精品课程的教学设计

1、2机械手的plc控制18123456v 机电一体化装置在机电设备安装调试岗位是必不可少的技能，本情境通过yl-235a作为载体，围绕岗位，进行机电设备的安装技能训练，由于本课程主要是plc的运行调试，所以设备的安装部分可以通过扩展任务进行。3工件传送装工件传送装置的拆装与置的拆装与调试调试传感器、气传感器、气路及电气线路及电气线路连接与调路连接与调试试气动机械手气动机械手的拆装与调的拆装与调试试yl-235a设设备总装调试备总装调试5传感器、气路及电气线路连接与调试 任务实施任务实施 拓展训练拓展训练 任务任务描述描述任务任务分析分析知识链接知识链接6知识目标：知识目标：1、了解传感器、气动和

2、电气线路的相关知识2、熟悉相关传感器、气动和电气线路连接与调试基础知识7技能目标：技能目标：1、掌握传感器、气动和电气线路拆装的方法2熟悉传感器、气动和电气线路故障分析及排除3. 熟悉自动生产线的总体调试。8 在工件的生产和加工过程中，经常需要对不同颜色和不同材质的工件或物料进行处理和分类，需要通过各种不同的传感器来进行识别。同时，动作的完成需要电气线路和气动回路的支持。插入动画m05-01-001动画 9 yl-235a装置中传感器均为接近开关。接近开关又称无触点行 程开关。它能在一定的距离（几毫米至几十毫米）内检测有无物体靠近。当物体与其接近到设定距离时，就可以发出“动作”信号。接近开关的

3、核心部分是“感辨头”，它对正在接近的物体有很高的感辨能力。接近开关与被测物不接触、不会产生机械磨损和疲劳损伤、工作寿命长、响应快、无触点、无火花、无噪声、防潮、防尘、防爆性能较好、输出信号负载能力强、体积小、安装、调整方便； 缺点是 触点容量较小、输出短路时易烧毁。 101、电感传感器 电感传感器种类很多，如图5-3-1所示，但电感传感器主要性能有：检测距离:2-4mm，体积小,安装方便，动作频率可高达2500hz，极性保护和过载保护，重复精度式式5%，额定电压dc 10-30v，额定电流dc 200ma，通态压降 32.5vdc，空载消耗电流dc 10ma。图2-1-7是电感传感器的外形图。

4、电感传感器在本设备中主要用于检测金属工件，和机械手左右限位信号的检测。电感传感器是三线传感器，其接线方式在下面情境6中讲述。 11122.光电传感器yl-235a传感器上使用了两种光电传感器，一个是落料口ii边上的光电传感器，如图5-3-2所示；还有是料盘出口处的光电传感器，如图2-1-11所示。两者都是漫反射光电传感器。132.光电传感器 yl-235a传感器上使用了两种光电传感器，一个是落料口ii边上的光电传感器，如图5-3-2所示；还有是料盘出口处的光电传感器，如图2-1-11所示。两者都是漫反射光电传感器。 14 料盘口的光电传感器是一种漫反射式光电开关，e3z-l型光电开关的属漫射式

5、接近开关，其工作原理是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的。因它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。 e3z-l型光电开关为三线型光电传感器。15 3.光纤传感器yl-235a设备上使用的光纤传感器外形如图5-3-3，安装时卡在槽中中就行。16光纤传感器的原理图如图5-3-4所示。属三线传感器，褐色接dc24v，。17黑色接信

6、号线，蓝色接0v。光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。从而可以通过调节灵敏度判别黑白两种颜色物体，将两种物料区分开，从而完成自动分拣工序。光纤传感器的调节说明如图5-3-5所示。18注：在传感器的连接上一定要按接线图进行连接，否则会损坏传感器。194磁性开关 在yl-235a设备上还使用了很多磁性开关，如图5-3-6所示。这里用于机械手的上下限位信号、前后

7、限位信号、夹紧限位信号。图5-3-7是前后限位的安装示意图。图5-3-6 磁性开关的外形图5-3-7 前后限位磁性开关安装示意图20磁性开关原理图和接线图如图5-3-10所示，是两线制传感器。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，棕色引出线应连接到plc输入端子。磁性开关的内部电路如图5-3-8虚线框内所示，为了防止实训时错误接线损坏磁性开关，yl-235a上所有磁性开关的棕色引出线都串联了电阻和二极管支路。因此，使用时若引出线极性接反，该磁性开关不能正常工作 。215、常用传感器的使用说明 （1）电感式接近传感器由高频震荡、检波、放大、触发及输出电路等组成

8、。震荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物料接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了震荡器的能量。使震荡减弱以至停滞。震荡器的震荡及停振这两种状态，转换为电信号通过整形放大器转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。22（2）光电传感器是一种红外调制型无损检测光电传感器。采用高效果红外发光二极管、光敏三极管作为光电转换元件。工作方式有同轴反射和对射型。在本实训装置中均采用同轴反射型光电传感器，它们具有体积小，使用简单，性能稳定，寿命长，响应速度快，抗冲击，耐震动，接受不受外界干扰等优点。23（3）磁性开关的使用说明磁性传感器是用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程的。它可分为有

9、触点式和无触点式两种。本装置上用的磁性传感器均为有触点式的。它是通过机械触点的动作进行开关的通（on）断（off）。用磁性传感器来检测活塞的位置，从设计、加工、安装、调试等方面，都比使用其他限位开关方式简单、省时。触点接触电阻小，一般为50200m，但可通过电流小，过载能力较差，只适合低压电路。246、传感器接线（1）三线制传感器三根线分别是：电源+ 2、信号线 3、电源- 电源+接plc输出的24v,电源-接plc输入端子的com端，信号线接plc的信号输入端子（2）两线制传感器有两个线： 1、信号线 2、电源- 线信号线接plc的信号输入端，电源- 线接plc的输入端子的com引脚。25y

10、l-235a装置中气动主要分为两部分： 1.气动执行元件部分有双作用单出杆气缸、双作用单出双杆气缸、旋转气缸、气动手爪。2.气动控制元件部分有单控电磁换向阀、双控电磁换向阀、节流阀、磁性限位传感器。气动各部件的回路图如图5-3-9所示。26图5-3-9 yl-235a的气动各部件的回路图27图5-3-9 yl-235a的气动各部件的回路图281、气动部件的组成、气动部件的组成气动部件是由能源部件、控制元件、执行元件、辅助装置四部分组成：用图形符号来表征系统中的各个元件及其功能，这就构成了气动各部件的回路图。采用回路图将这些符号组合起来可以构成对一个实际控制问题的解决方案，它可以用一个分层的信号

11、流图来表示。如图5-3-10所示。29图5-3-10 气动系统的回路图执行元件执行元件控制元件控制元件能源部件能源部件302、常用气动部件、常用气动部件（1）空气压缩机空气压缩机的主要技术参数：额定电压:220v，额定频率:50hz，排气量: 50l/min，噪音值: 52分贝，储气罐: 25l，压力: 8公斤，重量: 29kgs，尺寸: 40x40x61cm，如图5-3-11所示。31（2）气源处理组件 (油水分离器)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。输出的压缩空气送到各工作单元。如图5-3-12所示。32（3）调压阀调压阀

12、的作用是将较高的输入压力调整到符合设备使用要求的压力，并保持输出压力稳定。由于调压阀的输出压力必然小于输入压力，所以调压阀也常被称为减压阀。yl-235a光机电一体化实训装置的调压阀如图5-3-15所示。图5-3-15 直动式调压阀结构及实物图1-调节手柄 2-调压弹簧 3-膜片 4-阀芯 5-溢流孔 6-下弹簧座 7-阻尼管 8-阀口12345678图形符号33（4）气动三联件油雾器、空气过滤器和调压阀组合在一起构成的气源调节装置，通常被称为气动三联件，是气动系统中常用的气源处理装置。联合使用时，其顺序应为空气过滤器-调压阀-油雾器，不能颠倒。在采用无油润滑的回路中则不需要油雾器。34（5）

13、执行元件气缸是气压传动系统中使用最多的一种执行元件，根据使用条件、场合的不同，其结构、形状也有多种形式。单作用气缸单作用气缸如图5-3-13所示，它只在活塞一侧可以通入压缩空气使其伸出或缩回，另一侧是通过呼吸孔开放在大气中的。这种气缸只能在一个方向上做功。活塞的反向动作则靠一个复位弹簧或施加外力来实现。由于压缩空气只能在一个方向上控制气缸活塞的运动，所以称为单作用气缸。35简化画法完整画法图形符号图5-3-16 气动三联件的实物图36双作用气缸双作用气缸活塞如图5-3-18所示，它的往返运动是依靠压缩空气从缸内被活塞分隔开的两个腔室（有杆腔、无杆腔）交替进入和排出来实现的，压缩空气可以在两个方

14、向上做功。由于气缸活塞的往返运动的全部靠压缩空气来完成，所以称为双作用气缸。37213456图5-3-17 单作用气缸结构示意图1-进、排气口 2-活塞 3-活塞密封圈 4-呼吸口 5-复位弹簧 6-活塞杆38摆动气缸摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在小于360的角度范围内的作往复摆动的气动执行元件，多用于物体的转位、工件的翻转、阀门的开闭等场合。摆动气缸按结构特点可分为叶片式、齿轮齿条式两大类。单叶片式摆动气缸结构如图图5-3-19所示。3921图5-3-19 单叶片式摆动气缸结构图1-叶片 2-转轴40气动抓手气动抓手（气动手指）可以实现各种抓取功能，是现代气动机械手中一个重要部件。气动手

15、指的主要类型有平行手指气缸、摆动手指气缸、旋转手指气缸和三点手指气缸等。如图5-3-20所示。41图5-3-20 部分气动手指剖面结构图42气动抓手气动抓手（气动手指）可以实现各种抓取功能，是现代气动机械手中一个重要部件。气动手指的主要类型有平行手指气缸、摆动手指气缸、旋转手指气缸和三点手指气缸等。如图5-3-20所示。43常见气动手指的形状入图5-3-21所示。 44（6）控制元件在气压传动系统中工作部件之所以能按设计要求完成动作，是通过对气动执行元件运动方向、速度以及压力大小的控制和调节来实现的。根据这种情况在气动系统中控制元件也分为方向控制阀、流量控制阀和压力控制阀。方向控制阀用于改变气

16、体通道，使气体流动方向发生变化从而改变气动执行元件的运动方向的元件称为换向阀。换向阀按操控方式分主要有人力操纵控制、机械操纵控制、气压操纵控制和电磁操纵控制四类。在yl-235a实训装置中换向阀全部采用的都是电磁操纵控制方式。 45电磁换向阀是利用电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生的电磁吸力，使阀芯改变位置实现换向的，简称为电磁阀。换向阀换向时各接口间有不同的通断位置，换向阀这些位置和通路符号的不同组合就可以得到各种不同功能的换向阀。 46流量控制阀 在很多气动设备中执行元件的运动速度都应是可调节的。单向节流阀是气压传动系统最常用的速度控制元件，也常称为速度控制阀。它是由单向阀和节流阀并联而成

17、的，节流阀只在一个方向上起流量控制的作用，相反方向的气流可以通过单向阀自由流通。 单向节流阀可以实现对执行元件每个方向上的运动速度的单独调节。47yl-235a电气接线模块有电源模块、按钮模块、plc模块、变频器模块。如图5-3-23所示。484950一、安装传感器1.安装传感器固定支架安装如图5-3-25所示安装物料检测传感器的固定支架和工件识别传感器的三个固定支架。注意需按照图纸的尺寸要求确定好固定支架的安装位置。51522.安装传感器传感器的固定支架安装牢固后，就可安装如图5-3-26所示安装传感器。图5-3-26 传感器安装步骤和方法53二、传感器（接近开关）的接线1三线式接近开关的接

18、线方法，如图5-3-27。图5-3-28 传感器接线原理图542.二线式接线时的注意点：磁性开关的连接线如图5-3-29所示，不能直接接到电源上，必须串图5-3-28 传感器外部接线原理图55不能直接接到电源上，必须串接负载，且负载绝不能短路，以免开关烧坏；带指示灯的有触点磁性开关，当电流超过最大允许电流时，发光二极管会损坏；若电流在规定范围以下，发光二极管会变暗或不亮。安装时，开关的导线不要随气缸运动，不仅仅是导线易断，而且应力加在开关内部，开关内部元件可能破坏；磁性开关不要用于有磁场的场合，这会造成开关的误动作，或者使内部磁环减磁；dc24v带指示灯的开关是有极性的，茶色线为“+”，蓝色线

19、为“-”；在yl-235a实训装置中所用到的均为dc24v带指示灯有触点开关。 56三、传感器的安装注意事项1.请勿将电感接近开关置于0.02t以上的磁场环境下使用，以免造成误动作。磁性传感器不要用于有磁场的场合，这会造成开关的误动作，或者使内部磁环减磁。2.为了保证不损坏接近开关，请用户在接通电源前检查接线是否正确，核定电压是否为额定值。3.为了使接近开关长期稳定工作，请务必进行定期的维护，包括被检测物体和接近开关的安装位置是否有移动或松动，接线和连接部位是否接触不良，是否有金属粉尘粘附等。574.dc二线制接近开关具有0.51ma的静态泄漏电流，在一些对泄漏电流要求较高的场合下，可改用dc

20、三线制接近开关。5.直流型接近开关使用电感性负载时，请务必在负载两端并接续流二极管，以免损坏接近开关的输出级。6.安装时，不得让开关受过大的冲击力，如将开关打入、抛扔等。7.不要把控制信号线与电力线（如电动机供电线等）平行并排在一起，以防止磁性传感器的控制电路由于干扰造成误动作。588.磁性传感器的连接线不能直接接到电源上，必须串接负载，且负载绝不能短路，以免开关烧坏。9.带指示灯的有触点磁性传感器，当电流超过最大允许电流时，发光二极管会损坏；若电流在规定范围以下，发光二极管会变暗或不亮。10.安装时，开关的导线不要随气缸运动，不仅仅是导线易断，而且应力加在开关内部，开关内部元件可能破坏。59

21、任务实施：1分配plc输入输出点2根据地址分配情况设计出设备plc接线图说明：为了保证图纸的完整性，在此图中将本项目后面任务中要讲到的一些元器件和接线也放到图里。3根据接线图完成对设备的电气安装 （1）接线说明以下所述线的颜色有可能和读者使用的设备有所不同，接线时以实际情况为准；传感器和各执行器件的具体接线方法如有不清楚的地方请参看前面相关章节对设备接线的具体介绍。60（2）从接线的准确性、速度和美观度等方面考虑推荐以下接线标准和接线流程。接线要求：连接导线型号、颜色选用正确；电路各连接点连接可靠、牢固，外露铜丝最长不能超过2mm；接入接线排的导线都需要编号，并套好号码管；号码管长度应一致，编

22、号工整、方向一致；同一接线端子的连接导线最多不能超过2根。61接线流程：首先从线架上取下黑色的连接线，将送料电机蓝色接地线、信号灯上的蓝色接地线、电磁阀的黄色线接地线在工作台的接线排上通过串联方式进行连接，引出输出控制电源接地线；磁性开关的蓝色接地线以及3线制的传感器的蓝色接地线在工作台的接线排上通过串联方式进行连接，引出输入控制电源接地线；再将信号灯的棕色正电源线3线制传感器上的棕色电源线通过串联的方式连接，引出输入控制电源接地线。以上两组接线分别引出接地线连接到plc的输入com点上，引出正电源线连接到plc的24v电源接线端上。62接下来对按钮模块上需要使用的器件和plc模块上的相关接线

23、连接。将按钮模块上需要使用的启动按钮、复位按钮、停止按钮、急停开关等控制元件的上端黑色端子通过串联的方式连接到plc输入的com点上；电源指示灯、复位指示灯、启动指示灯、蜂鸣器等元器件的一端、plc输入点的com点以及工作台上接地线串连到0v上，将电源指示灯一端和工作台上火线端，以及输出点的com点串联到+24v上，然后将电源模块上的三相电连接到变频器上，以及变频器上的u、v、 w接地线连接到传送带电机上，最后我们从线架上取下黄色和绿色的连接线，根据编程时使用的输入、输出口地址表分别连接好。线接好后，把多余的连接线放回线架上。634根据本项目对皮带输送机的控制要求，列出需要设置的变频器参数及相应的值，并填写下表。在设置参数时如果不知道变频器原来的参数情况可先将参数恢复为出厂设置，然后按表所示依次设置参数，参数设置结束后再将变频器设为运行模式。645、设备组装调试的步骤（1）参照安装示意图将设备组装完成（2）根据实际情况将各个组件的衔接位置调节准确（特别是搬运机械手的抓取位置和放开位置）；（3）将设备上的线（包括传感器、电机、电磁阀、磁性开关、警示灯等）按照引线图均引到接线端子上（4）根据实训控制原理图进行实训连接；（5）确认上述连接无误后（特别是电源部分，不要有短路；传感器、磁性开关、警示灯的线参考注意事项）；65(6)连接通讯线缆，通过电脑进行控制程序