工业自动化产品线讲解

1、安徽机电职业技术学院安徽机电职业技术学院课程设计自动化生产线设计系别电气工程系专业机电一体化班级机电 3131姓名学 号 13021指导教师 王老师20152016 学年第一学期安徽机电职业技术学院目录前 言 1第一章 YL-335B 的系统组成 21.1 YL-335B 的组成 21.2 YL-335B 的电气控制 3第二章 供料站 42.1 供料单元的气动控制系统 42.2 传感器 42.3 供料单元的 PLC控制系统 6第三章 加工站 73.1 加工单元的气动控制系统 73.2 加工单元的 PLC控制系统 7第四章 装配站 94.1 装配单元的气动控制系统 94.2 装配单元的 PLC控

2、制系统 9第五章 分拣站 115.1 分拣单元的气动控制系统 115.2 旋转编码器、超声波传感器 115.3 变频器的选用 12第六章 输送站 136.1 输送单元的气动控制系统 136.2 伺服电机及伺服放大器 136.3 S7-200 PLC 的脉冲输出功能及位控编程 14第七章 335B 的整体控制 157.1 任务的实现 157.2 人机界面组态 16参考文献 18安徽机电职业技术学院第一章 YL-335B 的系统组成1.1 YL-335B 的组成亚龙 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 的送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元 5 个单元

3、组成。如图 1-1 所示。每一工作单元既可自成一个独立的系统， 同时又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， 输送单元的机械手装置整体运 动则采取步进电机驱动、 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 用变频器驱动三相交流异步电动机的传动装置。 位置控制和变频器技术是现代工 业应用最为广泛的电气控制技术。 本设计中 YL-335B 应用传感器来判断物体的运 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装备 应用技术中的关键技术之一， 也是现代工业实

4、现高度自动化的前提之一。 在控制 方面， YL-335B 采用基于 RS485 串行通信的 PLC 网络控制方案，每一工作单元 由一台 PLC 承担其控制任务，各 PLC 之间通过 RS485 串行通信实现互连的分 布式控制方式。用户可根据需要选择不同厂家的 PLC 型号及其所支持的 RS485 通信模式， 组建成一个小型的 PLC 网络。小型 PLC 网络以其结构简单， 价格低 廉的特点在小型自动生产线上有着广泛的应用， 在现代工业网络通信中占据相当 的份额。图 1-1 YL-335B 外观图安徽机电职业技术学院1.2 YL-335B 的电气控制1.2.1 YL-335B 工作单元的结构特点

5、YL-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 PLC 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 PLC 装 置之间的信息交换是一个关键的问题。 YL-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。1.2.2 YL-335B 的控制系统YL-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

6、源于该工作单元按钮指示灯模块。 模块上的指示灯和按钮的 端脚全部引到端子排上。 模块盒上器件包括： 指示灯（ 24VDC） ：黄色（HL1）、 绿色（HL2）、红色（ HL3）各一个。 主令器件：绿色常开按钮 SB1一个、红色 常开按钮 SB2一个、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， 对于采用西门子 S7-200 系列 PLC 的设备， YL-335B 的标准配置是采用 PPI 协议的通信方式。 设备出厂的控制方案输送单元： S7-226 DC/DC/DC 主单元，共 24点输入， 16点晶体管输出。供料单

7、元： S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 点继电器输出。 加工单元： S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 点继电器输出。装配单元： S7-226 AC/DC/RLY 主单元，共 24 点输入， 16 点继电器输出。 分拣单元： S7-224 XP AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 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

8、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。安徽机电职业技术学院第二章 供料站2.1 供料单元的气动控制系统2.1.1 气动元件供料站气动控制回路采用标准双作用直线气缸作为执行元件为了使气缸的 动作平稳可靠， 使用单向节流阀单对气缸的运动速度加以控制， 向节流阀是由单 向阀和节流阀并联而成的流量控制阀， 常用于控制气缸的运动速度， 也

9、称为速度 控制阀。单电控电磁换向阀、 电磁阀组。 YL-335B 所有工作单元的执行气缸都是双作 用气缸， 因此控制它们工作的电磁阀需要有二个工作口和二个排气口以及一个 供气口，故使用的电磁阀均为二位五通电磁阀。 供料单元用了两个二位五通的 单电控电磁阀。两个电磁阀是集中安装在汇流板上的。 汇流板中两个排气口末 端均连接了消声器， 消声器的作用是减少压缩空气在向大气排放时的噪声。 这 种将多个阀与消声器、 汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组， 而每个阀的功能是彼此独立的。2.1.2 气动控制回路气动控制回路是本工作单元的执行机构， 该执行机构的控制逻辑与控制功能 是由 PLC 实

10、现的。气动控制回路的工作原理如图 2-1 所示。图中 1A 和 2A分别 为推料气缸和顶料气缸。 1B1和 1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感 应接近开关，2B1和 2B2 为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。 1Y1 和 2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。通常，这两个气 缸的初始位置均设定在缩回状态。2.2 传感器2.2.1 气动元件YL-335B 各工作单元所使用的传感器都是接近传感器， 它利用传感器对所 接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号。 YL-335B 所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。 这些气缸的缸筒采用导磁性弱、

11、 隔磁性强 的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这 样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。 而安装在气缸外侧的磁性开关则是用 来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。在磁性开关上设置的 LED 显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性 开关动作时，输出信号“ 1” ， LED亮；磁性开关不动作时，输出信号“ 0” ， LED不亮。磁性开关的安装位置可以调整， 调整方法是松开它的紧固定位螺栓， 让磁性 开关着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧固定螺栓。安徽机电职业技术学院磁性开关有蓝色和棕色 2 根引出线， 使用时蓝色引出线应连接到 PLC 输入公共 端，棕色

12、引出线应连接到 PLC 输入端。磁性开关的内部电路如图 2-1 中虚线框 内所示图 2-1 供料单元气动控制回路2.2.2 漫射式光电开关漫射式光电接近开关供料单元中， 用来检测工件不足或工件有无的漫射式光 电接近开关选用神视（ OMRO）N公司的 CX-441 （E3Z-L61）型放大器内置型光电 开关（细小光束型， NPN 型晶体管集电极开路输出） ，该光电开关的外形和顶端 面上的调节旋钮与显示灯如图 2-2 所示。安徽机电职业技术学院光电开关和顶端面节旋钮与图 2-2 的外形 上的调 显示灯用来检测物料台上有无物料的光电开关是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

13、过小孔检测是否有工件存在， 该光电开关选用 SICK 公 司产品 MHT15-N2317型 。图 2-3 CX-441 （ E3Z-L61）光电开关电路原理图2.3 供料单元的 PLC 控制系统安徽机电职业技术学院根据工作单元装置的 I/O 信号分配（表 2-1 ）和工作任务的要求，供料 单元 PLC 选用 S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 点继电器输出。 PLC 的 I/O 信号分配如表 2-1 所示。表 2-1 供料单元装置侧的接线端口信号端子的分配安徽机电职业技术学院第三章 加工站3.1 加工单元的气动控制控制3.1.1 气动元件加工单元所使用气动执行元

14、件包括标准直线气缸、 薄型气缸和气动手指。 加 工单元的气动控制元件均采用二位五通单电控电磁换向阀， 各电磁阀均带有手动 换向和加锁钮。它们集中安装成阀组固定在冲压支撑架后面。 气动控制回路的 工作原理如图 3-1 所示。 1B1 和 1B2 为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的 磁感应接近开关， 2B1 和 2B2 为安装在加工台伸缩气缸的两个极限工作位置的 磁感应接近开关， 3B1 为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。 1Y1、2Y1 和 3Y1 分别为控制冲压气缸、加工台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制 端。图 3-1 加工单元气动控制回路工作原理图3.2 加工单元的 PLC控

15、制系统PLC 的 I/O 分配及系统安装接线，装置侧接线端口信号分配如表 3-1 所示 加工单元选用 S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 点继电器输出。安徽机电职业技术学院表 3-1 加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配表 3-2 加工单元 PLC的 I/O 信号表安徽机电职业技术学院第四章 装配站4.1图 4-1 装配单元气动控制回路4.1.1 示灯、传感器1、警示灯本工作单元上安装有红、橙、绿三色警示灯，它是作为整个系统 警示用的。警示灯有五根引出线，其中黄绿双色线：黄绿双色线为”“地线”； 红色线：红色灯控制线；黄色线：橙色灯控制线，绿色线：绿色灯控制线

16、；黑色 线：信号灯公共控制线。2、光纤传感器光纤型传感器由光纤检测头、 光纤放大器两部分组成， 放大器和光纤检测头 是分离的两个部分， 光纤检测头的尾端部分分成两条光纤， 使用时分别插入放大10安徽机电职业技术学院器的两个光纤孔。调节其中部的 8 旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调 节（顺时针旋转灵敏度增大） 。调节时，会看到“入光量显示灯”发光。当探测 器检测到物料时， “动作显示灯”会亮，提示检测到物料。4.2 装配站 PLC控制系统装配单元的 I/O 点较多，共 24点输入， 16 点继电器输出图 4-2 PLC 接线原理图表 4-1 装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配第五章

17、分拣站11安徽机电职业技术学院5.1 分拣单元的气动控制系统 分拣单元的电磁阀组使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀， 它们安装在汇流板上。 这三个阀分别对金属、 白料和黑料推动气缸的气路进行控 制，以改变各自的动作状态。本单元气动控制回路的工作原理如图 5-1 所示。 图中 1A、2A和 3A分别为分拣一气缸、分拣二气缸和分拣三气缸。 1B1、2B1 和 3B1 分别为安装在各分拣气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。 1Y1、2Y1 和 3Y1 分别为控制 3 个分拣气缸电磁阀的电磁控制端。分拣单元气动控制回路工作原理图 5-112安徽机电职业技术学院5.2 旋转编码器、超声波传

18、感器5.2.1 旋转编码器YL-335B 分拣单元使用了这种具有 A 、 B 两相 90o 相位差的通用型旋转编 码器，用于计算工件在传送带上的位置。 编码器直接连接到传送带主动轴上。 该 旋转编码器的三相脉冲采用 NPN型集电极开路输出，分辨率 500 线，工作电源 DC1224V。本工作单元没有使用 Z 相脉冲， A、 B 两相输出端直接连接到 PLC （S7-224XP AC/DC/RLY 主单元）的高速计数器输入端。5.2.2 超声波传感器如 5-2 图所示：左边绿色指示灯为电源和信号强度指 示灯，右边黄色指示灯为信号输出指示灯， TEACH为调节 按钮 参数设置 近限和远限手动设置1

19、 、 进入编程模式：长按 TEACH Push Button 直到OUT灯变红；2 、 设置低限：短按 TEACH Push Button，设置完成 OUT灯闪烁；3 、 设置高限：短按 TEACH Push Button，设置完 成退出编程模式，进入 RUN模 式 OUT灯变回初 始状态；4 、 低限或高限没有设置完成前，长按 TEACH Push Button，退出编程模式；5 、 在编程模式下，低限设置前，如果时间超过 120 秒，退出编程模式 超声波传感器接线说明： 棕色（ bn）： +24v13安徽机电职业技术学院蓝色 (bu) ：0V(模拟量输出公共端) 白色 (wh): 模拟量输

20、出端 黑色 (bk) ：开关量信号端 灰色 (gy): 远程终端 屏蔽线 (shiled) 接地端。图 5-25.3 变频器的选用 分拣单元输送 皮带的速度由变频 器控制，该单元选 用的变频器型号 为：西门子 MM420 变频器。14安徽机电职业技术学院第六章 输送站6.1 输送单元的气动控制系统6.1.1气动元件 输送单元的气动系统由：气动手爪、伸缩气缸、回转气缸、提升气缸、 2 个 二位五通双向控阀、 2 个二位五通单向电控阀电组成。输送单元的抓取机械手装 置上的所有气缸连接的气管沿拖链敷设， 插接到电磁阀组上， 其气动控制回路如 图 6-1 所示。图 6-1 输送单元气动控制回路原理图6

21、.2 伺服电机及伺服放大器YL-335B 所使用的松下 MINASA 4 系列 AC 伺服电机 ?驱动器，电机编码器反 馈脉冲为 2500 pulse/rev 。缺省情况下，驱动器反馈脉冲电子齿轮分 - 倍频值为 4 倍频。如果希望指令脉冲为 6000 pulse/rev ，那末就应把指令脉冲电子齿轮 的分- 倍频值设置为 10000/6000。从而实现 PLC每输出 6000 个脉冲，伺服电机 旋转一周，驱动机械手恰好移动 60mm的整数倍关系。 松下 MINAS A4 系列 AC 伺 服电机?驱动器，在 YL-335B 的输送单元上中， 采用了松下 MHMD022P1U永 磁同 步交流伺服

22、电机， 及 MADDT1207003全 数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输 机械手的运动控制装置。 MADDT1207003伺 服驱动器面板上有多个接线端口，其 中：X1：电源输入接口， AC220V电源连接到 L1、L3 主电源端子，同时连接到控 制电源端子 L1C、L2C 上。X2：电机接口和外置再生放电电阻器接口。 U、V、W 端子用于连接电机。必 须注意，电源电压务必按照驱动器铭牌上的指示，电机接线端子（ U、V、W）不 可以接地或短路，交流伺服电机的旋转方向不象感应电动机可以通过交换三相相15安徽机电职业技术学院序来改变，必须保证驱动器上的 U、V、W、E 接线端子与电机主回路接线

23、端子按 规定的次序一一对应， 否则可能造成驱动器的损坏。 电机的接线端子和驱动器的 接地端子以及滤波器的接地端子必须保证可靠的连接到同一个接地点上。 机身也 必须接地。 RB1、 RB2、 RB3 端子是外接放电电阻， MADDT1207003的 规格为 100?/10W，YL-335B 没有使用外接放电电阻。X6：连接到电机编码器信号接口，连接电缆应选用带有屏蔽层的双绞电缆， 屏蔽层应接到电机侧的接地端子上， 并且应确保将编码器电缆屏蔽层连接到插头 的外壳（ FG）上。X5：I/O 控制信号端口， 其部分引脚信号定义与选择的控制模式有关， 不同 模式下的接线请参考松下 A 系列伺服电机手册

24、。YL-335B 输送单元中，伺 服电机用于定位控制，选用位置控制模式。所采用的是简化接线方式。松下的伺服驱动器有七种控制运行方式， 即位置控制、 速度控制、转矩控制、 位置/ 速度控制、位置 /转矩、速度 / 转矩、全闭环控制。位置方式就是输入脉冲 串来使电机定位运行， 电机转速与脉冲串频率相关， 电机转动的角度与脉冲个数 相关；速度方式有两种，一是通过输入直流 -10V 至 +10V 指令电压调速，二是 选用驱动器内设置的内部速度来调速；转矩方式是通过输入直流 -10V 至 +10V 指令电压调节电机的输出转矩， 这种方式下运行必须要进行速度限制， 有如下两 种方法： 1、设置驱动器内的参

25、数来限制 2 、输入模拟量电压限速。6.3 S7-200 PLC 的脉冲输出功能及位控编程S7-200 有两个内置 PTO/PWM发 生器，用以建立高速脉冲串（ PTO）或脉宽 调节（ PWM）信号波形。一个发生器指定给数字输出点 Q0.0，另一个发生器指定 给数字输出点 Q0.1。当组态一个输出为 PTO 操作时，生成一个 50%占空比脉冲 串用于步进电机或伺服电机的速度和位置的开环控制。内置 PTO 功能提供了脉 冲串输出，脉冲周期和数量可由用户控制。 但应用程序必须通过 PLC 内置 I/O 提 供方向和限位控制。 为了简化用户应用程序中位控功能的使用， STEP7-Micro/WIN

26、提供的位控向导 可以帮助用户在很短的时间内全部完成 PWM、PTO 或位控模块的组态。 向导可以 生成位置指令，用户可以用这些指令在其应用程序中为速度和位置提供动态控 制。运动包络组态完成后，向导会为所选的配置生成四个项目组件（子程序） ， 分别是： PTOx_CTRL子程序 （控制）、 PTOx_RUN子程序 （运行包络） ， PTOx_LDPOS和 PTOx_MAN子程序（手动模式） 子程序。 一个由向导产生的子程序 就可以在程序中调用。16安徽机电职业技术学院第七章 335B 的整体控制7.1 任务的实现7.1.1 供料站的工作流程： 供料站接收到系统发来的供料指令后， 如果出料台上 没

27、有工件， 即进行把工件推到出料台上的操作。 工件推出到出料台后， 应向系统 发出出料台上有工件信号。 若供料站的料仓内没有工件或工件不足， 则向系统发 出报警或预警信号。7.1.2 装配站的工作流程： 1 、启动后，如果回转台上的左料盘内没有小园柱零 件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台 回转操作。 2、如果回转台上的右料盘内有小园柱零件且装配台上有待装配工件， 开始执行装配过程。执行装配机械手抓取小园柱零件， 放入待装配工件中的操作。 装入动作完成后，向系统发出装配完成信号。 3、完成装配任务后，装配机械手 应返回初始位置，等待下一次装配。 4、 若计划生产

28、任务已经完成，本站收到来 自系统的停止运行指令时， 则芯料供料机构应立即停止供料， 正在进行装配工作 的情况下， 装配单元在完成本次装配后停止工作。 5、 如果装配站的料仓或料槽 内没有小园柱零件或零件不足，应向系统发出报警或预警信号。7.1.3 加工站的工作流程： 加工站接收到系统发来的启动信号时， 即进入运行状 态。当加工台上有工件且被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压， 完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。 冲压动作完成且加工台返回待料 位置后，向系统发出加工完成信号。 如果没有停止信号输入， 当再有待加工工件 送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。7.1.4 输送

29、站的工作流程： 1、输送站接收到人机界面发来的启动指令后，即把 启动指令发往各从站。 2、在接收到供料站的“出料台上有工件”信号后，输送 站抓取机械手装置应执行抓取供料站工件的操作。 动作完成后， 伺服电机驱动机 械手装置以不小于 300mm/s的速度移动到装配站装配台的正前方， 把工件放到装 配站的装配台上。 3、接收到装配完成信号后， 机械手装置应抓取已装配的工件， 然后从装配站向加工站运送工件， 到达加工站的加工台正前方， 把工件放到加工 台上。机械手装置的运动速度要求与 2 相同。 4、接收到加工完成信号后，机械 手装置应执行抓取已压紧工件的操作。抓取动作完成后，机械手臂逆时针旋转 9

30、0，然后伺服电机驱动机械手装置移动到分拣站进料口。 执行在传送带进料口 上方把工件放下的操作。 机械手装置的运动速度要求与 2 相同。 5、 机械手装置 完成放下工件的操作并缩回到位后，手臂应顺时针旋转90，等待下一次搬运17安徽机电职业技术学院工作。7.1.5 分拣站的工作流程：分拣站接收到系统发来的启动信号时， 即进入运行状 态。当输送站机械手装置放下工件、缩回到位后，分拣站的变频器即启动，驱动 传动电动机，人机界面所指定的变频器运行频率的速度， 把工件带入检测区进行 芯件嵌入高度检测和芯件颜色检测。进行芯件嵌入高度检测时允许传送带停车， 停车时间可根据检测装置的特性自行确定。7.2 人机

31、界面组态在 TPC7062KS人机界面上组态画面，要求用户窗口包括欢迎界面和运行界面 2个窗口。欢迎界面是启动界面，触摸屏上电并进行权限检查后运行，欢迎界面 屏幕上方的标题文字向左循环移动，循环周期约 14 秒，当触摸欢迎界面位图框 内的任意部位时，都将切换到“运行界面”。1、根据工作任务，对工程分析并规划如下： 工程框架：有 2 个用户窗口，即欢迎画面和运行画面，其中欢迎画面是 启动界面。 1 个策略：循环策略。 数据对象： 各工作站以及全线的工作状 态指示灯、单机全线切换旋钮、启动、停止 、复位按钮、变频器输入频率设定、 机械手当前位置等。 图形制作：欢迎画面窗口：图片：通过位图装载实 现

32、；文字：通过标签实现；按钮：由对象元件库引入。 运行画面窗口： 文字：通过标签构件实现； 各工作站以及全线的工作状态指示灯、时钟：由 对象元件库引入；单机全线切换旋钮、启动、停止 、复位按钮：由对象元件 库引入。2、建立欢迎画面：选中“窗口 0” ，单击“窗口属性” ，进入用户窗口属性设置，包括： 窗口名称改为“欢迎画面” 窗口标题改为：欢迎画面。 在“用户窗口”中， 选中“欢迎” ，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该 窗口设置为运行时自动加载的窗口选中“欢迎画面”窗口图标，单击“动画组 态” ，进入动画组态窗口开始编辑画面。3、“欢迎画面”组态： 装载位图： 选择“工具箱”内的“位图”按钮鼠标的光标呈“十字” 形，在窗口左上角位置拖拽鼠标，拉出一个矩形，使其填充整个窗口在位图上单 击右键，选择“装载位图” ，找到要装载的位图，点击选择该位图，然后点击 “打开”按钮，则图片该装载到了窗口。