生产线设备YL-335B指导书

YL-335B 型 自动生产线装备 实践指导书实践指导书 （三菱（三菱 PLCPLC 版本）版本） 华南理工大学 自动化实验教学中心 2 前 言 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。 亚龙 YL-335B 型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装供料、加 工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各 机构的采用了气动驱动、变频器驱动和伺服（步进）电机位置控制等技术。系统的控 制方式采用每一工作单元由一台 PLC 承担其控制任务，各 PLC 之间通过 CC-LINK 网络通讯实现互连的分布式控制方式。因此，YL-335BYL-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、PLCPLC 控制和组 网、伺服电机位置控制和变频器技术等。利用 YL-335BYL-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-335BYL-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 教学实训考核或技能竞赛的需要。 本实训指导书主要阐述亚龙 YL-335BYL-335B 型自动生产线实训考核装备的基本结构、工 作原理和工作过程。实训指导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，PLCPLC 的编程和组网能力，设备的安装与调试等方面 能收到较好的效果。 鉴于时间仓促和限于编者水平，书中难免有错误及不当之处，恳请读者批评指正。 3 目 录 项目一项目一 了解了解 YL-335B 自动生产线实训考核装备自动生产线实训考核装备.1 1.1 YL-335B 的基本组成.1 1.2 YL-335B 的基本功能.2 1.3 YL-335B 的电气控制.5 1.3.1 YL-335B 工作单元的结构特点.5 1.3.2 YL-335B 的控制系统.6 1.4 供电电源.7 1.5 气源处理装置.8 项目二项目二 供料单元控制系统实训供料单元控制系统实训.10 2.1 了解供料单元的结构和工作过程.10 2.2 相关知识点.11 2.2.1 供料单元的气动元件.11 2.2.2 认知有关传感器（接近开关）.15 2.3 供料单元安装技能训练.19 2.4 供料单元的 PLC 控制系统.21 2.4.1 工作任务.21 2.4.2 PLC 的 I/O 接线.22 2.4.3 供料单元单站控制的编程思路.23 2.4.4 调试与运行.25 项目三项目三 加工单元控制系统实训加工单元控制系统实训.26 3.1 加工单元的结构和工作过程.26 3.2 相关的知识点.28 3.2.1 了解直线导轨.28 3.2.2 加工单元的气动元件.29 3.3 加工单元的安装技能训练.30 3.4 加工单元 PLC 控制系统设计.32 3.4.1 工作任务.32 3.4.2 PLC 的 I/O 分配及系统安装接线.33 3.4.3 编写和调试 PLC 控制程序.35 项目四项目四 装配单元控制系统实训装配单元控制系统实训.37 4.1 装配单元的结构与工作过程.37 4.2 相关的知识点.40 4.2.1 装配单元的气动元件.40 4 4.2.2 认知光纤传感器.43 5.3 装配单元的安装技能训练.44 4.4 装配单元 PLC 控制系统设计.46 4.4.1 工作任务.46 4.4.2 PLC 的 I/O 分配及系统安装接线.46 4.4.3 编写和调试 PLC 控制程序.48 项目五项目五 分拣单元控制系统实训分拣单元控制系统实训.51 5.1 分拣单元的结构和工作过程.51 5.2 分拣单元安装技能训练.53 5.2 相关知识点.55 5.2.1 旋转编码器概述.55 5.2.2 三菱 FR-A740 变频器简介.57 5.2.2.1 FR-A740 变频器的安装和接线.57 5.2.2.2 变频器的操作面板的操作训练.61 5.2.2.3 常用参数设置训练.65 5.3 分拣单元的 PLC 控制及编程.69 5.3.1 工作任务.69 5.3.2 PLC 的 I/O 接线.70 5.3.3 分拣单元的编程要点.72 5.3.3.1 高速计数器的编程.72 5.3.3.2 程序结构.76 项目六项目六 认识人机界面认识人机界面.77 6.1 认知 GT1055-QSBD-C 人机界面.77 6.1.1 GT1055-QSBD-C 人机界面的硬件连接.77 6.2.2 变频器输出的模拟量控制.81 项目七项目七 输送单元控制系统实训输送单元控制系统实训.86 7.1 输送单元的结构与工作过程.86 7.2 输送单元安装技能训练.90 7.3 相关的知识点.92 7.3.1 认知伺服电机及伺服放大器.92 7.3.1.1 永磁交流伺服系统概述.92 7.3.1.2 三菱 MR-J3 系列 AC 伺服电机驱动器.94 7.3.2 QD75P1 定位模块的使用与编程.98 7.4 输送单元的 PLC 控制与编程.101 7.4.1 工作任务.101 7.4.2 PLC 的选型和 I/O 接线.104 项目八项目八 YL-335B 的整体控制的整体控制.106 8.1 认知三菱 PLC CC-LINK 通信.106 5 8.1.1 认识 QJ61BT11N 与 FX2N-32CCL.106 8.1.2 CC-LINK 通信线缆连接.107 8.1.3 组建 CC-LINK 通信网络.108 8.2 系统整体控制实训的工作任务描述.110 8.3 工作任务的实现.118 8.3.1 设备的安装和调整.118 8.3.2 有关参数的设置和测试.119 8.3.3 人机界面组态.120 8.3.3.1 工程分析和创建.120 8.3.3.2 欢迎画面组态.120 8.3.3.3 主画面组态.123 8.3.4 编写和调试 PLC 控制程序.129 8.3.4.1 规划通信数据.129 8.3.4.2 从站单元控制程序的编制.131 8.3.4.3 主站单元控制程序的编制.133 1 项目一项目一 了解了解 YL-335BYL-335B 自动生产线实训考核装备自动生产线实训考核装备 1.11.1 YL-335BYL-335B 的基本组成的基本组成 亚龙 YL-335B 型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供 料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元 5 个单元组成。其外观如图 1-1 所示。 其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系 统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体 运动则采取伺服电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点 的特点，是一个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频 器驱动三相异步电动机的交流传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用 最为广泛的电气控制技术。 在 YL-335BYL-335B 设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物 体通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之 一，是现代工业实现高度自动化的前提之一。 在控制方面，YL-335BYL-335B 采用了基于 CC-LINKCC-LINK 网络通信的 PLCPLC 网络控制方案，即每 图图 1-1 YL-335B 外观外观 图图 2 一工作单元由一台 PLC 承担其控制任务，各 PLC 之间通过 CC-LINK 网络通讯实现 互连的分布式控制方式。用户可根据需要选择不同厂家的 PLCPLC 及其所支持的 CC- LINK 网络通信模式，组建成一个小型的 PLCPLC 网络。小型 PLCPLC 网络以其结构简单，价 格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据 相当的份额。另一方面，掌握基于 CC-LINK 网络通信的 PLCPLC 网络技术，将为学习三 菱系列现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。 1.21.2 YL-335BYL-335B 的基本功能的基本功能 YL-335BYL-335B 各工作单元在实训台上的分布如图 1-2 的俯视图所示。 图图 1-21-2 YL-335BYL-335B 俯视图俯视图 各个单元的基本功能如下： 1、供料单元的基本功能：供料单元是 YL-335BYL-335B 中的起始单元，在整个系统中， 起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中 待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送 到其他单元上。如图 1-3 所示为供料单元实物的全貌。 3 图图 1-31-3 供料单元实物的全貌供料单元实物的全貌 2、加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机 械手装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上， 待输送单元的抓取机械手装置取出。如图 1-4 所示为加工单元实物的全貌。 图图 1-41-4 加工单元实物的全貌加工单元实物的全貌 3、装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已 4 加工的工件中的装配过程。装配单元总装实物图如 1-5。 图图 1-51-5 装配单元总装实物图装配单元总装实物图 4、分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣， 使不同颜色的工件从不同的料槽分流的功能。如图 1-6 所示分拣单元实物的全貌。 图图 1-61-6 分拣单元实物的全貌分拣单元实物的全貌 5 5、输送单元的基本功能：该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到 指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指 定地点然后放下，实现传送工件的功能。输送单元的外观如图 1-7 所示。 图图 1-71-7 输送单元外观图输送单元外观图 直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视实训目的而定。YL-YL- 335B335B 的标准配置为伺服电机。 1.31.3 YL-335BYL-335B 的电气控制的电气控制 1.3.11.3.1 YL-335BYL-335B 工作单元的结构特点工作单元的结构特点 YL-335BYL-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 PLCPLC 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 PLCPLC 装置之间的信息交换是 一个关键的问题。YL-335BYL-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。PLCPLC 的 I/OI/O 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 1-8 和图 1-9 分别是装置侧的接线端口和 PLC 侧的接线端口。 图图 1-81-8 装置侧接线端口装置侧接线端口图图 1-91-9 PLCPLC 侧接线端口侧接线端口 6 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。 PLCPLC 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 PLCPLC 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。 1.3.21.3.2 YL-335BYL-335B 的控制系统的控制系统 YL-335BYL-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 1-10 所 示。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。 图图 1-101-10 按钮指示灯模块按钮指示灯模块 模块盒上器件包括： 指示灯（24VDC）：黄色（HL1） 、绿色（HL2） 、红色（HL3）各一只。 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） 2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于主站采用三 菱 Q 系列 PLC，从站采用三菱 FX 系列 PLC 的设备，YL-335BYL-335B 的配置是采用了 CC- LINK 网络通信方式。设备出厂的控制方案如图 1-11 所示。 7 图图 1-111-11 YL-335BYL-335B 的通信网络的通信网络 各工作站 PLCPLC 配置如下： 1 输送单元：Q02HCPU 主单元，QX41 DC 输入模块共 32 点输入，QY41P 晶 体管输出模块共 32 点晶体管输出。 2 供料单元：FX3U-32M 主单元，共 16 点输入，16 点继电器输出。 3 加工单元：FX3U-32M 主单元，共 16 点输入，16 点继电器输出。 4 装配单元：FX3U-48M 主单元，共 24 点输入，24 点继电器输出。 分拣单元：FX3U-32M 主单元，共 16 点输入，16 点继电器输出。 3、人机界面 系统运行的主令信号（复位、启动、停止等）通过触模屏人机界面给出。同时， 人机界面上也显示系统运行的各种状态信息。 人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。使用人机界面能够明 确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作 上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机 器的配线标准化、简单化，同时也能减少 PLC 控制器所需的 I/O 点数，降低生产的 成本，同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。 YL-335BYL-335B 采用了三菱 GT1055-QSBD-C 触摸屏作为它的人机界面。GT1055-QSBD-C 是一款集显示、运算、通讯三位一体的高速应对工控机。该产品设计采用了 5.7 英寸 高亮度 TFT 液晶显示屏（分辨率 800480） ，可显示世界各国的语言，GT1055-QSBD-C 触摸屏的使用、人机界面的组态方法，将在项目六（分拣单元控制系统实训）中介绍。 1.41.4 供电电源供电电源 外部供电电源为三相五线制 AC 380V/220V，图 1-12 为供电电源模块一次回路原 8 理图。图中，总电源开关选用 DZ47LE-32/C32 型三相四线漏电开关。系统各主要负载 通过自动开关单独供电。其中，变频器电源通过 DZ47C16/3P 三相自动开关供电；各 工作站 PLCPLC 均采用 DZ47C5/2P 单相自动开关供电。此外，系统配置 4 台 DC24V6A 开关 稳压电源分别用作供料加工、装配、分拣及输送单元的直流电源。 图图 1-121-12 供电电源模块一次回路原理图供电电源模块一次回路原理图 图图 1-131-13 配电箱设备安装图配电箱设备安装图 9 1.51.5 气源处理装置气源处理装置 YL-335BYL-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。 图图 1-141-14 气源处理组件气源处理组件 气源处理组件输入气源来自空气压缩机，所提供的压力为 0.61.0MPa, 输出压 力为 00.8MPa 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。 10 项目项目二二 供料单元控制系统实训供料单元控制系统实训 2.12.1 了解供料单元的结构和工作过程了解供料单元的结构和工作过程 供料单元的主要结构组成为：工件装料管，工件推出装置，支撑架，阀组，端子 排组件，PLCPLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。其中，机械部分结构组 成如图 2-1 所示。 其中，管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层 的工件推出到出料台上。它主要由管形料仓、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、 漫射式光电传感器组成。 该部分的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活 塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位 置，而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时， 首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而 把最下层工件推到物料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返 回，松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工 图图 2-12-1 供料单元的主要结构组成供料单元的主要结构组成 11 件，为下一次推出工件做好准备。 在底座和管形料仓第 4 层工件位置， 分别安装一个漫射式光电开关。它们的 功能是检测料仓中有无储料或储料是否 足够。若该部分机构内没有工件，则处 于底层和第 4 层位置的两个漫射式光电 接近开关均处于常态；若仅在底层起有 3 个工件，则底层处光电接近开关动作 而第 4 层处光电接近开关常态，表明工 件已经快用完了。这样，料仓中有无储 料或储料是否足够，就可用这两个光电 接近开关的信号状态反映出来。 推料缸把工件推出到出料台上。出 料台面开有小孔，出料台下面设有一个圆柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出 光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，以便向系统提供本单元出料台有无工件的 信号。在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手 装置来抓取此工件。 2.22.2 相关知识点相关知识点 2.2.12.2.1 供料单元的气动元件供料单元的气动元件 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 2-3 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。 图图 2-22-2 供料操作示意图供料操作示意图 12 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 单向节流阀来实现。 单向节流