机电一体化技术综合课程设计指导书

仅供个人参考不得用于商业用途机电一体化技术综合课程设计指导书河南科技大学机械电子工程教研室2010年2月仅供个人参考不得用于商业用途机电一体化技术综合课程设计指导书一、课程设计的目的：机电一体化技术综合课程设计是大学生在完成《机电一体化系统设计》等专业课程学习后，进行综合性实践性的教学环节。目的是在老师的指导下，使学生通过课程设计，对所学课程理论知识进行一次系统的回顾、综合和提高，并运用所学理论知识，通过分析和调研，设计一个机电控制方面的课题，受到从理论到实践应用的综合训练，培养学生独立运用所学理论解决具体问题的能力，具体有以下几点：1.通过查阅有关手册、标准及参考资料，培养学生检索查阅资料、使用资料的方法和能力。2.通过回顾查阅课程理论知识、运用所学的基础课、专业技术课和专业课知识，培养学生根据实际需求正确设计总体方案，分析具体问题、进行工程设计的能力。二、课程设计的内容：选择内容、份量比较适当的课程设计的题目，要求学生在规定的时间内完成：1.根据设计设计要求，确定系统总体方案；学生根据设计任务书的具体要求，通过查阅资料和分析论证，确定较为合理的系统总体方案，其主要内容包括：（1）对任务书中的指标进行分析计算；（2）提出几种方案，进行论证、优化，合理规划软硬件资源，使整个系统达到最优化；（3）确定系统总体方案，画出系统电气原理图。2.设备和器件选型（1）根据确定的总体方案，计算各部件的电气参数，并留有一定余量；（2）通过查阅手册和网络资源，选取性价比高的器件；（3）画出系统的硬件电路图和接线图。3.构建硬件系统（1）根据硬件接线图，正确连接系统；仅供个人参考不得用于商业用途（2）认真检查系统接线，尤其是电源部分，防止短路或极性接反而损坏设备；（3）设备通电，进行硬件调试。系统通电无异常时，通过手动方式，并借助于仪器进行硬件的单一功能调试。4.程序设计（1）根据系统功能要求，设计系统的软件流程，画出总体流程图，并划分为几个相对独立的功能模块；（2）画出各功能模块的流程图，编写各功能模块程序；（3）通过仿真方式模拟调试程序。5.系统联调（1）脱离仿真模式，系统软硬件联合调试；（2）对调试中的遇到的问题进行分析，找出原因并解决；（3）针对任务书，检查各指标是否满足设计要求。若个别指标不满足要求，应进一步完善，直到满足为止。6.编写设计说明书学生在完成上述全部工作内容后，应将上述全部工作依先后顺序编写成设计说明书一份，说明书要求字迹工整，语言简练、文字通顺。说明书应以十六开纸书写，四周留有边框，并装订成册。三、课程设计指导：（一）机电一体化实验设备仅供个人参考不得用于商业用途序号设备名称配置说明数量备注1上料检测单元S7-313C-2DP22操作手单元S7-224XP、EM27723加工单元（改装）S7-224XP、EM277、EM253、伺服驱动21、打孔与检测装置为伺服驱动的X-Y轴的立体模拟加工装置。2、回转工作台为伺服电机驱动。共用三套伺服驱动系统。4安装搬运单元S7-224XP、EM27725立体存储单元S7-224XP、EM277、步进驱动1两套步进电机6分类工作单元（改装）S7-224XP、EM277、变频交流驱动11、一套交流变频驱动系统2、码盘7组态监控系统KingView6.52、加密狗18MPS附件模拟工件、静音气泵、通讯电缆、编程电缆等19研究版机器人本体MT-R教学及科研平台1102自由度云台摄像机高精度日本原产111MT-R专用外接电源保障机器人24小时运行112MT-R附件显示器、键盘、充电器1MPS囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术，给学生提供了一个典型的综合科技环境，使学生曾学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。仅供个人参考不得用于商业用途上料检测单元功能：上料检测单元是为系统的加工过程逐一提供加工工件并检测出工件的颜色。在盘状回转料斗中一次可存放数十个工件。供料过程中，回转料盘将大工件输出，接着由提升装置将工件提升到检测工位，由光电传感器判断出其颜色，并将其信息发给后一站。可以组合的形式：上料检测单元、搬运单元上料检测单元、操作手单元仅供个人参考不得用于商业用途上料检测单元、安装搬运单元结构与组成机械部分：1.检测工件和颜色的光电开关2.自动出料装置3.工件提升装置4.自动拦截机构控制部件:1.可编程序控制器(一套)2.开关电源:220V/24V/5A(带短路保护)3.控制面板:八个按钮4.两套I/O接口板5.一套I/O通讯接口板6.24V齿轮减速电机7.一组电控气阀及其执行器件电气指标:1.供电:220V/1A2.执行驱动电压：24V/5A3.环境温度：0-55℃（工作）-20-70℃（保存）4.相对湿度：35-85%（无冷凝）5.接地：第三种接地6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃操作手单元功能：操作手单元是将前一工作站上的工件抓起并输送到下一工作站。操作手单元由不同的气动执行部件组成，通过摆动、伸缩、气动夹爪抓取等动作，将前一工作站上的工件抓起并输送到下一工作站。加装滑道后，也可根据不同的情况而剔除不符合条件的工件。可以组合的形式：仅供个人参考不得用于商业用途上料检测站、操作手单元操作手单元、加工检测站操作手单元、分类工作单元操作手单元、传送带模块结构与组成机械部分：1.机械手2.横臂3.回转台4.电感式传感器控制部件:1.可编程序控制器(一套)2.开关电源:220V/24V/5A(带短路保护)3.控制面板:八个按钮4.两套I/O接口板5.一套I/O通讯接口板6.三组电控气阀及其执行器件电气指标:1.供电:220V/1A2.执行驱动电压：24V/5A3.环境温度：0-55℃（工作）-20-70℃（保存）4.相对湿度：35-85%（无冷凝）5.接地：第三种接地6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃加工单元功能：工件将在旋转平台上被加工。通过具有四个工位的加工旋转平台，进行加工模拟，进行加工质量的模拟检测。旋转平台由直流电机驱动，光电传感器确认输入工位有无工件，电感式传感器仅供个人参考不得用于商业用途检测旋转平台的位置，平台的启停由继电器回路完成。可以组合的形式：加工单元、搬运单元操作手单元、加工单元加工单元、安装搬运单元结构与组成机械部分：1.回转工作台2.打孔电机组件3.缸组件4.检测工件和转台到位传感器控制部件:1.可编程序控制器(一套)2.开关电源:220V/24V/5A(带短路保护)3.控制面板:八个按钮4.两套I/O接口板5.一套I/O通讯接口板6.24V减速电机7.一组电控气阀及其执行器件电气指标:1.供电:220V/1A2.执行驱动电压：24V/5A3.环境温度：0-55℃（工作）-20-70℃（保存）4.相对湿度：35-85%（无冷凝）5.接地：第三种接地6．工作环境：禁止有腐蚀性可燃性气体接触，防止导电尘埃注：打孔与检测装置为伺服驱动的X-Y轴的立体模拟加工装置；回转工作台为伺服电机驱动。共用三套伺服驱动系统。仅供个人参考不得用于商业用途安装搬运单元功能：将工件从前一站搬运至下一站，并可在本站上完成大、小工件的组装。安装搬运站从前站抓取工件，利用直线加圆周运动平台，可将工件搬运到小工件的输入工位，等待小工件的输入。然后再将大小工件的组合体输送到下一站的输入位置。加装滑道后，也可根据不同的情况而剔除不符合条件的工件。可以组合的形式：加工单元、安装搬运单元安装搬运单元、分类工作单元结构与组成机械部分：1.平移工作台2.回转工作塔3.吊臂4.机械手控制部件:1.可编程序控制器(一套)2.开关电源:220V/24V/5A(带短路保护)3.控制面板:八个按钮4.两套I/O接口板5.一套I/O通讯接口板6.四组电控气阀及其执行器件电气指标:1.供电:220V/1A2.执行驱动电压：24V/5A3.环境温度：0-55℃（工作）-20-70℃（保存）4.相对湿度：35-85%（无冷凝）5.接地：第三种接地6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃仅供个人参考不得用于商业用途立体存储单元功能：立体存储单元是一个立体仓库存储的模拟。它将系统前站送来的工件或工件组合，放到不同的位置。当工件或工件组合送来时，立体存储单元会读取工件或工件组合的信息，按照工件不同类别，进行分类立体存放。可以组合的形式：操作手单元、立体存储单元安装搬运单元、立体存储单元搬运单元、立体存储单元结构与组成机械部分：1.X轴丝杆滑台2.Y轴丝杆滑台3.推出部件4.分类料仓控制部件:1.可编程序控制器(一套)2.开关电源:220V/24V/5A(带短路保护)3.控制面板:八个按钮4.两套I/O接口板5.一套I/O通讯接口板6.一组电控气阀及其执行器件7．两套步进驱动系统技术指标:1.供电:220V/1A2.执行驱动电压：24V/5A3.环境温度：0-55℃（工作）-20-70℃（保存）仅供个人参考不得用于商业用途4.相对湿度：35-85%（无冷凝）5.接地：第三种接地6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃分类工作单元功能：分类工作单元可以实现对工件按照材质或颜色分拣的过程。可将工件按材质或颜色分拣到三个滑槽中。传送带模块由一交流变频电机通过齿轮减速器后驱动。分拣装置由导向气缸、导向装置等组成。可以组合的形式：操作手单元、分类工作单元安装搬运单元、分类工作单元搬运单元、分类工作单元结构与组成机械部分：1.传送带模块2.分拣装置3.交流电机加齿轮减速器4.分类滑槽控制部件:1.可编程序控制器(一套)2.开关电源:220V/24V/5A(带短路保护)3.控制面板:八个按钮4.两套I/O接口板5.一套I/O通讯接口板6.二组电控气阀及其执行器件7．一套交流变频驱动系统仅供个人参考不得用于商业用途8．码盘电气指标:1.供电:220V/1A2.执行驱动电压：24V/5A3.环境温度：0-55℃（工作）-20-70℃（保存）4.相对湿度：35-85%（无冷凝）5.接地：第三种接地6．工作环境：禁止有腐蚀性，可燃性气体接触，防止导电尘埃（二）51单片机多功能实验板1.系统简介51多功能实验板集成有丰富的硬件资源，采用模块化设计与布局，并且为学生提供了多种接口，使学生可以灵活的构建根据设计题目设计的系统方案。原理图如图1所示。仅供个人参考不得用于商业用途图151多功能实验板电路原理图EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U28032C620pC520pX1X2X1X2RSTR1510C2100uC3104GND2VOUT3VIN1U1LM7805C1330uFC422uVCCVCC12345678910ISPP17GNDP16VCCRSTP15GNDP00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17P20P21P22P23P24P25P26P27P00P01P02P03P04P05P06P07P10P11P12P13P14P15P16P17INT0INT1T0T1RXDTXDRXDTXDGNDVCCGNDVCCGNDVCCC1+1V+2C1-3C2+4C2-5V-6T2out7R2in8VCC16R2out9T2in10T1in11R1out12R1in13T1out14GND15U3MAX202C100.1uC110.1uC90.1uC80.1uRXD_232TXD_232VCC123SWHeader3T0T1123456789RP110KVCCC12CapDS1LED0D5D6D7D8D9D10D