智能装备控制技术 课件(2-1)任务一 智能送料单元的安装与硬件调试

模块二制造装备PLC技术应用任务一智能送料单元的安装与硬件调试知识目标1.了解传感器的概念及工作原理；2.了解气缸、电磁阀的种类及工作原理；3.掌握三菱可编程控制器的工作原理及基本构成；4.了解送料系统的作用；5.掌握电气原理图的识读及绘制方法。

能力目标1.能正确根据生产实际需要选择合适的气缸；2.能正确简述智能送料的基本控制过程；3.能熟练对智能送料模块的安装与调试；4.能根据电气原理图的识别原则，正确识读电气原理图；5.能正确对设备的电路、气路进行调试，学会调试方法。素养目标1.科学严谨、标准规范的治学与工作的态度；2.培养学生的规范意识；3.培养学生自主探究、团队合作的意识。

规范标准（国家标准、职业标准、JIS工艺标准等）1.GB/T14479-1993《传感器图用图形符号》2.GB/T4728.1-2018《电气简图用图形符号》3.GB/T786.1-1993《液压气动图形符号》4.JISC0617-10-1999《电气图形符号》5.JISB8373-1993《气动二通电磁阀》6.JISB8374-1993《气动三通电磁阀》●学习情境

以工业4.0为核心概念的智能制造正在主导新一轮的技术革命，并在全球范围内引发了新一轮的工业转型竞赛。中国制造业升级已经是所有工厂都不可避免的浪潮，只有适应时代的召唤，才能把握主动权。图2-1-1模拟集中自动供料系统智能送料系统认知一、送料机构（系统）系统作用

自动送料机构指能按规定要求和既定程序进行运作，人只需要确定控制的要求和程序，不用直接操作的送料机构。即把物品从一个位置送到另一个位置，期间不需人为干预即可准确完成的机构，一般具有检测装置，送料装置等。(a)振动盘自动送料机(b)弹夹式送料机构图2-1-2自动送料机构二、各种送料装置介绍1.推料装置(a)料仓(b)推料2.料盘送料装置图2-1-3推料装置图2-1-4料盘送料装置3.龙门机械手选送料装置图2-1-5龙门机械手选送料装置三、各行业先进送料技术1.食品行业（视觉相机+机器人）图2-1-6并联机器人2.手机行业图2-1-7工业机器人3.汽车行业图2-1-8智能送料系统●获取信息子任务1智能送料单元认知学习任务

通过查阅智能送料单元的相关材料，对当前智能送料技术有基本认识；能正确识别智能送料单元所涉及的核心器件、传感器、气缸等内容。查阅参考资料，能规范使用相关的器件及模块。

任务目标1.通过查阅相关资料，能简述智能送料的基本控制过程；2.通过学习生产线中常用智能送料的基本知识，进一步加深对当前智能送料模块的了解；3.查阅核心器件三菱PLC、光纤传感器、电磁阀、磁性开关等参考资料，熟悉接线方法，并能按照职业标准要求规范使用。表2-1-1本任务知识点列表序号知识点具体内容知识点索引1传感器1.直线气缸的磁性开关（D-Z73、D-C73）2.光纤传感器（E3X-NA41）新知识2电磁阀1.电磁阀的分类2.方向控制阀的通口数和基本机能3.电磁阀的配管方式4.电磁阀的接线方式新知识3推料气缸1.气缸的分类2.常见气缸的工作原理和用途新知识4三菱PLC（FX2N）1.可编程序控制器的功能特点2.PLC的性能指标3.PLC基本构成新知识知识点活页

智能送料系统器件识别及应用◆问题引导1.什么是传感器？传感器工作原理是怎样的？2.电磁阀的分类有哪几种？电磁阀工作原理是怎样的？

3.气缸的分类有哪几种？常见气缸工作原理是怎样的？

4.什么是可编程控制器？可编程控制器的基本构成？可编程控制器的特点有哪些？◆知识学习一、传感器

传感器用于感知外部信息，用于检测位置、颜色等信息，并且把相应的信号输入给PLC等控制器进行处理，在模拟自动生产线的智能送料模块，使用到传感器有磁性开关、光纤传感器等。表2-1-2传感器列表1.磁性开关

磁性开关是一种利用磁场信号来控制的线路开关的器件。常见磁性开关实物如图2-1-2所示。图2-1-9常见磁性开关实物（1）磁性开关功能

磁性传感器又称为磁性开关，是液压与气动系统中常使用的传感器，磁性开关可以直接安装在气缸缸体上，当带有磁环的活塞移动到磁性开关所在位置时，磁性开关内的两个金属簧片在磁环磁场的作用下吸合，发出信号。的变革。（2）工作原理以气缸为例说明磁性开关的工作原理，如图2-1-10所示，在气缸上，磁性开关主要用于检测气缸活塞的位置，当有磁性物质接近，磁性开关便会动作，并输出信号。图2-1-10气缸移位控制（3）使用方法

磁性开关的信号输出是由两根线引出，分别为棕色和蓝色，蓝色接入PLC公共端子，棕色接入PLC的输入端子。（4）磁性开关安装使用要求

图2-1-11磁性开关及其应用2.光纤传感器（E3X-NA41）（1）光纤传感器的功能

送料仓内装有光纤传感器，用以检测是否有工件输送到输送带进行检测。有工件时，光纤传感器将信号传输给PLC，用户PLC程序输出驱动信号使送料气缸向前伸出，将工件送至输送带上进行下一步的工作。（2）工作原理

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，光纤检测头的尾端有两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤传感器也是光电传感器的一种。光纤传感器组件如图2-1-12所示。图2-1-12光纤传感器组件（3）使用方法

当光纤传感器灵敏度调得较小时，用于反射性较差的黑色物体，光电探测器接收到较少反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到较多反射信号。光纤传感器有三根引出线的，棕色的为电源线正极，蓝色的为电源线负极接PLC的输入公共端，黑色为传感器的信号输出端（接PLC的信号输入端）。

图2-1-13给出了放大器单元的俯视图，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”发光的变化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。图2-1-13光纤传感器放大器单元的俯视图二、电磁换向阀

电磁换向阀属于方向控制阀，改变和控制气流流动方向的元件称为方向控制阀。

电磁控制是用电磁铁产生的电磁力直接推动阀芯来实现换向的一种电磁控制阀。电磁阀控制启动电源为DC24V，根据线圈电源的ON/OFF。使电磁阀蕊来回动作，从而控制执行气缸的伸出及复位功能。1.电磁阀的分类

根据阀芯复位的控制方式可分为单电控和双电控。如图2-1-15所示。图2-1-15电磁换向阀单控与双控电磁阀的特性：2.方向控制阀的通口数和基本机能

电磁阀包括二位五通单电控阀、二位五通双电控阀及三位五通电控阀，均作为各自启动执行元件控制之用，如图2-1-16所示。图2-1-16二位五通电磁阀3.电磁阀的配管方式

阀的气管联接方式有：法兰连接；法兰连接主要用于大通径的阀，如公称通径在32mm以上的阀。管式连接；管式连接多用于简单的气路系统中，或采用快速接头的系统中。板式连接；板式连接装卸方便，修理时不必拆卸管道。集装式(阀岛、汇流板)连接。4.电磁阀的接线方式图2-1-17集装式基本结构图2-1-18电磁阀的接线方式三、气缸

气缸是气压传动系统的执行元件，它是将压缩空气的压力能转换为机械能。气缸有作往复直线运动的和作往复摆动的两类。1.气缸的分类

气缸其结构、形状有多种形式，分类方法也很多，常用的有以下几种：（1）按压缩空气作用在活塞端面上的方向，可分为单作用气缸和双作用气缸。（2）按结构特点可分为活塞式气棚、叶片式气缸、薄膜式气棚、气液阻尼缸等。（3）按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式。（4）按气缸的功能可分:普通气缸和特殊气缸。2.常见气缸的工作原理和用途

作往复直线运动的气缸又可分为单作用、双作用、薄膜式、气液阻尼和冲击气缸5种。（1）单作用气缸：如图2-1-19所示，单作用气缸只有一腔可输入压缩空气，实现一个方向运动。（2）双作用气缸：气缸活塞两侧都有气压力，来实现前进或者后退动作。（3）薄膜式气缸：是一种利用压缩空气通过膜片推动活塞杆作往复直线运动的气缸。（4）气液阻尼缸：气液阻尼缸又叫气液稳速缸，是气压缸和液压缸的组合缸，用气压缸产生驱动力，用液体的不可压缩性和液压缸的阻尼调节作用获得相对平稳的运动。（5）冲击气缸：冲击气缸是一种专门为了满足对冲击力有较高要求的场合而开发的一种特殊功能气缸。图2-1-19单作用气缸图2-1-20双作用气缸四、三菱PLC

可编程序控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用的工业自动化控制装置。1.可编程序控制器的功能特点（1）逻辑控制（2）定时控制（3）计数控制（4）步进顺序控制（5）对控制系统的监控（6）数据处理（7）通信和联网（8）输入/输出接口调理功能（9）人机界面功能2.PLC的性能指标Fx系列PLC个部分含义：FX后参数意义如下：（1）系列序号：即系列名称，如0S、0N、1S、1N、2N、2NC、3U等。（2）I/O总点数：10~256。（3）单元类型：M(基本单元)、E（输入输出混合扩展单元与扩展模块）、EX（输入专用扩展模块）、EY（输出专用扩展模块）。（4）输出形式：R（继电器输出）、T(晶体管输出)、S（晶闸管输出）。（5）若特殊品种缺省，通常指AC电源、DC输入、横式端子排，其中继电器输出：2A/1点；晶体管输出：0.5A/1点；晶闸管输出：0.3A/1点。例如FX2N---40MR，其参数含义为三菱FX2NPLC，有40个I/O点的基本单元，继电器输出型。3.PLC基本构成（1）CPU：中央处理器（2）ROM：系统存储器（3）RAM：用户存储器（4）输入接口电路（5）输出接口电路（6）电源●任务实施子任务2智能送料单元的检测及调试学习任务

本任务主要以模拟自动生产线平台为载体，通过对模拟自动生产线平台的结构观察、操作运行，认识各功能单元模块的结构配置和功能，识别相关传感器，了解气路系统，体验自动生产线平台的工作过程。任务目标1.能根据自动生产线的相关资料，识别各单元模块的结构配置和功能；2.通过观察实际实训设备，识别相关传感器等器件，认识气路系统等内容；3.在老师的指导下，体验自动生产线的运行工作过程，让学生对生产线、智能装备等从感性认识到实际了解。设备及工具

设备及工具要求，如表2-1-3所示。表2-1-3设备及工具序号设备及工具数量1智能控制工作平台（设备）1台2计算机及软件环境：（1）三菱编程软件：GXDeveloper1套3万用表1个4内六角螺丝刀、螺丝刀、斜口钳等1套5相关导线、排线等1套实训活页一

电气元件的安装一、电气控制原理图的识读及绘制1.电气控制原理图的识读

电气控制原理图是用国家统一规定的图形符号，把仪器及各种电器设备按电路原理合理地连接起来，然后再进行适当排列而绘制出的图。2.电气原理图的绘制

电气控制原理图是根据所要达到的控制过程需要的控制信号和被控制设备及控制要求绘制出来的，因此，绘制电气控制原理图首先要分析控制过程和控制要求，然后按一定的步骤来完成。二、电气线路的安装工艺要求1.根据行线多少和导线截面，估算和确定槽板的规格型号。配线后，宜使导线占有槽板内空间容积约70％左右。2.规划槽板的走向，并按一定合理尺寸裁割槽板。3.槽板换向应拐直角弯，衔接方式宜用横、竖各45。角对插方式。4.槽板与器件之间的间隔要适当，以方便压线和换件。5.槽板安装要紧固可靠，避免敲打而引起破裂。6.所有行线的两端，应无一遗漏地、正确地套装与原理图一致编号的线头码。这一点比板前配线方式要求得更为严格。7.应避免槽板内的行线过短而拉紧，应留有少量裕度。槽板内的行线也应尽量减少交叉。8.穿出槽板的行线，要尽量保持横平竖直，间隔均匀，高低一致，避免交叉。三、电气元件的安装（一）气缸的安装1.气缸安装时注意事项。2.气缸的安装形式气缸的安装形式决定方法：根据负荷运动方向决定气缸的安装形式，如表2-1-4所示。表2-1-4气缸的安装形式（二）光纤传感器的安装1.光纤传感器的使用注意事项2.光纤传感器的拆装

光纤传感器由放大器单元、光纤单元和配线接插件单元三个组件组成，下面分别介绍光纤传感器的三个组件的拆装。（1）放大器单元的安装

将光纤传感器放大器单元中与光纤单元相连接的一侧的钩爪嵌入固定导轨后，再压下直到挂钩完全锁定，如图2-1-29所示。图2-1-29放大器单元安装示意图（2）放大器单元的拆卸

如图2-1-30所示，压住1方向后，将光纤传感器插入部往2的方向提，即可将放大器单元拆卸下来。（3）配线接插件单元的安装

将配线插件单元插入放大器单元的母接插件中，直到发出“咔”的声音，如图2-1-31所示。（4）配线接插件单元的拆卸

滑动子接插件，按下接插件的扳钮，使母/子接插件完全分离，如图2-1-32所示。图2-1-30放大器单元拆卸示意图图2-1-31配线插件连接示意图图2-1-32配线接插件拆卸示意图（5）光纤单元的安装

按1打开保护罩，按2打开锁定拨杆，按3将光纤插入放大器单元插入口并确保插到底部，再按4将锁定拨杆拨回原来位置固定住光纤，最后盖上保护罩，如图2-1-33所示。

光纤的插入位置要到位，具体位置要求如图2-1-34所示。如不完全插入可能会引起检测距离下降。图2-1-33光纤单元安装示意图图2-1-34光纤的插入位置示意图（6）光纤单元的拆卸打开保护罩，解除锁定扳钮，然后拔出光纤，如图2-1-35所示。图2-1-35光纤单元拆卸示意图3.光纤传感器灵敏度的调节

光纤传感器的放大器单元采用的是如图2-1-36所示的E3X-NA11光量条显示带旋钮设定型放大器。它带有8个档位的灵敏度调节旋钮；通过定时开关可以开/关40ms延时断电功能；利用动作模式切换开关可以进行常开输出和常闭输出的切换。图2-1-36E3X-NA11放大器面板构成这种光纤传感器反射入光量与放大器入光量指示灯的关系如图2-1-37所示。图2-1-37E3X-NA11入光量与指示灯的关系实训活页二电气线路的安装及硬件调试一、气路安装及调试1.气管的连接与绑扎

气动系统的安装首先应保证运行可靠、布局合理、安装工艺正确，方便将来维修检测。根据气动原理图对气路进行连接，一般采用紫铜管卡套式连接和尼龙软管快插式连接两种，套式接头安装牢固可靠，常用于定型产品。本任务自动生产线设备采用是尼龙软管快插式，如图2-1-38所示。图2-1-38尼龙软管快插式2.安装工艺及步骤（1）首先必须按图核对元件的型号和规格，认清各气动元件的进、出口方向；（2）根据各元器件在工作台上的位置量出各元件间所需管子的长度，长度选取要合理，避免气管过长或过短；（3）走线尽量避开设备工作区域，防止对设备动作干扰;气管应利用塑料扎带绑扎起来，绑扎间距为50~80mm,间距均匀；（4）注意压力表要垂直安装，表面朝向要便于观察。3.气路检查与元件动作调试

打开气源开关，缓缓调节调压阀使压力逐渐升高至0.4MPa左右，再检查每一个管接头处是否有漏气现象。如有，必须先把它排除，确保通气后各个气缸能回到初始位置。对每一路的电磁阀进行手动换向和通电换向。最后，通过调节气压和节流阀来调节气缸的运动速度，使各个气缸平稳运行，速度基本保持一致。二、电路安装及调试1.传感器的电路连接

直流三线式传感器有棕色、蓝色和黑色三根连接线，其中两根线接直流电源（棕色线(BN)接直流电源“+”，蓝色线（BU)接直流电源“一”)，黑色线(BK)为信号线，接信号输入端。直流两线式传感器有蓝色和棕色两根连接线，其中蓝色线（BU)接公共端，棕色线（BN)接信号输入端。传感器电路连接示意图如图2-1-40所示。

（b）直流两线式（a）直流三线式

图2-1-40传感器电路连接示意图4.气路图的识读

智能送料单元的气路图如图2-1-39所示。送料单元的气动控制主要由一个两位五通电磁阀，一个送料气缸组成。气缸的初始状态为缩回状态，给电磁阀供电后，气缸伸出，把工件推出传送带。图2-1-39智能送料单元气路图2.电路的安装工艺要求（1）连接导线选用正确。（2）电路各连接点连接可靠、牢固，外露铜丝最长不能超过2mm。（3）进接线排的导线都要编号，并套好号码管。（4）同一接线端子的连接导线最多不能超过2根。3.光纤传感器的电路连接

给光纤传感器提供合适的工作电压，一般我们选用DC24V的电源给传感器供电。进行电路安装时，将棕色线接电源的“+”，蓝色线接电源的“-”，黑色线接信号输入端。当传感器用来为PLC提供信号时，可按如图2-1-41所示的电气原理图接线。图2-1-41光纤传感器接线原理图

连接线路时，传感器的引出线一般通过接线端子排与电源及PLC相连接，具体的连接方法和步骤可参考图2-1-42。图2-1-42光纤传感器电路连接的方法和步骤4.光纤传感器的调试

光纤传感器不仅能检测到是否有工件，还可以区分不同颜色的工件，因此除了要求其安装位置、方法和安装线路正确，传感器本身完好外，还要求其灵敏度调节准确，这样才能达到要求的检测目的。如果要求区分不同颜色，就要对不同的工件进行调试。具体的调试步骤如下:（1）接通电源前，检查传感器的安装是否牢固。（2）检查电路连接是否满足工艺要求，并用万用表检测电路连接是否可靠。（3）将工作模式切换开关置于“L”。(光纤传感器有“L”和“D”两种工作模式可供选择，当置于“L”时为常开工作模式，当置于“D”时为常闭工作模式。)（4）在确保电路连接正确后接通电源，电源接通后观察到光纤传感器有指示灯亮,表示电源电路连接正确。（5）调整光纤传感器的灵敏度，使其能正确地产生检测信号。光纤传感器的检测任务不同时，灵敏度要求也不同。■思政元素

智能送料系统对于整个生产线至关重要，生产出高质量的智能送料系统对于企业的生产效率起到关键作用，通过与教学内容相关智能送料系统介绍，增长学识见识，增强民族自豪感和自信心，培养学生精益求精的大国工匠精神，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。图2-1-43工匠精神一、任务描述

按下启动按钮或系统启动，送料装置感应到工件后将工件推出，随后缩回；当按下停止按钮或触摸屏停止开关后送料装置停止工作。二、PLC的I/O接线图1.I/O分配表由控制要求可知，在本单元中，提供5个输入信号为：启动按钮、停止按钮、送料杆前限位、送料杆后限位、工件检测光纤传感器。1个输出信号为：送料气缸。因此只需要五个输入点和一个输出点。根据输入、输出点数，可得知智能送料单元PLC的I/O分配表，见表2-1-5所示。实训活页三

PLC程序编写及调试表2-1-5PLCI/O分配表2.电气控制原理图

智能送料单元的电气控制原理图，如图2-1-44所示。图2-1-44PLC的电气控制原理图

根据图2-1-44所示的PLC电气控制原理图，对其简化处理后，绘制气缸送料单元的PLCI/O接线图，如图2-1-45所示。图2-1-45气缸送料装置PLCI/O接线图三、PLC编程及调试

根据任务要求和I/O分配表完成梯形图，如图2-1-46所示。图2-1-46气缸送料装置梯形图联机调试（1）接线检查

根据PLCI/O接线原理图再次检查接线是否正确，防止短路接线现象，还要特别留意各传感器的正确接线。（2）通电检查

接线检查完成后，系统通电，检查控制系统无异常，如有异常即刻关闭电源并检查故障点并排除。（3）程序下载

将编写好的梯形图程序下载到PLC中，并带载处于“监控模式”。（4）功能调试

将PLC处于运行（RUN