项目十一机电一体化设备起停控制功能的实现Word格式文档下载.docx
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双控电磁阀2
机械手悬臂气缸
3
双控电磁阀3
机械手手臂气缸
4
双控电磁阀4
机械手手指气缸
5
单控电磁阀1
单出杆气缸A
6
单控电磁阀2
单出杆气缸B
7
单控电磁阀3
单出杆气缸C
8
按钮SB5
启动按钮
9
指示灯HL1
系统电源指示
请你根据以上描述,完成下列工作任务:
一、请你结合前面所学的知识,按照项目八图8-1-2所示的安装图组装搬运分拣设备;
二、请你按照项目八图8-1-3所示的气动系统图连接搬运分拣设备的气路;
三、请你根据搬运分拣设备的工作要求画出电气控制原理图,并按照你所画的电气控制原理图连接电路;
四、请你为搬运分拣设备编写具有基本启动功能的单周期工作程序(即按下一次启动按钮,设备按要求完成一个工作周期的动作,不做循环)并完成调试,达到此任务拟订的工作要求与技术要求。
一、顺序控制程序设计介绍
顺序控制是指,使系统的状态与行为按所希望的顺序变化,而加给系统的一系列作用。
这一系列作用则多是逻辑量。
逻辑量也称开关量,仅有两个取值,即0或1、ON或OFF、TRUE或FALSE。
顺序控制常用于离散的生产过程。
用PLC进行顺序控制是PLC的优势,也是PLC最基本的应用。
从逻辑问题的角度理解,顺序控制实质是根据逻辑量的当前输入组合与历史输入顺序,使PLC产生相应的逻辑量输出,以使系统能按一定顺序工作。
因此,顺序控制程序设计与逻辑问题综合是相联系的。
1.按顺序控制的人工干预情况分,有:
手动控制、半自动控制及自动控制。
1)手动控制
如控制的实现主要靠人工,则称这种控制为手动控制。
它是最常用、最基本的控制。
手动控制是用主令器件,如按钮,直接向系统发送命令来实现控制。
只是在需要安全联锁的场合,要月到反馈器件,用相应的反馈信号实现联锁。
2)半自动控制
半自动控制是一旦系统人工启动,系统工作,其过程的展开是自动实现的,无需人工干预=但过程结束时,系统将自动停车。
若再使系统工作,还需人工启动。
这种系统也很常见,它是自动控制的基础。
3)自动控制
自动控制是一旦系统人工启动,系统工作,其过程的展开是自动实现的,无需人工干预。
面;
且可周而复始地循环进行。
若要使系统停止工作,则要人工另送入停车信号,或运用预设的停车j信号。
一个系统,往往都具有这3种控制。
有时系统较复杂,可能无自动控制,或者也无半自动控制,但手动控制总是有的。
作为一种目标,总是要力求能对系统进行半自动,甚至自动控制。
手动控制较简单,可分为组合逻辑与时序逻辑两类。
其设计可用组合逻辑与时序逻辑的综合方法。
半自动控制是自动控制的基础。
有了半自动控制,再加上到了循环末了,能实现自动再启动就可以了。
而这个环节的加入是不困难的。
2.按顺序控制工作过程的确定性分,有确定顺序控制与随机顺序控制。
1)确定顺序控制
控制对象工作过程或顺序是确定的,与其对应的控制即为确定顺序控制。
多数PLC梯形图程序为确定顺序控制。
确定顺序控制的设计首先要弄清这个确定的过程或顺序,然后再根据过程的展开或顺序的推进情况逐步地设计。
确定顺序控制有组合的,也有时序的。
不过,时序的更多些,因为既是确定的,把它设计成对序的,输入信号可以减少。
确定顺序控制可很方便地用通电表(见后)反映它的工作情况。
2)随机顺序控制
如果对象的工作过程或顺序不是确定的,其对应的控制即为随机顺序控制。
不确定也可理解为工作顺序是有分支的。
它可依输人逻辑条件的不同,选择不同的分支。
所以,随机顺序控制又可称为有分支的顺序控制。
而确定顺序控制则可称为无分支的顺序控制。
从逻辑的角度看,组合电路多为随机顺序控制。
如设备的各种手动操作,多是随机的。
但时享电路也有随机的。
如控制电梯工作,某一时刻往第几层楼开,就是根据使用电梯的人的要求随机确定。
二、定时控制程序编程方法
图11-1-3所示为定时器控制的梯形图程序示意图,图中操作数使用符号地址。
图11-1-3定时控制程序
从图11-1-3可知,电路启动后,“控制开始”ON。
先是定时器T0开始计时。
计时到,其常开触点ON,进而定时器T1开始计时。
此计时到,其常开触点ON,进而定时器T2开始计时。
此计时也到,其常开触点ON,进而定时器T3开始计时……
随着这一系列定时器相继工作,将分出很多时间段。
即可按需要产生相应的动作。
如本例:
“动作0”出现时间段1(从“控制开始”ON,直至T0定时到)。
“动作1”出现时间段1(从T1定时开始,直至T1定时到)等。
这里“动作”也可不这样对应,有的动作还可在多个时间段出现,这些完全可依实际需要决定。
这里的实质是各个动作都是按时间的推进逐步出现的,是由时间信号控制的。
三、动作控制程序编程方法
运作控制是很常见的控制逻辑,只要用这里的“动作”去控制对应的输出点,再用对应的输入点去控制这里的“动作完成”,就可实现运动部件的自动控制。
还要指出的是,动作控制也可插入定时控制。
如用某个动作去控制某个输出点的同时,还去启动一个定时器,令其计时,再用这个定时器计时到的信号作为该动作完成的信号,则这一动作就是定时控制。
这种逻辑方法应用的也很多。
1.半自动工作
图12-4所示为半自动工作梯形图程序,图中操作数使用符号地址。
图11-1-4动作半自动控制程序
从图11-1-4可知,“启动”ON后,“动作0”ON并自保持。
这里把“动作l”、“动作2”、“动作3”的常闭触点串人,目的是一旦进人工作,而又未完成所有动作,则不允许“动作0”再被启动。
如果后面的动作太多的话也可以用“动作0”置一个内部继电器为ON,作为整个过程正在运作的标志,放在“动作0”的启动回路里作为一个限制条件,这个标志在所有动作都完成后清除。
“动作0”ON后,则执行与“动作0”信号对应的动作,直到这个动作完成。
当PLC检测到“动作0完成”信号,即“动作0完成”ON,则“动作1”ON,并自保持。
这将启动与其相应的动作。
另外,“动作1”ON,还使“动作0”OFF,则与“动作0”有关的动作将停止。
动作1完成,也将启动“动作2”……直到动作3完成,则程序回到原状态,并不再重新开始动作。
由此可知,此程序实现的动作转换是半自动控制。
2.自动工作
图11-1-5所示为自动工作的“动作完成控制”梯形图程序,图中操作数使用符号地址。
从图知,这里多了“自动启动”、“自动停止”及有关信号。
“自动启动”ON,将使“自动工作”ON,并自保持。
如“自动工作”ON,且“自动停止”ON,将使“自动停止”ON,并自保持。
图11-1-5动作自动控制梯形图
当未启动“自动工作”时,此程序与“半自动”程序是完成相同的。
只是这里用了“A、B、C、D”,而图12-7程序用的是“0、l、2、3”。
当启动了“自动工作”时,“动作D完成”ON,将启动“动作A”,再由“动作A”的常闭触点去使“动作D”OFF。
启动“动作A”意味着新的循环开始。
这时,若要停止继续工作,可使“自动停止”ON。
“自动停”ON,将使“自动停止”ON,并自保持。
若如此,则在“动作D完成”ON时,将使“自动工作”OFF。
这意味着,这时“动作A”不能再启动。
而“自动工作”OFF也使“自动停止”失去自保持,程序将回到原状态。
可知,此程序进人“自动工作”后,动作是周而复始地自动执行着。
而要退出“自动工作”,则应使“自动停”ON。
而且,要到所有动作完成后,即动作D完成后,才能完全退出“自动工作”,并停止所有动作。
这种动作控制程序使用步进指令实现也是很方便的。
四、步进控制程序编程方法
定时控制简单,而又能完成较复杂的控制。
但它没有反馈,是开环控制。
前一时间段的动作完成与否,次一时间段的控制命令照样发出。
工作可靠要求很高的场合不好用它。
动作控制是反馈控制,前一个动作未完成,次一个动作不会开始。
较安全、可靠。
但用它去实现较复杂的控制比较难。
这里引入的步进程序,靠各步的推进实现控制,而步的推进则用“步动作完成”信号激发。
这种控制可用步进行控制输出,能实现复杂动作。
同时,他又有“步动作完成”信号反馈,是闭环控制,较为可靠。
实现步进控制的方法很多,这里仅介绍两种较简单的方法。
同时指出在我们所使用的三菱PLC中还可以使用专用的步进梯形图指令进行顺序控制的编程。
1.脉冲步进
图12-6为“脉冲步进”梯形图程序,图中操作数使用符号地址。
它是靠基本逻辑指令实现步进控制。
从图可知,此程序主要由脉冲生成及步进两个部分组成。
在脉冲生成部分可知,当“步进开始”或“步”及相应“步动作完成”信号出现,都将产生“步进脉冲”信号。
在步进部分可知,这里暂设了4个步:
“步11”、“步22”、“步33”、“步44”,如需要可增加。
“步11”为初始步。
当所有步都未激活(均为OFF),则“退出步控制”ON。
此时,如“步进开始”ON,则将有“步进脉冲”ON一个扫描周期。
这将使“步11”激活,处于ON状态,进人工作。
而其它步仍为OFF。
当“步11”动作完成后,“步11动作完成”ON,将再有“步进脉冲”ON一个扫描周期。
这将使“步22”激活,处于、ON状态,进入工作。
而使“步11”OFF,退出工作。
其它步仍为OFF。
这里每一步的控制逻辑与“单按钮起停”逻辑形式不同,但本质是相同的。
“各个步”也是“双稳”,无“步进脉冲”信号,它ON成立,OFF也成立。
一旦有脉冲信号,则转换成相反的状态。
随着步动作完成而产生的脉冲信号,步将逐一推进,直到最后一步。
最后一步完成时,如“自动控制”ON,则又启动第一步;
如“自动控制”OFF,则退出步进控制,程序回到原状态。
提示:
这里的步进程序是按倒序排列的,控制“步44”,反而排在“步11”之前。
可检查,如不这么安排,按步推进的目的是达不到的。
这说明PLC指令的安排顺序是有讲究的。
图11-1-6程序与图11-1-7程序相比,形式上类似,但控制“思想”是有差别的。
图11-1-6脉冲步进梯形图程序
2.移位步进图
图11-1-7为“移位步进”梯形图程序,图中操作数使用符号地址。
本程序采用SFTLO左移位指令实现,由4梯级组成:
第一梯级,也用以产生“移位脉冲”信号。
第二梯级,在程序初始化及步进完成时(这里设了4步,如需要,可增多),把0传给K1、M11,即移位用的M11、M12、M13及M14组成的各个位。
这里,M8002为PLC运行时,ON一个扫描周期。
第三、四梯级,用以产生第一步工作信号。
当M11-M14间的内容为0时,将使“移位值”置1。
为使“开始”产生的“移位脉冲”时,把为1的“移位值”,移人M11,以产生第一步输出。
第五梯级,用以实现移位步进。
每有一个“移位脉冲”,则把“移位值”移入M11,而M11位状态移给M12……,而原M14状态溢出。
这里,只要把M11对应于“步1”,M12位对应于“步2”……,则这个移位过程也就是步进过程。
图中还含有“自动工作”控制。
它ON时,将实现自动工作,即完成最后一步时,会产生“移位脉冲”,启动第一步。
图11-1-7移位步进梯形图程序
一、完成自动搬运分拣设备的组装和气路连接
任何软件都是建立在硬件的基础上的,在开始讨论本项目的主要内容之前,必须先建立一个硬件平台,以便我们很好的完成工作任务。
请你按照项目十一的工艺要求以及前面所学的知识将设备机械结构和气动回路安装完成,并经过手动测试保证可以稳定运行。
1.按照以下要求完成设备的组装
1)请你按照前面学习的工艺标准安装设备机械结构,要求各部件位置准确,安装可靠;
2)请你将设备上各元、器件的引线连接到端子排上(自行设计排线顺序),做好号码管,编好线号,并整理接线满足前面学习的接线工艺标准;
3)请你按照工作任务说明中表11-1-1的要求分配电磁阀的控制对象,并连接好如图12-8所示的系统气动回路;
4)请你完成对设备的调试,要求设备各环节安装位置准确,动作平稳、流畅。
2.按照以下流程完成对设备的调试
1)检查机械结构安装是否到位,有无松动;
2)检查机械安装位置是否准确,保证机械手准确取物、准确搬运、准确放物,保证三个气缸能够准确的将物料推入各自对应的料槽;
3)打开气源,通过电磁阀上的手动控制按钮来检查各汽缸动作是否顺畅,通过调节各气缸两端的截流阀使它的动作平稳、速度匀称。
4)按照工艺要求检查设备电气线路安装情况,注意细节上的规范;
5)设备调试结束后,把安装时所留下的垃圾清理干净,安装时使用的工具整理整齐,摆放在自己的工具箱内。
二、完成自动搬运分拣系统电气回路的设计和连接
1.分配PLC输入输出点
1)根据动作过程,所用检测传感器占用的输入点数为18个;
启动、停止、复位、系统上电、急停需要5个,共计23个输入点。
确定输出点数。
2)根据工作过程和气动系统图,我们可以确定完成自动搬运分拣系统所需要的输出有:
(1)送料电机运行,需要1个输出;
(2)机械手动作有:
机械悬臂前伸、后退,手臂上升、下降,手指抓紧、松开,机械手左摆、右摆。
共需要8个输出;
(3)推手动作:
A气缸、B气缸、C气缸动作,共需要3个输出;
(4)皮带输送机运行:
变频器共需要1个控制端,占1个输出;
(5)指示:
包括复位指示灯、启动指示灯、上电指示灯、蜂鸣器,共需要4个输出;
由以上分析可知,完成自动搬运分拣系统共需要占用PLC的输出点数17个。
3)列出PLC输入输出地址分配表
19个输出中,除了控制变频器运行的4个点不是用DC24V电源外,其余都用按钮模块上的DC24V电源来驱动,所以输出需要分为两类,控制变频器的4个输出点不和其他的输出点共用COM。
我们选用三菱FX2N-48MR为例,列出参考的PLC输入输出地址分配表如表所示:
表11-1-2PLC输入地址分配表
输入地址
说明
X0
启动
13
X14
推料二号气缸前限位
X1
停止
14
X15
推料二号气缸后限位
X2
物料检测(光电)
15
X16
推料三号气缸前限位
X3
旋转左限位
16
X17
推料三号气缸后限位
X4
旋转右限位
17
X20
传送带物料检测感器
X5
伸出臂前点
18
X21
一号位电感式传感器
X6
缩回臂后点
19
X22
二号位光纤传感器
X7
手爪夹紧传感器
20
X23
三号位光纤传感器
X10
提升气缸上限位
21
X24
系统上电按钮
10
X11
提升气缸下限位
22
X25
复位按钮
11
X12
推料一号气缸前限位
23
X26
急停开关
12
X13
推料一号气缸后限位
表11-1-3PLC输出地址分配表
输出地址
Y0
送料电机
Y14
推料三气缸伸出
Y1
机械手爪放松
Y15
复位指示灯
Y2
机械手爪夹紧
Y16
启动指示灯
Y3
旋转气缸正转
Y17
蜂鸣器
Y4
旋转气缸反转
Y20
接变频器5
Y5
臂气缸伸出
接变频器7
Y6
臂气缸返回
Y7
报警指示灯
Y10
提升气缸下降
Y11
提升气缸上升
Y12
推料一气缸伸出
Y13
推料二气缸伸出
2.根据地址分配情况设计出设备PLC接线图
说明:
为了保证图纸的完整性,在此图中将本项目后面任务中要讲到的一些元器件和接线也放到图里。
3.根据接线图完成对设备的电气安装
1)接线说明
*以下所述线的颜色有可能和读者使用的设备有所不同,接线时以实际情况为准;
*传感器和各执行器件的具体接线方法如有不清楚的地方请参看前面相关章节对设备接线的具体介绍。
2)从接线的准确性、速度和美观度等方面考虑推荐以下接线标准和接线流程
接线要求:
连接导线型号、颜色选用正确;
电路各连接点连接可靠、牢固,外露铜丝最长不能超过2mm;
接入接线排的导线都需要编号,并套好号码管;
号码管长度应一致,编号工整、方向一致;
同一接线端子的连接导线最多不能超过2根。
接线流程:
首先从线架上取下黑色的连接线,将送料电机蓝色接地线、信号灯上的蓝色接地线、电磁阀的黄色线接地线在工作台的接线排上通过串联方式进行连接,引出输出控制电源接地线;
磁性开关的蓝色接地线以及3线制的传感器的蓝色接地线在工作台的接线排上通过串联方式进行连接,引出输入控制电源接地线;
再将信号灯的棕色正电源线3线制传感器上的棕色电源线通过串联的方式连接,引出输入控制电源接地线。
以上两组接线分别引出接地线连接到PLC的输入COM点上,引出正电源线连接到PLC的24V电源接线端上。
接下来对按钮模块上需要使用的器件和PLC模块上的相关接线连接。
将按钮模块上需要使用的启动按钮、复位按钮、停止按钮、急停开关等控制元件的上端黑色端子通过串联的方式连接到PLC输入的COM点上;
电源指示灯、复位指示灯、启动指示灯、蜂鸣器等元器件的一端、PLC输入点的COM点以及工作台上接地线串连到0V上,将电源指示灯一端和工作台上火线端,以及输出点的COM点串联到+24V上,然后将电源模块上的三相电连接到变频器上,以及变频器上的U、V、
W、接地线连接到传送带电机上,最后我们从线架上取下黄色和绿色的连接线,根据编程时使用的输入、输出口地址表分别连接好。
线接好后,把多余的连接线放回线架上。
4.根据本项目对皮带输送机的控制要求,列出需要设置的变频器参数及相应的值,并填写下表。
在设置参数时如果不知道变频器原来的参数情况可先将参数恢复为出厂设置,然后按表所示依次设置参数,参数设置结束后再将变频器设为运行模式。
表12-3变频器设置参数表
参数代号
参数值
P4
25Hz
高速
2
P7
2S
加速时间
3
P8
0S
减速时间
4
P79
电动机控制模式(外部操作模式)
5.电气检查与调试
1)检查步骤
步骤一:
接线完成后,接通电源电检查按钮模块、PLC模块以及变频器模块电源是否正常;
步骤二:
观察检测到气缸位置的两线传感器是否有信号,检测三线传感器是否能正常工作;
步骤三:
拿出3个不同的工件,根据任务要求调节用于物料分检的三个传感器的位置和灵敏度满足分拣要求;
步骤四:
拨动变频器正反转手动开关,检查变频器工作是否正常,并观察安装好的传送带电机的同轴度,(若电机或者传送带上的推料汽缸晃动,说明同轴度没对好,断电后进行调节)如果同轴度不好要做微调。
2)电气故障的排除
表12-4电气故障分析对照表
故障现象
故障原因
排除方法
所有传感器均没有信号输出
所有两线制传感器没有信号输出
所有三线制传感器没有信号输出
按钮不起做用
所有输出没有动作
执行器件动作气缸没有动作
某一个气缸不能动作
以上故障原因的介绍和分析只是在使用设备的过程中常见的一些原因分析,不包括所有引起故障的原因和一些特殊情况引起的原因。
三、设备的功能调试与检查
1.气路检查
(1)打开气源,调节调压阀的调节旋钮,使气压为0.4MPa~0.6MPa。
(2)检查通气后所有气缸能否回到项目要求的初始位置。
(3)观察是否有漏气现象,若漏气,则关闭气源,查找漏气原因并排除。
(4)调节气缸运动速度,使各推料气缸运动平稳无振动和冲击;
推料动作可靠,且伸缩速度基本保持一致。
2.传感器检查
(1)检查落料口的光电传感器能否可靠检测从落料口放下来的物料。
(2)检查电感传感器能否检出所有从传送带上通过的金属物料;
第1个光纤传感器能否检出所有从传
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