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亚龙335A型自动生产线说明书


亚龙 335A 型 自动生产线实训考核装备

实训指导书
(三菱 PLC 版本初稿)

亚龙科技集团有限公司
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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 335A 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送料、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, PLC 之间通过 RS485 串行通讯实现互连的分布式控制方式。 各 因此, 335A 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、PLC 控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。利用 335A,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。 335A 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 335A 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,PLC 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。

亚龙科技集团 2008 年 3 月 30 日
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第一章



335A 自动生产线实训考核装备概述 ........................................................................................................... 1

1.1 335A 的基本组成 ................................................................................................................................................. 1 1.2 335A 的基本功能 ................................................................................................................................................. 2 1.3 335A 的特点和实训项目 ........................................................................................................................................ 3 1.4 技术参数 ................................................................................................................................................................ 4 第二章 335A 的 PLC 网络控制方案............................................................................................................................ 5 2.1 三菱 FX 系列 PLC N:N 通信概述 ........................................................................................................................... 5 2.2 N:N 通信网络的组建 ............................................................................................................................................. 6 2.3 N:N 通信网络的安装和连接 ............................................................................................................................... 8 第三章 供料单元的结构与控制 ............................................................................................................................... 10

3.1 供料单元的结构................................................................................................................................................... 10 3.1.1 供料单元的功能 .......................................................................................................................................... 10 3.1.2 供料单元的结构组成 ................................................................................................................................... 11 3.1.3 气动控制回路 .............................................................................................................................................. 16 3.2 供料单元的 PLC 控制及编程 ............................................................................................................................... 17 3.2.1 PLC 的 I/O 接线 .......................................................................................................................................... 17 3.2.2 供料单元的本地控制和网络控制 ............................................................................................................... 20 第四章 加工单元的结构与控制 ............................................................................................................................... 22

4.1 加工单元的结构................................................................................................................................................... 22 4.1.1 加工单元的功能 .......................................................................................................................................... 22 4.1.2 加工单元的结构组成 ................................................................................................................................... 22 4.1.3 气动控制回路 .............................................................................................................................................. 26 4.2 加工单元的 PLC 控制及编程 ............................................................................................................................... 27 4.2.1 PLC 的 I/O 接线 .......................................................................................................................................... 27 4.2.2 加工单元的 PLC 编程要点 ........................................................................................................................... 29 第五章 装配单元的结构与控制 ............................................................................................................................... 30

5.1 装配单元的结构................................................................................................................................................... 30 5.1.1 装配单元的功能 .......................................................................................................................................... 30 5.1.2 装配单元的结构组成 ................................................................................................................................... 32 5.1.3 气动控制回路 ............................................................................................................................................... 36 5.2 装配单元的 PLC 控制及编程 ............................................................................................................................... 37 5.2.1 PLC 的 I/O 接线 .......................................................................................................................................... 37 5.2.2 装配单元的 PLC 编程要点 ........................................................................................................................... 40 第六章 分拣单元的结构与控制 ................................................................................................................................. 41

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6.1 分拣单元的结构................................................................................................................................................... 41 6.1.1 分拣单元的功能 .......................................................................................................................................... 41 6.1.2 分拣单元的结构组成 .................................................................................................................................. 41 6.1.3 气动控制回路 .............................................................................................................................................. 46 6.2 分拣单元的 PLC 控制及编程 ............................................................................................................................... 46 6.2.1 PLC 的 I/O 接线 .......................................................................................................................................... 46 6.2.2 三菱 FR-E500 系列变频器简介 .................................................................................................................. 48
6.2.2.1 FR-E500 变频器的电路连接 ...................................................................................................................................49 6.2.2.2 FR-E500 系列变频器的操作面板 .........................................................................................................................51 6.2.2.3 FR-E500 变频器的运行操作和参数设置 ...............................................................................................................53

6.2.3 分拣单元的的 PLC 编程要点 ...................................................................................................................... 59 第七章 输送单元的结构与控制 ................................................................................................................................. 60 7.1 输送单元的功能和结构 ....................................................................................................................................... 60 7.1.1 抓取机械手装置 ........................................................................................................................................ 60 7.1.2 步进电机传动组件 ..................................................................................................................................... 61 7.1.3 按钮/指示灯模块 ...................................................................................................................................... 62 7.1.3 气动控制回路 .............................................................................................................................................. 63 7.2 输送单元的 PLC 控制与编程 ............................................................................................................................... 65 7.2.1 PLC 的选型和 I/O 接线 .............................................................................................................................. 65 7.2.2 输送单元的控制要求 ................................................................................................................................... 68 7.2.3 输送单元的步进电机及其驱动器 .............................................................................................................. 68 7.2.4 FX1n PLC 的脉冲输出功能 ......................................................................................................................... 71
7.2.4.1 脉冲输出指令 FNC57(PLSY) ...............................................................................................................................71 7.2.4.2 带加减速的脉冲输出指令 FNC59(PLSR) .........................................................................................................72 7.2.4.3 与脉冲输出功能有关的主要特殊内部存储器 .......................................................................................................73

第八章 335A 的整体控制 ........................................................................................................................................... 74 8.1 系统的工作任务描述 ......................................................................................................................................... 74 第九章 335A 的公共模块和器件 ............................................................................................................................... 77 9.1 供电电源模块....................................................................................................................................................... 77 9.2 气源处理组件....................................................................................................................................................... 78

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第一章
1.1 335A 的基本组成

335A 自动生产线实训考核装备概述

亚龙 335A 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等 5 个单元组成。其外观如图 1-1 所示。

图 1-1 335A 外观

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异步电 动机的交流传动装置。 步进电机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 335A 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

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工业实现高度自动化的前提之一。 在控制方面,335A 采用了基于 RS485 串行通信的 PLC 网络控制方案,即每一工作单元 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 PLC 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 RS485 串行通信的 PLC 网络技术,将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良 好的基础。 1.2 335A 的基本功能

335A 各工作单元在实训台上的分布如图 1-2 的 335A 俯视图所示。

图 1-2 335A 俯视图

各个单元的基本功能如下: 1、 供料单元的基本功能: 按照需要将放置在料仓中待加工的工件自动送出到物料台上, 以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。 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。
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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加工 的工件中的装配过程。 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滑槽分流的功能。 5、输送单元的基本功能:该单元具有精确定位到指定单元的物料台,在物料台上抓取 工件,把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。 1.3 335A 的特点和实训项目 335A 设备是一套半开放式的设备,用户在一定程度上可根据自己的需要选择设备组 成单元的数量、类型,最多可由 5 个单元组成,最少时一个单元即可自成一个独立的控制 系统。由多个单元组成的系统,PLC 网络的控制方案可以体现出自动生产线的控制特点。 设备中的各工作单元均安放在实训台上,便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安 装,控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。其中,输送单元采用了最为灵活的拆装式 模块结构:组成该单元的按钮/指示灯/直流电源模块、电源模块、PLC 模块、步进电机驱 动器模块等均放置在抽屉式模块放置架上; 模块之间、 模块与实训台上接线端子排之间的 连接方式采用安全导线连接,最大限度地满足了综合性实训的要求。 总的来说,335A 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、PLC 控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。 利用该系统, 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。 利用 335A,可以完成以下实训任务: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 自动检测技术使用实训 气动技术应用实训 可编程控制器编程实训 PLC 网络组建实训 电气控制电路实训 变频器应用实训 步进电机驱动和位置控制实训 自动控制技术教学与实训
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9.

机械系统安装和调试实训

10. 系统维护与故障检测实训

1.4 技术参数 1、交流电源:三相五线制, AC 380V±10% 50 Hz;

2、温度:-10℃~40℃;环境湿度:≤90%(25℃) ; 3、实训桌外形尺寸:长×宽×高=1920mm×960mm×840mm; 4、整机消耗:≤1.5kVA; 5、气源工作压力:最小 6bar,最大 8bar。 6、安全保护措施:具有接地保护、漏电保护功能,安全性符合相关的国家标准。采用 高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。

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第二章 335A 的 PLC 网络控制方案
335A 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, PLC 之间通 各 过 RS485 串行通讯实现互连的分布式控制方式。组建成网络后,系统中每一个工作单元 也称作工作站。 PLC 网络的具体通信模式, 取决于所选厂家的 PLC 类型。 PLC 选用三菱 FX 系列, 若 并插上通信接口板 (FX2N-485-BD/ FX1N-485-BD 等)则通信方式可采用 N: 通信 , N (PLC 简易连接) 。 2.1 三菱 FX 系列 PLC N:N 通信概述 FX 系列 PLC 支持建立在 N:N 的基础上的用 FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N 等 PLC 进行的 数据传输的网络,能链接小规模系统中的数据。网络中必须有一台 PLC 为主站,其他 PLC 为从站,最多能链接 8 台 FX 系列 PLC。 以 335A 系统中 N:N 通信网络的配置为例,网络配置如图 2-1 所示:

图 2-1 335A 系统中 N:N 通信网络的配置

系统中使用的 RS485 通信接口板为 FX2N-485-BD 和 FX1N-485-BD,最大延伸距离 50m, 网络的站点数为 5 个。 N:N 网络的通信协议是固定的: 通信方式采用半双工通讯, 波特率 (BPS) 固定为 38400 BPS;数据长度、奇偶校验、停止位、标题字符、终结字符以及和校验等也均是固定的。 N:N 网络是采用广播方式进行通信的:网络中每一站点都指定一个用特殊辅助继电器 和特殊数据寄存器组成的链接存储区, 各个站点链接存储区地址编号都是相同的。 各站点 向自己站点链接存储区中规定的数据发送区写入数据。网络上任何 1 台 PLC 中的发送区 的状态会反映到网络中的其他 PLC, 因此, 数据可供通过 PLC 链接连接起来的所有 PLC 共
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享,且所有单元的数据都能同时完成更新。 2.2 N:N 通信网络的组建 FX 系列 PLC N:N 通信网络的组建主要是对各站点 PLC 用编程方式设置网络参数实现 的。 FX 系列 PLC 规定了与 N:N 网络相关的标志位(特殊辅助继电器)和存储网络参数和 网络状态的特殊数据寄存器。当 PLC 为 FX1N 或 FX2N(C)时,N:N 网络的相关标志(特 殊辅助继电器)如表 2-1 所示,相关特殊数据寄存器如表 2-2 所示。
表 2-1 特性 R R R R 辅助继电器 M8038 M8183 M8184~M8190 M8191 特殊辅助继电器 名称 N:N 网络参数设置 主站点的通信错误 从站点的通信错误 数据通信 描述 用来设置 N:N 网络参数 当主站点产生通信错误时 ON 当从站点产生通信错误时 ON 当与其他站点通信时 ON 响应类型 M,L L M,L M,L

注:⑴ R:只读; W:只写; M:主站点; L:从站点 ⑵ 在 CPU 错误,程序错误或停止状态下,对每一站点处产生的通信错误数目不能计数。 ⑶ M8184~M8190 是从站点的通信错误标志,第 1 从站用 M8184,?第 7 从站用 M8190。 表 2-2 特性 R R R W W W W/R W/R R R R R R R 数据寄存器 D8173 D8174 D8175 D8176 D8177 D8178 D8179 D8180 D8201 D8202 D8203 D8204~D8210 D8211 D8201~D8218 站点号 从站点总数 刷新范围 站点号设置 从站点总数设置 刷新范围设置 重试次数设置 通信超时设置 当前网络扫描时间 最大网络扫描时间 主站点通信错误数目 从站点通信错误数目 主站点通信错误代码 从站点通信错误代码 特殊数据寄存器 名称 描述 存储它自己的站点号 存储从站点的总数 存储刷新范围 设置它自己的站点号 设置从站点总数 设置刷新范围模式号 设置重试次数 设置通信超时 存储当前网络扫描时间 存储最大网络扫描时间 存储主站点通信错误数目 存储从站点通信错误数目 存储主站点通信错误代码 存储从站点通信错误代码 响应类型 M,L M,L M,L M,L M M M M M,L M,L L M,L L M,L

注:⑴ R:只读; W:只写; M:主站点; L:从站点 ⑵ 在 CPU 错误,程序错误或停止状态下,对其自身站点处产生的通信错误数目不能计数。 ⑶ D8204~D8210 是从站点的通信错误数目,第 1 从站用 D8204,?第 7 从站用 D8210。

对于主站点,用编程方法设置网络参数,就是在程序开始的第 0 步(LD M8038) ,向
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特殊数据寄存器 D8176~D8180 写入相应的参数,仅此而已。对于从站点,则更为简单, 只须在第 0 步(LD M8038)向 D8176 写入站点号即可。 例如,图 2-2 给出了设置输送站(主站)网络参数的程序。

图 2-2 主站点网络参数设置程序

上述程序说明如下: 1、编程时注意,必须确保把以上程序作为 N:N 网络参数设定程序从第 0 步开始写入, 在不属于上述程序的任何指令或设备执行时结束。 此程序不需要执行, 因此当把其编入此 位置时,它自动变为有效。 2、特殊数据寄存器 D8178 用作设置刷新范围,刷新范围指的是各站点的链接存储区。 对于从站点,此设定不需要。根据网络中信息交换的数据量不同,可选择如表 2-3(模式 0) ,表 2-4(模式 1)和表 2-5(模式 2)三种模式。在每种模式下使用的元件被 N:N 网 络所有站点所占用。
表 2-3 模式 0 站号与字元件对应表 元 站点号 第0号 第1号 第2号 第3号 第4号 第5号 第6号 第7号 位软元件(M) 0点 — — — — — — — — 件 字软元件(D) 4点 D0~D3 D10~D13 D20~D23 D30~D33 D40~D43 D50~D53 D60~D63 D70~D73 第0号 第1号 第2号 第3号 第4号 第5号 第6号 第7号 站点号 0点 M1000~M1031 M1064~M1095 M1128~M1159 M1192~M1223 M1256~M1287 M1320~M1351 M1384~M1415 M1448~M1479 表 2-4 模式 1 站号与位、字元件对应表 元 位软元件(M) 件 字软元件(D) 4点 D0~D3 D10~D13 D20~D23 D30~D33 D40~D43 D50~D53 D60~D63 D70~D73

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表 2-5

模式 2

站号与位、字元件对应表 元 件 字软元件(D) 4点 D0~D3 D10~D13 D20~D23 D30~D33 D40~D43 D50~D53 D60~D63 D70~D73

站点号 第0号 第1号 第2号 第3号 第4号 第5号 第6号 第7号

位软元件(M) 0点 M1000~M1063 M1064~M1127 M1128~M1191 M1192~M1255 M1256~M1319 M1320~M1383 M1384~M1447 M1448~M1511

在图 2-2 的例子里,刷新范围设定为模式 1。这时每一站点占用 32×8 个位软元件,4 ×8 个字软元件作为链接存储区。在运行中,对于第 0 号站(主站) ,希望发送到网络的 开关量数据应写入位软元件 M1000~M1063 中,而希望发送到网络的数字量数据应写入字 软元件 D0~D3 中,??,对其他各站点如此类推。 3、特殊数据寄存器 D8179 设定重试次数,设定范围为 0~10(默认=3) ,对于从站点, 此设定不需要。如果一个主站点试图以此重试次数(或更高)与从站通信,此站点将发生 通信错误。 4、特殊数据寄存器 D8180 设定通信超时值,设定范围为 5~255(默认=5) ,此值乘以 及 10ms 就是通信超时的持续驻留时间。 5、对于从站点,网络参数设置只需设定站点号即可,例如供料站(1 号站)的设置, 如图 2-3 所示。

图 2-3 从站点网络参数设置程序例

2.3

N:N 通信网络的安装和连接

1、网络安装前,应断开电源。各站 PLC 应插上 485-BD 通信板。它的 LED 显示/端子 排列如图 2-4 所示。

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图 2-4 485-BD 板显示/端子排列

2、连线 335A 系统的 N:N 链接网络,各站点间用屏蔽双绞线相连,如图 2-8 所示,接线时须 注意终端站要接上 110 欧姆的终端电阻(485BD 板附件) 。

100 欧姆或更小的电阻接地

*1 R 为端子电阻。在端子 RDA 和 RDB 之间连接端子电阻(330 欧姆) *2 将端子 FG 连接到可编程控制器主体的每个端子, 而主体用 100 欧姆或更小的电阻接地。
图 2-5 335A PLC 链接网络连接

如果网络上各站点 PLC 已完成网络参数的设置,则在完成网络连接后,再接通各 PLC 工作电源,可以看到,各站通信板上的 SD LED 和 RD LED 指示灯均亮,说明 N:N 网络已 经组建成功。

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第三章
3.1 供料单元的结构 3.1.1 供料单元的功能

供料单元的结构与控制

供料单元是 335A 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 3-1 所示为供料单元实物 的全貌。

图 3-1 供料单元实物的全貌
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3.1.2 供料单元的结构组成 供料单元的结构组成如图 3-2 所示。其主要结构组成为:工件推出与支撑,工件漏斗, 阀组,端子排组件,PLC,急停按钮和启动/停止按钮,走线槽、底板等。

图 3-2 供料单元的主要结构组成

1.工件推出与支撑及漏斗部分 该部分如图 3-3 所示。用于储存工件原料,并在需要时将料仓中最下层的工件推 出到物料台上。它主要由大工件装料管、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。

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图 3-3 进料模块和物料台

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 夹紧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件,为下一次推出工件 做好准备。 为了使气缸的动作平稳可靠,气缸的作用气口都安装了限出型气缸截流阀。气缸截流 阀的作用是调节气缸的动作速度。 截流阀上带有气管的快速接头, 只要将合适外径的气管 往快速接头上一插就可以将管连接好了, 使用时十分方便。 3-4 是安装了带快速接头的 图 限出型气缸截流阀的气缸外观。

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图 3-4 安装上气缸节流阀的气缸

图 3-5 是一个双动气缸装有两个限出型气缸节流阀的连接和调节原理示意图,当调节 节流阀 A 时,是调整气缸的伸出速度,而当调节节流阀 B 时,是调整气缸的缩回速度。
B A

图 3-5 节流阀连接和调整原理示意

从图 3-4 上可以看到,气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置,这两个极 限位置都分别装有一个磁感应接近开关,如图 3-6(a)所示。磁感应接近开关的基本工作 原理是:当磁性物质接近传感器时,传感器便会动作,并输出传感器信号。若在气缸的活 塞(或活塞杆)上安装上磁性物质,在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近 开关, 就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。 当气缸的活塞杆运动到 哪一端时,哪一端的磁感应式接近开关就动作并发出电信号。在 PLC 的自动控制中,可 以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置, 以确定工件是否被推出或气缸 是否返回。在传感器上设置有 LED 显示用于显示传感器的信号状态,供调试时使用。传感 器动作时,输出信号“1” ,LED 亮;传感器不动作时,输出信号“0” ,LED 不亮。传感器 (也叫做磁性开关)的安装位置可以调整,调整方法是松开磁性开关的紧定螺栓,让磁性 开关顺着气缸滑动,到达指定位置后,再旋紧紧定螺栓。
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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 3-6 虚线框内所示,为了防 止实训时错误接线损坏磁性开关,335A 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,该磁性开关不能工作。

图 3-6 磁性开关内部电路

在底座和装料管第 4 层工件位置,分别安装一个漫射式光电开关。漫射式光电接近开 关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的,由于物体反射的光线为漫射 光,故称为漫射式光电接近开关。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。图 3-7 为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。

图 3-7 漫射式接近开关的工作原理

由此可见,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。 在控制程序中, 就可以利用该信号状态来判 断底座和装料管中储料的情况,为实现自动控制奠定了硬件基础。 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 OMRON 公司的
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E3Z-L 型放大器内置型光电开关(细小光束型) 。该光电开关的外形和顶端面上的调节旋 钮和显示灯如图 3-8 所示。图 3-9 给出该光电开关的内部电路原理框图。

图 3-8 E3Z-L 光电开关的外形和调节旋钮、显示灯

图 3-9 E3Z-L 光电开关电路原理图

被推料缸推出的工件将落到物料台上。物料台面开有小孔,物料台下面也设有一个漫 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 统提供本单元物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。该光电开关选用 OTS41 型,其外形如图 3-10 所示。

图 3-10 光电开关 OTS41 外形

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2、电磁阀组 阀组,就是将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成,而每 个阀的功能是彼此独立的。 供料单元的阀组只使用两个由二位五通的带手控开关的单电控 电磁阀,两个阀集中安装在汇流板上,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。阀组的结构如图 3-11 所示。本单元的两 个阀分别对顶料气缸和推料气缸进行控制,以改变各自的动作状态。

图 3-11 电磁阀组

本单元所采用的电磁阀,带手动换向、加锁钮,有锁定(LOCK)和开启(PUSH)2 个 位置。用小螺丝刀把加锁钮旋到在 LOCK 位置时,手控开关向下凹进去,不能进行手控操 作。只有在 PUSH 位置,可用工具向下按,信号为“1” ,等同于该侧的电磁信号为“1” ; 常态时,手控开关的信号为“0” 。在进行设备调试时,可以使用手控开关对阀进行控制, 从而实现对相应气路的控制,以改变推料缸等执行机构的控制,达到调试的目的。 3.1.3 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控制功能是由 PLC 实 现的。气动控制回路的工作原理如图 3-12 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。

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图 3-12 供料单元气动控制回路工作原理图

3.2 供料单元的 PLC 控制及编程 3.2.1 PLC 的 I/O 接线 本单元中,传感器信号占用 7 个输入点,留出 1 个点提供给启/停按钮作本地主令信 号,则所需的 PLC I/O 点数为 8 点输入/2 点输出。选用松下 FX2NC-16MR 主单元,共 8 点输入和 8 点继电器输出,供料单元的 I/O 接线原理图如图 3-13 所示。

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外部 电源

顶料 电磁阀

推料 电磁阀





外 部 电 源

Vcc 0V

AC220V

0V

Vcc
顶料 顶料 推料 推料 到位 复位 到位 复位
物料不 物料有 物料台 启/停 物料检 够检测 无检测 按钮 测

外部电源

0V

图 3-13 供料单元 PLC 的 I/O 接线原理图

供料单元的电气接线采用双层接线端子排,集中连接本工作单元所有电磁阀、传感器 等器件的电气连接线、PLC 的 I/O 端口及直流电源。上层端子用作连接公共电源正、负极 (Vcc 和 0V) ,下层端子用作信号线的连接。端子排上的每一个端子旁都有数字标号,以 说明端子的位地址。 接线端口通过导轨固定在底板上。 3-14 和图 3-15 分别是本单元的 图 接线端口外观和端子接线图。

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图 3-14 供料单元接线端口图
另外 输出 X4 Y0、 Y1 X5 X6 X0 X1 X2 X3 X7 输入 端 COM Y0 Y1

熔断器

物料 物料 物料台

Vcc 不够 有无 物料
检测 检测 检测

顶料 顶料 推料 推料 启/停

0V
到位 复位 到位 复位 按钮

顶料

推料

电磁阀 电磁阀

图 3-15 供料单元端子接线图

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3.2.2 供料单元的本地控制和网络控制 1、本地控制 335A 允许各工作单元作为独立设备运行,但在供料单元中,主令信号输入点被限制为 1 个,如果需要有启动和停止 2 种主令信号,只能由软件编程实现。图 3-16 是软件实现 用一个按钮产生启动/停止信号的一个方法。

图 3-16 用一个按钮产生启动/停止信号程序

2、网络控制 335A 着重考虑采用 RS485 串行通信实现的网络控制方案,各工作站的主令信号均从 连接到输送站 PLC 的按钮/指示灯模块发出,通过串行通信,实现各站的复位、启动、停 止等等操作。供料、加工、装配、分拣各单元在运行过程中的状态信号,应通过该单元 PLC 链接存储区的发送区域回馈到系统,以实现整个系统的协调运行。以供料单元为例, 系统的主令信号,应从该单元 PLC 链接存储区的 M1000~M1031 特殊辅助继电器区读取, 而该单元运行过程的状态信号则应写入 M1064~M1095 特殊辅助继电器区中。 图 3-17 给出了 335A 设备出厂例程清单,可供实训时参考。

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图 3-17 335A 设备出厂供料站例程

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第四章
4.1 加工单元的结构 4.1.1 加工单元的功能

加工单元的结构与控制

加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方;完 成对工件的冲压加工, 然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。 如图 4-1 所示为加工 单元实物的全貌。

图 a ) 背视图 图 4-1 加工单元实物的全貌

图 b ) 前视图

4.1.2 加工单元的结构组成 加工单元主要结构组成为:物料台及滑动机构,加工(冲压)机构,电磁阀组,接线 端口,PLC 模块,急停按钮和启动/停止按钮,底板等,加工机构的总成如图 4-2 所示。

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1.物料台及滑动机构 物料台及滑动机构如图 4-3 所示。 物料台用于固定被加工件, 并把工件移到加工 (冲 压)机构正下方进行冲压加工。它主要由手爪气动、手指、物料台伸缩气缸、线性导轨 及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。

图 4-3 物料台及滑动机构

滑动物料台的工作原理: 滑动物料台在系统正常工作后的初始状态为伸缩气缸伸出, 物料台气动手爪张开的状态,当输送机构把物料送到料台上,物料检测传感器检测到工 件后, 控制程序驱动气动手指将工件夹紧→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压 PLC 气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后气 动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。为下一次工件到来 加工做准备。 在移动料台上安装一个漫射式光电开关。若物料台上没有工件,则漫射式光电开关 均处于常态;若物料台上有工件,则光电接近开关动作,表明物料台上已有工件。该光 电传感器的输出信号送到加工单元 PLC 的输入端,用以判别物料台上是否有工件需进行 加工;当加工过程结束,物料台伸出到初始位置。同时,PLC 通过通信网络,把加工完成 信号回馈给系统,以协调控制。 移动料台上安装的漫射式光电开关仍选用 OMRON 公司的 E3Z-L 型放大器内置型光电
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开关(细小光束型) ,该光电开关的原理和结构以及调试方法在前面已经介绍过了。 移动料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸缩气缸上两个磁性开关位置来定位的。 要求缩回位置位于加工冲头正下方;伸出位置应与输送单元的抓取机械手装置配合,确 保输送单元的抓取机械手能顺利地把待加工工件放到料台上。 2、加工(冲压)机构 加工(冲压)机构如图 4-4 所示。加工机构用于对工件进行冲压加工。它主要由冲 压气缸、冲压头、安装板等组成。

图 4-4 加工(冲压)机构

冲压台的工作原理:当工件到达冲压位置既伸缩气缸活塞杆缩回到位,冲压缸伸出 对工件进行加工,完成加工动作后冲压缸缩回,为下一次冲压做准备。 冲头根据工件的要求对工件进行冲压加工,冲头安装在冲压缸头部。安装板用于安 装冲压缸,对冲压缸进行固定。 加工单元机械部件的装配和调整请参阅“335A 机械装配手册” 。 3、电磁阀组 加工单元的气爪、物料台伸缩气缸和冲压 气缸均用三个二位五通的带手控开关的单电 控电磁阀控制, 三个控制阀集中安装在带有消 声器的汇流板组成,如图 4-5 所示。图中,前 面的冲压缸控制电磁阀所配的快速接头口径 较大, 这是由于冲压缸对气体的压力和流量要 求比较高,冲压缸的配套较粗气管的缘故。
图 4-5 电磁阀组
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这三个阀分别对冲压气缸、物料抬手爪气缸和物料台伸缩气缸的气路进行控制,以 改变各自的动作状态。 电磁阀所带手控开关有锁定(LOCK)和开启(PUSH)2 种位置。在进行设备调试时, 使手控开关处于开启位置,可以使用手控开关对阀进行控制,从而实现对相应气路的控 制,从而实现对相应气路的控制,以改变冲压缸等执行机构的控制,达到调试的目的。 4.1.3 气动控制回路 本工作单元气动控制回路的工作原理如图 4-6 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, 和 2B2 为安装在物料台伸缩气缸的两个极限工 2B1 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、物料台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制端。

图 4-6 加工单元气动控制回路工作原理图

从图 4-6 可以看到, 当气源接通时, 料台伸出气缸的初始状态是在伸出位置。 这一点, 在进行气路安装时应予注意。

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4.2 加工单元的 PLC 控制及编程 4.2.1 PLC 的 I/O 接线 本单元中,传感器信号占用 6 个输入点,留出 2 个点提供给提供给急停按钮和启/停 按钮作本地主令信号,则所需的 PLC I/O 点数为 8 点输入/3 点输出,选用三菱 FX2NC-16MR 主单元,共 8 点输入和 8 点继电器输出,加工单元的 I/O 接线原理图如图 4-7 所示。
料台 伸缩 加工 压头

外部电源

夹紧 电磁阀

电磁阀 电磁阀

外 部 电 源

Vcc 0V

0V

Vcc
物台 料台夹 料台伸 料台缩 加工压 加工压

外部电源

0V

启/停 按钮

物料检 紧检测 出到位 回到位 头上限 头下限 测

备用

图 4-7 加工单元 PLC 的 I/O 接线原理图

本单元的接线端口外观和端子接线图分别如图 4-8 和图 4-9。

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图 4-8 加工单元的接线端口图
另外 输出 Y0、 Y1、 Y2

X0

X1

X2

X3

X4

X5

X6

输入 端 COM

Y0

Y1

Y2

熔断器

物台

料台 料台 料台 加工 加工 夹紧 伸出 缩回 压头 压头 检测 到位 到位

Vcc

物料检 测

启/停

0V

上限 下限 按钮

料台 加工 夹紧 伸缩 压头 电磁阀 电磁阀 电磁阀

备用

图 4-9 加工单元端子接线图

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4.2.2 加工单元的 PLC 编程要点 1、在 YL-335 的加工单元中,提供启动/停止按钮和急停按钮各一个作为该单元的主 令信号。与供料单元同样,如果需要有启动和停止 2 种主令信号,只能由软件编程实现, 实现方法在第三章中已经阐述,这里不再重复。本单元的急停按钮是当本单元出现紧急 情况下提供的局部急停信号,一旦发生,本单元所有机构应立即停止运行,直到急停解 除为止;同时,急停状态信号应回馈到系统,以便协调处理。 2、加工单元的工艺过程也是一个顺序控制:物料台的物料检测传感器检测到工件后, 按照,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。读者可按上述工艺要求编写 PLC 程序。这里 假设,该单元用本地控制,按一下启/停按钮,单元启动,按上述顺序工作;再按一下启 /停按钮,发出停止工作信号,单元在完成本周期的动作后停止工作,即使物料台的物料 检测传感器检测到工件,也不再运行。 3、 采用网络控制方式时, 该单元工作的主令信号应从 PLC 链接存储区的 M1000~M1031 特殊辅助继电器区读取,接收来自输送站的发送信号。而该单元运行过程的状态信号则 应写入 M1128~M1159 特殊辅助继电器区中。

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第五章
5.1 装配单元的结构 5.1.1 装配单元的功能

装配单元的结构与控制

装配单元是将该生产线中分散的两个物料进行装配的过程。主要是通过对自身物料 仓库的物料按生产需要进行分配,并使用机械手将其插入来自加工单元的物料中心孔的 过程。装配单元总装实物图如 5-1,总体装配图如图 5-2 所示:

图 a) 前视图 图 5-1 装配单元总装实物图

图 b) 背视图

竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落,通过两直线气缸的共同作用,分别对底层 相邻两物料夹紧与松开,完成对连续下落的物料的分配,被分配的物料按指定的路径落 入位置转换装置,摆台完成 180 度位置变换后,由前后移动气缸,上下移动气缸,气动 手指所组成的机械手夹持并位移,再插入已定位的半成品工件中。
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图 5-2 装配单元总体装配图
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5.1.2 装配单元的结构组成 由于装配单元不仅要完成对分散的物料的装配过程,而且配有自身的物料仓库,因 此它的结构组成包括:简易料仓,供料机构,廻转物料台,机械手,半成品工件的定位 机构,气动系统及其阀组,信号采集及其自动控制系统,以及用于电器连接的端子排组 件,整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板,传感器安 装支架等其它附件。 1.简易料仓 简易料仓是由塑料圆棒加工而成, 它直接插装在供料机构的连接孔

中,并在顶端放置加强金属环,用以防止空心塑料圆柱的破损。物料竖直放入料仓的空 心圆柱内,由于二者之间有一定的间隙,使其能在重力作用下自由下落。 为了能对料仓缺料时即时报警,在料仓的外部安装漫反射光电传感器(E3Z-L 型) , 并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽, 以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料 上。如图 5—2 所示。料仓中的物料外型一致,但颜色分为黑色和白色,光电传感器的 灵敏度调整应以能检测到黑色物料为准则。

图 5—2 料仓实物图

2.供料机构

它的动作过程是由上下位置安装, 水平动作的两直线气缸在 PLC 的
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控制下完成的。当供气压力达到规定气压后,打开气路阀门,此时分配机构底部气缸在 单电控电磁阀的作用下,恢复到初始状态---该气缸活塞杆伸出,因重力下落的物料被 阻挡,系统上电并正常运行后,当廻转物料台旁的光电传感器检测到当廻转物料台需要 物料时, 供料机构中的上部气缸在电磁阀的作用下活塞杆伸出, 将与之对应的物料夹紧, 使其不能下落,底部气缸活塞杆缩回,物料掉入当廻转物料台的料盘中,底部气缸复位 伸出,上部的气缸缩回,物料连续下落,为下一次分料作好准备。在两直线气缸上均装 有检测活塞杆伸出与缩回到位的磁性开关,用于动作到位检测,当系统正常工作并检测 到活塞磁钢的时候,磁性开关的红色指示灯点亮,并将检测到的信号传送给控制系统的 PLC。供料机构的底部装有用于检测有无物料的光电传感器,使控制过程更准确可靠。 3. 廻转物料台 该机构由气动摆台和料盘构成, 气动摆台驱动料盘旋转 180 度,

并将摆动到位信号通过磁性开关传送给 PLC,在 PLC 的控制下,实现有序,往复循环动 作。见图 5—3 所示。

图 5---3 廻转物料台的结构

廻转物料台的主要器件是气动摆台, 它是由直线汽 缸驱动齿轮齿条实现回转运动,回转角度能在 0—90 度和 0—180 度之间任意可调,而且可以安装磁性开 关,检测旋转到位信号,多用于方向和位置需要变换 的机构。如图 5—4 所示。
图 5-4 气动摆台

回转到位的信号是通过调整气动摆台滑轨内的 2 个磁性开关的位置实现的,图 5-5 是调整磁性开关位置的示意图。磁性开关安装在气缸体的滑轨内,松开磁性开关的紧定 螺丝,磁性开关就可以沿着滑轨左右移动。确定开关位置后,旋紧紧定螺丝,即可完成 位置的调整。
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图 5-5 磁性开关位置调整示意

4. 装配机械手

装配机械手是整个装配单元的核心。 当装配机械手正下方的

廻转物料台上有物料,且半成品工件定位机构传感器检测到该机构有工件的情况下,机 械手从初始状态开始执行装配操作过程。装配机械手整体外形如图 5-6 所示。

图 5-6

装配机械手的整体外形

装配机械手装置是一个三维运动的机构,它由水平方向移动和竖直方向移动的 2 个导杆气缸和气动手指组成。 导杆气缸外型如图 5—7 所示。 该气缸由直线运动气缸带双导杆和其它附件组成。

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图 5—7 导杆气缸

安装支架用于导杆导向件的安装和导杆气缸整体的固定,连接件安装板用于固定 其它需要连接到该导杆气缸上的物件,并将两导杆和直线汽缸活塞杆的相对位置固定, 当直线气缸的一端接通压缩空气后,活塞被驱动作直线运动,活塞杆也一起移动,被连 接件安装板固定到一起的两导杆也随活塞杆伸出或缩回,从而实现导杆气缸的整体功 能。安装在导杆末端的行程调整板用于调整该导杆气缸的伸出行程。具体调整方法是松 开行程调整板上的紧定螺钉, 让行程调整板在导杆上移动, 当达到理想的伸出距离以后, 再完全锁紧紧定螺钉,完成行程的调节。 装配机械手的运行过程如下: PLC 驱动与竖直移动气缸相连的电磁换向阀动作,由竖直移动带导杆气缸驱动气 动手指向下移动,到位后,气动手指驱动手爪夹紧物料,并将夹紧信号通过磁性开关传 送给 PLC,在 PLC 控制下,竖直移动气缸复位,被夹紧的物料随气动手指一并提起, 离开当廻转物料台的料盘,提升到最高位后,水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动 下,活塞杆伸出,移动到气缸前端位置后,竖直移动气缸再次被驱动下移,移动到最下 端位置,气动手指松开,经短暂延时,竖直移动气缸和水平移动气缸缩回,机械手恢复 初始状态。 在整个机械手动作过程中,除气动手指松开到位无传感器检测外,其余动作的到 位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关,将采集到的信号输入 PLC,由 PLC 输出信 号驱动电磁阀换向,使由气缸及气动手指组成的机械手按程序自动运行。 5.半成品工件的定位机构 输送单元运送来的半成品工件直接放置在该机构

的料斗定位孔中,由定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位,从而完成准确的装 配动作和定位精度。如图 5—8 所示。

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图 5—8 半成品定位机构

6.电磁阀组

装配单元的

阀组 6 个二位五通单电控电磁换向 阀组成,如图 5-9 所示。这些阀分 别对物料分配,位置变换和装配动 作气路进行控制,以改变各自的动 作状态。

图 5-9 装配单元的阀组

7、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,其中黄绿交叉线为”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、黑色线:信号灯公共控制线。接线如图 5-10 所示。

图 5-10 警示灯及其接线

5.1.3 气动控制回路 图 5-11 是装配单元气动控制回路图, 在进行气路连接时, 请注意各气缸的初始位置, 其中,档料气缸在伸出位置,手爪提升气缸在提起位置。
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图 5-11 装配单元气动控制回路

5.2 装配单元的 PLC 控制及编程 5.2.1 PLC 的 I/O 接线 1、PLC 的选型和 I/O 接线原理 装配单元的所使用的传感器及电磁阀较多, 选用 三菱 FX2N-48MR 主单元,共 24 点输入,24 点输出。 实际使用为 18 点输入 (包括急停按钮和启动/停止按 钮信号) 点输出。 ,9 PLC 及接线端口的整体外观图如图 5-12 所示。 PLC 的输入端和输出端接线原理图分别如图 5-13 和图 5-14 所示。端子排接线图如图 5-15 所示。

图 5-12 装配单元 PLC 及接线端口

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物料不 物料有 物料左 物料右 物料台 顶料 外部电源 足检测 无检测 检测 检测 检测 到位

顶料 复位

挡料 状态

落料 状态

转缸左 转缸右 手爪夹 手爪下 手爪上 手爪缩 手爪伸 启/停 旋到位 旋到位 紧检测 降到位 升到位 回到位 出到位 按钮

备用

Vcc 0V

FX2NC-48MR 输入端

图 5-13 装配单元 PLC 输入端接线原理

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外部电源

挡料

顶料

回转

手爪 夹紧

Vcc

手爪 下降

手爪 伸出





绿

电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀

电磁阀 电磁阀 警示灯 警示灯

Vcc

警示灯

外部电 源

Vcc 0V

FX2NC-48MR 输出端

图 5-14 装配单元 PLC 输出端接线原理

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输出端 COM1、 COM2、X0 X1 COM3

X2

X3

X4

X5

X6

X7

X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 X20

输 入 端 COM

Y0

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

Y10

熔断器

物料 物料 物料 物料 放料

Vcc 不足

没有





顶料 顶料 挡料 落料 到位 复位 状态 状态

转缸 转缸 手爪 手爪 手爪 手爪 手爪 左旋 右旋 夹紧 下降 上升 缩回 伸出 到位 到位 到位 到位 到位 到位 到位

启/停 按钮



备用 0V

检测 检测 检测 检测 检测

手爪 手爪 挡料 顶料 回转 夹紧 下降 电磁 电磁 电磁 电磁 电磁 阀 阀 阀 阀 阀

手爪 伸出 电磁 阀





绿

警示灯 警示灯 警示灯

图 5-15 装配单元上接线端口接线图

5.2.2 装配单元的 PLC 编程要点 装配单元的控制过程均为逻辑控制,编程时不仅要注意网络数据的读取与写入,更 要理清输入继电器与输出继电器之间的逻辑关系。让整个装配单元的动作过程稳定可 靠,逻辑严谨,与其他单元的配合竟然有序,满足该自动生产线的需要。 装配单元上安装的红、黄、绿三色警示灯,是作为整个系统警示用的,它的动作取 决于输送单元发送到网络上的系统状态信号,具体动作方式则由本单元 PLC 程序控制, 在编程时应该注意。

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第六章 分拣单元的结构与控制
6.1 分拣单元的结构 6.1.1 分拣单元的功能 分拣单元是 335A 中的最末单元,完成对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。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,工件开始送入分拣区进行分拣。如图 6-1 所示分拣单元实物的全貌。

图 6-1 分拣单元实物的全貌

6.1.2 分拣单元的结构组成 分拣单元的结构组成如图 6-2 所示。其主要结构组成为:传送和分拣机构,传动机 构,变频器模块,电磁阀组,接线端口,PLC 模块,底板等。

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3

1

2
3 2 1
序号 拖出总成 电机驱动总成 皮带总成 名 称 335-05-03 335-05-02 335-05-01 图 号 型号规格 材质 制造商 单位 数量 生产方式

物料机构

图 6-2 分拣单元的主要结构组成

1、传送和分拣机构 传送和分拣机构如图 6-3 所示。传送已经加工、装配好的工件,在光纤传感器检测 到并进行分拣。它主要由传送带、物料槽、推料(分拣)气缸、漫射式光电传感器、光 纤传感器、磁感应接近式传感器组成。

图 6-3 传送和分拣机构

传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输,输送至分拣区。导向件是用纠
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偏机械手输送过来的工件。两条物料槽分别用于存放加工好的黑色工件和白色工件。 传送和分拣的工作原理: 本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件进行分拣。 当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时, 将信号传输给 PLC,通过 PLC 的程序启动变频器,电机运转驱动传送带工作,把工件带进分拣区,如 果进入分拣区工件为白色,则检测白色物料的光纤传感器动作,作为 1 号槽推料气缸启 动信号,将白色料推到 1 号槽里,如果进入分拣区工件为黑色,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。自动生产线的加工结束。 在每个料槽的对面都装有推料(分拣)气缸,把分拣出的工件推到对号的料槽中。 在两个推料(分拣)气缸的前极限位置分别装有磁感应接近开关,在 PLC 的自动控制可 根据该信号来判别分拣气缸当前所处位置。当推料(分拣)气缸将物料推出时磁感应接 近开关动作输出信号为“1” ,反之,输出信号为“0” 。 在安装和调试传送、分拣机构时须注意: ⑴分拣单元的两个气缸安装时需注意:一是安装位置,应使工件从料槽中间被推入; 二是要注意安装水平,否则有可能推翻工件。 ⑵为了准确且平稳地把工件从滑槽中间推出,需要仔细地调整两个分拣气缸的位置 和气缸活塞杆的伸出速度,调整方法在前面已经叙述过了。 ⑶在传送带入料口位置装有漫射式光电传感器,用以检测是否有工件输送过来进行 分拣。有工件时,漫射式光电传感器将信号传输给 PLC,用户 PLC 程序输出启动变频器 信号,从而驱动三相减速电动机启动,将工件输送至分拣区。 该光电开关灵敏度的调整以能在传送带上方检测 到工件为准,过高的灵敏度会引入干扰。 ⑷在传送带上方分别装有两个光纤传感器如图 6-4 所示,光纤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 入放大器的两个光纤孔。 放大器的安装示意如图 6-5 所示。
6-4 光纤传感器

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图 6-5 光纤传感器放大器单元的安装示意图

光纤传感器也是光电传感器的一种,相对于传统电量型传感器(热电偶、热电阻、 压阻式、振弦式、磁电式) ,光纤传感器具有下述优点:抗电磁干扰、可工作于恶劣环 境,传输距离远,使用寿命长,此外,由于光纤头具有较小的体积,所以可以安装在很 小空间的地方。 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。 图 6-6 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 6-6 光纤传感器放大器单元的俯视图

E3Z-NA11 型光纤传感器电路框图如图 6-7 所示, 接线时请注意根据导线颜色判断电 源极性和信号输出线,本单元使用的是褐色、黑色、和蓝色线。
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图 6-7 E3Z-NA11 型光纤传感器电路框图

2、传动机构 传动机构如图 6-8 所示。采用的三相减速电机,用于拖动传送带从而输送物料。它 主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。

图 6-8 传动机构

三相电机是传动机构的主要部分,电动机转速的快慢由变频器来控制(变频器具体 操作见 6.2.2) ,其作用是带传送带从而输送物料。电机支架用于固定电动机。联轴器由 于把电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来,从而组成一个传动机构。在安装和调整 时,要注意电动机的轴和输送带主动轮的轴必须要保持在同一直线上。
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分拣单元机械部件的装配和调整请参阅“335A 机械装配手册” 。 3.电磁阀组 分拣单元的电磁阀组只使用了两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。这两个阀分别对白料推动气缸和黑料推动气缸的气路进行控制,以改 变各自的动作状态。 所采用的电磁阀所带手控开关有锁定(LOCK)和开启(PUSH)2 种位置。在进行设备 调试时,使手控开关处于开启位置,可以使用手控开关对阀进行控制,从而实现对相应 气路的控制,以改变推料缸等执行机构的控制,达到调试的目的。 6.1.3 气动控制回路 本单元气动控制回路的工作原理如图 6-9 所示。图中 1A 和 2A 分别为分拣一气缸和 分拣二气缸。1B1 为安装在分拣一气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关,2B1 为安 装在分拣二气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1 和 2Y1 分别为控制分拣一气 缸和分拣二气缸的电磁阀的电磁控制端。

图 6-9 分拣单元气动控制回路工作原理图

6.2 分拣单元的 PLC 控制及编程 6.2.1 PLC 的 I/O 接线 本单元中,传感器信号占用 5 个输入点,留出 2 个点提供给急停按钮和启/停按钮作 本地主令信号,共需 7 点输入;输出点数为 5 个,其中 3 个输出点提供给变频器使用。
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选用 FX2NC-16MR 主单元,共 8 点输入和 8 点继电器输出,供料单元的 I/O 接线原理 图如图 6-10 所示。
外部电源

推杆1 推杆2 电磁阀 电磁阀

外 部 电 源

Vcc 0V

变 频 器 正转 速度

0V

Vcc
推杆1 到位 推杆2 到位 光纤传感器 SC1 黑 SC2 白 物料台 启/停 物料检 按钮 测

外部电源

0V

备 用

图 6-10 分拣单元 PLC 的 I/O 接线原理图

分拣单元与前述几个单元电气接线方法有所不同,该单元的变频器模块是安装在抽 屉式模块放置架上的。因此,该单元 PLC 输出到变频器控制端子的控制线,须首先通过 接线端口连接到实训台面上的接线端子排上,然后用安全导线插接到变频器模块上。同 样,变频器的驱动输出线也须首先用安全导线插接到实训台面上的接线端子排插孔侧, 再由接线端子排连接到三相交流电动机。图 6-11 是本单元的端子接线图。

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另外 输出 Y0、 Y1

X2

X3

X4

X0

X1

X5

输入端 COM

Y0

Y1

Y4

另一 Y4

熔断器

光纤传 感器

物料台 SC2 白 物料 检测 推杆1 推杆2 启/停 到位 到位 按钮

Vcc

SC1 黑

备用 0V

接线 接线 端子 端子 电磁阀电磁阀 排 7排 8
推杆1推杆2

图 6-11 分拣单元端子接线图

6.2.2 三菱 FR-E500 系列变频器简介 在 使 用三菱 PLC 的 335A 设备中,变频器选用 三菱变频器 FR-E500 系列中 FR-E540-0.75K-CH 型变频器,该变频器额定 电压等级为三相 400V,适用电机容量 0.75kW 的电动机。图 6-12 是变频器的前视图和拆掉前盖板和辅助板后的视图。

图 6-12
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FR-E540-0.75K 的外观结构
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变频器安装在模块盒内,变频器的电源端头、电动机端头、主要的输入、输出端头 都引出到模块面板的安全导线插孔上,以确保实训接线操作时的安全。在模块面板上还 安装了调速电位器,用来调节变频器输出电压的频率。变频器模块面板如图 6-13 所示。

图 6-13 三菱 FR-E540 变频器模块面板

6.2.2.1 FR-E500 变频器的电路连接 FR-E500 变频器主电路和控制电路的接线图如图 6-14 所示,表 6-1 列出了控制电路 端子的功能说明。 进行主电路接线时,变频器模块面板上的 L1、L2、L3 插孔接三相电源,接地插孔 接保护地线;三个电动机插孔 U、V、W 连接到三相电动机(千万不能接错电源,否则 会损坏变频器) 。 当变频器的参数 Pr79 设定值=2(外部操作模式)时,就可以用 PLC 的输出信号去控 制变频器的启动/停止、正反转和改变运行频率等。 在 335A 设备中,限于 PLC 的输出点数,最多只能提供 4 点输出供变频器的控制端子 使用,在出厂时连接了 STF、STR、RM、RL 四个端子。

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图 6-14 FR-E500 电路接线图

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表 6-1

控制电路端子的功能说明

6.2.2.2

FR-E500 系列变频器的操作面板

使用操作面板(FR-PA02-02)可以进行运行方式、频率的设定,运行指令监视,参 数设定,错误表示等。操作面板有一显示屏,还有一可打开的操作盖板,图 6-15 和表 6-2、表 6-3 表示了操作面板各部分的名称和作用。

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图 6-15 操作面板各部分的名称 表 6-2 FR-E500 面板按键的作用

表 6-3

FR-E500 面板上运行状态的表示

按键中最重要的是[MODE]键( “模式”键或“状态”键) ,它可以改变显示模式(状 态) 模式共有 5 种: 。 监视、 频率设定、 参数设定、 操作以及帮助模式。 PU 连续按动[MODE] 键,显示器将循环顺序显示以上几种模式。 在每种模式下有不同的功能,如在“监视”模式下,按[SET]键,可以显示电动机的 频率(“Hz”灯亮), 或显示电流(“A”灯亮)等运行信息; 又如在 “操作” 模式下, 按[▲]、
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[▼]键,可选择“外部操作” (利用外部信号控制变频器的运转)“PU 操作” 、 (利用变频 器操作单元的键直接控制变频器的运转)或“PU 点动操作”等操作模式;在参数设定模 式下,可根据实际需要改变变频器的参数值等。图 6-16 是用[MODE]键改变显示模式的 操作示意。

图 6-16 用[MODE]键改变显示模式的操作示意

6.2.2.3 FR-E500 变频器的运行操作和参数设置 1、FR-E500 运行操作方式 FR-E500 变频器的运行操作模式有 9 种,常用的 6 种如图 6-17 所示。

图 6-17
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E500 常用的操作模式
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运行操作模式是通过参数 Pr.79 设定的,Pr.79 的出厂设定值为 0,用户可以根据实 际需要修改设定值,图 6-18 是设定参数 Pr.79 的一个例子。

图 6-18 参数 Pr.79 设定的例子

335A 自动线系统中,变频器的运行由 PLC 输出控制,应选择 Pr.79=2,即外部操作 模式。但在分拣单元部件的安装、调试过程中,也有使用 PU 操作模式或外部/PU 组合 操作模式 II 操作变频器来驱动电动机试运行的。 用外部/PU 组合操作模式 II 运行时,应在变频器模块面板上把调速电位器引出端的 “1”“2”“3”插孔分别与变频器“10”“2”“5”号控制端子引出插孔相连接,然 、 、 、 、
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后按图 6-19 所示步骤操作。

图 6-19

外部/PU 组合操作模式 II 运行操作的步骤

2、多段速运行模式的操作 变频器在外部操作模式或组合操作模式 II 下, 变频器不仅可以通过外接电位器的调 整来改变运行频率,还可以通过外接的开关器件的组合通断改变输入端子的状态来实 现。这种控制频率的方式称为多段速控制功能。 FR-E540 变频器的速度控制端子是 RH、 和 RL。 RM 通过这些开关的组合可以实现 3 段、 7 段、 段 15 (要通过参数 Pr.183 设置为 8, RMS 端子的功能转换成多速段控制端 REX) 将 速的控制。 转速的切换, 由于转速的档次是按二进制的顺序排列的, 故三个输入端可以组合成 3
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档至 7 档(0 状态不计)转速,故四个输入端可以组合成 15 档(0 状态不计)转速。 3 段速由 RH、RM、RL 通断来实现。 7 段速由 RH、RM、RL 通断的组合来实现。 15 段速由 RH、RM、RL 和 REX(由参数 Pr.183 设置为 8,将 RMS 端子的功能转换成多 速段控制端 REX)通断的组合来实现。 多段速的各自运行频率则由参数 Pr.3- Pr.5(设置前 3 段速的频率) 、Pr.24- Pr.27 (设置第 4 段速至第 7 段速的频率) ,Pr.232- Pr.239(设置第 8 段速至第 15 段速的频 率)的设置值来决定。 多段速控制对应的控制端状态及参数关系见图 6-20

图 6-20 多段速控制示意

图中各参数的设定步骤如下: ①用相应参数设定运行频率,设定步骤与图 6-16 参数 Pr.79 设定的例子相同。 ②在变频器运行期间,每种速度(频率)能在 0~400Hz 范围内被设定。 ③在读出多段速度设定参数状态下, 通过按[▲]/[▼]键改变设定值。 在此种情况下, 为存储设定频率,在松开[▲]/[▼]键后,请按下 [SET] 键。 频率指令的外部端子,其优先排列顺序依次为: 「JOG>多段速度运行> 4 号端子>2 号端子」 。 2. 多段速度设定在 PU 运行和外部运行中都可以设定。 3. 3 速设定的场合,2 速以上同时被选择时,低速信号的设定频率优先。
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4. Pr.24~Pr.27 和 Pr.232~Pr.239 之间的设定没有优先级。 5. 运行期间参数值也能被改变。 3、常用参数的设定 E500 变频器有几百个参数,实际使用时,只需设定一些常用参数,其余按出厂设定 即可。YL-335 设备中,变频器所需设定的参数如表 6-2 所示。
表 6-2 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 YL-335 设备变频器主要参数的设定 参数代号 P4 P5 P6 P7 P8 P14 P79 P80 P82 P83 P84 参数值 35 20 11 5 5 0 2 默认 默认 默认 默认 电动机控制模式 电动机的额定功率 电动机的额定电流 电动机的额定电压 电动机的额定频率 高速 中速 低速 加速时间 减速时间 说 明

4、参数的写入禁止和参数清除 ⑴ 为了防止设置好的参数被意外改写, 可以使用参数 Pr.77 的 “参数写入禁止功能” 。 参数 Pr.77 的设定范围为 0、1、2,不同设定值的功能如表 6-3 所示,Pr.77 出厂设定 值=0。
表 6-3 Pr.77 设定值的功能

⑵参数清除 如果用户在参数调试过程中遇到问题,并且希望重新开始调试,实践证明这种参数
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清除操作方法是非常有用的。参数清除有 2 种情况,一是只清除用户设置的参数值,用 户设置的校准值不变,另一种是参数全部被清除,包括参数清除和校准值清除。为了实 现参数清除,应设定参数 Pr.77=0。 参数清除操作,首先要用[MODE]键改变显示模式到帮助模式下,然后按[▲]键选择 到参数清除或全部清除方式,如图 6-21 所示。

图 6-21 在帮助模式下各内容变换的操作示意

参数清除的步骤是:按图 6-21 示意,按[▲]键选择到参数清除方式,操作[SET]键 和[▲]键将显示由 0 改为 1, 然后持续压下[SET]键超过 1.5 秒, 使得显示在 1 和[Pr.CL] 间交替变换,此时用户输入的所有参数值均被清除,恢复到出厂值。如图 6-22 所示。

图 6-22 参数清除操作示意

全部清除的步骤是:按图 6-22 示意,按[▲]键选择到全部清除方式,操作[SET]键 和[▲]键将显示由 0 改为 1, 然后持续压下[SET]键超过 1.5 秒, 使得显示在 1 和[ALLC] 间交替变换,此时用户输入的所有参数值和校准值均被清除,恢复到出厂值。如图 6-23 所示。

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图 6-23 全部清除操作示意

6.2.3 分拣单元的的 PLC 编程要点 1、在 YL-335 的加工单元中,提供启动/停止按钮和急停按钮各一个作为该单元的主 令信号。 与供料单元同样, 如果需要有启动和停止 2 种主令信号, 只能由软件编程实现, 实现方法在第三章中已经阐述,这里不再重复。本单元的急停按钮是当本单元出现紧急 情况下提供的局部急停信号,一旦发生,本单元所有机构应立即停止运行,直到急停解 除为止;同时,急停状态信号应回馈到系统,以便协调处理。 2、现有的 PLC 的输出端子接线中,分配 Y4、Y5 给变频器的 STF、RM 控制端子。没 有考虑电动机转速的分级调整。如需调整速度,可把空闲的 Y6 点分配给变频器 RL 端, 则应调整变频器的 Pr.5、Pr.6、Pr.24 参数,与此同时,应编制相应的 PLC 程序。 3、分拣单元需要完成在传送带上把不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能。为了 使工件能准确地推出,光纤传感器灵敏度的调整、变频器参数(运转频率、斜坡下降时 间等)的设置以及软件编程中定时器设定值的设置等,应相互配合。

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第七章 输送单元的结构与控制
7.1 输送单元的功能和结构 输送单元是 335A 系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元。 该单元主 要完成驱动它的抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台,在物料台上抓取工件, 把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。同时,该单元在 PPI 网络系统中担任 着主站的角色,它接收来自按钮/指示灯模块的系统主令信号,读取网络上各从站的状 态信息,加以综合后,向各从站发送控制要求,协调整个系统的工作。 输送单元由抓取机械手装置、步进电机传动组件、PLC 模块、按钮/指示灯模块和 接线端子排等部件组成。 7.1.1 抓取机械手装置

抓取机械手装置是一个能实现四自由度运动(即升降、伸缩、气动手指夹紧/松开和 沿垂直轴旋转的四维运动)的工作单元,该装置整体安装在步进电机传动组件的滑动溜 板上,在传动组件带动下整体作直线往复运动,定位到其他各工作单元的物料台,然后 完成抓取和放下工件的功能。图 7-1 是该装置实物图。

图 7-1 抓取机械手装置

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具体构成如下: 1.气动手爪:双作用气缸由一个二位五通双向电控阀控制,带状态保持功能用于各 个工作站抓物搬运。双向电控阀工作原理类似双稳态触发器即输出状态由输入状态决 定,如果输出状态确认了即使无输入状态双向电控阀一样保持被触发前的状态。 2.双杆气缸:双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制,用于控制手爪伸出缩回 3.回转气缸:双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制,用于控制手臂正反向 90 度旋转,气缸旋转角度可以任意调节范围 0—180 度,调节通过节流阀下方两颗固定 缓冲器进行调整。 4.提升气缸:双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制,用于整个机械手提升下 降 以上气缸运行速度快慢由进气口节流阀调整进气量进行速度调节。 7.1.2 步进电机传动组件 步进电机传动组件用以拖动抓取机械手装置作往复直线运动, 完成精确定位的功能。 图 7-2 是该组件的正视和俯视示意图。图中,抓取机械手装置已经安装在组件的滑动溜 板上。 传动组件由步进电机、同步轮、同步带、直线导轨、滑动溜板、拖链和原点开关、 左、右极限开关组成。 步进电机由步进电机驱动器驱动,通过同步轮和同步带带动滑动溜板沿直线导轨作 往复直线运动。从而带动固定在滑动溜板上的抓取机械手装置作往复直线运动。 抓取机械手装置上所有气管和导线沿拖链敷设,进入线槽后分别连接到电磁阀组和 接线端子排组件上。 原点开关用来提供直线运动的起始点信号。左、右极限开关则用来提供越程故障时 的保护信号:当滑动溜板在运动中越过左或右极限位置时,极限开关会动作,从而向系 统发出越程故障信号。 已经安装好的步进电机传动组件和抓取机械手装置如图 7-3 所示。

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图 7-2 步进电机传动组件的正视和俯视示意图

图 7-3

7.1.3

按钮/指示灯模块

该模块放置在抽屉式模块放置架上,模块上安装的所有元器件的引出线均连接到面
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板上的安全插孔,面板布置如图 7-4 所示。 按钮/指示灯模块内安装了按钮/开关,指示灯/蜂鸣器和开关稳压电源等三类元器 件,具体如下: ⑴ 按钮/开关:急停按钮 1 只,转换开关 2 只,复位按钮黄、绿、红各 1 只,自锁 按钮黄、绿、红各 1 只。 ⑵ 指示灯/蜂鸣器:24V 指示灯黄、绿、红各 2 只,蜂鸣器 1 只。 ⑶ 开关稳压电源:DC 24 V/6 A、12 V/2 A 各一组。

图 7-4 按钮/指示灯模块

7.1.3 气动控制回路 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 7-5 所示。

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图 7-5 气动控制回路原理图

在气动控制回路中,驱动气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通双电控电磁阀, 电磁阀外形如图 7-6 所示。

图 7-6 双电控气阀示意图

双电控电磁阀与单电控电磁阀的区别在于,对于单电控电磁阀,在无电控信号时, 阀芯在弹簧力的作用下会被复位,而对于双电控电磁阀,在两端都无电控信号时,阀芯 的位置是取决于前一个电控信号。 注意:双电控电磁阀的两个电控信号不能同时为“1” ,即在控制过程中不允许两个线 圈同时得电,否则,可能会造成电磁线圈烧毁,当然,在这种情况下阀芯的位置是不确 定的。

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7.2 输送单元的 PLC 控制与编程 7.2.1 PLC 的选型和 I/O 接线 输送单元所需的 I/O 点较多。其中,输入信号包括来自按钮/指示灯模块的按钮、开 关等主令信号,单元各构件的传感器信号等;输出信号包括输出到抓取机械手装置各电 磁阀的控制信号和输出到步进电机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号; 此外尚须考虑在 需要时输出信号到按钮/指示灯模块的指示灯、蜂鸣器等,以显示本单元或系统的工作 状态。 由于需要输出驱动步进电机的高速脉冲,PLC 应采用晶体管输出型。 基于上述考虑,选用 FX1n-40MT 型,共 20 点输入,20 点晶体管输出。PLC 安装在模 块盒中,如图 7-7 所示。PLC 的输入、输出线都引出到面板上的安全插孔处。面板上每 一输入插孔旁都设有一个钮子开关, 该开关的 2 根引出线分别连接到 PLC 输入端的公共 参考点和相应的输入点,开关板到接通位置时,使该输入点 ON,可以用于程序调试。须 注意的是,在调试后要把开关板回 OFF 位置,以免影响正常程序的运行。

图 7-7

FX1N-40MT PLC 模块面板

输送单元 PLC 的输入端和输出端接线原理图分别如图 7-8 和图 7-9 所示。在接线图 中输入端连接了一些开关和按钮, 输出端连接了一些指示灯和蜂鸣器, 仅仅是作为例子, 实际接线时应按工作任务的需要加以考虑。

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右限位 左限位 外部供电 保护 保护 继电器 继电器

原点行 右限位 左限位 提升台 提升台 转缸左 转缸右 手爪伸 手爪缩 手爪夹 程开关 行程开 行程开 下限 关 关 上限 转到位 转到位 出到位 回到位 紧状态

工作方

复位 按钮

启动 按钮

停止 按钮

紧急 停止





式选择





Vcc 0V

KA1

KA2

FX1NC-40MT 输入端

图 7-8 输送单元 PLC 的输入端接线原理图
提升台

步进电机

外部电源

步进电机驱动信号

脉冲

方向

上升

回转气 手爪 缸左旋 伸出

手爪 夹紧

手爪 放松

外部电源

电磁阀

电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀

Vcc
0V
KA1

KA2

U
红 橙

PLS+ PLSDIR+ DIRFREE+ FREEKinco 3M458 步进电机驱动 器

V
绿



M
3S57Q-04056
白 黄

W V+ GND GND

驱动器电源 (模块内部已 接)
FX1NC-40MT 输出端

图 7-9 输送单元 PLC 的输出端接线原理图

由图 7-7 可见,PLC 输入点 X001 和 X002 分别与右、左极限开关 SQ1 和 SQ2 相 连接,并且还与两个中间继电器 KA1 和 KA2 相连。当发生右越程故障时,右极限开关 SQ2 动作,其常开触点接通,X000 为 0V 电平,越程故障信号输入到 PLC,与此同时, 继电器 KA1 动作,它的常闭触点将断开步进电机驱动器的脉冲输入回路,强制停止发 出脉冲(见下面图 7-8:输送单元 PLC 的输出端接线原理图) 。同样,KA2 也是在发生 左越程故障时起强制停发脉冲的作用。 可见,继电器 KA1 和 KA2 的作用是硬联锁保护。目的是防范由于程序错误引起冲 极限故障而造成设备损坏。
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2K 1/2W

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输送单元的电气接线与其他单元不同, PLC 与按钮/指示灯/直流电源模块、 步进电机 驱动器模块间的接线是通过安全导线插接的,而 PLC 与该单元的传感器、气动电磁阀等 的接线则是用安全导线插接到接线端子排上的安全插孔上,再由接线端子排引出的。同 样,步进电机驱动器输出电源线、分拣单元变频器的输出线和控制端子引出线也是经接 线端子排引出,此外,其他各工作单元的直流工作电源,也是由按钮/指示灯/直流电源 模块提供,经接线端子排引到各单元上。 接线端子排的接线表如下表 7-1 所示。 表 7-1 端子排接线表
序号 1 2 3 4 5 电机 U 电机 V 电机 W 端子排 电机 PE PLC 侧 序号 24 25 26 27 28 端子排 原点行程开关+ 原点行程开关右限位行程开关+ 右限位行程开关左限位行程开关+ PLC X0 0V X2 0V X3 序号 44 45 46 47 48 端子排 手爪缩回到位+ 手爪缩回到位手爪夹紧状态+ 手爪夹紧状态右限位继电器触 点+ 6 29 左限位行程开关0V 49 右限位继电器触 点7 变频器 9 30 右限位继电器线圈+ +24 50 左限位继电器触 点+ 8 变频器 5 31 右限位继电器线圈见 原 理图 9 10 32 33 左限位继电器线圈+ 左限位继电器线圈+24 见 原 理图 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 提升台上升电磁阀+ 提升台上升电磁阀回转气缸左旋电磁阀+ 回转气缸左旋电磁阀手爪伸出电磁阀+ 手爪伸出电磁阀手爪夹紧电磁阀+ 手爪夹紧电磁阀手爪放松电磁阀+ 手爪放松电磁阀Y3 0V Y4 0V Y5 0V Y6 0V Y7 0V 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 提升台下限+ 提升台下限提升台上限+ 提升台上限转缸左转到位+ 转缸左转到位转缸右转到位+ 转缸右转到位手爪伸出到位+ 手爪伸出到位X4 0V X5 0V X6 0V X7 0V X10 0V 79 80 81 82 83 84 步进电机 绿 步进电机 黄 步进电机 红 步进电机 橙 步进电机 白 步进电机 蓝 见 原 理 图 70 71 +24V 0V 来自 按 钮模块 51 左限位继电器触 点PLC X11 X0V X12 0V 见原 理 图

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7.2.2 输送单元的控制要求 如前所述。 输送单元是 335A 系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元, 可以把该单元所需完成的工作任务归纳为如下三方面: 1、网络控制 2、抓取机械手装置控制 3、步进电机定位控制 网络组建的问题已经在第二章阐述,但输送站应向网络发送什么信息,从其他各工 作站接收到的信息又应如何处理,需要由具体的工作任务所确定,这将留在第八章再举 例说明。 输送单元的控制基本上是顺序控制:步进电机驱动抓取机械手装置从某一起始点出 发,到达某一个目标点,然后抓取机械手按一定的顺序操作,完成抓取或放下工件的任 务。因此输送单元程序控制的关键点是步进电机的定位控制。 7.2.3 输送单元的步进电机及其驱动器 输送单元所选用的步进电机是 Kinco 三相步进电机 3S57Q-04056,与之配套的驱动 器为 Kinco 3M458 三相步进电机驱动器。 1、3S57Q-04056 部分技术参数如表 7-2 所示:
表 7-2 参数名称 参数值 步距角 1.8° 3S57Q-04056 部分技术参数 相电流(A) 保持扭矩 5.8A 1.0Nm 阻尼扭矩 0.04Nm 电机惯量 0.3kg.cm2

3S57Q-04056 的三个相绕组必须连接成三角形,接线图如图 7-10 所示。

图 7-10 3S57Q-04056 的接线
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2、Kinco 3M458 三相步进电机驱动器主要电气参数如下: 供电电压:直流 24V~40V 输出相电流:3.0A~5.8A 控制信号输入电流:6~20mA 冷却方式:自然风冷 该驱动器具有如下特点; ①采用交流伺服驱动原理,具备交流伺服运转特性,三相正弦电流输出。 ②内部驱动直流电压达 40V,能提供更好的高速性能。 ③具有电机静态锁紧状态下的自动半流功能,可大大降低电机的发热。 ④具有最高可达 10000 步/转的细分功能,细分可以通过拨动开关设定。 ⑤几乎无步进电机常见的共振和爬行区,输出相电流通过拨动开关设定。 ⑥控制信号的输入电路采用光耦隔离。 ⑦采用正弦的电流驱动,使电机的空载起跳频率达 5kHz,(1000 步/转)左右。 在 3M458 驱动器的侧面连接端子中间有一个红色的八位 DIP 功能设定开关,可以用 来设定驱动器的工作方式和工作参数。图 7-11 是该 DIP 开关功能说明。

图 7-11 3M458 DIP 开关功能说明

驱动器的典型接线图如图 7-12 所示, 335A 中, 控制信号输入端使用的是 DC24V 电压,
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所使用的限流电阻 R1 为 2KΩ 。

图 7-12 3M458 的典型接线图

图 7-11 中,驱动器还有一对脱机信号输入线 FREE+和 FREE-,当这一信号为 ON 时, 驱动器将断开输入到步进电机的电源回路。 335A 没有使用这一信号, 目的是使步进电机 在上电后,即使静止时也保持自动半流的锁紧状态。 335A 为 3M458 驱动器提供的外部直流电源为 DC24V,6A 输出的开关稳压电源,直流 电源和驱动器一起安装在模块盒中,驱动器的引出线均通过安全插孔与其他设备连接。 图 7-13 是 3M458 步进电机驱动器模块的面板图。

图 7-13 3M458 步进电机驱动器模块的面板

3、步进电机传动组件的基本技术数据 3S57Q-04056 步进电机步距角为 1.8 度,即在无细分的条件下 200 个脉冲电机转一
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圈(通过驱动器设置细分精度最高可以达到 10000 个脉冲电机转一圈) 。 输送站传动采用同步轮和同步带,同步轮齿距为 5mm、共 11 个齿即旋转一周搬运机 械手位移 55mm。 YL335-A 系统中为达到控制精度驱动器细分设置为 10000 步/转即(每步机械手位移 0.0055mm)电机驱动电流设位 5.2A。 7.2.4 FX1n PLC 的脉冲输出功能 晶体管输出的 FX1N 系列 PLC CPU 单元支持高速脉冲输出功能,但有如下限制: ⑴ 高速脉冲输出仅限于 Y000 和 Y001 点。 ⑵ 在 FX1N 可编程控制器中,不连接虚拟电阻,在 DC5-24V(10-100mA)的条件下, 也能输出 100KHZ 以下的频率的脉冲。 输送单元上 Kinco 3M458 三相步进电机驱动器控制信号输入电流为 6~20mA,为了 与 FX1N 脉冲输出端匹配,应在脉冲输出端(Y0 或 Y1)与电源正极间并联虚拟电阻。同 时,步进电机驱动器的细分开关应设置较低值(例如 5000 步/转) 。 对输送单元步进电机的控制主要是返回原点和定位控制, 可以使用 FX1N 的脉冲输出 指令 FNC57(PLSY)和带加减速的脉冲输出指令 FNC59(PLSR)实现。 7.2.4.1 脉冲输出指令 FNC57(PLSY) PLSY 指令的功能是以指定的频率产生定量脉冲。指令格式如图 7-12 所示:

其中: [S1?]:指定频率,对于 FX1n,范围为 2~100000(Hz) 。 [S2?]: 指定产生脉冲的数目。 允许设定的脉冲数的范围为: 位指令可设 1~32767 16 个脉冲,32 位指令可设 1~2 147 483 647 个脉冲。 若指定脉冲数为“0” ,则对产生的脉冲不受限制。 若用(D)PLSY 指令,则脉冲数用(D0,D1)来指定。 [D?]:指定脉冲输出的 Y 地址号(仅限于 Y000 或 Y001) 。
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编程 PLSY 指令时,须注意如下几点: ⑴ 脉冲的占空比为 50%,输出控制不受扫描周期的影响,采用中断方式处理。 ⑵ 在指令执行过程中,若更改[S1?]指定的字软元件内容,输出频率也随之改变。 若变更[S2?]指定的字软元件内容后,将从下一个指令驱动开始执行变更内容。若 X000 变为 OFF,则脉冲输出停止,X000 再次置 ON 时,脉冲再次输出,但脉冲数从头开始计 算。 ⑶设定的脉冲数输出完成后,完成标志 M8029 置“1”,当 PLSY 指令从 ON 变为 OFF 时,M8029 复位。 ⑷ PLSY 指令可以在程序中反复使用, 但是在设计驱动指令时序时, 须注意避免同时 驱动产生双重线圈输出,以及两次驱动之间的时间间隔。 7.2.4.2 带加减速的脉冲输出指令 FNC59(PLSR)

PLSR 是带加减速功能的定尺寸传送用的脉冲输出指令。指令格式如图 7-14 所示。

图 7-14 PLSR 的指令格式

指令执行时,针对[S1?]指定的最高频率进行加速,在达到指定的脉冲数后,进行定 减速,如图 7-15 所示,图中还标明了各操作数的含义和取值范围。

图 7-15 PLSR 的脉冲输出图

编程 PLSR 指令时须注意的问题与编程 PLSY 指令类似,但在执行中修改任一个操作
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数,运转都不会反映,变更内容从下一个指令驱动才有效。 此外,在编程 PLSR 指令时还要注意各操作数的相互配合: ① 加减速时的变速级数固定在 10 级,故一次变速量是最高频率 1/10。因此设定最 高频率时应考虑在步进电机不失步的范围内。 ② 加减速时间至少不小于 PLC 的扫描时间最大值(D8012 值)的 10 倍,否则加减速 各级时间不均等。 (更具体的设定要求,请参阅 FX1N 编程手册) 7.2.4.3 与脉冲输出功能有关的主要特殊内部存储器 从 Y000 或 Y001 输出的脉冲数将保存于以下特殊数据寄存器中。 [D8141,D8140] 输出至 Y000 的脉冲总数 [D8143,D8142] 输出至 Y001 的脉冲总数 [D8136,D8137] 输出至 Y000 和 Y001 的脉冲总数 各个数据寄存器内容可以利用“ (D)MOV K0 D81□□”执行清除。

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第八章 335A 的整体控制
在前面的章节中,重点介绍了 335A 的各个组成单元在作为独立设备工作时用 PLC 对其实现控制的基本思路,这相当于模拟了一个简单的单体设备的控制过程。本章将通 过一个实例,介绍如何通过 PLC 实现由几个相对独立的单元组成的一个群体设备(生产 线)的控制功能。 8.1 系统的工作任务描述

1、本系统各工作单元的安装位置如下页图 8-1 所示。 2、系统的控制方式应采用 N:N 网络控制。其中,输送站指定为主站,其余各工作 站为从站。系统主令工作信号由连接到输送站的按钮/指示灯模块提供,安装在装配单 元的警示灯应能显示整个系统的主要工作状态,包括上电复位、启动、停止、报警等。 3、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。这时, 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。 4、按下启动按钮,系统启动,绿色和黄色警示灯均常亮。 5、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,须等待系 统本工作周期结束,输送站机械手装置返回原点位置,才进行下一次推出工件操作。 6、在工件推到供料站物料台后,输送站抓取机械手装置应移动到供料站物料台的 正前方,然后执行抓取供料站工件的操作。 7、抓取动作完成后机械手手臂应缩回。步进电机驱动机械手装置移动到加工站物 料台的正前方。 然后按机械手手臂伸出→手爪松开→手臂缩回的动作顺序把工件放到加 工站物料台上。 8、加工站物料台的物料检测传感器检测到工件后,执行把待加工工件从物料台移 送到加工区域冲压气缸的正下方;完成对工件的冲压加工,然后把加工好的工件重新送 回物料台的工件加工工序,并向系统发出加工完成信号。
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9、系统接收到加工完成信号后,输送站机械手按手臂伸出→手爪夹紧→手臂缩回 的动作顺序取出加工好的工件。 10、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→手爪松开→手臂缩回的动作顺序把工件放到装配站物料台上。 11、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 小圆柱工件落到廻转供料台上,然后旋转供料单元顺时针旋转 180 度(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,把小园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,廻转送料单元逆时针旋转 180 度(左旋)回到原位; 如果装配站的料仓或料槽内没有小园柱工件或工件不足,则向系统发出报警或预警信 号。 12、输送站机械手伸出并抓取该工件后,逆时针旋转 90°并使机械手臂伸出,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。 然后按机械手手爪松开放下工件→手臂缩回→机械手下降→顺时针旋转 90°→返回原 点的顺序返回到原点。 13、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,驱动传动电动机工作,运行频率为 35Hz。传送带把工件带入分拣区,如果工件为白 色,则该工件应被推到 1 号槽里,如果工件为黑色,则该工件应被推到 2 号槽中。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。 14、仅当分拣站分拣工作完成,并且输送站机械手装置回到原点,系统的一个工作 周期才认为结束。如果在工作周期没有按下过停止按钮,系统在延时 1 秒后开始下一周 期工作。如果在工作周期曾经按下过停止按钮,系统工作结束,警示灯中黄色灯熄灭, 绿色灯仍保持常亮。 15、如果发生物料不足够的预报警信号,警示灯中红色灯以 2Hz 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 2Hz 的频率闪烁, 黄色灯熄灭,绿色黄色灯保持常亮。

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图 8-1 工作单元安装位置图

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第九章 335A 的公共模块和器件
9.1 供电电源模块 供电电源模块及电路原理如图 9-1 和图 9-2 所示。外部供电电源为三相五线制 AC 380V/220V,三根相线经三相三线漏电保护开关后连接到三个安全导线插孔处,零线和 接地线也连接到安全导线插孔处。另外,模块上尚提供二个单相电源插座,为 PLC 模块 和按钮/指示灯模块提供 AC220V 电源。

图 9-1 供电电源模块

下图为供电电源模块一次回路原理图:

图 9-2
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供电电源模块一次回路原理图
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9.2 气源处理组件 气源处理组件及其回路原理图分别如图 9-3 和 9-4 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 9-3 气源处理组件

图 9-4 气源处理组件的气动原理图 气源处理组件输入气源来自空气压缩机, 所提供的压力为 0.6~1.0MPa, 输出压力为 0~0.8MPa 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。

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