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1、教案附页理 论课 程名 称可编程控制器技术章 节名 称项目十一 PLC实现自动生产线控制授 课安 排授 课时 数授 课班 级授课教具授 课方 法教学做一体授 课时 间多媒体，PLC综合实训台教 学目 的（1）掌握自动生产线的组成和功能，能进行简单的安装和调试。（2）熟悉三菱变频器的工作原理，学会操作通用变频器。（3）掌握利用PLC进行对象控制时，I/O点的确定，能实际正确接线。教 学重 点难 点重点：学会操作通用变频器，PLC控制系统设计难点：PLC控制系统设计。【项目引导】（教师）自动化生产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地完成预定的各道工序及工艺过
2、程，使产品成为合格的制品，而且要求在装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、工件的分拣甚至包装等都能自动进行。使其按照规定的程序自动地进行工作，我们称这种自动工作的机械电气一体化系统为自动生产线。任务提出：（教师）自动生产线是综合机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术于一体的机械电气一体化装置系统。本任务以浙江天煌科技实业有限公司生产的THJDAL-2型自动生产线拆装与调试实训装置中的皮带传送分拣单元为例来实现任务目标。介绍实施条件（教师）：校内教学做一体化教室，THJDAL-2型自动生产线实训装置，个人计算机（已安装GX Developer编程软件），电工常用工具若干，导线若干。教
3、师介绍任务实施步骤（学生 做）：步骤一 准备工作通电检查自动生产线的各站是否正常，置PLC于“STOP”状态。步骤二 读懂控制要求自动生产线皮带传送分拣单元的工作目标是完成对白色工件和黑色工件的分拣。系统启动后，分拣单元接收到复位信号后进行初始状态检查并复位，复位完成后接收到启动信号，传送带入料口位置的漫射式光电传感器检测到有工件时，变频器启动，驱动传动电动机，把工件带入分拣区。如果工件为白色，则该工件到达1号滑槽，传送带停止，工件被推到1号槽中；如果为黑色，旋转气缸旋转，工件被导入2号槽中。当分拣槽对射传感器检测到有工件输入时，完成本次分拣任务。如传送带入料口位置的漫射式光电传感器再次检测到
4、有工件时重复上述工作过程。步骤三 设计PLC控制I/O分配表根据工作任务要求，分拣单元PLC选用三菱FX3U-32MR主单元，共8 点继电器输入和8 点继电器输出。其PLC输入输出点I/O的分配情况如表1所示。表1 输入输出I/O点分配表类别元件I/O点编号备注输入光电传感器X0入料口检测光纤传感器X1白色物料检测X2黑色物料检测对射式光电传感器X3入库检测磁性传感器X4推料伸出到位检测磁性传感器X5旋转到位检测磁性传感器X6旋转复位检测输出二位五通电磁阀Y0推料电磁阀，将白色工件推入1号槽中二位五通电磁阀Y1旋转电磁阀，将黑色工件推入2号槽中变频器Y4驱动传送带电机步骤四 画出I/O硬件接线
5、图根据I/O分配表，得到如图所示的I/O硬件接线图。步骤五 设计任务程序天煌THJDAL-2型自动生产线有单机和联机两种工作模式，因为联机工作模式程序的编制要涉及各工作单元间的通讯设置，所以在此主要讲述单机工作模式下分拣单元程序的编制。单机工作模式下分拣单元程序如图6所示。图6 单机工作模式下分拣单元程序步骤六 下载程序 打开编程软件GX Developer，正确将程序输入并下载到PLC。步骤七 运行程序，整体调试。将PLC的运行方式置于“RUN”位置。小组成员在传送带上放置各种颜色的物料，设置变频器参数，观察设备的运行情况，并记下运行结果。步骤八 整理技术文件评价任务完成情况（教师）相关知识
6、的讲解：（教师 教，学生 学）一、自动生产线的基本组成及功能1.基本组成THJDAL型自动生产线拆装与调试实训装置采用型材结构，其上安装有井式供料、切削加工、多工位装配、气动机械手搬运、皮带传送分拣等5个工作单元及相应的电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器及交流电机模块、步进电机驱动模块、伺服电机驱动模块和各种工业传感器等控制检测单元。在控制方面，THJDAL设备采用了基于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。2.各个工作站的基本功能THJDAL型自动生产线拆装与调试实训装置由井
7、式供料、切削加工、多工位装配、气动机械手搬运、皮带传送分拣等5个工作站组成。（1）井式供料单元供料单元是THJDAL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，以便搬运单元的机械手将其抓取，搬运到其他单元上。（2）切削加工单元把该单元物料台上的工件（工件由搬运单元的机械手上料）送到铣削加工工作台，完成一次铣削加工动作，然后工作台再返回到机械手取料处，待搬运单元的机械手取料。其中，物料台的移动和铣削刀具的移动均由二相步进电机驱动，从而形成二维运动控制装置。（3）多工位装配单元装配单元旋转工作台的传感
8、器检测到工件后，旋转工作台顺时针旋转，将工件旋转到井式供料单元下方，井式供料单元顶料气缸伸出顶住倒数第二个工件；挡料气缸缩回，工件库中底层的工件落到待装配工件上，挡料气缸伸出到位，顶料气缸缩回物料落到工件库底层，同时旋转工作台顺时针旋转，将工件旋转到冲压装配单元下方，冲压气缸下压，完成工件紧合装配后，气缸回到原位，旋转工作台顺时针旋转到待搬运位置，向系统发出加工完成信号。待搬运机械手将工件搬运走以后，操作结束，等待下一次待加工工件。（4）皮带传送分拣单元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料槽进行分流。传送带由变频器控制三相异步电动机进行驱动。（5）输送单元
9、该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台上，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件搬运到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。其机械手的移动由三相步进电机以及同步带轮装置驱动。同时，搬运单元还是整个网络中的总站，对整个系统的运行状态进行监控和协调，而且，按钮模块上的启动、停止、复位、急停等按钮均连接到搬运单元PLC，由搬运单元将四个主令信号向整个网络发布。二、变频器相关知识在THJDAL型自动生产线传送带的控制上，交流电动机的调速采用变频调速的方式，电动机的速度方向控制都是由变频器完成的。在使用三菱PLC的THJDAL型自动生产线设备中，变频器选用三菱FR-E70
10、0 系列变频器中的FR-E740-0.75K-CHT 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及以下的电动机。FR-E700系列变频器的外观如图11-6(a) 所示，其型号的定义如图11-6(b) 所示。FR-E700 系列变频器是FR-E500 系列变频器的升级产品，是一种小型、高性能变频器。本学习所涉及的是使用通用变频器所必须的基本知识和技能，着重于变频器的接线、常用参数的设置等方面。FR-E740 系列变频器主电路的通用接线如图11-7所示。图中有关说明如下： 端子P1、P/+之间用以连接直流电抗器，不须连接时，两端子间短路。 P/+与PR 之间用以连接制动
11、电阻器，P/+与N/-之间用以连接制动单元选件。THJDAL-2型设备均未使用，故用虚线画出。 交流接触器MC用作变频器安全保护的目的，注意不要通过此交流接触器来启动或停止变频器，否则可能降低变频器寿命。 进行主电路接线时，应确保输入、输出端不能接错，即电源线必须连接至R/L1、S/L2、T/L3，绝对不能接U、V、W，否则会损坏变频器图11-6 FR-E700系列变频器FR-E740 系列变频器控制电路的接线如图11-8 所示。图中，控制电路端子分为控制输入、频率设定（模拟量输入）、继电器输出（异常输出）、集电极开路输出（状态检测）和模拟电压输出等5 部分区域，各端子的功能可通过调整相关参数
12、的值进行变更，在出厂初始值的情况下，各控制电路端子的功能都有说明。三、变频器操作面板认识（教师操作实物并讲解）1.FR-E700 系列的操作面板使用变频器之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元（或称控制单元），并且按使用现场的要求合理设置参数。FR-E700系列变频器的参数设置，通常利用固定在其上的操作面板（不能拆下）实现，也可以使用连接到变频器PU接口的参数单元（FR-PU07）实现。使用操作面板可以进行运行方式、频率的设定，运行指令监视，参数设定、错误表示等。操作面板如图11-9所示，其上半部为面板显示器，下半部为M 旋钮和各种按键。图11-9 FR-E700的操作面板2.变频器的运行
13、模式由表11-5 和表11-6 可见，在变频器不同的运行模式下，各种按键、M 旋钮的功能各异。所谓运行模式是指对输入到变频器的启动指令和设定频率的命令来源的指定。一般来说，使用控制电路端子、在外部设置电位器和开关来进行操作的是“外部运行模式”，使用操作面板或参数单元输入启动指令、设定频率的是“PU 运行模式”，通过PU 接口进行RS-485 通讯或使用通讯选件的是“网络运行模式（NET 运行模式）”。在进行变频器操作以前，必须了解其各种运行模式，才能进行各项操作。FR-E700系列变频器通过参数Pr.79的值来指定变频器的运行模式四、变频器参数设置（教师操作实物并讲解）变频器参数的出厂设定值被
14、设置为完成简单的变速运行。如需按照负载和操作要求设定参数，则应进入参数设定模式，先选定参数号，然后设置其参数值。设定参数分两种情况，一种是停机STOP 方式下重新设定参数，这时可设定所有参数；另一种是在运行时设定，这时只允许设定部分参数，但是可以核对所有参数号及参数。图11-11是参数设定过程的一个例子，所完成的操作是把参数Pr.1（上限频率）从出厂设定值120.0Hz 变更为50.0Hz，假定当前运行模式为外部/PU 切换模式（Pr.79=0）。五、PLC控制系统的设计前面学习了PLC的指令系统和程序设计的方法，就可以结合实际应用进行可PLC的控制系统的设计。PLC的控制系统包括电气控制线路
15、（硬件部分）和控制系统的程序（软件部分），那么，PLC应用系统设计应包括硬件设计和软件设计两个方面。下面介绍PLC控制系统设计的原则、方法、步骤。1.PLC控制系统设计的原则(1) 硬件设计原则1）最大限度地满足被控对象的工艺要求。任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象(生产设备或生产过程)的控制要求和工艺需要，从而提高产品质量和生产效率，这是进行PLC系统设计最基本的要求。2）经济实用和维护方面。在满足生产工艺控制的前提下，要充分考虑其经济性，提高性价比，降低成本。其成本应考虑设备和器件成本，同时还要考虑设计、运行和维护过程中的成本。3）保证控制系统的安全可靠。安全可靠就是要在控制设备运行过程中的使其故障率使就降为最小，这也是PLC在工业自动控制生命所在和比较优势。4）具有先进性及可扩展性。在满足经济性和可靠性的前提下。考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC的型号、I0点数、存储器容量等内容时，应留有适当的余量，以利于系统的调整和扩充。(2) 软件设计原则1）程序结构简明，逻辑关系清晰。所设计的程序要注意层次结构，尽可能清晰，采用标准化模块设计，并加注释。由于P
