理工典型生产线原理、安装与调试第五章

1、第五章 检测单元的结构与控制5.1 检测单元的结构5.2 检测单元的PLC控制及编程5.3 实验操作训练5.1 检测单元的结构5.1.1 检测单元的功能检测单元的主要任务有两个，即识别工件材料和检测工件的尺寸。在MPS系统中，它的任务是将供料单元提供的工件进行材料识别及尺寸检测，并根据要求将满足条件的工件通过滑槽送到下一个工作单元，对于不符合要求的工件在本单元中予以剔除。该单元模拟了实际生产中对原材料的检测情况。5.1.2 检测单元的结构组成检测单元主要组成为：I/O接线端口、识别模块、测量模块、升降模块、滑槽模块等。1. 识别模块下一页返回5.1 检测单元的结构识别模块主要由3个传感器组成，

2、即电感传感器、电容传感器和漫射式光电传感器，用于识别工件的材质及颜色。该模块可以识别金属与非金属的材质，可以将金属、白、黑三种工件区分开。识别模块中的电感传感器、电容传感器及漫射式光电传感器都属于接近开关类传感器，它们分别在以下情况下动作： 电感传感器在有金属物质接近它时动作； 电容传感器在任何物质接近它时都动作； 漫射式光电传感器在接近它的物体反射回来的光线达到一定强度时动作。识别模块对不同材质和颜色的输出结果如表5-1所示。2. 测量模块测量模块的作用是测量工件的高度。它由一个模拟量传感器和传感器支架构成。该模拟量传感器实际上是一个由电位器构成的分压器。上一页下一页返回5.1 检测单元的结

3、构该传感器与变送器一起构成一个测量工件高度尺寸的传感系统，由电阻式传感器将测量杆的位移量转变为电位器电阻值的变化量，再经变送器转换为010 V的直流电压信号输出。输出的电压值与测量杆位移量之间呈正比例关系。测量模块由一个精密滑台气缸驱动，以实现高度测量动作。3. 升降模块升降模块的作用是将工件由下方运送到上方，以准备检测和分流。它主要由一个无杆气缸、一个双作用直线气缸和一个工作平台组成。4. 滑槽模块滑槽模块提供了两个物流方向。上滑槽可以将工件（合格工件）分流到下一个工作单元，下滑槽可以用于模拟不合格工件的流向（即从本单元剔除）。5.1.3 气动控制回路上一页下一页返回5.1 检测单元的结构检

4、测单元的气动控制原理图如图5-1所示。1A为无杆缸；1B1和1B2为磁感应式接近开关；2A为驱动高度测量模块的精密滑台缸；2B1、2B2为磁感应式接近开关；3A为双作用推料气缸；3B1为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2为控制无杆气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1为控制滑台缸的两个电磁控制信号；3Y1为控制推料缸的电磁阀的电磁控制信号。上一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程5.2.1 PLC的I/O接线MPS中的每个部件上的输入、输出信号与PLC之间的通信电路的连接是通过I/O接线端口实现的。各接口地址已经固定。各单元中需要与PLC进行通信连接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制

5、线路及电源线路）都已事先连接到了各自的I/O接线端口上，在与PLC连接时，只需使用一根专用电缆即可实现快速连接。检测单元I/O设备编号与说明见表5-2。5.2.2 检测单元的编程要点1. 控制任务当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，无杆缸驱动的工件托盘下降缩回到位，检测头缩回到位，工件托盘上无工件。下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程然后进入工作运行模式，放入一个工件，按启动按钮时，检测单元首先对工件的颜色及材质进行识别，并将识别的结果储存起来；然后将工作平台升至上端，根据信号将工件从滑槽中推出去；最后各执行机构都返回到初始位置。2. 编写程序检测单元的控制程序框图如

6、图5-2所示，按此框图编写PLC程序。图中读取工件高度值的部分先不作要求。3. 下载调试将编辑好的程序下载到PLC中运行，调试通过，完成控制任务。5.2.3 气动控制回路分析及仿真1. 气动控制回路分析在图5-1中，电磁线圈1Y1通电，工件平台下降，等待工件，检测到工件后，1Y2通电，工件平台上升，到达极限位置，上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程IB2输出，气缸停止；此时给电磁线圈2Y1通电，2号气缸动作使检测杆下降，测量高度完成后，使2Y1断电；在弹簧复位下，2号气缸活塞杆缩回直到2B1有信号输出；然后使3Y1通电，3号气缸活塞杆伸出，推出工件，延时后，3Y1断电，活塞杆缩回

7、，3B1有信号输出后，使1Y1通电，1号气缸动作使工作台下降，完成本次动作。2. 气动控制回路仿真用FluidSIM-P软件设计制作气动控制和仿真模拟。通过该软件，学生在计算机上分别画出气动回路图5-1和根据图5-2设计电气控制回路，然后进行测试和模拟仿真。通过仿真的实时显示与软件连接的实际控制回路的动作，逐步解决控制回路中的问题，直到最后实现图5-2要求的控制过程。5.2.4 检测单元的参考本地控制程序 上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC

8、控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页下一页返回5.2 检测单元的PLC控制及编程上一页返回5.3 实验操作训练1. 控制任务当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，无杆缸驱动的工件托盘下降缩回到位，检测头缩回到位，工件托盘上无工件。然后进入工作运行模式，放入一个工件，按启动按钮时，检测单元首先对工件的颜色及材质进行识别，并将识别的结果储存起来；然后将工作平台升至上端进行工件高度的测量，根据测量结果对工件

9、进行分流。设定满足某一个尺寸范围的工件（合格品）从上滑槽分流出去，将不满足要求的工件（不合格品）从下滑槽分流出去；最后各执行机构都返回到初始位置。当输入的工件为白色尼龙工件时，L1灯亮；当输入的工件为黑色尼龙工件时，L2灯亮；当输入的工件为银色金属工件时，L1、L2灯亮；当工件被推入滑道后，L1、L2灯灭。2. 编制程序框图下一页返回5.3 实验操作训练在理解上述控制任务后，写出程序控制流程图。3. 编写程序按编写的程序框图编写PLC程序。4. 下载调试将编辑好的程序下载到PLC中运行，调试通过，完成控制任务。实验操作技能训练测试记录如表5-3所示。5. 注意（1）高度尺寸上、下限（Hmax、

10、Hmin）的设置方法。在程序中，需要预先给定合格尺寸的范围，即尺寸的上下限。该数值是一个与传感器的安装位置有关的相对值，它与工件的高度呈正比例关系。由于MPS只是一个模拟的生产设备，所提供的工件高度尺寸只有三种，而且没有标准量块，所以在实际操作中，我们可以这样处理：上一页下一页返回5.3 实验操作训练 调整高度测量传感器的位置，确保测量探头都能接触到三种不同高度的工件，并且传感器都能输出一定量的数值； 根据测量的三个高度尺寸数值和模拟假设（如假设其中一种尺寸的工件不合格），确定出上限值Hmax和下限值Hmin。（2）避免设备损坏的调试方法建议。在调试中，可能因程序错误造成的执行机构冲突现象是：

11、在测量杆还在测量位置（下端）时，推料杆就推出了，从而使得传感器的测量杆径向受到冲击力，导致测量杆的弯曲。避免方法：在运行程序前，先将传感器的位置调高，使得测量杆的前端在测量位置高于最大工件的上表面，即使发生了上述的冲突动作，因为两个机构在空间上已经直接接触不上，所以也就不会损坏设备了。上一页下一页返回5.3 实验操作训练当检测气缸下降检测工件时，可以人为地用手托起传感器的探头模拟检测工件的情况。当程序调试好后，再将传感器向下调整到合适的位置。并按照上述高度尺寸上、下限（Hmax、Hmin）的设置方法重新测定、调整上/下限值。上一页返回表5-1 识别模块的输出传感器类型材质及颜色金属、银白色尼龙

12、、白色尼龙、黑色电感式传感器100光电式传感器110电容式传感器111返回图5-1 检测单元气动控制原理图返回表5-2 检测单元I/O端口分配说明表序号设备符号设备名称设备用途信号特征1B1电容式传感器判断托盘中是否有工件信号为1：托盘中有工件信号为0：托盘中无工件2B2漫射式光电传感器判断工件的颜色信号为1：白色工件信号为0：黑色工件/无工件3B3电感式传感器判断工件的材质信号为1：金属材质工件信号为0：尼龙工件/无工件41B1磁感应式接近开关判断工件托盘的位置信号为1：工件托盘下降到位51B2磁感应式接近开关判断工件托盘的位置信号为1：工件托盘上升到位62B1磁感应式接近开关判断高度检测头

13、的位置信号为1：检测头缩回到位72B2磁感应式接近开关判断高度检测头的位置信号为1：检测头下探到位83B1磁感应式接近开关判断气缸的前后位置信号为1：推料缸返回到位91Y1电磁阀控制托盘上下的动作信号为1：工件托盘下降101Y2电磁阀控制托盘上下的动作信号为1：工件托盘上升112Y1电磁阀控制检测头的动作信号为1：检测头下探检测信号为0：检测头缩回123Y1电磁阀控制推料缸的动作信号为1：推料缸推出工件信号为0：推料缸返回返回图5-2 检测单元控制程序框图返回表5-3 实验操作技能训练测试记录学生姓名学 号专 业班 级课 程指导老师下列清单为测评依据，用于判断学生是否通过测评已经达到所需能力标准第一阶段 测量数据测 评 项 目分值得分是否遵守实验室的各项规章制度10是否熟悉原理图中各气动元件的基本工作原理10是否熟悉原理图的基本工作原理10是否正确搭建检测单元控制实验回路15