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1、项目二 供料单元控制系统实训 o2.1 了解供料单元的结构和工作过程o2.2 相关知识点o2.3 供料单元的组装o2.4 PLC控制系统2.1 了解供料单元的结构和工作过程o供料单元的主要结构组成为：工件装料管，工件推出装置，支撑架，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。 o管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到出料台上。它主要由管形料仓、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。供料单元的工作原理： o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
2、件处于同一水平位置，而顶料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。 光电开关的作用：o在底座和管形料仓分别安装一个漫射式光电开关。它们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。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
3、近开关常态，表明工件已经快用完了。o出料台面开有小孔，台下面设有一个园柱形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。在输送单元的控制程序中，利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手抓取此工件。2.2 相关知识点相关知识点o2.2.1 供料单元的气动元件o2.2.2 认知有关传感器（接近开关）2.2.1 供料单元的气动元件供料单元的气动元件o1、标准双作用直线气缸 双作用气缸是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。气缸的两个端盖上都设有进排气通口，从无杆侧端盖气口进气时，推动活塞向前运动；反之，从杆侧端盖气口进气时，推动活塞向后运动。 o2.单向节流阀 单向节流阀是由单
4、向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，所以也称为速度控制阀。双作用气缸装上两个单向节流阀，节流阀的作用是：为了使气缸的动作平稳可靠，对气缸的运动速度加以控制。 当压缩空气从A端进气、从B端排气时，单向节流阀A的单向阀开启，向气缸无杆腔快速充气；由于单向节流阀B的单向阀关闭，有杆腔的气体只能经节流阀排气，调节节流阀B的开度，便可改变气缸伸出时的运动速度。反之，调节节流阀A的开度则可改变气缸缩回时的运动速度。这种控制方式，称为排气节流方式，活塞运行稳定，是最常用的方式。 o3、单电控电磁换向阀、电磁阀组 气体流动方向的改变由能改变气体流动方向或通断的控制阀即方向控制阀加以控制
5、。在自动控制中，方向控制阀常采用电磁控制方式实现方向控制，称为电磁换向阀。 电磁换向阀是利用其电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力使阀芯切换，达到改变气流方向的目的。 单电控二位三通电磁换向阀的工作原理 “位”指的是为了改变气体方向，阀芯相对于阀体所具有的不同的工作位置。“通” 指换向阀与系统相连的通口，有几个通口即为几通。图中，只有两个工作位置，具有供气口P、工作口A和排气口R三个通口，故为二位三通阀。 o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。 o
6、注意：双电控电磁阀的两个电控信号不能同时为注意：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，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。的位置是不确定的。 二位三通、二位四通和二位五通单控电磁换向阀的图形符号如图，图形中有几个方格就是几位，方格中的“”和“”符号表示各接口互不相通。弹簧侧为复位状态。 YL-335B所有工作单元的执行气缸都是双作用气缸，因此控制它们工作的电磁阀需要有二个工作口和二个排气口以及一个供气口，故使用的电磁阀均为二位五
7、通电磁阀。o供料单元用了两个二位五通的单电控电磁阀。o两个电磁阀是集中安装在汇流板上的。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。这种将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组，而每个阀的功能是彼此独立的。 o3、气动控制回路 气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制功能是由PLC实现的。下图中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。
8、通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。 供料单元气动控制回路工作原理图供料单元气动控制回路工作原理图 2.2.2 认知有关传感器（接近开关）认知有关传感器（接近开关）oYL-335B所使用的是磁感应式接近开关（或称磁性开关）、电感式接近开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器等。这里只介绍磁性开关、电感式接近开关和漫反射光电开关，光纤型光电传感器留待在装配单元实训项目中介绍。 1、磁性开关、磁性开关o有触点式的磁性开关用舌簧开关作磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。 磁性开关工作原理o当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根
9、簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，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。 磁性开关接线o磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时使用时蓝色引出线应蓝色引出线应连接到连接到PLC输输入公共端，棕入公共端，棕色引出线应连色引出线应连接到接到PLC输入输入端。端。（不能接反） 2、电感式接近开关、电感式接近开关o电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。 电感式接近开关工作原理o高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡
10、流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。 电感式接近开关的作用供料单元中，为了检测待加工工件是否金属材料，在供料管底座侧面安装了一个电感式传感器 3、漫射式光电接近开关、漫射式光电接近开关o（1）光电式接近开关）光电式接近开关 “光电传感器” 是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。 光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。光接收器的敏感元件将检
11、测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。 光电式接近开关的分类 o按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3种 (2) 漫射式光电开关 漫射式光电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。 o动作选择开关的功能是选择受光动作(Light) 或遮光动作 (Drag)模式。即，当此开关按顺时针方向充分旋转时（L侧），则进入检测-ON模式；，当此开关按逆时针方向充分旋转时（D侧），则进
12、入检测-OFF模式。o距离设定旋钮是5回转调节器，调整距离时注意逐步轻微旋转，否则若充分旋转距离调节器会空转。调整的方法是，首先按逆时针方向将距离调节器充分旋到最小检测距离（E3Z-L61约20mm），然后根据要求距离放置检测物体，按顺时针方向逐步旋转距离调节器，找到传感器进入检测条件的点；拉开检测物体距离，按顺时针方向进一步旋转距离调节器，找到传感器再次进入检测状态，一旦进入，向后旋转距离调节器直到传感器回到非检测状态的点。两点之间的中点为稳定检测物体的最佳位置。光电开关的内部电路原理框图 o输出三根线：棕色 电源 蓝色 电源 黑色 信号输出o用来检测物料台上有无物料的光电开关是一个园柱形漫
13、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，该光电开关选用SICK公司产品MHT15-N2317 4、接近开关的图形符号、接近开关的图形符号 图中(a)(b)(c)三种情况均使用NPN型三极管集电极开路输出。如果是使用PNP型的，正负极性应反过来。 2.3 供料单元安装技能训练供料单元安装技能训练o2.3.1 机械部分安装o2.3.2 气路连接和调试o2.3.3 电气接线2.3.1 机械部分安装o首先把供料站各零件组合成整体安装时的组件，然后把组件进行组装。所组合成的组件包括铝合金型材支撑架组件出料台及料仓底座组件推料机构组件 o各组件装配好后，用螺栓把它们连接为总体
14、，再用橡皮锤把装料管敲入料仓底座。然后将连接好供料站机械部分以及电磁阀组、PLC和接线端子排固定在底板上，最后固定底板完成供料站的安装。 o演示气路连接和调试 o连接步骤：从汇流排开始连接电磁阀、气缸。连接时注意气管走向应按序排布，均匀美观，不能交叉、打折；气管要在快速接头中插紧，不能够有漏气现象。 电气接线 o电气接线包括，在工作单元装置侧完成各传感器、电磁阀、电源端子等引线到装置侧接线端口之间的接线；在PLC侧进行电源连接、I/O点接线等.o右图为装置侧接线端口信号端子的分配 输入端口中间层输出端口中间层端子号设备符号信号线端子号设备符号信号线21B1顶料到位21Y顶料电磁阀31B2顶料复
15、位32Y推料电磁阀42B1推料到位52B2推料复位6SC1出料台物料检测7SC2物料不足检测8SC3物料有无检测9SC4金属材料检测10#17#端子没有连接4#14#端子没有连接接线时应注意：o装置侧接线端口中，输入信号端子的上层端子（+24V）只能作为传感器的正电源端，切勿用于电磁阀等执行元件的负载。电磁阀等执行元件的正电源端和0V端应连接到输出信号端子下层端子的相应端子上。 o电气接线的工艺应符合国家职业标准的规定，例如，导线连接到端子时，采用压紧端子压接方法；连接线须有符合规定的标号；每一端子连接的导线不超过2根等等。2.4 供料单元的PLC控制系统 o2.4.1 工作任务o2.4.2
16、PLC的I/O 接线 o2.4.3 供料单元单站控制的编程思路 o2.4.4 调试与运行 2.4.1 工作任务o1、设备上电和气源接通后，若工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且料仓内有足够的待加工工件，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz 频率闪烁。o2、 若设备准备好，按下启动按钮，工作单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。启动后，若出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上。出料台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。o3、若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，HL2指示灯熄灭。o4、若在运行中料仓
17、内工件不足，则工作单元继续工作，但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁，“设备运行”指示灯HL2保持常亮。若料仓内没有工件，则HL1指示灯和HL2指示灯均以2Hz频率闪烁。工作站在完成本周期任务后停止。除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。 2.4.2 PLC的的I/O 接线接线oPLC选用FX2N-32MR主单元，共16点输入和16点继电器输出。 输入信号输出信号序号PLC输入点信号名称信号来源序号PLC输出点信号名称信号来源1X0顶料气缸伸出到位装置侧1Y0顶料电磁阀装置侧2X1顶料气缸缩回到位2Y1推料电磁阀3X2推料气缸伸出到位3Y24X3推料气缸缩回到位4Y35X4出料台
18、物料检测5Y46X5供料不足检测6Y57X6缺料检测7Y68X7金属工件检测89X109Y7正常工作指示按钮/指示灯模块10X1110Y10运行指示11X12停止按钮按钮/指示灯模块12X13启动按钮13X14急停按钮（未用）14X15工作方式选择2.4.3 供料单元单站控制的编程思路供料单元单站控制的编程思路o1、程序结构：程序由两部分组成，一部分是系统状态显示，另一部分是供料控制。主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序，仅当在运行状态已经建立才可能调用供料控制子程序。o2、PLC上电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许投入运行，这样可及时发现存在问题，避免出现
19、事故。例如，若两个气缸在上电和气源接入时不在初始位置，这是气路连接错误的缘故，显然在这种情况下不允许系统投入运行。通常的PLC控制系统往往有这种常规的要求。o3、供料单元运行的主要过程是供料控制，它是一个步进顺序控制过程。o4、如果没有停止要求，顺控过程将周而复始地不断循环。常见的顺序控制系统正常停止要求是，接收到停止指令后，系统在完成本工作周期任务即返回到初始步后才停止下来。o5、当料仓中最后一个工件被推出后，将发生缺料报警。推料气缸复位到位，亦即完成本工作周期任务即返回到初始步后，也应停止下来。供料控制程序的步进顺序流程 2.4.4 调试与运行 o1、调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。o2、检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。o3、检查I/O接线是否正确。o4、检查光电传感器安装是否合理，灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。o5、放入工件，运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。o6、调试各种可能出现的情况，比如在任何情况下都有可能加入工件，系统都要能可靠工作。o7、优化程序。
