机电一体化柔性装配系统PLC控制实训教学指导书.doc

实实训训教教学学指指导导书书 机电一体化柔性装配系统机电一体化柔性装配系统 PLCPLC 控制控制 天津市龙洲科技仪器有限公司天津市龙洲科技仪器有限公司 1 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 目目 录录 机电一体化柔性装配系统概述机电一体化柔性装配系统概述.1 第一单元第一单元 上料单元上料单元.5 一、 单元简介 .5 二、 实训目的 .7 三、 实训设备 .7 四、 实训内容与步骤 .8 五、 控制要求 .9 六、 I/O 编号分配表.14 第二单元第二单元 下料单元下料单元.16 七、 单元简介 .16 八、 实训目的 .18 九、 实训设备 .18 十、 实训内容与步骤 .18 十一、 控制要求 .19 十二、 I/O 编号分配表.22 第三单元第三单元 加盖单元加盖单元.24 一、 单元简介 .24 二、 实训目的 .25 三、 实训设备 .25 四、 实训内容与步骤 .26 五、 控制要求 .27 六、 I/O 编号分配表.29 第四单元第四单元 穿销单元穿销单元.31 一、 单元简介 .31 二、 实训目的 .32 三、 实训设备 .32 四、 实训内容与步骤 .32 五、 控制要求 .34 六、 I/O 编号分配表.36 第五单元第五单元 模拟单元模拟单元.38 一、 单元简介 .38 二、 实训目的 .39 三、 实训设备 .39 四、 实训内容与步骤 .39 五、 控制要求 .40 六、 I/O 编号分配表.42 第六单元第六单元 图像识别单元图像识别单元.44 2 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 一、 单元简介 .44 二、 实训目的 .45 三、 实训设备 .45 四、 实训内容与步骤 .45 五、 控制要求 .46 六、 I/O 编号分配表.48 第七单元第七单元 伸缩换向单元伸缩换向单元.50 一、 单元简介 .50 二、 实训目的 .52 三、 实训设备 .52 四、 实训内容与步骤 .52 五、 控制要求 .53 六、 I/O 编号分配表.56 第八单元第八单元 检测单元检测单元.58 一、 单元简介 .58 二、 实训目的 .59 三、 实训设备 .59 四、 实训内容与步骤 .59 五、 控制要求 .60 六、 I/O 编号分配表.62 第九单元第九单元 液压单元液压单元.64 一、 单元简介 .64 二、 实训目的 .65 三、 实训设备 .65 四、 实训内容与步骤 .65 五、 控制要求 .66 六、 I/O 编号分配表.69 第十单元第十单元 分拣单元分拣单元.71 一、 单元简介 .71 二、 实训目的 .72 三、 实训设备 .72 四、 实训内容与步骤 .72 五、 控制要求 .73 六、 I/O 编号分配表.77 第十一单元第十一单元 升降梯立体仓库单元升降梯立体仓库单元.79 一、 单元简介 .79 二、 实训目的 .83 三、 实训设备 .83 四、 实训内容与步骤 .83 3 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 五、 控制要求 .85 六、 I/O 编号分配表.91 第十二单元第十二单元 悬挂式高空搬运单元悬挂式高空搬运单元.93 一、 单元简介 .93 二、 实训目的 .95 三、 实训设备 .95 四、 实训内容与步骤 .96 五、 控制要求 .97 六、 I/O 编号分配表.101 第十三单元第十三单元 传送单元传送单元.103 一、 转角单元 .103 二、 直线单元 .104 第十四单元第十四单元 装配生产线全程连续控制装配生产线全程连续控制.105 一、 实训目的 .105 二、 实训设备 .105 三、 实训内容与步骤 .105 四、 控制要求 .108 五、 系统全程控制中需注意的问题 .109 六、 I/O 编号分配表.109 七、 主站控制变量传送分配表 .109 附附 录录.111 附录 1：上料单元电源系统图111 附录 2：上料单元气动原理图112 附录 3：上料单元 PLC 控制接线图113 附录 4：下料单元电源系统图114 附录 5：下料单元 PLC 控制接线图115 附录 6：加盖单元电源系统图116 附录 7：加盖单元 PLC 控制接线图117 附录 8：穿销单元电源系统图118 附录 9：穿销单元气动原理图119 附录 10：穿销单元 PLC 控制接线图120 附录 11：模拟单元电源系统图121 附录 12：模拟单元气动原理图122 附录 13：模拟单元 PLC 控制接线图123 附录 14：图像识别单元电源系统图124 附录 15：图像识别单元 PLC 控制接线图125 附录 16：伸缩换向单元电源系统图126 附录 17：伸缩换向单元气动原理图127 附录 18：伸缩换向单元 PLC 控制接线图.128 4 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 附录 19：检测单元电源系统图129 附录 20：检测单元 PLC 控制接线图.130 附录 21：液压单元电源系统图131 附录 22：液压单元油路原理图132 附录 23：液压单元 PLC 控制接线图.133 附录 24：分拣单元电源系统图134 附录 25：分拣单元气动原理图135 附录 26：分拣单元 PLC 控制接线图.136 附录 27：升降梯立体仓库单元电源系统图137 附录 28：升降梯立体仓库单元气动原理图138 附录 29：升降梯立体仓库单元 PLC 控制接线图.139 附录 30：悬挂式高空搬运单元电源系统图140 附录 31：悬挂式高空搬运单元 PLC 控制接线图.141 附录 32：电源系统总图143 附录 33：电源系统用电分配图144 附录 34：气路连接总图145 附录 35：S7-300 PLC 控制接线图 .146 附录 36：移动配电平台用户扩展接口分配图147 1 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 机电一体化柔性装配系统概述 Me093399 型机电一体化教学系统是以工业生产中的自动化装配生产线为原型开发的教学、 实验、实训综合应用平台。本装置采用铝合金结构件搭建各分站主体设备，选取多种机械传动方 式实现站间串联，整条生产线充分展现了实际工业生产中的典型部分。系统控制过程中除涵盖多 种基本控制方法外，还凸现组态控制、工业总线、电脑视觉、实时监控等先进技术，为培养现代 化应用型人才创设了完整、灵活、模块化、易扩展的理想工业场景。 为便于协调整个生产线的全程控制，系统设置了一个主站总控制台，主站总控制台是整个装 配生产线连续运行的指挥调度中心，其主要功能是实现全程运行的总体控制，完成全系统的通讯 连接等。 装配生产线示意图如图 1 所示。 图图 1 连续生产线示意图 升降梯立体仓库 站点 12 分拣单元 站点 11 检测单元 站点 9 模拟单元 站点 6 穿销单元 站点 5 加盖单元 站点 4 废品道 上料单元 站点 2 下料单元 站点 3 液压单元 站点 10 伸缩换向单元 站点 8 铣床单元 站点 1 图像识别单元 站点 7 滚筒 转角 2 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 整个系统主要由 12 个从站点组成，每个从站单元完成特定的工作任务，以装配、检验、分 拣、入库的方式顺序完成各种装配操作和物流处理过程。各单元的主要功能如下所述： 1 铣床单元（站点 1）：本站有工件时，进行自动卡紧和铣削加工。 上料单元（站点 2）：根据工件的位置情况，从料槽中抓取装配主体送入数控铣床单元 或将铣床单元加工后的产品转送下料单元。 下料单元（站点 3）：将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间 歇机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。 加盖单元（站点 4）：通过直流电机带动蜗轮蜗杆，经减速电机驱动摆臂将上盖装配至 工件主体，完成装配后工件随托盘向下站传送。 穿销单元（站点 5）：通过旋转推筒推送销钉的方法，完成工件主体与上盖的实体连接 装配，完成装配后的工件随托盘向下站传送。 模拟单元（站点 6）：本站增加了模拟量控制的 PLC 特殊功能模块，以实现对完成装 配的工件进行模拟喷漆和烘干，完成喷漆烘干后的工件随托盘向下站传送。 图像识别单元（站点 7）：运用电脑识别技术将前站传送来的工件进行数字化处理（通 过图形摄取装置采集工件的当前画面与原设置结果进行比较） ，并将其判定结果输出。经检验处 理后工件随托盘向下站传送。 伸缩换向单元（站点 8）：将前站传送过来的托盘及组装好的工件经换向、提升、旋转、 下落后伸送至传送带向下站传送。 检测单元（站点 9）：运用各类检测传感装置对装配好的工件成品进行全面检测（包括 上盖、销钉的装配情况，销钉材质、标签有无等） ，并将检测结果送至 PLC 进行处理，以此作为 后续站控制方式选择的依据（如分拣站依标签有无判别正、次品；仓库站依销钉材质确定库位） 。 10液压单元（站点 10）：通过液压换向回路实现对工件的盖章操作，完成对托盘进件、 出件后再经 90旋转换向送至下一单元。 11分拣单元（站点 11）：根据检测单元的检测结果（标签有无） ，采用气动机械手对工件 进行分类，合格产品随托盘进入下一站入库；不合格产品进入废品线，空托盘向下站传送。 12升降梯立体仓库（站点 12）：本站由升降梯与立体仓库两部分组成，可进行两个不同 生产线的入库和出库。在本装配生产线中可根据检测单元对销钉材质的检测结果将工件进行分类 入库（金属销钉和尼龙销钉分别入不同的仓库） 。若传送至本单元的为分拣后的空托盘，则将其 放行。 综上所述，站点 1、2、3、4、5 主要完成顺序逻辑控制；站点 6 实现对模拟量的控制；站点 7 引入了先进的图像识别技术；站点 9 综汇了激光发射器、电感式、电容式、色彩标志等多种传 感器的应用，站点 10 为液压传动控制、站点 11 突出体现了气动机械手的控制，站点 12 则实现 步进电机的控制。 3 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 在装配生产线运行中各个站点既可以自成体系，彼此又有一定的关联。为此，采用了 PROFIBUS 现场总线技术，通过 1 个主站（S7300 系列 PLC）和 12 个从站（S7200 系列 PLC）组成系统，实现主从站之间的通信联系，控制系统组成框图如图 2 所示。 在主站总控制台的上位计算机上安装有 Wincc 组态监控软件， Wincc 所创建的监控功能可 通过动画组件对各单元的工作情况进行实时模拟，为操作人员提供系统运行的相关信息，实现装 配生产线的全程监控。 完成本实训项目涉及到现场所需的诸多综合技术应用，如：机械传动技术、电气控制技术、 气动与液压技术、传感器的应用、PLC 控制技术、过程控制技术和现代化生产中的组态控制、工 业总线、电脑视觉、实时监控等。 在完成项目时应由易到难，逐步深入，可从单站控制入手。完成单站控制的步骤如图 3 所示： 在每一站点单元控制的基础上可以再扩展为系统的全程控制，进而完成 PROFIBUS 现场总线控制 观察生产线整体运行及各分站动作 了解分站的机械结构及传动方式 熟悉分站的供电和供气方式 熟悉输入输出设备的功能、安装位置和调试方法 根据分站运行演示理解控制要求 设置 I/O 编号 将功能图转换为梯形图 将梯形图输入计算机并调试程序 将程序下载至 PLC 进行试运行 根据工作状态图绘制功能图 通过接口板及扁平电缆将 PLC 与分站输入输出设备连接并核对 PLC 带分站负载运行 图图 3 3 单站控制的完成步骤 4 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 和对整个模拟生产线的实时监控。 5 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 主站 CPU 单元 6ES7 315-2AG10-0AB0+6SE7 307-1BA00-0AA0 电池+40 针前连接器 6ES7 392-1AM00-0AA0+存储卡 6SE7 953-8LF00-0AA0+I/O 数字模块(16) 6SE7323-1BL00-0AA0+背 板 6ES7 390-1AE80-0AA0+STEP7 V5.2 编程软件 PROFIBUS 总线 从站 1 ET200S 从站 4 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 5 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 7 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 9 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 10 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 2 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 3 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 6 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 +模拟量输入模块 +模拟量输出模块 从站 11 变频器主机 +变频器 DP 接口 +变频器 BOP 面板 PC+WINCC 组态监控软件 从站 8 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 11 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 从站 12 中央处理单元（CPU） CPU 226 +PROFIBUS DP 模块 EM277 +输入扩展模块 图 2 控制系统组成框图 6 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 第一单元 上料单元 一、单元简介 上料单元是整个装配生产线的起点，该单元的主要功能是根据不同的控制要求从料槽中抓取装配 主体送入数控铣床单元或将铣床单元加工后的产品转送下料单元。 本单元的主体结构组成如图 1-1 所示，包括扬臂同步带传动机构，旋转行星齿轮传动机构、水平 移动支架及其齿轮齿条传动机构、托盘直线传送单元、托盘转向从动单元、轨道等。 本单元在结构设计中涉及到行星齿轮系、螺纹微调机构、齿轮齿条机构、张紧机构等相关的机械 原理、机械零件知识，行星齿轮系的结构图如图 1-2 所示: 图 1-2 行星齿轮系结构图 机构名称：行星齿轮系 工作特性：降速比大,增加扭矩 齿轮O和电机安装在一起，齿轮A与齿轮 O、B相啮合。 本机应用目的：齿轮A带动旋转盘（齿轮B）取、送 件。 B A AA O 图 1-1 工件主体上料单元 7 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 螺纹微调机构结构图如图 1-3 所示: 图 1-3 螺纹微调机构结构图 机构名称：螺纹微调机构 工作特性：调动螺母，利用螺距差实现微调 本机应用目的：调节平行四边形的精度 齿轮齿条机构结构图如图 1-4 所示: 图 1-4 齿轮齿条机构结构图 机构名称：齿轮齿条机构 工作特性：降速比大,增加水平推动力 齿轮O和电机安装在一起，与齿轮A相 啮合。 齿轮B与齿轮A同轴，与齿条相啮合， 将旋转运动转为直线运动 本机应用目的：电机带动齿轮齿条行走。 为实现本单元的控制功能，在主体结构的相应位置装设了光电传感器、磁性接近开关、微动开关等 检测与传感装置，并配备了步进电机、直流电机、直动气缸、电磁铁等执行机构和电磁阀、继电器等控 制元件。详见图 1-5 所示。 长双端螺纹管 短双端螺纹管 通过旋转此处进行微动调节 双端螺纹管 细螺纹 粗螺纹 细螺纹 粗螺纹 短双端螺纹管长双端螺纹管 双端螺纹管 O A B 直流电机2455 / 8 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 SQ1扬臂下行检测SQ2扬臂上行检测SQ3顺转检测SQ490旋转检测SQ5逆转检测 SQ6左行检测SQ7右行检测SQ8工件吸持检测S1气缸升检测S2气缸降检测 S3工件检测M4扬臂升降电机M5旋转电机M1行进电机M2直线电机 M3直线电机YM直流电磁吸铁C直动气缸HL指示灯 图 1-5 上料单元检测元件、控制机构安装位置示意图 二、实训目的 1 1了解上料单元的机械主体结构、熟悉齿轮齿条等传动过程 2 2通过系统运行过程理解传感检测元件和执行机构的作用 3 3读懂工程图纸，学会照图完成安装接线，掌握检查方法 4 4学习根据控制要求编制和调试 PLC 程序的方法 5 5学习系统调试和分析、查找、排除故障的方法 三、实训设备 1 1 工件主体上料单元 2 PC 机 3 可编程序控制器及通讯电缆 4 万用表 5 其它工具 SQ3SQ4 SQ5 SQ6SQ7 左行右行 HL SQ1 SQ2 S1 S2 SQ8 M4 M5 C YM S3M1 M2 下 行 上 行 顺 转 逆 转 9 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 四、实训内容与步骤 1 熟悉上料单元的机械主体结构，了解机械装配方法，重点观察行星齿轮系、齿轮齿条机构的传动 过程和理解螺纹微调机构、张紧机构的作用。 2 对照电源系统图（见附录 1）和气动原理图（见附录 2）学习本单元电源系统和气动系统的设计与 连接调试方法。 3 对照图 1-5 查找本单元各类检测元件、控制元件和执行机构的安装位置，并依据上料单元 PLC 控 制接线图（见附录 3）熟悉其安装接线方法。 4 根据表 1-1 理解本单元各检测元件、执行机构及控制元件的功能，熟悉基本调试方法（必要时可根 据系统运行情况适当调整相应位置） 。 表 1-1 上料单元检测元件、执行机构、控制元件一览表 类别序 号编 号名 称功 能安装位置 1SQ1微动开关确定扬臂下行位置两支撑侧板顶部型材 2SQ2微动开关确定扬臂上行位置两支撑侧板顶部型材 3SQ3微动开关确定扬臂顺转位置圆盘 4SQ4微动开关确定扬臂 90旋转位置圆盘 5SQ5微动开关确定扬臂逆转位置圆盘 6SQ6微动开关确定扬臂左行位置(铣床方向)圆盘左面支撑型材 7SQ7微动开关确定扬臂右行位置(下料方向)圆盘右面支撑型材 8SQ8微动开关工件吸持检测电磁铁上 9S1磁性接近开关确定气缸初始位置气缸 10S2磁性接近开关确定气缸伸出位置气缸 检 测 元 件 11S3光电传感器检测工件槽工件工件槽侧面 1M5直流电机驱动扬臂旋转圆盘 2M4步进电机驱动扬臂升降两支撑侧板中间 3M1直流电机驱动上料单元行进滑轨支撑板 4M2直流电机驱动直线 I 传送带直线单元 5M3直流电机驱动直线 II 传送带升降梯旁直线单元 6YM直流电磁吸铁控制扬臂电磁铁吸放工件扬臂 7C直动气缸驱动扬臂顶端电磁铁升降扬臂 8HL工作指示灯显示工作状态两支撑侧板顶部型材 9HA1蜂鸣器事故报警控制板 执 行 机 构 等 10HA2蜂鸣器事故报警控制板 1KM1继电器扬臂左行控制直线单元内侧 2KM2继电器扬臂右行控制直线单元内侧 3KM3继电器控制步进电机得电失电直线单元内侧 4KM4继电器扬臂顺时旋转控制直线单元内侧 5KM5继电器扬臂逆时旋转控制直线单元内侧 控制元件等 6YV电磁阀直动气缸伸缩控制两支撑侧板中间 10 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 5 编制和调试 PLC 自动控制程序。 反复观察分站运行演示，深刻理解控制要求 根据控制要求描述及工作状态表自行绘制自动控制功能图 设置 I/O 编号，并将功能图转换为梯形图输入计算机进行调试 将程序下载至 PLC 进行试运行（断开负载电源） 根据 I/O 编号逐个核对 PLC 与输入输出设备的连接 进行系统调试，实现 PLC 带分站负载运行（接通负载电源） 6 在自动控制程序的基础上增加启动、停止、急停、复位控制和工作方式选择控制。 7 学习分析、查找、排除故障的基本方法。 五、控制要求 （一）自动控制过程说明及工作状态表 初始状态：升降、行进、旋转电机及直动气缸处于原位，扬臂呈静止状态；吸持工件电磁吸铁释 放；工作指示灯熄灭。 在系统全程运行时二直线电机驱动传送带始终保持运行状态（系统启动即开始运转） ；分单元运行 时可选用 PLC 的特殊继电器（与 PLC 运行/停止同状态的继电器）保持其运行状态。 系统运行期间，需根据铣床单元的工作状态选择 A、B 两种不同的控制过程。 A若铣床正在铣削工件则待加工完毕后向上料单元发出转运信号： 1.当上料单元接收到铣削完毕信号后，工作指示灯发光，直流电机驱动齿轮齿条动作，上料单元左行 至铣床方向。 2.上料单元左行到位后，气动回路的电磁换向阀动作，气缸活塞杆伸出，带动电磁铁下降。 3.气缸活塞杆伸出到位后，电磁吸铁得电，通过主体工件上安装的金属条吸取工件主体。吸持工件 s 后，气动回路电磁换向阀复位，气缸活塞杆收回，电磁铁持工件回缩（若一次吸合未果，即安 装在电磁吸铁上的微动开关未发出信号，蜂鸣器发出音响报警信号） 。 4.安装在电磁吸铁上的微动开关发出信号表示完成吸合且气缸回缩归位后，直流电机驱动齿轮齿条动 作，上料单元反向右行。 5.上料单元右行到位后，步进电机切换继电器得电，发出升降脉冲信号。同步带驱动扬臂持工件上行。 6.扬臂上行到位后，步进电机切换继电器失电，此时直流电机带动行星齿轮动作，使扬臂持工件顺向 旋转 180 度，将工件送至下料单元入口处。 7.扬臂旋转到位后，气动回路的电磁换向阀动作，气缸活塞杆伸出，带动电磁铁持工件下降。 8.气缸活塞杆伸出到位后，电磁吸铁失电，对准下料口释放工件，s 后气动回路电磁换向阀复位， 气缸活塞杆收回。 9.气缸回缩到位后，进行 2 秒延时，启动旋转直流电机带动行星齿轮动作，使扬臂逆向旋转。 11 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 10. 气缸回缩且扬臂逆转 180 度回到初始位置后，步进电机切换继电器再次得电，扬臂升降方向为 “” （选中下行） ，且发出升降脉冲信号。此时同步带驱动扬臂下行。 11. 扬臂下行到位后，工作指示灯熄灭，系统回复初始状态。 与上述描述对应的工作状态表如表 1-2 所示： 表 1-2 工作状态表 A 输 入 信 号 输 出 信 号 动 作 顺 序 扬臂下行原位 扬臂上行到位 扬臂逆转原位 扬臂 90 到位 扬臂顺转到位 扬臂右行原位 扬臂左行到位 气缸初始原位 气缸下降至位 工件吸持检测 料槽工件检测 铣削完毕信号 扬臂升降脉冲 扬臂升降方向 扬臂顺时旋转 扬臂逆时旋转 步进电机切换 扬臂左行 扬臂右行 直动气缸 扬臂电磁吸铁 工作指示灯 直线电机 直线电机 蜂鸣报警器 0 1 2 3 (3s)/- 4 5 6 7 8 (2s)/ 9 (2s)/ 10 11 注：1此工作状态表表示吸持工件动作一次完成的控制过程。 2当步进电机切换信号为“”时表示选择升降电机驱动器得电，准备运行。 3当扬臂升降方向信号为“”，同时脉冲信号为“”时，表示执行上行动作； 当扬臂升降方向信号为“”，同时脉冲信号为“”时，表示执行下行动作。 若铣床无工件则向上料单元发出加送信号： 1.当有工件放入工件槽时，工件传感器发出检测信号，工作指示灯发光，控制扬臂顺时旋转的直流电 机带动行星齿轮动作，使扬臂顺向旋转 90 度，对准工件槽。 2.扬臂旋转到位后，气动回路的电磁换向阀动作，气缸活塞杆伸出，带动扬臂终端电磁铁下降。 3.气缸活塞杆伸出到位后，电磁吸铁得电，通过主体工件上安装的金属条吸取工件主体。吸持工件 2s 后，气动回路电磁换向阀复位，气缸活塞杆收回，电磁铁持工件回缩（若一次吸合未果，即安装在 电磁吸铁上的微动开关未发出信号，蜂鸣器发出音响报警信号） 。 4.安装在扬臂终端电磁吸铁上的微动开关发出信号表示完成吸合且气缸回缩归位后，启动扬臂逆时旋 转，带动行星齿轮动作，使扬臂逆向旋转。 5.扬臂逆转 90 度回到初始位置后，直流电机驱动齿轮齿条动作，上料单元左行。 6.上料单元左行到位后，气动回路的电磁换向阀再次动作，气缸活塞杆伸出，带动扬臂终端电磁铁持 工件下降。 12 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 7.气缸活塞杆伸出到位后，电磁吸铁失电，将工件放下；2s 后气动回路电磁换向阀复位，气缸活塞杆 收回，扬臂终端电磁铁回缩。 8.气缸回缩归位后，直流电机驱动齿轮齿条动作，上料单元右行。 9.上料单元右行回位后，工作指示灯熄灭，系统回复初始状态。 与上述描述对应的工作状态表如表 1-3 所示： 表 1-3 工作状态表 B 输 入 信 号 输 出 信 号 动 作 顺 序 扬臂下行原位 扬臂上行到位 扬臂逆转原位 扬臂 90 到位 扬臂顺转到位 扬臂右行原位 扬臂左行到位 气缸初始原位 气缸下降至位 工件吸持检测 料槽工件检测 铣削完毕信号 扬臂升降脉冲 扬臂升降方向 扬臂顺时旋转 扬臂逆时旋转 步进电机切换 扬臂左行 扬臂右行 直动气缸 扬臂电磁吸铁 工作指示灯 直线电机 直线电机 蜂鸣报警器 0 1 2 3(2s)/- 4 5 6 7(2s)/- 8 9 注：内容同表 1-2 注 （二）自动控制程序流程图 图 1-6 为在自动控制工作方式下选择不同控制过程的的程序框图: 图 1-7 为选择控制过程 A 的程序流程图: 铣床上有铣件吗料槽有工件吗 控制过程选择 控制过程A控制过程B 有有 无 无 图 1-6 控制过程选择的程序框图 14 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 12 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 图 1-7 控制过程 A 程序流程图 初始状态 铣床加工完成 左行电机（Q0.2） 左行检测（I0.7） 停止左行电机（Q0.2）； 输出气缸电磁阀（Q0.6） 直流电磁吸铁（Q0.7）； 并延时3秒（T38） 气缸升检测 （I0.5）、吸件检测 （I1.1） 否 3秒后，停止气缸（Q0.6） 停止升降电机（Q0.1）； 停止步进切换（Q1.4）， 输出顺时旋转电机（Q0.0） 顺转检测（I0.2） 停止顺转电机（Q0.0）； 输出气缸（Q0.6） 气缸降检测（I0.6） 否 否 否 是 是 是 是 是 停止电磁铁（Q0.7），延时 2秒（T39） 延时2秒后（T40）输出逆时 旋转电机（Q0.4） 逆转检测（I0.3） 2秒后，停止气缸（Q0.6） 停止逆转电机（Q0.4） 下行电机脉冲、方向 （Q0.1、Q0.5）、步进切换 （Q1.4） 降臂检测（I0.0） 停止下行电机脉冲、方向 （Q0.1、Q0.5）、步进切换 （Q1.4） 气缸升检测（I0.5） 否 否 否 是 是 是 是 右行电机（Q0.3） 右行检测（I1.0） 否 停止右行电机（Q0.3）， 输出升降电机脉冲（Q0.1） 步进切换（Q1.4） 上行检测（I0.1） 否 是 是 15 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 图 1-8 为选择控制过程 B 的程序流程图: 料池工件检测（I0.4） 顺时旋转电机（Q0.0） 90度旋转检测（I1.1） 气缸降检测（I0.6） 电磁铁（Q0.7），延时2秒 （T37） 停止气缸（Q0.6） 逆时旋转电机（Q0.4） 逆转检测（I0.3） 停止逆时旋转电机（Q0.4） 左行电机（Q0.2） 停止顺时旋转电机 （Q0.0），输出气缸 （Q0.6） 气缸升检测 （I0.5）、吸件检测 （I1.1） 左行检测（I0.7） 气缸降检测（I0.6） 停止电磁吸铁（Q0.7），气 缸（Q0.6） 气缸升检测 延时2秒（T41）后 右行电机（Q0.3） 右行检测（Q1.0） 停止右行电机（Q0.3） 停止左行电机（Q0.2）；输 出气缸（Q0.6） 否 否 否 否 否 否 否 否 是 是 是 是 是 是 是 是 初始状态 图 1-8 控制过程 B 程序流程图 16 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 （三）控制方式说明 上料单元独立运行时具有自动、手动两种控制方式。当选择自动方式时本单元呈连续运行工作状 态；当选择手动方式时则相当于步进工作状态，即每按动一次启动按钮系统按设计步骤依次运行一步的 运行方式。 在系统运行期间若按下停止按钮，执行动作立即停止；再按下启动按钮，将在上一停顿状态继续 运行。 当发生突发事故时，应立即拍下急停按钮，系统将切断 PLC 负载供电即刻停止运行（此时所有其 它按钮都不起作用） 。排除故障后需旋起急停按钮，并按下复位按钮，待各机构回复初始状态后按下启 动按钮，本单元方可重新开始运行。 六、I/O 编号分配表 表 1-4 为上料单元控制板上 PLC 的 I/O 编号设置： 表 1-4 上料单元 I/OI/O 分配表 形式序号名称PLC 地址编号地址设置 1扬臂下行检测（复位）I0.0I0.0SQ1 2扬臂上行检测I0.1I0.1SQ2 3顺转检测I0.2I0.2SQ3 4逆转检测（复位）I0.3I0.3SQ5 5工件检测I0.4I0.4S3 6气缸升检测（复位）I0.5I0.5S1 7气缸降检测I0.6I0.6S2 8左行检测(铣床方向)I0.7I0.7SQ6 9右行检测(下料方向)I1.0I1.0SQ7 10工件吸持检测I1.1I1.1SQ8 1190 度旋转检测I1.2I1.2SQ4 12手动/自动按钮I2.0I2.0SA 13启动按钮I2.1I2.1SB1 14停止按钮I2.2I2.2SB2 15急停按钮I2.3I2.3SB3 输入 16复位按钮I2.4I2.4SB4 1顺时旋转（至位）Q0.0Q0.0KM4 2上行电机（至位）Q0.1Q0.1M4:P 3左行电机（至位）Q0.2Q0.2KM1 4右行电机（复位）Q0.3Q0.3KM2 5逆时旋转（复位）Q0.4Q0.4KM5 输出 6下行电机（复位）Q0.5Q0.5M4:P+D EM277 总线模块 设置的站号为： 10 与总站通讯的 地址为： 1617 17 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 7气缸电磁阀Q0.6Q0.6YV 8直流电磁吸铁Q0.7Q0.7YM 9工作指示灯Q1.0Q1.0HL 10直线 I 电机Q1.1Q1.1M2 11直线 II 电机Q1.2Q1.2M3 12步进电机切换继电器Q1.4Q1.4KM3 13蜂鸣器报警Q1.6Q1.6 14蜂鸣器报警Q1.7Q1.7 发送地址V2.0-V3.7(200PLC300PLC) 接收地址V0.0-V1.7(200PLC300PLC) 若运用本单元控制板上的 PLC 进行控制，必须按照表 1-4 设置的 I/O 编号编制程序；若另行选用其它 PLC 进行控制，编制程序时可以任意设置 I/O 编号，但在完成 PLC 与接口板的连接时应特别注意 PLC 编号 与接口板接线的对应关系。 完成上料单元独立运行后若要参与到系统总控台控制的全程运行，需在单元控制的程序中增加如下内 容： 1 增加总控起动、停止、急停、复位等功能，并将本单元的工作状态传送至上位机。 2 为确保后续站工件主体下料单元的运行安全，需将下料电机运行及料仓底部工件检测信号作为本 单元向下料口释放工件的闭锁条件，即在下料电机运行期间或料仓底部工件检测有信号时，本单 元不得向下料口释放工件。 特别提示特别提示 18 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 第二单元 下料单元 七、单元简介 下料单元的主要功能是将前站送入本单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇 机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。 本单元主体结构组成如图 2-1 所示，包括间歇轮、同步齿行带、同步轮、传送电机、直线 单元、工作指示灯等。 本单元在结构设计中涉及到间歇机构、同步带传动、螺杆调节结构、螺杆锁紧结构、张紧 机构等相关的机械原理、机械零件知识。 间歇机构结构图如图 2-2 所示: 图 2-2 间歇机构结构图 机构名称：间歇机构 工作特性：O2轴转动与停止的时间比为1：3。 本机应用目的：控制传动模块。 同步齿型带传动机构结构图如图 2-3 所示: 图 2-1 下料单元 19 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 图 2-3 同步齿型带传动机构结构图 机构名称：同步齿型带传动机构 工作特性：平稳、无噪声，传动中无滑动周向位移, 使W2=W1。 本机应用目的：竖直同步传送模块。 螺杆调节机构结构图如图 2-4 所示: 图 2-4 螺杆调节机构结构图 机构名称：螺杆调节机构 工作特性：结构简单、工作可靠。 本机应用目的：皮带涨紧力调节，机体紧定。 同步机构结构图如图 2-5 所示: 图 2-5 同步机构结构图 机构名称：同步机构 工作特性：由两个相同的齿轮构成，保证两个同步 带下降速度的一致性。 本机应用目的：使工件进入存储料仓过程中保持水 平状态。 W 从动轮主动轮 20 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 同步带所使用的张紧机构由弹簧和弹片构成，将同步带向内侧压紧，保证同步带夹紧工件 主体，不会发生脱落。以上机构协调工作，实现工件主体出/入下料单元的物流处理过程。 为实现本单元的控制功能，在结构的相应位置装设了光电传感器、电感式传感器、电容式 传感器等检测与传感装置，并配备了直流电机、电磁铁等执行机构。详见图 2-6 所示。 八、实训目的 1 1了解下料单元的机械主体结构、熟悉间歇机构等传动过程 2 2通过系统运行过程理解传感检测元件和执行机构的作用 3 3读懂工程图纸，学会照图完成安装接线，掌握检查方法 4 4学习根据控制要求编制和调试 PLC 程序的方法 5 5学习系统调试和分析、查找、排除故障的方法 九、实训设备 1 1下料单元 2 2PC 机 3 3可编程序控制器及通讯电缆 4 4万用表 5 5其它工具 十、实训内容与步骤 1 熟悉下料单元的机械主体结构，了解机械装配方法，重点观察间歇机构、同步带传动、 螺杆调节结构过程和理解螺杆锁紧结构、张紧机构的作用。 2 对照电源系统图（见附录 4）学习电源系统的设计与连接调试方法。 S1工件检测 S2托盘检测 S3料仓底部工件检测 M1传送电机 M2下料电机 YM直流电磁吸铁 HL1红色指示灯 HL2绿色指示灯 图 2-6 下料单元检测元件、控制机构安装位置示意图 HL2HL1M1YMS3 S2 S1 M2 21 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 3 对照图 2-6 查找本单元各类检测元件、执行机构的安装位置，并依据下料单元 PLC 控制 接线图（见附录 5）熟悉其安装接线方法。 4 4 根据表 2-1 理解本单元各检测元件、执行机构的功能，熟悉基本调试方法（必要时可根 据系统运行情况适当调整相应位置） 。 表 2-1 下料单元检测元件、执行机构、控制元件一览表 类别序 号编 号名 称功 能安装位置 1S1电感式传感器检测托盘的位置直线单元上 2S2光电传感器检测托盘上是否有工件直线单元上 检 测 元 件 3S3电容式传感器检测料仓底部是否有工件料仓下部 1M1直流电机驱动直线单元传送带直线单元上 2M2直流电机驱动间歇机构料仓上 3M3直流电机驱动滚筒型转角单元下料单元旁的转角单元 4YM直流电磁吸铁控制托盘位置直线单元上 HL1红色指示灯显示工作状态 5HL HL2绿色指示灯显示工作状态 直线单元侧 6 HA1蜂鸣器事故报警控制板 执 行 机 构 等 7 HA2蜂鸣器事故报警控制板 5 编制和调试 PLC 自动控制程序 1.反复观察分站运行演示，深刻理解控制要求 2.根据控制要求描述及工作状态表自行绘制自动控制功能图 3.设置 I/O 编号，并将功能图转换为梯形图输入计算机进行调试 4.将程序下载至 PLC 进行试运行（断开负载电源） 5.根据 I/O 编号逐个核对 PLC 与输入输出设备的连接 6.进行系统调试，实现 PLC 带分站负载运行（接通负载电源） 6 在自动控制程序的基础上增加启动、停止、急停、复位控制和工作方式选择控制 7 学习分析、查找、排除故障的基本方法 十一、控制要求 （一）自动控制过程说明及工作状态表 初始状态：直线及转角二传送电机、下料电机均处于停止状态；直流电磁吸铁竖起禁行； 工作指示灯熄灭。 系统启动运行后本单元红色指示灯发光；直线电机、转角电机驱动二传送带开始运转且始 22 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 终保持运行状态（分单元运行时可选用与 PLC 运行/停止同状态的特殊继电器保持二传送电机的 运行状态） 。 系统运行期间： 1 当前站上料单元向料仓中放入工件发出信号，经过 4 秒时间确认后，启动下料电机执行将 工件主体下落动作。 2 当工件主体下落 6 秒后，若无托盘到位信号，则停止下料电机运行，将工件置于料仓中等 待。 3 当托盘到达定位口时，底层的电感式传感器发出检测信号，红色指示灯熄灭，绿色指示灯 发光；经过 2 秒时间确认后，启动下料电机继续执行将工件主体下落动作。 4 检测到托盘到位信号，当工件下落至托盘时，工件检测传感器发出检测信号，延时 3 秒确 认后，直流电磁铁吸合下落，放行托盘。 5 托盘放行 2 秒后，电磁吸铁释放处于禁止状态，绿色指示灯熄灭，红色指示灯发光，系统 回复初始状态。 说明：若下料电机从料仓入口至出口动作一个行程后工件检测传感器仍无检测信号，此 时报警器发出警报，提示运行人员需在料仓中装入工件（本套设备中通过延时进行控制） 。 与上述描述对应的工作状态表如表 2-2 所示： 表 2-2 工作状态表 输 入 信 号输 出 信 号 动作顺序 工件检测 托盘检测 料仓底部工件检测 上料单元放件 下料电机 绿色指示灯 直流电磁吸铁 传送电机 转角电机 红色指示灯 蜂鸣器报警 0 1(4s)/ 2(6s)/ 3(2s)/ 4(3s)/ 5(2s)/(2s)/(2s)/ 注：1当本站接受到前站释放工件信号时控制过程按照工作状态表中动作顺序0、1、2、3、4、5依次执行。 2若由于托盘到达本站直接引发的控制过程则按照工作状态表中动作顺序0、3、4、5依次执行。 （二）自动控制过程功能图 图 2-7 为下料单元程序流程图 23 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 图 2-7 下料单元程序流程图 （三）控制方式说明 下料单元独立运行时具有自动、手动两种控制方式。当选择自动方式时本单元呈连续运行 工作状态；当选择手动方式时则相当于步进工作状态，即每按动一次启动按钮系统按设计步骤依 次运行一步的运行方式。 直线传动电机（Q0.3） 转角传动电机（Q0.4） 红色指示灯（Q0.5） 托盘检测（I0.1） 托盘工件检测（I0.0） 延时2秒，输出下料电机 （Q0.0） 停止下料电机，延时3秒 （T39） 延时2秒 停止止动电磁铁（Q0.2） 红色指示灯亮（Q0.5） 绿色指示灯灭（Q0.1） 延时4秒，输出下料电机 （Q0.0） 延时6秒， 停止下料电机（Q0.0） 是 否 3秒后，止动电磁铁 （Q0.2） 绿色指示灯亮（Q0.1） 红色指示灯灭（Q0.5） 初始状态 托盘检测（I0.1） 否 否 上料单元放件 是 否 是 是 24 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 在系统运行期间若按下停止按钮，执行动作立即停止；再按下启动按钮，将在上一停顿状 态继续运行。 当发生突发事故时，应立即拍下急停按钮，系统将切断 PLC 负载供电即刻停止运行（此时 所有其它按钮都不起作用） 。排除故障后需旋起急停按钮，并按下复位按钮，待各机构回复初始 状态后按下启动按钮，本单元方可重新开始运行。 十二、I/O 编号分配表 表 2-3 为下料单元控制板上 PLC 的 I/O 编号设置： 表 2-3 下料单元 I/OI/O 分配表 形式序号名称PLC 地址编号地址设置 1工件检测 I0.0I0.0S2 2托盘检测I0.1I0.1S1 3料槽底层工件检测I0.2I0.2S3 4手动/自动按钮I2.0I2.0SA 5启动按钮I2.1I2.1SB1 6停止按钮I2.2I2.2SB2 7急停按钮I2.3I2.3SB3 输入 8复位按钮I2.4I2.4SB4 1下料电机Q0.0Q0.0M2 2绿色指示灯Q0.1Q0.1HL2 3直流电磁吸铁Q0.2Q0.2KM 4传送电机Q0.3Q0.3M1 5转角电机Q0.4Q0.4M3 6红色指示灯Q0.5Q0.5HL1 7蜂鸣器报警Q1.6Q1.6HA1 输出 8蜂鸣器报警Q1.7Q1.7HA2 EM277 总线模 块设置的站 号为：8 与总站通讯 的地址为： 23 发送地址V2.0-V3.7(200PLC300PLC) 接收地址V0.0-V1.7(200PLC300PLC) 若运用本单元控制板上的 PLC 进行控制，必须按照表 2-3 设置的 I/O 编号编制程序；若另行 选用其它 PLC 进行控制，编制程序时可以任意设置 I/O 编号，但在完成 PLC 与接口板的连接时应 特别注意 PLC 编号与接口板接线的对应关系。 特别提示特别提示 25 机机电电一体化柔性一体化柔性实训实训教学系教学系统统 完成下料单元独立运行后若要参与到系统总控台控制的全程运行，需在单元控制的程序中增加 如下内容： 1 增加总控起动、停止、急停、复位等功能，并将本单元的工作状态传送至上位机。 2 为实现本单元的连续运行功能，需将上料单