自动化生产线安装与调试 教学课件任务七 加工单元

任务七加工单元安装与调试加工单元安装与调试知识与能力目标熟悉加工单元结构与功能，并正确的安装与调整1正确分析台达伺服电动机驱动系统电气线路，并对其进行连接与测试

2熟练利用指令编程配置PLC高速输出脉冲信号3掌握台达伺服电动机驱动系统的控制与调试方法4掌握伺服电动机位置控制程序设计与调试方法5子任务一加工单元结构与功能分析

子任务二加工单元机械及气动元件安装与调整子任务三加工单元气动回路分析、安装与调试子任务四台达交流伺服电动机的使用子任务五加工单元电气系统分析、安装与调试

子任务六加工单元控制程序设计与调试加工单元安装与调试旋转工作台模块钻孔模块钻孔检测模块子任务一加工单元结构与功能分析通过旋转工作台转动实现工件的物流传送，并在其上分步实现待加工工件的模拟钻孔以及对工件钻孔质量的检测

功能模块组成旋转工作台模块、钻孔模块、钻孔检测模块、电气控制板、操作面板、I/O转接端口模块、CP阀岛及过滤减压阀伺服驱动器驱动伺服电动机运动，经过齿轮减速器变速后驱动转盘转动准确地将工件转动输送到各个工序的位置处

作用动力转盘4个工位的背面均安装有定位块，用于电感式接近开关进行转盘转动位置的定位检测

转盘上具有4个用于输送工件的圆形工位，每个工位底部中均有一个通孔，为光电接近开关判断工位工件有无提供检测通道

旋转工作台模块子任务一加工单元结构与功能分析漫反射式光电接近开关

旋转盘齿轮减速器伺服驱动器伺服电动机支架连接底盘圆形工位定位块电感式接近开关工件钻孔加工工件夹紧定位子任务一加工单元结构与功能分析钻孔模块

工件夹紧定位直线气缸（顶料气缸）直线气缸用于顶住锁紧工位上到达加工位置的待钻孔工件，使工件钻孔时不会出现位置偏移，以保证工件加工的质量。顶料气缸安装在直线气缸固定板中部，为了能准确判定工件是否顶住或完全放松，在顶料气缸前后两端的运动位置均安装有磁性开关进行限位检测子任务一加工单元结构与功能分析支撑架顶料气缸直线气缸固定板磁感应接近开关为准确判断其运动位置，在其上下两个运动位置均安装磁性开关模拟进行工件钻孔加工的旋转执行机构，安装在直流电动机安装板上，通过继电器对其进行启停控制工件钻孔加工带动直流电动机在竖直方向上下移动，模拟钻孔加工时的工进与返回动作导杆气缸磁感应接近开关直流电动机支撑架直流电动机安装板子任务一加工单元结构与功能分析用于对已钻孔工件的质量进行检测若检测气缸活塞杆能下降到位，则认为该钻孔工件质量合格反之，直线气缸活塞杆不能下降到位，则认为该钻孔工件质量不合格检测模块作用子任务一加工单元结构与功能分析磁感应式接近开关检测气缸直线气缸固定支架检测模块支撑架子任务二加工单元机械及气动元件安装与调整

加工单元中旋转工作台模块执行工件的传送任务，工件钻孔夹紧与加工是通过钻孔模块实现的，而检测模块用于执行加工质量的检测。下面按照功能模块进行具体的机械及气动元件安装与调整步骤介绍。加工单元详细的机械及气动元件安装过程可观看教材附带光盘中视频文件在标准导轨上依次安装I/O转接端口模块、继电器及支座、电磁阀岛等。然后将导轨用螺钉固定到铝合金面板下方位置上，在面板的右上角安装气源处理装置12独立进行旋转驱动装置的安装，将伺服电动机转轴通过联轴器与齿轮减速器输入轴对轴连接好，再通过连接固定套筒将两者连接紧固。齿轮减速器输出轴上依次按照传动轴、轴承座、轴承、固定基板、轴端连接盘的顺序层层安装固定，之间通过螺钉锁紧联轴器轴端连接盘齿轮减速器固定基板伺服电动机子任务二加工单元机械及气动元件安装与调整

接着独立进行旋转工作转盘的安装，将4个圆形工位分别对称固定到转盘正面，4个定位块分别对称固定到工位背面的位置将4根支架通过直角铰链和螺钉安装到铝合金工作平台中部，再将上步中安装好的旋转驱动装置通过其上的固定基板支撑于4支架之上，实现旋转驱动装置的整体支撑安装定位将工作转盘整体通过3个螺栓连接到转动驱动装置的轴端连接盘上并锁紧加固。安装调试要注意电动机输出转轴到转盘转动之间机械传动系统必须安装运行稳定可靠，用手转动转盘时不出现转动晃动现象支架旋转工作转盘圆形工位定位块3abc子任务二加工单元机械及气动元件安装与调整

将顶料头安装到顶料气缸活塞杆上，接着固定到顶料气缸固定板上，再整体安装在支架间的下方位置，适当调整其竖直方向上位置，使顶料气缸的活塞伸出后，顶料头能顺利穿进转盘上圆形工位侧位顶料定位孔中直流电动机安装板将两平行支架竖直安装到面板上，并用直角铰链和螺钉固定；将直流电动机固定到电动机安装板上，再安装于导杆气缸导杆前端，然后整体通过导杆气缸固定板安装于两支架间的上方位置直流电动机导杆气缸固定板顶料气缸避免电动机下降到最低位置时不会冲撞转盘上的工位圆座注意4子任务二加工单元机械及气动元件安装与调整

完成后适当调整支架的位置，保证检测气缸安装高度应使检测气缸活塞杆下降到位能正确检测工件，缩回时检测头又不会与转盘上工件发生冲撞检测气缸钻孔模块检测头L型固定块最后分别安装上检测元器件和各个气缸节流阀等。待所有模块安装完成后，再次根据运动机构之间的运动空间要求调整各模块之间位置，使它们之间的配合合理，不会发生机械干涉等现象检测模块安装时，将支架安装固定到面板上；将检测头固定到检测气缸的活塞杆前端，再将检测气缸通过L型固定块安装到支架上56子任务二加工单元机械及气动元件安装与调整

子任务三加工单元气动回路分析、安装与调试导杆气缸双作用直线检测气缸直线顶料气缸子任务三加工单元气动回路分析、安装与调试加工单元气动控制回路安装连接图子任务四台达交流伺服电动机的使用伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用做执行元件，把所接收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出伺服电动机加工单元采用伺服电动机驱动转盘转动，此伺服电动机为台达ECMA-CE0602ES永磁同步交流伺服电动机，外观主要有电动机机体、电动机转轴、电动机插座、编码器、编码器插座子任务四

台达伺服电动机的使用加工单元中选用台达ASD-B0221-A交流永磁同步伺服驱动器作为台达ECMA-C30602ES永磁同步交流伺服电动机的运动控制装置。驱动器各部分具体含义如下：

台达ASD-B0221-A交流永磁同步伺服驱动器

02表示额定输出功率200WASD-B表示台达交流伺服B系列驱动器21表示输入电压规格为单相220V，A表示版本A子任务四

台达伺服电动机的使用

台达伺服驱动器面板当使用外部回生电阻时，P、C端接电阻，P、D端开路；当使用内部回生电阻时，P、C端开路，P、D端短路伺服驱动器与外围设备的接线图不可将主控制回路电源直接接到台达伺服驱动器的电源输出端，否则会烧毁伺服驱动器；另外，台达伺服驱动器上的U、V、W输出电源与伺服电动机三相相序不可接错，否则可能造成伺服电动机不转或乱转的情况。交流伺服电动机接地端和驱动器的接地端必须保证可靠的接地，机身也必须接地

注意子任务四

台达伺服电动机的使用

子任务四

台达伺服电动机的使用

伺服驱动器有CN1、CN2、CN3连接口。根据控制模式不同，其接线方式也是不同，可参考《台达ASD-B系列选型手册》CN2通过编码器信号线连接到伺服电动机编码器信号接口2CN3通过RS-232通讯连接器与个人计算机或数位操作器Keypad相连33CN1通过I/O信号线连接到PLC31子任务四

台达伺服电动机的使用

Text3Text4速度控制转矩控制位置/速度控制速度/转矩位置控制位置/转矩台达的伺服驱动器有六种控制运行方式子任务四

台达伺服电动机的使用

通过输入脉冲串来使电动机定位运行，电动机转速与脉冲串频率相关，转动角度与脉冲个数相关位置控制速度控制一是通过外部输入直流电压调速的模拟命令输入二是改变寄存器内容值的命令寄存器输入一是通过外来电压操纵的电动机扭矩的模拟命令输入二是通过内部参数作为扭矩命令的寄存器输入

转矩控制子任务四

台达伺服电动机的使用

伺服驱动系统位置控制模式时的标准接线图子任务四

台达伺服电动机的使用

伺服系统硬件连接完成之后，还必须对其进行系统参数设置，才能按照期望的工作模式和要求运行。进行参数设置时，首先在计算机上安装好配套的ASDA-B-SWV2.03.011beta台达伺服系统设置软件，通过RS-232通讯线将计算机与伺服驱动器建立起通信，双击图标打开软件，出现如下图所示选择ON-Line和COM端口。其中COM端口的选择是通过单击“自动侦测”按钮获取的。点击确定。。点击设定精灵

子任务四

台达伺服电动机的使用

在“控制模式选择”中选择“P位置控制模式”

按照下图所示设置参数完成，点击子任务四

台达伺服电动机的使用

子任务四

台达伺服电动机的使用

点击上图中的出现如图所示对话框打开文件1.022.par时，会出现参数界面在此软件中，共有148个参数，区分为5组，分别是P0-00～09、P1-00～55、P2-00～49、P3-00～07、P4-00～23，各参数的说明及设置请参看台达ASD-B系列伺服电动机和驱动器使用说明书子任务四

台达伺服电动机的使用

参数界面点击软件界面（数位I/O诊断/寸动控制），打开伺服使能处于ON状态，即，最后点击和，观察伺服电动机是否转动。手动控制画面子任务四

台达伺服电动机的使用

当现场条件不允许，没有上述软硬件条件时，或修改少量参数时，也可通过配套的数位操作器操作面板来完成子任务四

台达伺服电动机的使用

数位操作器操作面板按钮说明当伺服驱动系统硬件连接和参数设置完成之后，就可通过控制器编程使其产生高速脉冲信号输出，对伺服驱动系统进行有效运行控制子任务四

台达伺服电动机的使用

高速脉冲输出功能在S7-200系列PLC的Q0.0或Q0.1输出端产生高速脉冲，用来驱动诸如步进电动机或伺服电动机这一类负载，实现速度和位置控制

高速脉冲输出有脉冲输出PTO和脉宽调制输出PWM两种形式。每个CPU有两个PTO/PWM发生器，分配给输出端Q0.0和Q0.1。当Q0.0或Q0.1设定为PTO或PWM功能时，其他操作均失效。不使用PTO或PWM发生器时，则作为普通端子使用。通常在启动PTO或PWM操作之前，用复位指令R将Q0.0或Q0.1清零PTO功能可以发出方波（占空比50%），并可指定输出脉冲的数量和周期时间，脉冲数可定为1～4294967295，周期可以设定成以us为单位也可以是ms为单位，设定范围为50～65535us或2～65535ms高速脉冲输出子任务四

台达伺服电动机的使用

PTO功能及设置方法在立体存储单元已经做了介绍，本单元将采用直接设置程序控制Q0.0或Q0.1高速脉冲输出功能的PTO/PWM寄存器的值来实现。PTO/PWM寄存器由SMB65～SMB85组成，它们的作用是监视和控制脉冲输出（PTO）和脉宽调制（PWM）功能Q0.0Q0.1功能说明SM66.4SM76.4PTO包络由于增量计算错误异常终止，0：无错；1：异常终止SM66.5SM76.5PTO包络由于用户命令异常终止，0：无错；1：异常终止SM66.6SM76.6PTO流水线溢出，0：无溢出；1溢出SM66.7SM76.7PTO空闲，0：运行中；1：PTO空闲SM67.0SM77.0PTO/PWM刷新周期值，0：不刷新；1：刷新SM67.1SM77.1PTO刷新脉冲宽度值，0：不刷新；1：刷新SM67.2SM77.2刷新脉冲计数值，0：不刷新；1：刷新SM67.3SM77.3PTO/PWM时基选择，0：1us；1：1msSM67.4SM77.4PWM更新方法，0：异步更新；1：同步更新SM67.5SM77.5PTO操作，0：单段操作；1：多段操作SM67.6SM77.6PTO/PWM模式选择，0：选择PTO；1选择PWMSM67.7SM77.7PTO/PWM允许，0：禁止；1：允许SMW68SMW78PTO/PWM周期时间值（范围：2～65535）SMW70SMW80PWM脉冲宽度值（范围：2～65535）SMD72SMD82PTO脉冲计数值（范围：1～4294967295）SMB166SMB176段号（仅用于多段PTO操作），多段流水线PTO运行中的编号SMW168SMW178包络表的起始位置，用距离V0的字节偏移量表示（仅用于多段PTO操作）PTO/PWM寄存器说明子任务四

台达伺服电动机的使用

其一，监控特殊寄存器（SM66.7或SM76.7）中的PTO空闲位状态就可以知道编程脉冲串是否已经完成子任务四

台达伺服电动机的使用

由于加工单元控制输出为伺服电动机负载，采用脉冲串输出（PTO）模式。而脉冲输出功能，则是采用PLS脉冲输出指令控制从Q0.0输出的。其二，可以单段脉冲串（或多段脉冲串）完成时激活中断程序PTO输出脉冲串完成与否有两种方法进行判断子任务四

台达伺服电动机的使用

使用指令的脉冲串输出，在主程序中建立初始化子程序调用，在初始化子程序中按照以下步骤建立控制逻辑配置脉冲输出Q0.0。

把16#85（选择微秒递增）或16#8D（选择毫秒递增）载入控制字节SMB67

1.把需要的初始化脉冲周期载入SMW68

2.把需要的脉冲数载入SMD72中

3.使用PTO空闲位状态（SM66.7）判断编程脉冲串完成与否。如果希望在脉冲输出完后立即执行相关功能，可以将脉冲串完成事件（中断号19）附加于中断程序，为中断编程，使用ATCH指令并执行全局中断启用指令ENI4.执行PLS指令，使S7-200激活PTO脉冲发生器编程5.退出子程序

6.子任务四

台达伺服电动机的使用

使用指令的脉冲串输出例程

子任务五加工单元电气系统设计、安装与调试

加工单元中安装在电气控制板上的电气系统、操作面板的硬件系统以及各电气接口信号排布与搬运单元相同，具体可以参照搬运单元中相关的内容。旋转工作台采用台达ECMA-C30602ES伺服电动机驱动其工作运行。伺服电动机由伺服驱动器ASD-B0221-A控制和驱动，下图为伺服驱动器的接线图。本单元采用伺服电动机驱动转盘转动，直接通过伺服驱动器发送脉冲的数量控制伺服电动机驱动工作转盘转动定位；如果将转盘驱动改用直流电动机驱动时，或者不用伺服电动机自定位功能而模拟普通电动机时，在转盘的4号工位的下方位置处安装有一个电感式接近开关为了检测加工单元中转盘的初始1号工位上有无工件借助它能实现转盘转动位置定位检测；但是，不管采用何种电动机驱动转盘工作，系统初始化时都需要借助电感式接近开关进行初始定位漫反射光电接近开关电感式接近开关子任务五加工单元电气系统设计、安装与调试在输出端连接有控制伺服电动机方向和速度的驱动器两控制输入端，连接线路上均串上有一个阻值为1K的限流保护电阻子任务五加工单元电气系统设计、安装与调试本加工单元中伺服驱动装置工作于位置控制模式，PLC的输出端Q0.0作为伺服驱动器的输入脉冲位置指令，脉冲数量决定伺服电动机的旋转角度，即转盘转过的角度，脉冲的频率决定了伺服电动机的旋转速度，PLC输出端Q0.5作为伺服驱动器的脉冲输出方向控制指令。对于控制要求较为简单，伺服驱动器可采用自动增益调整模式

子任务五加工单元电气系统设计、安装与调试参数参数名称代码参数值预设值P0-00设备版本VER1.021020P0-04状态监控暂存器1CM13130P0-09伺服输出状态显示SVSTS0x00970x0000P1-37对伺服马达的负载惯量比GDR3210P2-00位置控制比例增益KPP18850P2-02位置控制前馈增益PFG500P2-08特殊参数写入PCTL360P2-13数位输入接脚DI4功能规划DI412222P2-14数位输入接脚DI5功能规划DI512323P2-15数位输入接脚DI6功能规划DI612121P2-25共振抑制低通滤波NLP1320P2-26外部干扰抵抗增益DST1200P2-45摆动频率AFRQ1030P4-00异常状态记录NASH1200P4-01异常状态记录(N-1)ASH2200P4-02异常状态记录(N-2)ASH3200P4-03异常状态记录(N-3)ASH4200P4-04异常状态记录(N-4)ASH5200P4-07数据输入Din通讯监控ITST10P4-11类比速度输入（1）硬体偏移量校正SOF11640416352P4-12类比速度输入（2）硬体偏移量校正SOF21638416352P4-13类比扭矩输入（1）硬体偏移量校正TOF11639216352P4-15电流检出器（V1）硬体偏移量校正COF11653816352P4-16电流检出器（V2）硬体偏移量校正COF21642516352P4-17电流检出器（W1）硬体偏移量校正COF31613816352P4-18电流检出器（W2）硬体偏移量校正COF41637016352P4-19IGBTNTC校正准位TIGB32伺服驱动器参数设置表伺服电动机驱动系统硬件线路连接完成之后，还必须进行驱动系统的控制功能调试，特别是电动机旋转方向和运行速度的控制测试

调试前，必须先检查运动系统是否存在机械干涉的可能，特别要注意转盘下面的两个接近开关的高度，在保证可靠稳定检测信号的前提下，不能与转盘背面的定位块发生碰撞

注意子任务五加工单元电气系统设计、安装与调试在检查线路正确后上电开始调试，首先按照子任务四中介绍的方法将表3-11中伺服驱动器参数设置于驱动器中，接着按照子任务四中讲解的方法设置Q0.0高速脉冲输出功能的PTO/PWM寄存器值复位Q0.5，即此时DIR1+为低电平状态，按下启动按钮SB1，观察转盘的转动情况子任务五加工单元电气系统设计、安装与调试置位Q0.5，即此时DIR1+为高电平状态，同样按下启动按钮SB1，观察转盘的转动情况通过这两小段调试程序，即可判断出伺服电动机驱动系统是否工作正常以及运行方向。伺服电动机的转速和转距，具体可以通过修改程序中的特殊寄存器SMW68和SMD72值，再观察转盘的转动情况子任务五加工单元电气系统设计、安装与调试子任务六加工单元控制程序设计与调试

针对加工单元结构特点，下面给出了其典型的设备运行控制要求与操作运行流程。

2工件钻孔完成，导杆气缸上升，顶料气缸缩回，钻孔电机停止。4按下启动按钮时，开始灯常亮指示，待检测到工件到来时，转盘将工件送达加工钻孔位置，顶料气缸顶住工件，导杆气缸下降，钻孔电动机对工件实施钻孔加工33系统上电，加工单元处于初始状态，操作面板上复位灯闪烁指示31按下复位按钮，复位灯熄灭，开始灯闪烁指示，单元中各执行气缸的活塞杆处于缩回状态，伺服电动机顺时针旋转到电感式接近开关检测出现定位信号后停止子任务六加工单元控制程序设计与调试

转盘继将工件送达检测位置，检测气缸下降对工件的钻孔质量进行检测若检测气缸能下降到位，表示工件孔质量合格，否则不合格5

进行工件钻孔质量检测完成后，转盘将工件送达到出料位置并回到复位后状态，等待新一轮的启动信号

6

加工单元有手动单周期、自动循环两种工作模式。无论在哪种工作模式控制任务中，加工单元都必须处于初始复位状态方可允许启动。7加工单元的控制工艺流程图子任务六加工单元控制程序设计与调试

子任务六加工单元控制程序设计与调试

首先初始化单段PTO从Q0.0输出脉冲，设置控制字节，载入周期和使转盘转动超过90°的脉冲数，为了保证转盘初始化完成，第一次的伺服电动机的初始化，可以适当增加脉冲数，当转盘转动电感传感器检测到位后，停止脉冲输出，因此在本单元的伺服初始化程序中设置输出脉冲数100000，周期为80us

加工单元的伺服电动机初始化

在伺服电动机定位中，就没有用到电感传感器，而是充分利用伺服电动机的精确定位功能，通过给定单段PTO值的脉冲数为20000，周期为80us，标记转盘的初始位置，执行PLS指令激活PTO脉冲发生器，转盘转动待停止转动后，标记转盘的停止位置，测量转盘转动角度为30°，经过多次测量计算最后取平均，得到转盘转动1°需要688个脉冲，因此转盘转动90°需要Q0.0输出62000个脉冲。

伺服电动机定位子任务六加工单元控制程序设计与调试

加工单元主程序

伺服定位子程序

伺服初始化子程序

循环判断

初始化复位开始指示灯

检测工件子程序

完成工件子程序

加工子程序

伺服停止子程序

可以在任何时间禁止PTO脉单段PTO操作初始化

检测工件是否合格准确定位转盘转动90°

转盘转到完成位，等待搬运转盘转到加工位，进行子任务六加工单元控制程序设计与调试

冲的输出工件的加工单元搬走工件先直接调用初始化和开始指示灯的子程序，进行系统初始化子任务六加工单元控制程序设计与调试

M0.2导通后，检测工件到位，置位M0.3并复位M0.2M0.1导通后，开始指示灯闪烁，按下开始按钮，置位M0.2并复位M0.1子任务六加工单元控制程序设计与调试

M0.3导通后，调用加工和伺服定位的子程序子任务六加工单元控制程序设计与调试

置位M0.4并复位M0.3；M0.4导通后，调用检测和伺服定位的子程序0.5导通后，调用完成工件和伺服定位的子程序子任务六加工单元控制程序设计与调试

置位M0.6并复位M0.5；M0.6导通后，调用循环判断子程序在伺服初始化子程序中，建立控制逻辑配置脉冲输出Q0.0，将16#85（选择微秒递增）载入控制字节SMB67，把初始脉冲周期80us载入SMW68和脉冲数100000载入SMD72中，执行PLS