化是未來機械制造業(yè)的必然發(fā)展趨勢。因此，制造所需的設備尤為重要。生產(chǎn)的設備必須考慮公司的經(jīng)濟效益，以便進行經(jīng)濟核算。5.1經(jīng)濟分析本次的翻轉機構的控制系統(tǒng)的硬件經(jīng)濟造價如下表所示：表5-1控制系統(tǒng)