硬盘自动高速打螺丝机器电气控制系统总体方案设计.doc

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1、 目录1 绪论111本设计所处工艺流程简介及其设计目的112 本设计应完成的主要工作213 本文的章节安排22、硬盘自动高速打螺丝机器电气控制系统总体方案设计32. 1 伺服运动控制系统设计思路32. 2 系统设计方案及方框图32. 3 整机设计方案及效果图43 PLC控制的伺服运动系统设计431 IAI伺服运动系统设计4311伺服控制器43.3.1 PLC的选型、模拟量输入特殊功能模块和I/O分配16第4章打螺丝自动控制系统实现251、取螺丝功能实现25III1 绪论11本设计所处工艺流程简介及其设计目的 本人结合工作实际，准备在电脑硬盘组装产线做这一设计，以提高效率，节约人力成本。本设计是

2、在硬盘完成了净化间流程，内部组装已经完成，从净化间出来经过STW（伺服写）后然后进入Final Assembly(PCBA组装)。=+Final Assembly(PCBA组装)工序的核心就是在PCB上打螺丝，所以设计一台自动高速打螺丝机器来取代靠人力，可以提高大大效率和品质。 PLC (可编程序控制器)是以微处理器为核心。综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，具有可靠性好、体积小、功能强，程序设计简单、灵活通用、维护方便等优点，在纺织、机械、化工、电子等领域有着广泛的应用，是现代工业控制中的三大支柱之一。随着电子技术，计算机控制技术和通信技术的发展，P

3、LC的功能也愈来愈强大，由原来简单的逻辑控制功能逐渐发展到模拟量控制、高速大容量运算处理、PID闭环控制、运动/定位控制和网络通信等功能。打螺丝组装在制造工厂应用极为广泛，运动控制、精确定位及组装品质是本设计的核心，本文介绍了基于QPLC的运动控制系统，它采用日本IAI伺服运动控制系统，定位精度可达0.001mm,从而获得较高的控制精度,以防止螺丝打花及损坏PCB板。传统的人力组装，采用一人一电批的形式。其缺点是效率低下，品质问题多，不易保证工艺要求。采用PLC控制的自动组装机器，不仅效率高，速度快，而且品质有保证，可以在PLC程序方便添加检测报警功能，以防止坏品流出。 12 本设计应完成的主

4、要工作（1）根据PCBA与HDA组装工艺的要求，完成系统流程图，进而确定总体的硬件方案设计。（2）设计完成好各个硬件的连接方式，解决个输入、输出信号的传递、处理的问题，使其达到所需的控制目的。（3）调试各个关键控制环节，检查是否满足调试初的工艺要求。13 本文的章节安排 基于PLC控制的运动伺服控制系统设计与实现： （1）第1章，绪论。阐述本题目的和意义，阐述本设计的指导思想及要完成的主要工作。 （2）第2章，控制系统总体方案设计。根据系统要求提出具体可行的设计方案。 （3）第3章，系统硬件部分的设计与选择。 （4）第4章，系统程序设计与实现。 （5）第5章，控制系统程序的调试。 2、硬盘自动

5、高速打螺丝机器电气控制系统总体方案设计2. 1 伺服运动控制系统设计思路 本课题研究的是利用PLC为控制单元对伺服马达运动的精确定位控制，所以设计的系统要有可靠稳定且精确的伺服控制核心，还有与之相匹配的传感器，还有好的控制输出单元等。根据设计要求，经过分析和参考别人的相关工作，采取以下设计方案： （1）伺服运动控制系统采用四条日本IAI高精度运动轴，确保系统可靠稳定。（2）机器控制核心采用三菱Q系统PLCQ01，输入模块和输出模块分别用Q42X和Q42Y,考虑到Z轴要与PLC及人机界面通讯，所以再加一个通讯模块QJ42.2. 2 系统设计方案及方框图 2. 3 整机设计方案及效果图 3 PLC

6、控制的伺服运动系统设计31 IAI伺服运动系统设计311伺服控制器 其各部件名称说明见下图：正面图：底面图：各部件详细说明：Code display: 3位用于显示伺服器状态代码LED display: ready 显示表明伺服器已经准备好 Alarm 显示表示设备出错 BAT. 显示表示电池电压低Break release switch: Release 刹车释放 Normal break on(正常设定)PORT SWITH: ON Teaching/RS232 port 打开 OFF Teaching/RS232 port 关闭TEACHING/RS232 PORT CONNENTOR:

7、 25pin用于连接手控器或者PCBrake Connector: 马达刹车连接MOTOR Connector: 用于连接马达及其编码线I/O Connector: 34pin I/O连接（用于PLC通讯）Ground Terminal Block: M3 螺丝用于固定接地线。安装规格：项目描述电源电压DC24V10%电源电流24W（最高48W）工作温度及温度温度：0-40 湿度：85%以下隔离电阻550V 10M马达AC motor 20W控制功能MULTI-task Control Super SEL ControlLER 内存容量TOTAL: 100step 500位置点最大程序数32I

8、nput/output (DC24v)专用INPUT :8(PRO NO. 1、2、4)用户INPUT :15专用OUTPUT:2(READY, ALARM)用户OUTPUT: 6 (302307)数据输入方法Teaching Pendant / RS232 通讯扩展I/O规格：项目规格扩展POWER 电压DC24V10% 输入电流7mA/DC 24VON/OFF 电压ON 电压： MAIN DC 18 OVOFF 电压：MAIN DC 6 OV34PIN D-SUB 与PLC位置模式时通讯接线图：34-PIN D-SUB 与PLC位置程序模式时通讯接线图：在本设计中根据控制设计要求，我们选择

9、位置+程序同时共用模式。312伺服器整体接线图IAI 马达结构图下面是PLC与IAI的控制原理图（以左边Y轴为例）：IAI运动伺服接线图：这是左边Y轴伺服I/O接线图：这是右边Y轴I/O伺服接线图：这是X轴伺服I/O接线图：这是Z轴伺服I/O接线图：3.3.1 PLC的选型、模拟量输入特殊功能模块和I/O分配（1） PLC的初步选择。PLC从硬件结构形式上分，可分为整体式固定I/O型、基本单元加扩展型、模块式、集成式、分布式5种基本结构形式。PLC的生产厂家主要有德国的西门子、日本的三菱、欧姆龙、松下、台湾的台达、美国的AB等。Q系列是三菱系列中功能最强，运算速度最快的PLC。能够扩展多种功能

10、模块，可实现逻辑、顺序、定时计数、数据处理、模拟量控制、位置控制和联网通信等功能。该系列PLC可靠性高，抗干扰强、配置灵活、性价比高。所以决定选用Q01CPU来做控制核心。 （2）确定控制系统输入输出(IO)信号点数 输入信号点数 输出信号点数（4） PLC定型及连接设计根据开关量输入37点，开关量输出76点，因此总的IO点数为113点，考虑到IO所留裕量，所以应选开关量输入64点，开关量输出96点的PLC，其中每一个伺服轴需16点，共4轴，共4*16=64。64点输入可选用QX42输入模块，输出模块选用QY42以及QY16两个输出模块。QX42输入模块说明：QY42P模块说明：PLC（64点

11、）与输入设备之间的接线图：PLC输出模块（64点）接线图：PLC输出模块（32点）接线图：第4章 打螺丝自动控制系统实现1、 取螺丝功能实现取螺丝是考虑到方便高效生产，决定采取固定螺丝盘来实现定位取螺丝螺丝盘如下图：它有以下特点：（1）第一行从左到右依次有10个，第二行从左到右有9个螺丝 （2）中间有中心线，中心线有8个螺丝，所以共有10*8+9*8+8=160个 （3）每一行螺丝从左到右间隔相同。根据以上螺丝盘特点，我们开始对取螺丝程序加以编制：1、 IAI伺服程序由于取螺丝需要X,Y轴运动组合，所以要分别对X，Y伺服器编程下面是X轴取螺丝时的程序算法续：下面是Y轴的程序及算法：续表：PLC

12、程序：我们定义D300.0D300.7对应X轴伺服的指令输入，D301.0D301.7为左边Y, D302.0D302.7定义为右边Y, D303.0D303.7定义为Z轴。所以有：（以X轴为例说明）其余三轴一样，连接图具体看IAI连接图。结论：通过上面X,Y根据螺丝盘特点的伺服程序，可以对160个螺丝每一个都可以取到，从而实现取螺丝的功能。当需要吸螺丝时，PLC程序控制打开真空电磁阀，吸真空，然后根据从第一颗螺丝开始算出要取的那一颗螺丝的位置，运动到那里，执行吸螺丝动作。2、 打螺丝功能实现本设计IAI伺服器每个轴都与相应PLC输入与输出连接，IAI从PLC接受指令的是总共有8个端口，所以每一个轴最多可保存255个位置点。打螺丝时左右各有5个螺丝点（以5个螺丝为例），我们定义为10-14，右边定义为15-19，在调试机器时只需要在相应的XY点组合中保存位置数据即可。2.1、IAI程序还以X轴为例来说明如何实现定位自动运行：下面是X轴的IAI打螺丝时的伺服程序：2.2、PLC程序触屏手动画面：以左边螺丝为例，即位置10-14为例来说明情况：结论：由于每个螺丝位置在平面上由X和Y坐标组成，所以当定位每一个点时，同时要为D300和D301赋相应的值即可。3、 GOT触屏画面程序自动画面：手动调试画面：文档来源网络，版权归原作者。如有侵权，请告知，我看到会立刻处理。35