《机电一体化应用技术》-项目九机电一体化控制系统设计、安装与调试

任务9.1机器人小车控制器

9.1.1机器人小车控制器制作指导

1.控制面板介绍本任务的机器人小车，能够按照规定路线移动，并能够按照程序设定进行相应的动作。这主要是由一个控制板完成控制，如图9一1所示为机器人小车控制面板俯视图。

2.操作和效果

(1)按照机器人小车运动的需要，接好连线，注意控制板上接口的正确连接。

(2)用KEILC51编辑C语言或汇编语言源程序，通过编译生成.hex文件，由下载线接口将.hex文件烧写入到单片机中。

(3)运行程序，如果程序正确，系统通电后，就可看到机器人小车按照用户编程的要求进行运动。下一页返回任务9.1机器人小车控制器9.1.2知识点:机器人小车控制系统1.电机驱动电路模块1)电路设计小车运动的动力来自电机，这里使用L298N作为驱动芯片。如图9-2所示。电机驱动模块共可以控制四个电机，每个电机有正反转和起停信号。所以，控制端一共就是8个。四个电机的信号功能和来源详见表9一1，其与L298N芯片的连接见图9-2。在图9-2中只给出了电机1和电机2两个电机的接线图，另外两个电机接到另一块L298N芯片IC6上，电路与图9-2相同。2)程序设计下一页返回上一页任务9.1机器人小车控制器2.蜂鸣器驱动电路模块

1)电路设计这里使用PNP型的三极管作为蜂鸣器的驱动管，如图9一3所示。当信号端给低电平时，三极管导通，蜂鸣器接通电源，蜂鸣器响。如果信号端给高电平，则三极管截止，蜂鸣器不响。

2)程序设计

3.传感器接口电路模块电路设计本任务中的传感器接口，主要是为了输入或者输出数字信号而用的。在每一路上，都加入了上拉电阻。电路原理如图9一4所示。

下一页返回上一页任务9.1机器人小车控制器4.机器人小车电路机器人小车电路如图9-5所示。

5.程序烧写将程序烧写入STC12C5410AD单片机，单片机应用系统才能工作。对于STC12C5410AD单片机烧写程序，其方法与对AT89552单片机的烧写是一样的。首先用KEILC51软件完成源程序的编译，生成.Hex文件，由STC下载线将PC机的串口与单片机的RXD和TXD相连接，运行利用串口，运行STC一ISP一V3.91烧录软件就可完成程序的烧写。下一页返回上一页任务9.1机器人小车控制器9.1.3机器人小车控制器补充程序及相关说明9.1.4任务报告要求

1.报告格式参考附录。

2.报告内容在本任务的报告中，将机器人小车完成一个运动的过程和成果按报告的格式要求完成报告。返回上一页任务9.2自动线的总调试9.2.1自动化生产线概述自动线是在流水线的基础上逐渐发展起来的。它不仅要求线体上各种机械加工装置能自动的完成预定的各道工序及工艺过程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的传送、工件的分拣甚至包装等都能自动的进行。使其按照规定的程序自动的进行工作。人们把这种自动工作的机械电器一体化装置系统称为自动生产线(简称自动线)。自动线综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术等，通过一些辅助装置按工艺顺序将各种机械加工装置连成一体，并控制液、气压系统和电气控制系统将各个部分动作联系起来，完成预定的生产加工任务。下一页返回任务9.2自动线的总调试9.2.2完成自动线的总装1.自动生产线的总装

(1)按照说明书给定的工作站安装位置图安装，注意明确各生产工作单元之间尺寸

(2)各工作单元安装次序:先将输送工作单元在工作台上安装好，然后依次安装固定供料工作单元、加工工作单元、装配工作单元、分拣工作单元。

(3)总装要点:各工作单元之间的间距要以输送工作单元机械手气动手爪完全伸出的长度为基准，以气动摆台旋转900(右旋到位)、垂直于导轨时的手爪中心为基准点，分别与供料工作单元的物料台导向件中心、加工工作单元物料台气动手爪的中心、装配工作单元物料台定位导向座中心对中，分拣工作单元传送带导向件中心与所动摆台左旋到位的机械手气动手爪中心对中，以此确定各工作单元底板的间距约30mm，再经微调后用地脚螺栓固定。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试2.气动系统连接

1)完成自动线主气路的连接。主气路的连接顺序:气源(由空气压缩机提供)→油水分离器三联件→通过专用气管和快速三通接头分别连接至各工作单元汇出流排。

2)各工作单元气路连接。在子项目二至六中已按各工作单元气动控制回路原理图及气动系统连接注意事项进行。在进行气路连接过程中还需要特别注意各工作单元的初始位置要求，各工作单元的初始位置要求如下:(1)供料单元的推料气缸处于缩回状态，顶料气缸均处于伸出状态。料仓内已经有足够物料;

下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(2)加工站的滑动工件台的伸缩气缸处于伸出状态，用于夹紧工件的气动手指处于张开状态，冲压气缸处于缩回位置;(3)装配站的挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够物料，装配机械手的升降气缸处于提升状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态，分拣单元的两个推料气缸均处于缩回状态;(4)输送单元抓取机械手升降气缸处于下降位置，导杆气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。

3.电气连接电气连接主要工作是完成各工作单元电源接线、控制电路的接线及各工作站PLC组网的连接。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试9.2.3通信技术(西门子PPI)在自动生产线中的应用1.西门子PPI通信概述

PPI协议是S7-200CPU最基本的通信方式，通过原来自身的端口(PORT0或PORT1)就可以实现通信，是S7-200默认的通信方式。

PPI是一种主-从协议通信，主-从站在一个令牌环网中，主站发送要求到从站器件，从站器件响应;从站器件不发信息，只是等待主站的要求并对要求做出响应。如果在用户程序中使能PPI主站模式，就可以在主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息。而从站程序没有必要使用网络读写指令。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试2.YL-335A各工作站PLC实现通信实例

1)对网络上每一台PLC,设置其系统块中的通信端口参数，对用作PPI通信的端口(PORT0或PORTl)，指定其地址(站号)和波特率。设置后把系统块下载到该PLC。

2)组网连接完成后，利用STEP7V4.0软件和PPI/R5485编程电缆搜索出PPI网络的5个站。

3)PPI网络中主站(输送站)PLC程序中，必须在上电第1个扫描周期，用特殊存储器SMB30指定其主站属性，从而使能其主站模式。

4)编写主站网络读写程序段。如前所述，在PPI网络中，只有主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息，而从站程序没有必要使用网络读写指令，在编写主站的网络读写程序前，应预先规划好下面数据:下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(1)主站向各从站发送数据的长度(字节数)。

(2)发送的数据位于主站何处。

(3)数据发送到从站的何处。

(4)主站从各从站接收数据的长度(字节数)。

(5)主站从从站的何处读取数据。

(6)接收到的数据放在主站何处。

5)设置PPI多主站通信线缆。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试9.2.4编制PLC控制程序

1.生产任务的工艺流程描述以下为一个生产任务的参考工艺流程:(1)系统在上电后，首先执行复位操作使输送站机械手装置回到原点位置。这里绿色警示灯以1Hz的频率闪烁，输送站机械手装置回到原点位置后，复位完成，绿色警示灯常亮，表示允许启动系统。

(2)按下启动按钮，系统启动，绿色和黄色警示灯常亮。

(3)系统启动后，供料站把待加工工件推到物料台上，向系统发出供料操作完成信号，并且推料气缸缩回，准备下一次推料。若供料站的料仓和料槽内没有工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号。物料台上的工件被输送站机械手取出后，若系统启动信号仍为ON，则进行下一次推出工件操作。

下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(4)在工件推到供料站物料台后，输送站步进电机驱动其机械手装置向左移动，直到机械手在供料站物料台的正前方，然后按机械手提升一手臂伸出一机械手下降一手爪夹紧一机械手提升一手臂缩回一机械手下降的动作顺序完成抓取供料站工件的操作。(5)步进电机继续驱动机械手装置向左移动，直到机械手在加工站物料台的正前方。然后按机械手提升一手臂伸出一机械手下降一手爪松开一机械手提升一手臂缩回的动作顺序把工件放到加工站物料台上。

下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(6)加工站物料台的物料检测传感器检测到工件后，按机械手指夹紧工件→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后按机械手指松开的顺序完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号。

(7)系统接收到加工完成信号后，输送站机械手按手臂伸出→机械手下降→手爪夹紧→机械手提升→手臂缩回的动作顺序取出加工好的工件。

(8)步进电机驱动夹着工件的机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后按机械手手臂伸出→机械手下降→手爪松开→机械手提升→手臂缩回的动作顺序把工件放到装配站物料台上。

下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(9)装配站物料台的传感器检测到工件到来后，挡料气缸缩回，使料槽中最底层的小圆柱工件落到旋转供料台上，然后旋转供料单元顺时针旋转180°(右旋)，到位后装配机械手按下降气动手爪→抓取小圆柱→手爪提升→手臂伸出→手爪下降→手爪松开的动作顺序，把小圆柱工件装入大工件中，装入动作完成后，向系统发出装配完成信号。机械手装配单元复位的同时，旋转送料单元逆时针旋转

180°(左旋)回到原位;如果装配站的料仓或料槽内没有小圆柱工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号。

下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(10)输送站机械手伸出并抓取该工件，然后逆时针旋转90°后提升到位;步进电机驱动机械手装置从装配站向分拣站运送工件，直到工件在分拣站入料口上方为止，然后机械手伸出一机械手下降一手爪松开放下工件一机械手提升一手臂缩回。至此，一次传送过程结束，步进电机反向运转，使输送站机械手装置退回原点，机械手顺时针旋转90°，准备下一次工作。

(11)当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，驱动传动电机工作，运行频率为10Hz。传送带把工件送入分拣区，如果工件为自色，则由检测自色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将自色料推到1号槽里，如果件为黑色，由检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。当分拣气缸活塞杆推出工件，并返回到位后，应向系统发出分拣完成信号。

下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(12)仅当分拣站分拣工作完成，且输送站机械手装置退回原点，系统的一个工作周期才认为结束。如果在工作周期没按下过停止按钮，系统在延时1秒后开始下一个周期工作。如果在工作周期按下过停止按钮，系统工作结束，警示灯中黄色灯熄灭，绿色灯仍保持常亮。在延时1秒后开始下一个周期工作。

(13)如果发生物料不足够的预报警信号，警示灯中红色灯以1Hz的频率闪烁，绿色和黄色灯保持常亮。如果发生物料没有的报警信号，警示灯中红色灯以1Hz的频率闪烁，黄色灯熄灭，绿色灯保持常亮。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试2.控制器的选用及PLC的I/O地址分配表按YL-335A自动生产线说明书进行选型和配置。

3.各工作单元初始工作状态及工作流程(动作顺序)1)各工作单元的初始工作状态(初始位置)要求。

(1)供料单元的推料气缸处于缩回状态，顶料气缸均处于伸出状态，料仓内已经有足够物料。

(2)加工站的滑动工件台的伸缩气缸处于伸出状态，用于夹紧工件的气动手指处于张开状态，冲压气缸处于缩回位置。

(3)装配站的挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够物料，装配机械手的升降气缸处于提升状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(4)分拣单元的两个推料气缸均处于缩回状态。

(5)输送单元抓取机械手升降气缸处于下降位置，导杆气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。

2)工作流程(动作顺序)

按生产任务的工艺流程描述。4.编写PLC控制程序，并下载至PLC9.2.5总调试调试内容分为机械、电气、气动、PLC程序。1.机械部件调试，见表9-2所列。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试2.电气部分调试内容包括电气接线和传感器调试，具体调试见表9一3所列。3.气动系统调试内容包括检查气动系统连接和气缸动作速度调试，具体调试见表9-4所列。4.PLC程序

1)调试步骤

(1)程序的运行。

(2)程序监视。

(3)动态调试。下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试2)调试过程注意事项

(1)下载、运行程序前的工作:必须认真检查程序，重点检查:各执行机构之间是否会发生冲突，如何采取措施避免冲突，同一执行机构在不同阶段所做的动作是否能区分开。

(2)在认真、全面检查了程序，并确保无误后，才可以运行程序，进行实际调试。否则如果程序存在问题，很容易造成设备损坏和人员伤害。

(3)在调试过程中，仔细观察执行机构的动作，并且在调试运行记录表中做好实时记录，作为分析的依据，从而分析程序可能存在的问题。经调试，如果程序能够实现预期的控制功能，则应多运行儿次，检查运行的可靠性，并进行程序优化。

下一页返回上一页任务9.2自动线的总调试(4)总结经验，把调试过程中遇到的问题、解决的方法记录下来。

(5)在运行过程中，应该时刻注意现场设备的运行情况，一旦发生执行机构相互冲突事件，应该及时采取措施，如急停、切断执行机构控制信号、切断气源和切断总电源等，以避免造成设备损坏。

3)填写调试运行记录表根据调试运行实际情况填写各工作单元调试运行记录表。9.2.6任务报告要求

1.报告格式参考附录。

2.报告内容在本任务的报告中，将自动化生产线的安装、调试过程和成果按报告的格式要求完成报告。返回上一页任务9.3四层电梯并联控制系统9.3.1四层电梯并联控制系统操作指导1.系统设计方案采用MCS一51单片机作为协调机的并联电梯控制系统如图9-7所示。

2.控制系统的外部接线两部电梯的控制系统外部接线可参考课题八中的四层电梯控制系统的外部接线。而单片机与电梯之间的连线则可采用PC/PPI通信电缆或RS232/485通信电缆。

下一页返回任务9.3四层电梯并联控制系统3.制定通信协议硬件连接好后最为关键的环节是通信协议的设置，即协调机A,B两梯控制系统之间的通信协议的建立。该任务中通信协议应包括:①A,B两台电梯向协调机提供当前的运行方向和位置;②A,B两台电梯向协调机提供当前的运行状态(如启动、全速、减速、开门等);③A.B两台电梯向协调机提供当前梯内指令的数量及楼层;④协调机向A,B两台电梯分配或撤销厅召唤;⑤协调机定时检测A,B两台电梯是否正常工作;⑥奇偶校验多机通信的地址匹配检查。

下一页返回上一页任务9.3四层电梯并联控制系统4.程序设计

A,B两部电梯控制系统程序设计也是可参考课题八的四层电梯控制系统程序。因此本任务中程序的设计任务在于协调机程序的设计与编写。协调机程序的功能是:采集A,B两梯当前的运行方向和位置信息、当前的运行状态(如启动、全速、减速、开门等)信息、当前梯内指令的数量及楼层信息，并根据这些信息进行逻辑运算分析，然后向A,B两台电梯分配或撤销厅召唤;另外，协调机程序还必须具备定时检测A,B两台电梯是否正常工作、通信校验的功能。下一页返回上一页任务9.3四层电梯并联控制系统9.3.2知识点:电梯运行控制

1.电梯的控制系统电梯的控制系统从性质上可以分为两个方面，一是电梯驱动系统的控制;二是电梯逻辑功能控制。控制装置一般采用电梯专用控制板。电梯的调速装置一般选用高性能矢量控制变频器，配以旋转编码器测量曳引电动机的转速，从而构成电动机的闭环矢量控制系统，实现曳引电动机的交流变频调速运行，如图9一8所示。下一页返回上一页任务9.3四层电梯并联控制系统2.电梯的调度在一栋大楼内电梯的配置数量是根据大楼内人员的流量及其在某一短时间内疏散乘客的要求和缩短乘客等候电梯的时间等各方面因素即交通分析所决定的。这样在电梯的控制系统中就必须考虑到如何提高电梯群组运行效率的问题。从逻辑控制角度看，这种合理调配电梯运行的方法可以按其调配功能的强弱分为并联控制和群控两大类。并联控制就是两台电梯共享厅外召唤信号，并能够按照预先设定的调配原则自动地调配某台电梯去应答厅外召唤信号。

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群控就是电梯群组除了共享厅外召唤信号外，还能够根据厅外召唤信号的多少和电梯每次运行的负载情况而自动合理地调配各个电梯，使电梯群组处于最佳的服务状态，其调度原则的复杂程度要远远高于双梯并联。无论是两台电梯的并联还是电梯群组的群控，其最终目的是把对应于某一层楼召唤信号的电梯应该运行的方向信号合理地分配给梯群组中最有利的一台电梯。

3.并联调度原理

(1)基站与自由站原则:正常情况下，一台电梯在基站待命，作为基梯。另一台停留在最后停靠的楼层。此梯称为自由梯或