自动化生产线安装与调试概论

自动化生产线安装与调试自动控制系2012年9月第一页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.1YL-335A的基本组成

亚龙YL-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组成。其外观如图所示。第二页，共五十一页。YL-335A外观第三页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.1YL-335A的基本组成

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。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。第四页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.1YL-335A的基本组成

在YL-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，是现代工业实现高度自动化的前提之一。第五页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.1YL-335A的基本组成在控制方面，YL-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。第六页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.2YL-335A的基本功能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。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料槽分流的功能。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。第七页，共五十一页。YL-335A俯视图第八页，共五十一页。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

供料单元的基本功能

第九页，共五十一页。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

加工单元的基本功能

第十页，共五十一页。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装配单元的基本功能

第十一页，共五十一页。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

分拣单元的基本功能

第十二页，共五十一页。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输送单元的基本功能

第十三页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.3YL-335A的特点和实训项目特点：YL-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。第十四页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.3YL-335A的特点和实训项目实训项目：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机械系统安装和调试实训系统维护与故障检测实训第十五页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.3YL-335A的特点和实训项目特点：YL-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。第十六页，共五十一页。1、YL-335A自动生产线概述1.4技术参数1、交流电源：三相五线制，AC380V/220V±10%50Hz；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0.6Mbar，最大0.8Mbar。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。第十七页，共五十一页。2、自动线核心技术应用2.1自动线中的步进电动机及其控制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Kinco3M458三相步进电机驱动器。2.1.1步进电机3S57Q-04056部分技术参数如下：第十八页，共五十一页。步进电机和驱动器第十九页，共五十一页。2.1自动线中的步进电动机及其控制2.1.1步进电机

3S57Q-04056的三个相绕组必须连接成三角形，接线图如图所示。

3S57Q-04056的接线第二十页，共五十一页。2.1自动线中的步进电动机及其控制2.1.2步进电机驱动器Kinco3M458三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：自然风冷第二十一页，共五十一页。2.1自动线中的步进电动机及其控制2.1.2步进电机驱动器

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。第二十二页，共五十一页。3M458DIP开关功能说明

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。第二十三页，共五十一页。3M458的典型接线图

驱动器的典型接线图如图所示，YL-335A中，控制信号输入端使用的是DC24V电压，图中的限流电阻R1为2KΩ，此外，FREE端也没有使用。第二十四页，共五十一页。3M458步进电机驱动器模块的面板

YL-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。右图是3M458步进电机驱动器模块的面板图。第二十五页，共五十一页。2.1自动线中的步进电动机及其控制2.1.3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）。步进电机传动组件采用同步轮和同步带传动。同步轮齿距为5mm，共11个齿，即旋转一周机械手装置位移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），电机驱动电流设为5.2A。第二十六页，共五十一页。2.2PPI网络YL-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，各PLC之间通过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。若PLC选用S7-200系列，通信方式则采用PPI协议通信。第二十七页，共五十一页。2.2PPI网络2.2.1西门子PPI通信概述

PPI协议是S7-200CPU最基本的通信方式，通过原来自身的端口（PORT0或PORT1）就可以实现通信，是S7-200默认的通信方式。

PPI是一种主—从协议通信，主—从站在一个令牌环网中，主站发送要求到从站器件，从站器件响应；从站器件不发信息，只是等待主站的要求并对要求作出响应。如果在用户程序中使能PPI主站模式，就可以在主站程序中使用网络读写指令来读写从站信息。而从站程序没有必要使用网络读写指令。第二十八页，共五十一页。2.2PPI网络2.2.2YL-335A各工作站PLC实现PPI通信实例

下面以YL-335A各工作站PLC实现PPI通信的操作步骤为例，说明使用PPI协议实现通信的步骤。

1、对网络上每一台PLC，设置其系统块中的通信端口参数，对用作PPI通信的端口（PORT0或PORT1），指定其地址（站号）和波特率。设置后把系统块下载到该PLC。具体操作如下：第二十九页，共五十一页。2.2.2YL-335A各工作站PLC实现PPI通信实例

运行个人电脑上的STEP7V4.0（SP5）程序，打开设置端口界面，如图2-1所示。

利用PPI/RS485编程电缆单独地把输送单元CPU系统块里设置端口0为1号站，波特率为了187.5千波特，如图2-2所示。

同样方法设置供料单元CPU端口0为2号站，波特率为了187.5千波特；加工单元CPU端口0为3号站，波特率为了187.5千波特；装配单元CPU端口0为4号站，波特率为了187.5千波特；最后设置分拣单元CPU端口0为5号站，波特率为了187.5千波特。

分别把系统块下载到相应的CPU中。第三十页，共五十一页。2.2.2YL-335A各工作站PLC实现PPI通信实例

图2-1打开设置端口画面第三十一页，共五十一页。2.2.2YL-335A各工作站PLC实现PPI通信实例

图2-2设置输送站PLC端口0参数第三十二页，共五十一页。2.2.2YL-335A各工作站PLC实现PPI通信实例

2、利用网络接头和网络线把各台PLC中用作PPI通信的端口0连接，所使用的网络接头中，2#～5#站用的是标准网络连接器，1#站用的是带编程接口的连接器。第三十三页，共五十一页。2.2.2YL-335A各工作站PLC实现PPI通信实例然后利用STEP7V4.0软件和PPI/RS485编程电缆搜索出PPI网络的5个站。如图2-3所示。第三十四页，共五十一页。2.2PPI网络

关于PPI的具体使用和配置方法在附件文档《PPI网络》中有较为详尽的介绍，请同学们参阅。第三十五页，共五十一页。2.3气动技术在自动线中的使用输送单元的抓取机械手装置是气动驱动的，其气动控制回路如图2-4所示。第三十六页，共五十一页。作用气缸第三十七页，共五十一页。2.3气动技术在自动线中的使用

图中，驱动气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通的带手控开关的双侧电磁先导控制阀（简称双电控电磁阀），双电控电磁阀采用两端都用电磁线圈控制的方式。双电控电磁阀外形如图2-5所示。第三十八页，共五十一页。2.3气动技术在自动线中的使用

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。第三十九页，共五十一页。2.3气动技术在自动线中的使用电磁阀组

阀组，就是将多个阀集中在一起构成的一组阀，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。阀组的组装如图2-6所示。本单元的两个阀分别对顶料气缸和推料气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。第四十页，共五十一页。2.3气动技术在自动线中的使用电磁阀组

第四十一页，共五十一页。单向电磁阀和双向电磁阀电磁阀是用电压信号来控制的流体流动阀门装置，本系统中只有一只两位五通双控电磁阀，其它全部使用两位五通单向阀两位指：电磁阀有两个基本工作位A位、B位五通指：电磁阀有五个通气孔工作A口B口、排气孔A口B口、入气孔。第四十二页，共五十一页。2.3气动技术在自动线中的使用电磁阀组

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。第四十三页，共五十一页。2.4自动线中传感器的使用1、磁性开关

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。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。第四十四页，共五十一页。2.4自动线中传感器的使用1、磁性开关

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钉，让磁性开关在气缸的滑轨里滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺钉。第四十五页，共五十一页。2.4自动线中传感器的使用2、光电开关在供料单元底座和装料管第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。下图为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。第四十六页，共五十一页。2.4自动线中传感器的使用2、光电开关

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次底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。第四十七页，共五十一页。2.4自动线中传感器的