生产线设备YL_335B指导书
生产线设备YL_335B指导
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YL-335B型 自动生产线装备
实践指导书
（三菱PLC版本）
华南理工大学 自动化实验教学中心
前 言
现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地融合在一起。
可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。
亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装供料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动和伺服（步进）电机位置控制等技术。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CC-LINK网络通讯实现互连的分布式控制方式。因此，YL-335B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、伺服电机位置控制和变频器技术等。利用YL-335B，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。
YL-335B采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。
本实训指导书主要阐述亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备的基本结构、工作原理和工作过程。实训指导书力求采用项目教学的方法介绍本装备所涉及的技术，使学生在知识的学习和综合应用，PLC的编程和组网能力，设备的安装与调试等方面能收到较好的效果。
鉴于时间仓促和限于编者水平，书中难免有错误及不当之处，恳请读者批评指正。
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目 录
项目一 了解YL-335B自动生产线实训考核装备 ............................................................................... 1 1.1 YL-335B的基本组成 ......................................................................................................................... 1 1.2 YL-335B的基本功能 ......................................................................................................................... 2 1.3 YL-335B的电气控制 ......................................................................................................................... 6 1.3.1 YL-335B 工作单元的结构特点 .................................................................................................... 6 1.3.2 YL-335B的控制系统 ..................................................................................................................... 7 1.4 供电电源 ............................................................................................................................................ 8 1.5 气源处理装置 .................................................................................................................................... 9 项目二 供料单元控制系统实训 ........................................................................................................... 11 2.1 了解供料单元的结构和工作过程 ................................................................................................... 11 2.2 相关知识点 ...................................................................................................................................... 12 2.2.1 供料单元的气动元件 .................................................................................................................... 12 2.2.2 认知有关传感器（接近开关） .................................................................................................. 16 2.3 供料单元安装技能训练 .................................................................................................................. 21 2.4 供料单元的PLC控制系统 .............................................................................................................. 23 2.4.1 工作任务........................................................................................................................................ 23 2.4.2 PLC的I/O 接线 .......................................................................................................................... 24 2.4.3 供料单元单站控制的编程思路 .................................................................... 错误!未定义书签。 2.4.4 调试与运行 .................................................................................................................................. 25 项目三 加工单元控制系统实训 ........................................................................................................... 27 3.1 加工单元的结构和工作过程........................................................................................................... 27 3.2 相关的知识点 .................................................................................................................................. 29 3.2.1 了解直线导轨 .............................................................................................................................. 29 3.2.2 加工单元的气动元件 .................................................................................................................. 30 3.3 加工单元的安装技能训练 .............................................................................................................. 32 3.4 加工单元PLC控制系统设计........................................................................................................... 34 3.4.1 工作任务...................................................................................................................................... 34 3.4.2 PLC的I/O分配及系统安装接线 ............................................................................................... 35 3.4.3 编写和调试PLC控制程序 ............................................................................ 错误!未定义书签。 项目四 装配单元控制系统实训 ........................................................................................................... 38 4.1 装配单元的结构与工作过程........................................................................................................... 38
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4.2 相关的知识点 .................................................................................................................................. 41 4.2.1 装配单元的气动元件 .................................................................................................................. 41 4.2.2 认知光纤传感器 .......................................................................................................................... 44 5.3 装配单元的安装技能训练 .............................................................................................................. 46 4.4 装配单元PLC控制系统设计........................................................................................................... 47 4.4.1 工作任务...................................................................................................................................... 47 4.4.2 PLC的I/O分配及系统安装接线 ............................................................................................... 48 4.4.3 编写和调试PLC控制程序 ............................................................................ 错误!未定义书签。 项目五 分拣单元控制系统实训 ........................................................................................................... 51 5.1 分拣单元的结构和工作过程........................................................................................................... 51 5.2 分拣单元安装技能训练 ................................................................................................................. 53 5.2 相关知识点 ...................................................................................................................................... 55 5.2.1 旋转编码器概述 .......................................................................................................................... 55 5.2.2 三菱 FR-A740变频器简介 ......................................................................................................... 57
5.2.2.1 FR-A740变频器的安装和接线 ...................................................................................................... 57 5.2.2.2 变频器的操作面板的操作训练 ..................................................................................................... 62 5.2.2.3 常用参数设置训练 ......................................................................................................................... 66
5.3 分拣单元的PLC控制及编程........................................................................................................... 71 5.3.1 工作任务...................................................................................................................................... 71 5.3.2 PLC的I/O 接线 .......................................................................................................................... 71 5.3.3 分拣单元的编程要点 .................................................................................................................. 74
5.3.3.1 高速计数器的编程 ......................................................................................................................... 74 5.3.3.2 程序结构......................................................................................................................................... 78
项目六 认识人机界面.......................................................................................................................... 80 6.1 认知GT1055-QSBD-C人机界面 ....................................................................................................... 80 6.1.1 GT1055-QSBD-C人机界面的硬件连接 ....................................................................................... 80 6.2.2 变频器输出的模拟量控制 ........................................................................................................ 84 项目七 输送单元控制系统实训 .......................................................................................................... 89 7.1 输送单元的结构与工作过程........................................................................................................... 89 7.2 输送单元安装技能训练 .................................................................................................................. 93 7.3 相关的知识点 .................................................................................................................................. 95 7.3.1 认知伺服电机及伺服放大器 ...................................................................................................... 95
7.3.1.1 永磁交流伺服系统概述 ................................................................................................................. 95 7.3.1.2 三菱MR-J3系列AC伺服电机•驱动器 ......................................................................................... 98
7.3.2 QD75P1定位模块的使用与编程 ............................................................................................... 102 7.4 输送单元的PLC控制与编程......................................................................................................... 105 7.4.1 工作任务...................................................................................................................................... 105 7.4.2 PLC的选型和I/O 接线 .............................................................................................................. 108 项目八 YL-335B的整体控制 ........................................................................................................... 111
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8.1 认知三菱PLC CC-LINK通信 ......................................................................................................... 111 8.1.1 认识QJ61BT11N与FX2N-32CCL ............................................................................................... 111 8.1.2 CC-LINK 通信线缆连接 ............................................................................................................ 113 8.1.3 组建CC-LINK 通信网络 ........................................................................................................... 113 8.2 系统整体控制实训的工作任务描述 ............................................................................................. 115 8.3 工作任务的实现 ............................................................................................................................ 125 8.3.1 设备的安装和调整 .................................................................................................................... 125 8.3.2 有关参数的设置和测试 ............................................................................................................ 126 8.3.3 人机界面组态 ............................................................................................................................ 126
8.3.3.1 工程分析和创建 ........................................................................................................................... 126 8.3.3.2 欢迎画面组态 ............................................................................................................................... 127 8.3.3.3 主画面组态 ................................................................................................................................... 130
8.3.4 编写和调试PLC控制程序 ........................................................................................................ 136
8.3.4.1 规划通信数据 ............................................................................................................................... 136 8.3.4.2 从站单元控制程序的编制 ........................................................................................................... 138 8.3.4.3 主站单元控制程序的编制 ........................................................................................................... 141
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项目一 了解YL-335B自动生产线实训考核装备
1.1 YL-335B的基本组成
亚龙YL-335B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供料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观如图1-1所示。
图1-1 YL-335B外观
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伺服电机驱动、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。
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在YL-335B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。
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在控制方面，YL-335B采用了基于CC-LINK网络通信的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CC-LINK网络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CC-LINK网络通信模式，组建成一个小型的PLC网络。小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动生产线仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。另一方面，掌握基于CC-LINK网络通信的PLC网络技术，将为学习三菱系列现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。 1.2 YL-335B的基本功能
YL-335B各工作单元在实训台上的分布如图1-2的俯视图所示。
图1-2 YL-335B俯视图
各个单元的基本功能如下：
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1、供料单元的基本功能：供料单元是YL-335B中的起始单元，在整个系统中，起着向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。如图1-3所示为供料单元实物的全貌。
图1-3供料单元实物的全貌
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。如图1-4所示为加工单元实物的全貌。
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图1-4 加工单元实物的全貌
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。装配单元总装实物图如1-5。
图1-5 装配单元总装实物图
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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。如图1-6所示分拣单元实物的全貌。
图1-6 分拣单元实物的全貌
5、输送单元的基本功能：该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下，实现传送工件的功能。输送单元的外观如图1-7所示。
图1-7 输送单元外观图
直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视实训目的而定。YL-335B
的标准配置
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为伺服电机。
1.3 YL-335B的电气控制
1.3.1 YL-335B 工作单元的结构特点
YL-335B设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在工作台两侧的抽屉板上。因此，工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关键的问题。YL-335B的解决方案是：机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置侧的接线端口上。PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。两个接线端口间通过多芯信号电缆互连。图1-8和图1-9分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。
装置
图1-8 装置侧接线端
侧的接线端口的
图1-9 PLC侧接线端接
线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC24V电源的+24V端，底层端子用以连接DC24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。
PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线,其端子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。底层端子用以连接DC24V电源的+24V端和0V端。
装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连结。其中25针接头电缆连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。
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1.3.2 YL-335B的控制系统
YL-335B的每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一个分布式的控制系统。
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1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。按钮指示灯模块如图1-10所示。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。
图1-10 按钮指示灯模块
模块盒上器件包括：
⑴指示灯（24VDC）：黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。 ⑵主令器件：绿色常开按钮SB1一只
红色常开按钮SB2一只 选择开关SA（一对转换触点） 急停按钮QS（一个常闭触点）
2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于主站采用三菱Q系列PLC，从站采用三菱FX系列PLC的设备，YL-335B的配置是采用了CC-LINK网络通信方式。设备出厂的控制方案如图1-11所示。
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图1-11 YL-335B的通信网络
各工作站PLC配置如下：
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⑴ 输送单元：Q02HCPU主单元，QX41 DC输入模块共32点输入，QY41P 晶体管输出模块共32点晶体管输出。
⑵ 供料单元：FX3U-32M主单元，共16点输入，16点继电器输出。 ⑶ 加工单元：FX3U-32M主单元，共16点输入，16点继电器输出。 ⑷ 装配单元：FX3U-48M主单元，共24点输入，24点继电器输出。 ⑸分拣单元：FX3U-32M主单元，共16点输入，16点继电器输出。 3、人机界面
系统运行的主令信号（复位、启动、停止等）通过触模屏人机界面给出。同时，人机界面上也显示系统运行的各种状态信息。
人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC 控制器所需的I/O 点数，降低生产的成本，同时由于面板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。
YL-335B采用了三菱GT1055-QSBD-C触摸屏作为它的人机界面。GT1055-QSBD-C是一款集显示、运算、通讯三位一体的高速应对工控机。该产品设计采用了5.7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），可显示世界各国的语言，GT1055-QSBD-C触摸屏的使用、人机界面的组态方法，将在项目六（分拣单元控制系统实训）中介绍。
1.4 供电电源
外部供电电源为三相五线制AC 380V/220V，图1-12为供电电源模块一次回路原理图。图中，总电源开关选用DZ47LE-32/C32型三相四线漏电开关。系统各主要负载
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通过自动开关单独供电。其中，变频器电源通过DZ47C16/3P三相自动开关供电；各工作站PLC均采用DZ47C5/2P单相自动开关供电。此外，系统配置4台DC24V6A开关稳压电源分别用作供料加工、装配、分拣及输送单元的直流电源。
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图1-12 供电电源模块一次回路原理图
图1-13 配电箱设备安装图
1.5 气源处理装置
YL-335B的气源处理组件及其回路原理图分别如图1-14所示。气源处理组件是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用
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是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，调节并保持恒定的工作压力。在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入。气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之把气路开关向右推入时气路关闭。
图1-14 气源处理组件
气源处理组件输入气源来自空气压缩机，所提供的压力为0.6～1.0MPa, 输出压力为0～0.8MPa可调。输出的压缩空气通过快速三通接头和气管输送到各工作单元。
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项目二 供料单元控制系统实训
2.1 了解供料单元的结构和工作过程
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。其中，机械部分结构组成如图2-1所示。
图2-1供料单元的主要结构组 其中，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。
该部分的工作原理是：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，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料
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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。 在底座和管形料仓第4层工件位置，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。
图2-2 供料操作示意推料缸把工件推出到出料台上。出料台面开有小孔，出料台下面设有一个圆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，以便向系统提供本单元出料台有无工件的信号。在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。 2.2 相关知识点
2.2.1 供料单元的气动元件 1、标准双作用直线气缸
标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。
双作用气缸是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。图2-3是标准双作用直线气缸的半剖面图。图中，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。
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双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。
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图2-3 双作用气缸工作示意
为了使气缸的动作平稳可靠，应对气缸的运动速度加以控制，常用的方法是使用单向节流阀来实现。
单向节流阀是由单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。
图2-4给出了在双作用气缸装上两个单向节流阀的连接示意图，这种连接方式称为排气节流方式。即，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，活塞运行稳定，是最常用的方式。
图2-4 节流阀连接和调整
原理示意图 节
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流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。图2-5是安装了带快速接头的限出型气缸节流阀的气缸外观。
2、单电控电磁换向阀、电磁阀组
图2-5 安装上气缸节流阀的气缸
如前所述，顶料或推料气缸，其活塞的运动是依靠向气缸一端进气，并从另一端排气，再反过来，从另一端进气，一端排气来实现的。气体流动方向的改变则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。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。图2-6所示是一个单电控二位三通电磁换向阀的工作原理示意。
图2-6 单电控电磁换向阀的工作原理
所谓“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”的含义则指换向阀与系统相连的通口，有几个通口即为几通。图3-5中，只有两个工作位置，具有供气口P、工作口A和排气口R，故为二位三通阀。
图2-7分别给出二位三通、二位四通和二位五通单控电磁换向阀的图形符号，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。
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图2-7 部分单电控电磁换向阀的图形符号
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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通电磁阀。
供料单元用了两个二位五通的单电控电磁阀。这两个电磁阀带有手动换向和加锁钮，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。
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
图2-8 电磁阀组
组，而每个阀的功能是彼此独立的。，阀组的结构如图2-8所示。
3、气动控制回路
气动控制回路是本工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图2-9所示。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为安装在顶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
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制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。
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图2-9 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）
YL-335B各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也称为接近开关。
接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等等。YL-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
YL-335B所使用的气缸都是带磁性开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。
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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。图2-10
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是带磁性开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根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。
图2-10 带磁性开关气缸的工作原理图
在磁性开关上设置的LED显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED不亮。
磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。
磁性开关有蓝色和棕色2根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。磁性开关的内部电路如图2-11中虚线框内所示。
2、电感式接近开关
图2-11 磁性开关内部电
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电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。
利用这一原理，以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，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。电感式接近传感器工作原理框图如图2
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-12所示。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，如图2-13所示
图2-12 电感式传感器原理框
图2-13 供料单元上的电感式传感
在接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。安装距离注意说明如图2-14所示。
图2-14 安装距离注意说明
3、漫射式光电接近开关 （1）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
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将检测出这种变化，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。
19
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，如图2-15所示。
图2-15 光电式接近开关
(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。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。图2-15(b)为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。
供料单元中，用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用神视或OMRON公司的CX-441或E3Z-L61型放大器内置型光电开关（细小光束型，NPN型晶体管集电极开路输出）。该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮和显示灯如图2-16所示。
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图中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），则进入检测-OFF模式。
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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。
图2-16 CX-441（E3Z-L61）光电开关的外形和调节旋钮、显示灯 图2-17给出该光电开关的内部电路原理框图。
图2-17 CX-441（E3Z-L61）光电开关电路原理图
用来检测物料台上有无物料的光电开关是一个圆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，该光电开关选用SICK公司产品MHT15-N2317 型，其外形如图2-18所示。
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图2-18 MHT15-N2317光电开关外形
4、接近开关的图形符号：
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部分接近开关的图形符号如图2-19所示。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。
图2-19 接近开关的图形符号
2.3 供料单元安装技能训练
1、训练目标
将供料单元拆开成组件和零件的形式，然后再组装成原样，安装内容包括机械部分的装配、气路的连接和调整和电气接线。
2、安装步骤和方法 ⑴ 机械部分安装
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①铝合金型材支撑架组件②出料台及料仓底座组件③推料机构组件。如图2-20 所示。
图2-20 供料单元组件
21
各组件装配好后，用螺栓把它们连接为总体，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。
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安装过程中应注意：
①装配铝合金型材支撑架时，注意调整好各条边的平行及垂直度，锁紧螺栓。 ②气缸安装板和铝合金型材支撑架的连接，是靠预先在特定位置的铝型材“T”型槽中放置预留与之相配的螺母，因此在对该部分的铝合金型材进行连接时，一定要在相应的位置放置相应的螺母。如果没有放置螺母或没有放置足够多的螺母，将造成无法安装或安装不可靠。
③机械机构固定在底板上的时候，需要将底板移动到操作台的边缘，螺栓从底板的反面拧入，将底板和机械机构部分的支撑型材连接起来。
⑵气路连接和调试
连接步骤：从汇流排开始，按图2-8所示的气动控制回路原理图连接电磁阀、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。
气路调试包括：①用电磁阀上的手动换向加锁钮验证顶料气缸和推料气缸的初始位置和动作位置是否正确。②调整气缸节流阀以控制活塞杆的往复运动速度，伸出速度以不推倒工件为准。
⑶电气接线
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。
供料单元装置侧的接线端口上各电磁阀和传感器的引线安排如表2-1所示。
表2-1 供料单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层 端子号 设备符号 信号线 2 顶料到位 1B1 3 顶料复位 1B2
端子号 2 3 22
输出端口中间层 设备符号 信号线 顶料电磁阀 1Y 推料电磁阀 2Y
4 5 6 7 8 9 推料到位 2B1 推料复位 2B2 出料台物料检测 SC1 物料不足检测 SC2 物料有无检测 SC3 金属材料检测 SC4 10#～17#端子没有连接 4#～14#端子没有连接
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接线时应注意，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。装置侧接线完成后，应用扎带绑扎，力求整齐美观。
PLC侧的接线，包括电源接线，PLC的I/O点和PLC侧接线端口之间的连线，PLC的I/O点与按钮指示灯模块的端子之间的连线。具体接线要求与工作任务有关。
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
2.4.1 工作任务
本项目只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况，单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。并且，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。具体的控制要求为：
① 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。
② 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。
③ 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。
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④ 若在运行中料仓内工件不足，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
24
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。
要求完成如下任务。
1、规划PLC的I/O分配及接线端子分配。 2、进行系统安装接线。 3、按控制要求编制PLC程序。 4、进行调试与运行。 2.4.2 PLC的I/O 接线
根据工作单元装置的I/O信号分配（表2-1）和工作任务的要求，供料单元PLC选用FX3U-32M主单元，共16点输入和16点继电器输出。PLC的 I/O信号分配如表2-2所示，接线原理图则见图2-21。
表2-2 供料单元PLC的 I/O信号表
输入信号 序PLC输信号名称 号 入点 1 X0 顶料气缸伸出到位 2 X1 顶料气缸缩回到位 3 X2 推料气缸伸出到位 4 X3 推料气缸缩回到位 5 X4 出料台物料检测 6 X5 供料不足检测 7 X6 缺料检测 8 X7 金属工件检测 9 X10 10 X11 11 X12 停止按钮 12 X13 启动按钮 13 X14 急停按钮
输出信号 信号来源 序号 1 2 3 装置侧 4 5 6 7 8 9 10 11 24
PLC输出点 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 信号名称 顶料电磁阀 信号来源 装置侧 推料电磁阀 正常工作指示 运行指示 未用 按钮/指示灯模块 按钮/指示灯模块
14 X15 工作方式选择
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图2-21 供料单元PLC的I/O接线原理图
2.4.3 调试与运行
（1）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。
（2）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。 （3）检查I/O接线是否正确。
（4）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。 （5）放入工件，运行程序看供料单元动作是否满足任务要求。
（6）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。
（7）优化程序。
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3、问题与思考
（1）总结检查气动连线、传感器接线、I/O检测及故障排除方法。 （2）如果在供料过程中出现意外情况如何处理。
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（3）思考如果采用网络控制如何实现？ （4）思考加工单元各种可能会出现的问题。
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项目三 加工单元控制系统实训
3.1 加工单元的结构和工作过程
加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。
加工单元装置侧主要结构组成为：加工台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，底板等。其中，该单元机械结构总成如图3-1所示。
图3-1 加工单元机械结构总成
1、物料台及滑动机构
加工台及滑动机构如图3-2所示。加工台用于固定被加工件，并把工件移到加工（冲压）机构正下方进行冲压加工。它主要由手爪气动、手指、加工台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。
滑动加工台的工作原理：滑动加工台在系统正常工作后的初始状态为伸缩气缸伸出，加工台气动手指张开的状态，当输送机构把物料送到料台上，物料检测传感器检
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测到工件后，PLC控制程序驱动气动手指将工件夹紧→加工台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→加工
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台重新伸出→到位后气动手指松开的顺序完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号。为下一次工件到来加工做准备。
图3-2 加工台及滑动机构
在移动料台上安装一个漫射式光电开关。若加工台上没有工件，则漫射式光电开关均处于常态；若加工台上有工件，则光电接近开关动作，表明加工台上已有工件。该光电传感器的输出信号送到加工单元PLC的输入端，用以判别加工台上是否有工件需进行加工；当加工过程结束，加工台伸出到初始位置。同时，PLC通过通信网络，把加工完成信号回馈给系统，以协调控制。
移动料台上安装的漫射式光电开关仍选用E3Z-L61型放大器内置型光电开关（细小光束型），该光电开关的原理和结构以及调试方法在前面已经介绍过了。
移动料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸缩气缸上两个磁性开关位置来定位的。要求缩回位置位于加工冲头正下方；伸出位置应与输送单元的抓取机械手装置配合，确保输送单元的抓取机械手能顺利地把待加工工件放到料台上。
2、加工（冲压）机构
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加工（冲压）机构如图3-3所示。加工机构用于对工件进行冲压加工。它主要由冲压气缸、冲压头、安装板等组成。
冲压台的工作原理是：当工件到达冲压位置既伸缩气缸活塞杆缩回到位，冲压缸伸出对工件进行加工，完成加工动作后冲压缸缩回，为下一次冲压做准备。
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冲头根据工件的要求对工件进行冲压加工，冲头安装在冲压缸头部。安装板用于安装冲压缸，对冲压缸进行固定。
图3-3 加工（冲压）机构
3.2 相关的知识点
3.2.1 了解直线导轨
直线导轨是一种滚动导引，它由钢珠在滑块与导轨之间作无限滚动循环，使得负载平台能沿着导轨以高精度作线性运动，其摩擦系数可降至传统滑动导引的1/50，使之能地达到很高的定位精度。在直线传动领域中，直线导轨副一直是关键性的产品，目前已成为各种机床、数控加工中心、精密电子机械中不可缺少的重要功能部件。 直线导轨副通常按照滚珠在导轨和滑块之间的接触牙型进行分类，主要有两列式和四列式两种。YL-335B上均选用普通级精度的两列式直线导轨副，其接触角在运动中能保持不变，刚性也比较稳定。图3-4（a）给出导轨副的截面示意图，图（b）装配好的直线导轨副。
图3-4 两列式直线导轨副
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安装直线导轨副时应注意：①要小心轻拿轻放，避免磕碰以影响导轨副的直线精度。②不要将滑块拆离导轨或超过行程又推回去。
30
加工单元移动料台滑动机构由两个直线导轨副和导轨安装构成，安装滑动机构时要注意调整两直线导轨的平行。移动料台及滑动机构组件的安装方法将在后面“加工单元的安装技能训练”任务中讨论。
3.2.2 加工单元的气动元件
加工单元所使用气动执行元件包括标准直线气缸、薄型气缸和气动手指，下面只介绍前面尚未提及的薄型气缸和气动手指。
1、薄型气缸
薄型气缸属于省空间气缸类，即气缸的轴向或径向尺寸比标准气缸有较大减小的气缸。具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。图3-5是薄型气缸的一些实例图。
图3-5 薄型气缸的实例图
薄型气缸的特点是：缸筒与无杆侧端盖压铸成一体，杆盖用弹性挡圈固定，缸体为方形。这种气缸通常用于固定夹具和搬运中固定工件等。在YL-335B的加工单元中，薄型气缸用于冲压，这主要是考虑该气缸行程短的特点。
2、气动手指（气爪）
气爪用于抓取、夹紧工件。气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。YL-335B的加工单元所使用的是滑动导轨型气动手指，如图3-6 (a)所示。其工作原理可从其中剖面图(b)和(c)看出。
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图3-6 气动手指实物和工作原理
3、气动控制回路
加工单元的气动控制元件均采用二位五通单电控电磁换向阀，各电磁阀均带有手动换向和加锁钮。它们集中安装成阀组固定在冲压支撑架后面。
气动控制回路的工作原理如图3-7所示。1B1和1B2为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在加工台伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，3B1为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、加工台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制端。
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图3-7 加工单元气动控制回路工作原理图
3.3 加工单元的安装技能训练
1、训练目标
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将加工单元的机械部分拆开成组件和零件的形式，然后再组装成原样。要求着重掌握机械设备的安装、调整方法与技巧。
2、安装步骤和方法
气路和电路连接须注意事项在供料单元实训项目中已经叙述，这里着重讨论加工单元机械部分安装、调整方法。
加工单元的装配过程包括两部分，一是加工机构组件装配，二是滑动加工台组件装配。然后进行总装，图3-8是加工机构组件装配图，图3-9是滑动加工台组件装配图，最后图3-10是整个加工单元的组装。
图3-8 加工机构组件装配图
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图3-9 加工台机械装配过程
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图3-10 加工单元组装图
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在完成以上各组件的装配后，首先将物料夹紧及运动送料部分和整个安装底板连接固定，再将铝合金支撑架安装在大底板上，最后将加工组件部分固定在铝合金支撑架上，完成该单元的装配。
安装时的注意事项：
⑴调整两直线导轨的平行时，要一边移动安装在两导轨上的安装板，一边拧紧固定导轨的螺栓。
⑵如果加工组件部分的冲压头和加工台上的工件的的中心没有对正，可以通过调整推料气缸旋入两导轨连接板的深度来进行对正。 3、问题与思考：
⑴按上述方法装配完成后，直线导轨的运动依旧不是特别顺畅，应该对物料夹紧及运动送料部分做何调整？
⑵安装完成后，但运行时间不长便造成物料夹紧及运动送料部分的直线气缸密封损害，试想由哪些原因造成？ 3.4 加工单元PLC控制系统设计 3.4.1 工作任务
只考虑加工单元作为独立设备运行时的情况，本单元的按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关应置于“单站方式”位置。具体的控制要求为：
1、初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪松开的状态，冲压气缸处于缩回位置，急停按钮没有按下。
若设备在上述初始状态，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。
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2、若设备准备好，按下启动按钮，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当待加工工件送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。
3、在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。HL2指示灯熄灭。
要求完成如下任务。
（1）规划PLC的I/O分配及接线端子分配。
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（2）进行系统安装接线和气路连接。 （3）编制PLC程序。 （4）进行调试与运行。
3.4.2 PLC的I/O分配及系统安装接线 1、装置侧接线端口信号分配如表3-1所示
表3-1 加工单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层 端子号 设备符号 信号线 加工台物料检测 2 SC1 工件夹紧检测 3 3B1 加工台伸出到位 4 2B2 加工台缩回到位 5 2B1 加工压头上限 6 1B1 加工压头下限 7 1B2 8#～17#端子没有连接 输出端口中间层 端子号 设备符号 信号线 夹紧电磁阀 2 3Y 3 伸缩电磁阀 4 2Y 冲压电磁阀 5 1Y 6#～14#端子没有连接 2、加工单元选用FX3U-32M主单元，共16点输入和16点继电器输出。PLC的I/O信号表如表3-2所示，接线原理图如图3-11所示。
表3-2 加工单元PLC的 I/O信号表
输入信号 序PLC输信号来信号名称 号 入点 源 1 X000 加工台物料检测 2 X001 工件夹紧检测 3 X002 加工台伸出到位 4 5 6 7 8 9
输出信号 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 35
PLC输出点 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 信号名称 信号来源 X003 加工台缩回到位 X004 X005 X006 X007 X010 加工压头上限 加工压头下限 装置侧 夹紧电磁阀 料台伸缩电磁装置侧 阀 加工压头电磁阀 正常工作指示 按钮/指运行指示 示灯模
10 11 12 13 X011 X012 X013 X014 停止按钮 启动按钮 急停按钮 按钮/指示灯模块 10 Y011 块
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14
X015 单站/全线
图3-11 加工单元PLC的I/O接线原理图
3.4.3调试与运行
（1）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。
（2）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。 （3）检查I/O接线是否正确。
（4）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。 （5）放入工件，运行程序看加工单元动作是否满足任务要求。
36
（6）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。
（7）优化程序。
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问题与思考
（1）总结检查气动连线、传感器接线、I/O检测及故障排除方法。 （2）如果在加工过程中出现意外情况如何处理。 （3）思考如果采用网络控制如何实现？ （4）思考加工单元各种可能会出现的问题。
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项目四 装配单元控制系统实训
4.1 装配单元的结构与工作过程
装配单元的功能是完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到放置在装配料斗的待装配工件中的装配过程。
装配单元的结构组成包括：管形料仓，供料机构，廻转物料台，机械手，待装配工件的定位机构，气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。其中，机械装配图如图4-1所示：
图4-1 装配单元机械装配图
1、管形料仓
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管形料仓用来存储装配用的金属、黑色和白色小圆柱零件。它由塑料圆管和中空底座构成。塑料圆管顶端放置加强金属环，以防止破损。工件竖直放入料仓的空心圆管内，由于二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。
为了能对料仓供料不足和缺料时报警，在塑料圆管底部和底座处分别安装了2个漫反射光电传感器（
39
E3Z-L型），并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。如图4-2所示。光电传感器的灵敏度调整应以能检测到黑色物料为准则。
2、落料机构
图4-2给出了落料机构剖视图。图中，料仓底座的背面安装了两个直线气缸。上面的气缸称为顶料气缸，下面的气缸称为挡料气缸。
系统气源接通后，顶料气缸的初始位置在缩回状态，挡料气缸的初始位置在伸出状态。这样，当从料仓上面放下工件时，工件将被挡料气缸活塞杆终端的挡块阻挡而不能落下。
需要进行落料操作时，首先使顶料气缸伸出，把次下层的工件夹紧，然后挡料气缸缩回，工件掉入廻转物料台的料盘中。之后挡料气缸复位伸
出，顶料气缸缩回，次下层工件跌落到挡料气缸终端挡块上，为再一次供料作准备。
3、廻转物料台
图4-2 落料机构示意图
该机构由气动摆台和两个料盘组成，气动摆台能驱动料盘旋转180度，从而实现把从供料机构落下到料盘的工件移动到装配机械手正下方的功能。见图4-4。图中的光电传感器1和光电传感器2分别用来检测左面和右面料盘是否有零件。两个光电传感器均选用CX-441型。
39
图4-3 廻转物料台的结构
4、装配机械手
装配机械手是整个装配单元的核心。当装配机械手正下方的廻转物料台料盘上有小圆柱零件，且装配台侧面的光纤传感器检测到装配台上有待装配工件的情况下，机械手从初始状态开始执行装配操作过程。装配机械手整体外形如图4-4所示。
装配机械手装置是一个三维运动的机
构，它由水平方向移动和竖直方向移动的2个导向气缸和气动手指组成。
装配机械手的运行过程如下：
图4-4 装配机械手的整体外
PLC驱动与竖直移动气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动，到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将夹紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开当廻转物料台的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移
40
动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。
在整个机械手动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及气动手指组成的机械手按程序自动运行。
5、装配台料斗
41
输送单元运送来的待装配工件直接放置在该机构的料斗定位孔中，由定位孔与工件之间的较小的
图4-5 装配台料斗 间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。如图4-5所示。
为了确定装配台料斗内是否放置了待装配工件，使用了光纤传感器进行检测。料斗的侧面开了一个M6的螺孔，光纤传感器的光纤探头就固定在螺孔内。
6、警示灯
本工作单元上安装有红、橙、绿三色警示灯，它是作为整个系统警示用的。警示灯有五根引出线，其中黄绿交叉线为”地线”；红色线：红色灯控制线；黄色线：橙色灯控制线、绿色线：绿色灯控制线；黑色线：信号灯公共控制线。接线如图4-6所示。
图4-6 警示灯及其接线
4.2 相关的知识点
4.2.1 装配单元的气动元件
装配单元所使用气动执行元件包括标准直线气缸、气动手指、气动摆台和导向气缸，前二种气缸在前面的项目实训中已叙述，下面只介绍气动摆台和导向气缸。 1、气动摆台
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回转物料台的主要器件是气动摆台，它是由直线气缸驱动齿轮齿条实现回转运动，回转角度能在0—90度和0—
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180度之间任意可调，而且可以安装磁性开关，检测旋转到位信号，多用于方向和位置需要变换的机构。如图4-7所示。
图4-7 气动摆台
气动摆台的摆动回转角度能在0—180度范围任意可调。当需要调节回转角度或调整摆动位置精度时，应首先松开调节螺杆上的反扣螺母，通过旋入和旋出调节螺杆，从而改变回转凸台的回转角度，调节螺杆1和调节螺杆2分别用于左旋和右旋角度的调整。当调整好摆动角度后，应将反扣螺母与基体反扣锁紧，防止调节螺杆松动。造成回转精度降低。
回转到位的信号是通过调整气动摆台滑轨内的2个磁性开关的位置实现的，图4-8是调整磁性开关位置的示意图。磁性开关安装在气缸体的滑轨内，松开磁性开关的紧定螺丝，磁性开关就可以沿着滑轨左右移动。确定开关位置后，旋紧紧定螺丝，即可完成位置的调整。
图4-8 磁性开关位置调整示意
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2、导向气缸
导向气缸是指具有导向功能的气缸。一般为标准气缸和导向装置的集合体。导向气缸具有导向精度高，抗扭转力矩、承载能力强、工作平稳等特点。
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装配单元用于驱动装配机械手水平方向移动的导向气缸外型如图4-9所示。该气缸由直线运动气缸带双导杆和其它附件组成。
图4-9 导向气缸
安装支架用于导杆导向件的安装和导向气缸整体的固定，连接件安装板用于固定其它需要连接到该导向气缸上的物件，并将两导杆和直线汽缸活塞杆的相对位置固定，当直线气缸的一端接通压缩空气后，活塞被驱动作直线运动，活塞杆也一起移动，被连接件安装板固定到一起的两导杆也随活塞杆伸出或缩回，从而实现导向气缸的整体功能。安装在导杆末端的行程调整板用于调整该导杆气缸的伸出行程。具体调整方法是松开行程调整板上的紧定螺钉，让行程调整板在导杆上移动，当达到理想的伸出距离以后，再完全锁紧紧定螺钉，完成行程的调节。
3、电磁阀组和气动控制回路 装配单元的阀组6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如图4-10所示。这些阀分别对供料，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。气动控制回路图如图4-11所示。
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图4-10 装配单元的
阀组
在进行气路连接时，请注意各气缸的初始位置，其中，挡料气缸在伸出位置，手爪提升气缸在提起位置。
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图4-11 装配单元气动控制回路
4.2.2 认知光纤传感器
光纤型传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤传感器组件如图4-12所示。图4-13是放大器的安装示意图。
图4-12 光纤传感器组
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图4-13 光纤传感器组件外形及放大器的安装示意
光纤传感器也是光电传感器的一种。光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣环境，传输距离远，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在很小空间的地方。
光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。
图4-15给出了放大器单元的俯视图，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。
图4-14 光纤传感器放大器单元的俯视图
E3Z-NA11型光纤传感器电路框图如图4-15所示，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线，切勿把信号输出线直接连接到电源+24V端。
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图4-15 E3X-NA11型光纤传感器电路框图
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5.3 装配单元的安装技能训练
1、训练目标
将装配单元的机械部分拆开成组件和零件的形式，然后再组装成原样。着重掌握机械设备的安装、调整方法与技巧。
2、安装步骤和方法
装配单元是整个YL—335B中所包含气动元器件较多，结构较为复杂的单元，为了减小安装的难度和提高安装时的效率，在装配前，应认真分析该结构组成，认真观看录像，参考别人的装配工艺，认真思考，做好记录。遵循先前的思路，先成组件，再进行总装，首先，所装配成的组件如图4-16所示：
图4-16 装配单元装配过程的组件
在完成以上组件的装配后，将与底板接触的型材放置在底板的连接螺纹之上，使用“L”型的连接件和连接螺栓，固定装配站的型材支撑架，如图4-17所示。
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图4-17 框架组件在底板上的安装
然后把图4-16中的组件逐个安装上去，顺序为：装配回转台组件→小工件料仓组件→小工件供料组件→装配机械手组件。
最后，安装警示灯及其各传感器，从而完成机械部分装配。 装配注意事项：
⑴ 装配时要注意摆台的初始位置，以免装配完后摆动角度不到位。 ⑵ 预留螺栓的放置一定要足够，以免造成组件之间不能完成安装。
⑶ 建议先进行装配，但不要一次拧紧各固定螺栓，待相互位置基本确定后，再依次进行调整固定。
4.4 装配单元PLC控制系统设计 4.4.1 工作任务
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1、装配单元各气缸的初始位置为：挡料气缸处于伸出状态，顶料气缸处于缩回状态，料仓上已经有足够的小圆柱零件；装配机械手的升降气缸处于提升状态，伸缩气缸处于缩回状态，气爪处于松开状态。
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设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，且料仓上已经有足够的小圆柱零件；工件装配台上没有待装配工件。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。
2、若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。如果回转台上的左料盘内没有小圆柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。
3、如果回转台上的右料盘内有小圆柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配机械手抓取小圆柱零件，放入待装配工件中的操作。
4、完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。 5、若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满足的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。
6、在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。
4.4.2 PLC的I/O分配及系统安装接线
装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表4-1所示。
表4-1 装配单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层 端子号 设备符号 信号线 零件不足检测 2 SC1 零件有无检测 3 SC2 左料盘零件检测 4 SC3 右料盘零件检测 5 SC4 装配台工件检测 6 SC5 顶料到位检测 7 1B1 顶料复位检测 8 1B2
输出端口中间层 端子号 设备符号 信号线 挡料电磁阀 2 1Y 顶料电磁阀 3 2Y 回转电磁阀 4 3Y 手爪夹紧电磁阀 5 4Y 手爪下降电磁阀 6 5Y 手臂伸出电磁阀 7 6Y 红色警示灯 8 AL1 48
9 10 11 12 13 14 15 16 2B1 2B2 5B1 5B2 6B2 4B2 4B1 3B1 挡料状态检测 落料状态检测 摆动气缸左限检测 摆动气缸右限检测 手爪夹紧检测 手爪下降到位检测 手爪上升到位检测 手臂缩回到位检测 9 10 11 12 13 14 AL2 AL3 橙色警示灯 绿色警示灯
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17 3B2 手臂伸出到位检测 装配单元的I/O点较多，选用三菱FX3U-48M主单元，共24点输入，24点继电器输出。PLC的I/O分配如表4-2所示。图4-19是PLC接线原理图。
表4-2 装配单元PLC的 I/O信号表
输入信号 序PLC输信号来信号名称 号 入点 源 1 X000 零件不足检测 2 X001 零件有无检测 3 X002 左料盘零件检测 4 X003 右料盘零件检测 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
输出信号 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 按钮/指示灯49
PLC输出点 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 Y012 Y013 Y014 Y015 Y016 Y017 信号名称 挡料电磁阀 顶料电磁阀 回转电磁阀 手爪夹紧电磁阀 手爪下降电磁阀 手臂伸出电磁阀 红色警示灯 橙色警示灯 绿色警示灯 HL1 HL2 HL3 信号来源 X004 装配台工件检测 X005 顶料到位检测 X006 X007 X010 X011 X012 X013 X014 X015 X016 X017 X020 X021 X022 X023 X024 X025 顶料复位检测 挡料状态检测 落料状态检测 摆动气缸左限检测 摆动气缸右限检测 手爪夹紧检测 手爪下降到位检测 手爪上升到位检测 手臂缩回到位检测 手臂伸出到位检测 停止按钮 启动按钮 装置侧 装置侧 按钮/指示灯模块
23 24 X026 急停按钮 X027 单机/联机 模块
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注：警示灯用来指示YL-335B整体运行时的工作状态，工作任务是装配单元单独运行，没有要求使用警示灯，可以不连接到PLC上。
图4-18 装配单元PLC接线原理
4.3.3调试与运行
（1）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。
（2）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。 （3）检查I/O接线是否正确。
（4）检查传感器安装是否合理，灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。 （5）放入工件，运行程序看装配单元动作是否满足任务要求。
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项目五 分拣单元控制系统实训
5.1 分拣单元的结构和工作过程
分拣单元是YL-335B中的最末单元，完成对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。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。
分拣单元主要结构组成为：传送和分拣机构，传动带驱动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，按钮/指示灯模块及底板等。其中，机械部分的装配总成如图5-1所示。
图5-1 分拣单元的机械结构总成
1、传送和分拣机构
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传送和分拣机构主要由传送带、出料滑槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器检测到并进行分拣。
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传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。导向器是用纠偏机械手输送过来的工件。三条物料槽分别用于存放加工好的黑色、白色工件或金属工件。
传送和分拣的工作原理：当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如果进入分拣区工件为白芯金属工件，则检测白芯金属工件的光纤传感器和金属传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白芯金属工件推到1号槽里，如果进入分拣区工件为白芯塑料工件，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为2号槽推料气缸启动信号，将白芯塑料工件推到2号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，则分拣区光纤传感器和金属传感器均不动作，物料到达3号槽中间位置停止,3号槽推料气缸启动将黑料推到3号槽里,工作结束。
2、传动带驱动机构
传动带驱动机构机构如图5-2所示。采用的三相减速电机，用于拖动传送带从而输送物料。它主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。
图5-2 传动机构
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三相电机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制，其作用是带传送带从而输送物料。电机支架用于固定电动机。联轴器由于把电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来，从而组成一个传动机构。
3、电磁阀组和气动控制回路
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分拣单元的电磁阀组使用了三个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。这三个阀分别对金属、白料和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。
本单元气动控制回路的工作原理如图5-3所示。图中1A、2A和3A分别为分拣一气缸、分拣二气缸和分拣三气缸。1B1、2B1和3B1分别为安装在各分拣气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制3个分拣气缸电磁阀的电磁控制端。
图5-3 分拣单元气动控制回路工作原理图
5.2 分拣单元安装技能训练
1、训练目标
在了解分拣单元结构组成的基础上，将分拣单元的机械部分拆开成组件和零件的形式，然后再组装成原样。要求掌握掌握机械设备的安装、调整方法与技巧。
2、安装步骤和方法
分拣单元机械装配可按如下4个阶段进行：
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⑴ 完成传送机构的组装，装配传送带装置及其支座，然后将其安装到底板上。如图5-4所示。
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图5-4 传送机构组件安装
⑵ 完成驱动电机组件装配，进一步装配联轴器，把驱动电机组件与传送机构相连接并固定在底板上，见图5-5。
图5-5 驱动电机组件安装
⑶ 继续完成推料气缸支架、推料气缸、传感器支架、出料槽及支撑板等装配，见图5-6。上述三个阶段的详细安装过程，请参阅分拣单元装配幻灯片。
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图5-6 机械部件安装完成时的效果图
⑷ 最后完成各传感器、电磁阀组件、装置侧接线端口等装配。 ⑸ 安装注意事项：
传送带和的安装应注意：①皮带托板与传送带两侧板的固定位置应调整好，以免皮带安装后凹入侧板表面，造成推料被卡住的现象。②主动轴和从动轴的安装位置不能错，主动轴和从动轴的安装板的位置不能相互调换。③皮带的张紧度应调整适中。④要保证主动轴和从动轴的平行。⑤为了使传动部分平稳可靠，噪音减小，特使用滚动轴承为动力回转件，但滚动轴承及其安装配合零件均为精密结构件，对其拆装需一定的技能和专用的工具，建议不要自行拆卸。 5.2 相关知识点
5.2.1 旋转编码器概述
旋转编码器是通过光电转换，将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭
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缝。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图5-7所示；通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
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图5-7 旋转编码器原理示意图
一般来说，根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。自动线上常采用的是增量式旋转编码器。
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，用于辩向：当A相脉冲超前B相时为正转方向，而当B相脉冲超前A相时则为反转方向。
图5-8 增量式编码器输出的三组方波
Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。如图5-8所示。
YL-335B分拣单元使用了这种具有A、B两相90º相位差的通用型旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。编码器直接连接到传送带主动轴上。该旋转编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出，分辨率500线，工作电源DC12～24V。本工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端直接连接到PLC（FX3U-32M）的高速计数器输入端。
计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。分拣单元主动轴的直径为d=43 mm,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π•d =3.14×43=136.35 mm。故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273 mm。按如图5-8所示的安装尺寸，当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器约发出430个脉冲；移至第一个推杆中心点时，约发出614个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出963个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出1284个脉冲。
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图5-9 传送带位置计算用图
应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素不可避免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等，都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。因而在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。
现场测试脉冲当量的方法，如何对输入到PLC的脉冲进行高速计数，以计算工件在传送带上的位置，将结合本项目的工作任务，在PLC编程思路中介绍。
5.2.2 三菱 FR-A740变频器简介 5.2.2.1 FR-A740变频器的安装和接线
在使用三菱PLC的YL-335B设备中，变频器选用三菱FR-A700系列变频器中的FR-EA40-0.75K-CHT型变频器，该变频器额定电压等级为三相400V，适用电机容量0.75kW及以下的电动机。FR-A700系列变频器的外观和型号的定义如图5-10所示。
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FR-A700系列变频器是一种高性能变频器。在YL—335B设备上进行的实训，所涉及的是使用通用变频器所必须的基本知识和技能，着重于变频器的接线、常用参数的设置等方面。
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图5-10 FR-A700系列变频器
FR-A740系列变频器主电路的通用接线如图5-11所示。
图5-11 FR-A740系列变频器主电路的通用接线
图中有关说明如下：
①端子P1、P/+之间用以连接直流电抗器，不须连接时，两端子间短路。 ②P/+与PR之间用以连接制动电阻器，P/+与N/-之间用以连接制动单元选件。YL-335B设备均未使用，故用虚线画出。
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③交流接触器MC用作变频器安全保护的目的，注意不要通过此交流接触器来启动或停止变频器，否则可能降低变频器寿命。在YL-335B系统中，没有使用这个交流接触器。
④进行主电路接线时，应确保输入、输出端不能接错，即电源线必须连接至R/L1、S/L2、T/L3，绝对不能接U、V、W，否则会损坏变频器。
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FR-A740系列变频器控制电路的接线如图5-12所示。
图5-12 FR-A700变频器控制电路接线图
图中，控制电路端子分为控制输入、频率设定（模拟量输入）、继电器输出（异常输出）、集电极开路输出（状态检测）和模拟电压输出等5部分区域，各端子的功能可通过调整相关参数的值进行变更，在出厂初始值的情况下，各控制电路端子的功能说明如表5-1、5-2和表5-3所示。
表5-1 控制电路输入端子的功能说明
种 端子
端子名称 59
端子功能说明
类 编号 正转启动 接 STF 点 输 STR 反转启动 入 STF信号ON时为正转、OFF时为停 STR信号ON时为反转、OFF时为停止指令。 STF、STR信号同时ON时变成停止指令。
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RH RM 多段速度选择 RL MRS 输出停止 用RH、RM和RL信号的组合可以选择多段速度 MRS信号ON （20ms或以上）时，变频器输出停止。 用电磁制动器停止电机时用于断开变频器的输出。 用于解除保护电路动作时的报警输出。请使RES信号处于ON状态0.1秒或以上，然后断开。 初始设定为始终可进行复位。但进行了Pr.75 的设定后，仅在变频器报警发生时可进行复位。复位时间约为1秒。 接点输入端子（漏型逻辑）的公共端子。 RES 复位 接点输入公共端（漏型）（初始设定） 源型逻辑时当连接晶体管输出（即集电极开路输SD 外部晶体管公共端出）、例如可编程控制器（PLC）时，将晶体管输（源型） 出用的外部电源公共端接到该端子时，可以防止因漏电引起的误动作。 DC24V 0.1A电源（端子PC）的公共输出端子。 DC24V电源公共端 与端子5及端子SE绝缘。 外部晶体管公共端漏型逻辑时当连接晶体管输出（即集电极开路输（漏型）（初始设出）、例如可编程控制器（PLC）时，将晶体管输定） 出用的外部电源公共端接到该端子时，可以防止因漏电引起的误动作。 PC 接点输入公共端接点输入端子（源型逻辑）的公共端子。 （源型） DC24V电源 可作为DC24V、0.1A的电源使用。 作为外接频率设定（速度设定）用电位器时的电源10 频率设定用电源 使用。（按照Pr.73 模拟量输入选择） 如果输入DC0～5V （或0～10V），在5V （10V）时为最大输出频率，输入输出成正比。通过Pr.73 2 频率设定（电压） 进行DC0～5V（初始设定）和DC0～10V输入的切换操作。 频 若输入DC4～20mA （或0～5V，0～10V），在20mA率 时为最大输出频率，输入输出成正比。只有AU信号设 为ON时端子4的输入信号才会有效（端子2的输入将定 无效）。通过Pr.267 进行4～20mA（初始设定）和4 频率设定（电流） DC0～5V、DC0～10V输入的切换操作。 电压输入（0～5V/0～10V）时，请将电压／电流输入切换开 关切换至“V” 。 频率设定信号（端子2或4）及端子AM 5 频率设定公共端
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的公共端子。请勿接大地。 表5-2 控制电路接点输出端子的功能说明 种端子 类 记号 端子名称 端子功能说明 指示变频器因保护功能动作时输出停止的1c接点输出。异常时：B-C间不导通（A-C间导通），正常时：B-C间导通（A-C间不导通）。 变频器输出频率大于或等于启动频率（初始值0.5Hz） 时为低电平，已停止或正在直流制动时为高电平。 输出频率大于或等于任意设定的检测频率时为低电平，未达到时为高电平。 端子RUN、FU的公共端子。 可以从多种监示项目中选一种作为输出。变频器复位中不被输出。输出信号与监示项目的大小成比例。 继 A、继电器输出（异常输电 B、C 出） 器 集 电 极 开 路 RUN 变频器正在运行 FU SE 频率检测 集电极开路输出公共端 模 拟 AM 模拟电压输出 输出项目： 输出频率（初始设定） 表5-3 控制电路网络接口的功能说明 种类 端子记号 端子名称 端子功能说明 RS- 485 —— USB —— 通过PU接口，可进行RS-485通迅。 •标准规格：EIA-485 （RS-485） PU接口 •传输方式：多站点通讯 •通讯速率：4800～38400bps •总长距离：500m 与个人电脑通过USB连接后，可以实现FR Configurator的操作。 USB接•接口：USB1.1标准 口 •传输速度：12Mbps •连接器：USB 迷你-B连接器（插座：迷你-B型） 如果分拣单元的机械部分已经装配好，在完成主电路接线后，就可以用变频器驱动电动机试运行。若变频器的运行模式参数Pr.79为出厂设置值，把调速电位器的三个引出端①、②、③端分别连接到变频器的端子⑩、②、⑤，并向左旋动电位器到
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底；接通电源后，拨通STF端子左边的钮子开关，慢慢向右旋动电位器，可以看到电动机正向转动，变频器输出频率逐渐增大，电动机转速逐渐升高。
在分拣单元的机械部分装配完成后，进行电动机试运行是必要的，这可以检查机械装配的质量，以便作进一步的调整。
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5.2.2.2 变频器的操作面板的操作训练 1、FR-A700系列的操作面板
使用变频器之前，首先要熟悉它的面板显示和键盘操作单元（或称控制单元），并且按使用现场的要求合理设置参数。FR-A700系列变频器的参数设置，通常利用固定在其上的操作面板（不能拆下）实现，也可以使用连接到变频器PU接口的参数单元（FR-PU07）实现。使用操作面板可以进行运行方式、频率的设定，运行指令监视，参数设定、错误表示等。操作面板如图5-13所示，其上半部为面板显示器，下半部为M旋钮和各种按键。它们的具体功能分别如图5-13所示。
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图5-13 FR-A700的操作面板
2、变频器的运行模式
由图5-13可见，在变频器不同的运行模式下，各种按键、M旋钮的功能各异。所谓运行模式是指对输入到变频器的启动指令和设定频率的命令来源的指定。 一般来说，使用控制电路端子、在外部设置电位器和开关来进行操作的是“外部运行模式”，使用操作面板或参数单元输入启动指令、设定频率的是“PU运行模式”，通过PU接口进行RS-485通讯或使用通讯选件（如FR-A7NC CC-LINK通讯模块）的是“网络运行模式（NET运行模式）”。在进行变频器操作以前，必须了解其各种运行模式，才能进行各项操作。
FR-E700系列变频器通过参数Pr.79的值来指定变频器的运行模式，设定值范围为0，1，2，3，4，6，7；这7种运行模式的内容以及相关LED指示灯的状态如表5-6所示。
表5-6 运行模式选择（Pr.79）
设定值 0 1 2 内 容 外部/PU切换模式，通过PU/EXT 键可切换PU与外部运行模式。 注意：接通电源时为外部运行模式 固定为PU运行模式 固定为外部运行模式 可以在外部、网络运行模式间切换运行 外部／PU组合运行模式1 频率指令 启动指令 用操作面板设定 或用参数单元设定， 外部信号输入 或外部信号输入(端子STF、STR) （多段速设定，端子4-5 63
：灭灯 ：亮灯） 外部运行模式： PU运行模式： 外部运行模式： 网络运行模式： LED显示状态（3
4 间（AU信号ON时有效）） 外部／PU组合运行模式2 频率指令 启动指令 外部信号输入 （端子2、4、JOG
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6 通过操作面板的RUN键、或通过、多段速选择等） 参数单元 的FWD、REV键来输入 切换模式 可以在保持运行状态的同时，进行PU运行、外部运行、网络运行的切换 PU运行模式： 外部运行模式： 网络运行模式： 7 外部运行模式（PU运行互锁） PU运行模式： X12信号ON时，可切换到PU运行模式 外部运行模式： （外部运行中输出停止） X12信号OFF时，禁止切换到PU运行模式 变频器出厂时，参数Pr.79设定值为0。当停止运行时用户可以根据实际需要修改其设定值。
修改Pr.79设定值的一种方法是：按MODE 键使变频器进入参数设定模式；旋动M旋钮，选择参数Pr.79, 用SET键确定之；然后再旋动M旋钮选择合适的设定值，用SET键确定之；两次按MODE 键后，变频器的运行模式将变更为设定的模式。
图5-14是设定参数Pr.79 的一个例子。该例子把变频器从固定外部运行模式变更为组合运行模式1。
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图5-14 变频器的运行模式变更例子
3、参数的设定
变频器参数的出厂设定值被设置为完成简单的变速运行。如需按照负载和操作要求设定参数，则应进入参数设定模式，先选定参数号，然后设置其参数值。设定参数分两种情况，一种是停机STOP方式下重新设定参数，这时可设定所有参数；另一种是在运行时设定，这时只允许设定部分参数，但是可以核对所有参数号及参数。图5-15是参数设定过程的一个例子，所完成的操作是把参数Pr.1（上限频率）从出厂设定值120.0Hz变更为50.0Hz，假定当前运行模式为外部/PU切换模式（Pr.79=0）。
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图5-15 变更参数的设定值示例
上图的参数设定过程，需要先切换到PU模式下，再进入参数设定模式，与图5-15的方法有所不同。实际上，在任一运行模式下，按MODE键，都可以进入参数设定，如图5-15那样，但只能设定部分参数。
5.2.2.3 常用参数设置训练
FR-A700变频器有几百个参数，实际使用时，只需根据使用现场的要求设定部分参数，其余按出厂设定即可。一些常用参数，则是应该熟悉的。
下面根据分拣单元工艺过程对变频器的要求，介绍一些常用参数的设定。关于参数设定更详细的说明请参阅FR-A700使用手册。
1、输出频率的限制（Pr.1、Pr.2、Pr.18）
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为了限制电机的速度，应对变频器的输出频率加以限制。用Pr.1“上限频率”和Pr.2“下限频率”来设定，可将输出频率的上、下限位。
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当在120Hz以上运行时，用参数Pr.18“高速上限频率”设定高速输出频率的上限。
Pr.1与Pr.2出厂设定范围为0～120Hz,出厂设定值分别为120Hz和0Hz。Pr.18出厂设定范围为120～
400Hz。输出频率和设定值的关系如图5-17所示。 图5-16 输出频率与设定频率关系
2、加减速时间（Pr.7、Pr.8、Pr.20、Pr.21） 各参数的意义及设定范围如表5-7所示。
表5-7 加减速时间相关参数的意义及设定范围
参数号 Pr.7 Pr.8 Pr.20 参数意义 加速时间 减速时间 加/减速基准频率 加/减速时间单位 出厂设定 5s 5s 50Hz 设定范围 0～3600/360s 0～3600/360s 1～400Hz 备 注 根据Pr.21 加减速时间单位的设定值进行设定。初始值的设定范围为“0～3600秒”、设定单位为“0.1秒” 0: 0～3600s; 单位：0.1s 1: 0～360s; 单位：0.01s Pr.21 0 0/1 设定说明：
①用Pr.20为加/减速的基准频率，在我国就选为50Hz。
② Pr.7 加速时间用于设定从停止到Pr.20 加减速基准频率的加速时间。 ③ Pr.8 减速时间用于设定从Pr.20 加减速基准频率到停止的减速时间。 3、多段速运行模式的操作
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变频器在外部操作模式或组合操作模式2下, 变频器可以通过外接的开关器件的组合通断改变输入端子的状态来实现。这种控制频率的方式称为多段速控制功能。
FR-A740变频器的速度控制端子是RH、RM和RL。通过这些开关的组合可以实现3段、7段的控制。
转速的切换：由于转速的档次是按二进制的顺序排列的，故三个输入端可以组合成3档至7档（0状态不计）转速。其中，3段速由RH、RM、RL单个通断来实现。7段速由RH、RM、RL通断的组合来实现。
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7段速的各自运行频率则由参数Pr.4 - Pr.6（设置前3段速的频率）、Pr.24- Pr.27（设置第4段速至第7段速的频率）。对应的控制端状态及参数关系见图5-17。
图5-17 多段速控制对应的控制端状态及参数关系
多段速度设定在PU运行和外部运行中都可以设定。运行期间参数值也能被改变。
3速设定的场合（Pr.24～Pr.27设定为9999），2速以上同时被选择时，低速信号的设定频率优先。
最后指出，如果把参数Pr.183设置为8，将RMS端子的功能转换成多速段控制端REX，就可以用RH、RM、RL和REX（由）通断的组合来实现15段速。详细的说明请参阅FR-A700使用手册。
4、通过模拟量输入（端子2、4）设定频率
分拣单元变频器的频率设定，除了用PLC输出端子控制多段速度设定外，也有连续设定频率的需求。例如在变频器安装和接线完成进行运行试验时，常常用调速电位
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器连接到变频器的模拟量输入信号端，进行连续调速试验。此外，在触摸屏上指定变频器的频率，则此频率也应该是连续可调的。需要注意的是，如果要用模拟量输入（端子2、4）设定频率，则RH、RM、RL端子应断开，否则多段速度设定优先。
⑴ 模拟量输入信号端子的选择
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FR-A700系列变频器提供2个模拟量输入信号端子（端子2、4）用作连续变化的频率设定。在出厂设定情况下，只能使用端子2，端子4无效。
要使端子4有效，需要在各接点输入端子STF、STR、…RES之中选择一个，将其功能定义为AU信号输入。则当这个端子与SD端短接时，AU信号为ON，端子4变为有效，端子2变为无效。
例：选择RES端子用作AU信号输入，则设置参数Pr.184 =“4”，在RES端子与SD端之间连接一个开关，当此开关断开时，AU信号为OFF, 端子2有效；反之，当此开关接通时，AU信号为ON, 端子4有效。
⑵ 模拟量信号的输入规格
如果使用端子2，模拟量信号可为0～5V或0～10V的电压信号，用参数Pr.73指定，其出厂设定值为1，指定为0～5V的输入规格，并且不能可逆运行。参数Pr.73参数的取值范围为0，1，10，11，具体内容见表5-8。
如果使用的端子4，模拟量信号可为电压输入（0～5V、0～10V）或电流输入（4～20mA 初始值），用参数Pr.267和电压／电流输入切换开关设定，并且要输入与设定相符的模拟量信号。Pr.267取值范围为0，1，2，具体内容见表5-8。
必须注意的是，若发生切换开关与输入信号不匹配的错误（例如开关设定为电流输入I，但端子输入却为电压信号；或反之）时，会导致外部输入设备或变频器故障。
对于频率设定信号（DC0～5V、0～10V或4～20mA）的相应输出频率的大小可用参数Pr.125(对端子2)或Pr.126(对端子4)设定，用于确定输入增益（最大）的频率。它们的出厂设定值均为50Hz，设定范围为0～400Hz。
表5-8 模拟量输入选择（Pr.73、Pr.267）
参数编号
名称 初始设定范69 内容
值 围 0 1 73 模拟量输入选择 1 10 11 端子2输入0～10V 端子2输入0～5V 端子2输入0～10V 端子2输入0～5V 无可逆运行 有可逆运行
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0 267 端子4输入选择 0 1 2 电压／电流输入 切换开关 内容 端子4输入4～20mA 端子4输入0～5V 端子4输入0～10V 注：电压输入时：输入电阻10kΩ±1kΩ、最大容许电压DC20V
电流输入时：输入电阻233Ω±5Ω、最大容许电流30mA 5、参数清除
如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，可用参数清除操作方法实现。即，在PU运行模式下，设定Pr.CL参数清除、ALLC参数全部清除均为 “1”，可使参数恢复为初始值。（但如果设定Pr.77参数写入选择＝“1”，则无法清除。）
参数清除操作，需要在参数设定模式下，用M旋钮选择参数编号为Pr.CL和ALLC，把它们的值均置为1，操作步骤如图5-18所示。
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图5-18 参数全部清除的操作示意
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5.3 分拣单元的PLC控制及编程
5.3.1 工作任务
1、设备的工作目标是完成对白色芯金属工件、白色芯塑料工件和黑色芯的金属或塑料工件进行分拣。为了在分拣时准确推出工件，要求使用旋转编码器作定位检测。并且工件材料和芯体颜色属性应在推料气缸前的适当位置被检测出来。
2、设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸均处于缩回位置，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。
3、若设备准备好，按下启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器即启动，驱动传动电动机以频率固定为30Hz的速度，把工件带往分拣区。
如果工件为白色芯金属件，则该工件对到达1号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到1号槽中；如果工件为白色芯塑料，则该工件对到达2号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到2号槽中；如果工件为黑色芯，则该工件对到达3号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到3号槽中。工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期结束。仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。
如果在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。 5.3.2 PLC的I/O 接线
根据工作任务要求，设备机械装配和传感器安装如图5-19所示。
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图5-19 分拣单元机械安装效果图
分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配如表5-9所示。由于用于判别工件材料和芯体颜色属性的传感器只须安装在传感器支架上的电感式传感器和一个光纤传感器，故光纤传感器2可不使用。
表5-9 分拣单元装置侧的接线端口信号端子的分配
输入端口中间层 端子号 设备符号 信号线 2 旋转编码器B相 3 DECODE 旋转编码器A相 4 旋转编码器Z相 进料口工件检测 5 SC1 电感式传感器 6 SC2 光纤传感器 7 SC3 8 9 1B 推杆1推出到位 10 2B 推杆2推出到位 11 3B 推杆3推出到位 12#～17#端子没有连接
输出端口中间层 端子号 设备符号 信号线 2 1Y 推杆1电磁阀 3 2Y 推杆2电磁阀 4 3Y 推杆3电磁阀 5#～14#端子没有连接 72
分拣单元PLC选用三菱FX2N-32MR主单元，共16点输入和16点继电器输出。
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由于工作任务中规定电动机的运行频率固定为30Hz，可以只连接一个变频器的速度控制端子，例如“RH”端，设定参数Pr.79 =2（固定为外部运行模式），同时须设定Pr.4 =30Hz。这样，当FR-E740的端子“STF”和“RH” ON时，电机启动并以固定频率为30Hz的速度正向运转。
PLC的I/O信号表见表5-13，I/O接线原理图如图5-20所示。
表5-13 分拣单元PLC的 I/O信号表
输入信号 序PLC输信号来信号名称 序号 号 入点 源 1 X000 旋转编码器B相 1 2 X001 旋转编码器A相 2 3 X002 旋转编码器Z相 3 4 X003 进料口工件检测 4 5 X004 电感式传感器 5 装置侧 6 X005 光纤传感器 6 7 X006 7 8 X007 推杆1推出到位 8 9 X010 推杆2推出到位 9 10 X011 推杆3推出到位 10 11 X012 11 启动按钮 按钮/12 X013 停止按钮 指示灯13 X014 急停按钮 模块 14 X015 单站/全线
PLC输出点 Y000 Y001 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 Y011 输出信号 信号输出目标 变频器 STF 变频器 RH 推杆1电磁阀 推杆2电磁阀 推杆3电磁阀 HL1 按钮/指HL2 示灯模HL3 块 信号名称
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图5-20 分拣单元PLC的I/O接线原理图
5.3.3 分拣单元的编程要点 5.3.3.1 高速计数器的编程 1、FX3U 型PLC的高速计数器
高速计数器是PLC的编程软元件，相对于普通计数器，高速计数器用于频率高于机内扫描频率的机外脉冲计数，由于计数信号频率高，计数以中断方式进行，计数器的当前值等于设定值时，计数器的输出接点立即工作。
FX3U 型PLC内置有21点高速计数器C235～C255，每一个高速计数器都规定了其功能和占用的输入点。
⑴ 高速计数器的功能分配如下：
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• C235～C245共11个高速计数器用作一相一计数输入的高速计数，即每一计数器占用1点高速计数输入点，计数方向可以是增序或者减序计数，取决于对应的特殊辅助
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继电器M8□□□的状态。例如C245占用X002作为高速计数输入点，当对应的特殊辅助继电器M8245被置位时，作增序计数。C245还占用X003和X007分别作为该计数器的外部复位和置位输入端。
• C246～C250共5个高速计数器用作一相二计数输入的高速计数，即每一计数器占用2点高速计数输入，其中1点为增计数输入，另一点为减计数输入。例如C250占用X003作为增计数输入，占用X004作为减计数输入，另外占用X005作为外部复位输入端，占用X007作为外部置位输入端。同样，计数器的计数方向也可以通过编程对应的特殊辅助继电器M8□□□状态指定。
• C251～C255共5个高速计数器用作二相二计数输入的高速计数，即每一计数器占用2点高速计数输入，其中1点为A相计数输入，另1点为与A相相位差90º的B相计数输入。C251～C255的功能和占用的输入点如表5-14所示。
表5-14 高速计数器C251～C255的功能和占用的输入点
C251 C252 C253 C254 C255 X000 A A A X001 B B B X002 R R X003 A A X004 B B X005 R R X006 S X007 S 如前所述，分拣单元所使用的是具有A、B两相90º相位差的通用型旋转编码器，且Z相脉冲信号没有使用。由表5-14，可选用高速计数器C251。这时编码器的A、B两相脉冲输出应连接到X000和X001点。
⑵ 每一个高速计数器都规定了不同的输入点，但所有的高速计数器的输入点都在X000～X007范围内，并且这些输入点不能重复使用。例如，使用了C251，因为X000、X001被占用，所以规定为占用这两个输入点的其他高速计数器，例如C252、C254等都不能使用。
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2、高速计数器的编程
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如果外部高速计数源（旋转编码器输出）已经连接到PLC的输入端，那么在程序中就可直接使用相对应的高速计数器进行计数。例如，在图5-21中，设定C255的设置值为100，当C255的当前值等于100时，计数器的输出接点立即工作。从而控制相应的输出Y010 ON。
由于中断方式计数，且当前值=预置值时，计数器会及时动作，但实际输出信号却依赖于扫描周期。
图5-21 高速计数器的编程示例
如果希望计数器动作时就立即输出信号，就要采用中断工作方式，使用高速计数器的专用指令，FX3U 型PLC高速处理指令中有3条是关于高速计数器的，都是32位指令。它们的具体的使用方法，请参考FX3U编程手册。
下面以现场测试旋转编码器的脉冲当量为例子说明高速计数器的一般使用方法。 例：旋转编码器脉冲当量的现场测试。
前面已经指出，根据传送带主动轴直径计算旋转编码器的脉冲当量，其结果只是一个估算值。在分拣单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。一种测试方法的步骤如下：
⑴ 分拣单元安装调试时，必须仔细调整电动机与主动轴联轴的同心度和传送皮带的张紧度。调节张紧度的两个调节螺栓应平衡调节，避免皮带运行时跑偏。传送带张紧度以电动机在输入频率为1Hz时能顺利启动，低于1Hz时难以启动为宜。测试时
76
可把变频器设置为Pr.79 =1 ，Pr.3 =0 Hz，Pr.161 =1；这样就能在操作机板进行启动/停止操作，并且把M旋钮作为电位器使用进行频率调节。
⑵安装调整结束后，变频器参数设置为：
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Pr.79 = 2（固定的外部运行模式）， Pr.4=25Hz（高速段运行频率设定值）
⑶ 编写图5-20所示的程序，编译后传送到PLC。
图5-22 脉冲当量现场测试程序
⑷ 运行PLC程序，并置于监控方式。在传送带进料口中心处放下工件后，按启动按钮启动运行。工件被传送到一段较长的距离后，按下停止按钮停止运行。观察监控界面上C251的读数，将此值填写到表5-12的“高速计数脉冲数”一栏中。然后在传送带上测量工件移动的距离，把测量值填写到表中“工件移动距离”一栏中；把监控界面上观察到的高速计数脉冲值，填写到“高速计数脉冲数”一栏中，则脉冲当量μ计算值=工件移动距离/高速计数脉冲数，填写到相应栏目中。
表5-12 脉冲当量现场测试数据
内容 工件移动距离 高速计数脉冲数 脉冲当量μ 序号 （测量值） （测试值） （计算值） 第一次 第二次 第三次 357.8 358 360.5 1391 1392 1394 0.2571 0.2571 0.2586
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⑸ 重新把工件放到进料口中心处，按下启动按钮即进行第二次测试。进行三次测试后，求出脉冲当量μ平均值为：μ=（μ1+μ2+μ3）/3=0.2576。
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按如图5-8所示的安装尺寸重新计算旋转编码器到各位置应发出的脉冲数：当工件从下料口中心线移至传感器中心时，旋转编码器发出456个脉冲；移至第一个推杆中心点时，发出650个脉冲；移至第二个推杆中心点时，约发出1021个脉冲；移至第三个推杆中心点时，约发出1361个脉冲。
在本项工作任务中，编程高速计数器的目的，是根据C251当前值确定工件位置，与存储到指定的变量存储器的特定位置数据进行比较，以确定程序的流向。特定位置考虑如下：
● 工件属性判别位置应稍后于进料口到传感器中心位置，故取脉冲数为470，存储在D110单元中（双整数）
● 从位置1推出的工件，停车位置应稍前于进料口到推杆1位置，取脉冲数为600，存储在D114单元中
●从位置2推出的工件，停车位置应稍前于进料口到推杆2位置，取脉冲数为970，存储在D118单元中
● 从位置3推出的工件，停车位置应稍前于进料口到推杆3位置，取脉冲数为1325，存储在D122单元中。
注意：特定位置数据均从进料口开始计算，因此，每当待分拣工件下料到进料口，电机开始启动时，必须对C251的当前值进行一次复位（清零）操作。
5.3.3.2 程序结构
1、分拣单元的主要工作过程是分拣控制。应在上电后，首先进行初始状态的检查，确认系统准备就绪后，按下启动按钮，进入运行状态，才开始分拣过程的控制。初始状态检查的程序流程与前面所述的供料、加工等单元是类似的。但前面所述的几个特定位置数据，须在上电第1个扫描周期写到相应的数据存储器中。
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系统进入运行状态后，应随时检查是否有停止按钮按下。若停止指令已经发出，则应系统完成一个工作周期回到初始步时，复位运行状态和初始步使系统停止。
这一部分程序的编制，请读者自行完成。 2、分拣过程是一个步进顺控程序，编程思路如下：
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①当检测到待分拣工件下料到进料口后，复位高速计数器C251，并以固定频率启动变频器驱动电机运转。
②当工件经过安装传感器支架上的光纤探头和电感式传感器时，根据2个传感器动作与否，判别工件的属性，决定程序的流向。
C251当前值与传感器位置值的比较可采用触点比较指令实现。完成上述功能的梯形图见图5-23和图5-24。
图5-23 分拣控制的初始步
图5-24 在传感器位置判别工件属性
③根据工件属性和分拣任务要求，在相应的推料气缸位置把工件推出。推料气缸返回后，步进顺控子程序返回初始步。这部分程序的编制，也请读者自行完成。
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项目六 认识人机界面
6.1 认知GT1055-QSBD-C人机界面
YL-335B采用了三菱公司研发的人机界面GT1055-QSBD-C。是一款集显示、运算和通讯三位一体的高性能触摸屏，利用GT Designer2进行编程。
该产品设计采用了5.7英寸高亮度TFT液晶显示屏。 6.1.1 GT1055-QSBD-C人机界面的硬件连接
GT1055-QSBD-C人机界面的电源进线、各种通讯接口均在其背面进行。
1、GT1055-QSBD-C触摸屏与个人计算机的连接
在YL-335B上，GT1055-QSBD-C触摸屏是通过编程口与个人计算机连接的，连接以前，个人计算机应先安装GT Designer2软件。
当需要在GT Designer2软件上把资料下载到HMI时，只要在下载配置里，选择需要下载的项目 ，单击“下载”即可进行下载。如图6-3所示。
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图６-３ 工程下载方法
2、GT1055-QSBD-C触摸屏与Q系列PLC的连接
在YL-335B中，触摸屏通过RS-232口直接与输送站的PLC（Q02H CPU）的编程口连接。所使用RS232通讯线。
为了实现正常通讯，除了正确进行硬件连接，尚须对触摸屏的串行口属性进行设置，这将在设备窗口组态中实现，设置方法如下图所示。在工作区选择系统环境，然后进行详细设置，主要设置波特率，触摸屏的波特率和通讯机器的波特率必须保持一致。
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图6-6 分拣站原
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亚龙科技集团 亚龙努力为更多人带去知识与技能
6.2.2 变频器输出的模拟量控制
根据任务可以知，为了实现变频器输出频率连续调整的目的，分拣单元PLC连接了特殊功能模拟量模块FX0N-3A。启停由外部端子来控制。因此在项目五的任务基础上，变频器的参数要作相应得调整，要调整的参数设置如下表6-1： 表6-1 变频器参数设置 参数号 参数名称 默认设置值 设置值含义 值 Pr.73 1 0 模拟量输入选择 0--10V Pr.79 0 2 运行模式选择 外部运行模式固定 接下讲解一下FX0N-3A的主要性能、接线以及使用方法。 1、特殊功能模块FX0N-3A的主要性能
FX0N-3A是具有两路输入通道和一路输出通道，最大分辨率为8位的模拟量I/O模块，模拟量输入和输出方式均可以选择电压或电流，取决于用户接线方式。
FX0N-3A输入通道主要性能见表6-2，输出通道主要性能见表6-3。
表6-2 FX0N-3A输入通道主要性能表
电压输入 电流输入 在出厂时，已为0至10VDC 输入选择了0至250范围。 如果把FX0N-3A用于电流输入或非0至10V的电压输入，则需要重新调整偏置和增益。 模块不允许两个通道有不同的输入特性。 0～10V，0～5V DC，输入电阻为4～20mA，输入电阻250Ω. 200KΩ 注意：输入电流超过-2 mA、+60 注意：输入电压超过-0.5V、+15VmA可能损坏模块。 可能损坏模块。 8位 40mV：0～10V/0～250 依据输入特性而变 64μA: 4～20mA/0～250 依据输入特性而变 模拟输入范围 数字分辨率 最小输入 信号分辨率 总精度 处理时间
±0.1V ±0.16 mA TO指令处理时间2 + FROM指令处理时间 84
输入特点 表6-3 FX0N-3A输出通道主要性能表
电压输出 电流输出 在出厂时，已为0至10VDC 输出选择了0至250范围。 如果把FX0N-3A用于电流输出或非0至10V的电压输出，则需要重新调整偏置和增益。 0～10V，0～5V DC，外部负载为：4～20mA，外部负载：500Ω或更小 1KΩ 至1MΩ 8位 40mV：0～10V/0～250 依据输入特性而变 ±0.1V TO指令处理时间×3 64μA: 4～20mA/0～250 依据输入特性而变 ±0.16 mA 模拟输出范围 数字分辨率 最小输出 信号分辨率 总精度 处理时间 输出特点 使用FX0N-3A时尚需注意：
①模块的电源来自PLC主单元的内部电路，其中模拟电路电源要求为24VDC±10%，90mA，数字电路电源要求为5VDC 30mA。
②模拟和数字电路之间光电耦合器隔离，但模拟通道之间无隔离。 ③在扩展母线上占用8个I/O点（输入或输出） 2、 接线
模拟输入和输出的接线原理图分别如图6-23、6-24所示。接线时要注意，使用电流输入时，端子[Vin]与[Iin]应短接；反之，使用电流输出时，不要短接[VOUT]和[IOUT]端子。
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如果电压输入/输出方面出现较大的电压波动或有过多的电噪声，要在相应图中的位置并联一个约25V，0.1至0.47μF的电容。
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图6-23 模拟输入接线图
图6-24 模拟输出接线图
3、编程与控制
可以使用特殊功能模块读指令FROM（FNC78）和写指令TO（FNC79）读写FX0N-3A模块实现模拟量的输入和输出。
FROM指令用于从特殊功能模块缓冲存储器（BFM）中读入数据，如图6-25（a）所示。这条语句是将模块号为m1的特殊功能模块内，从缓冲存储器（BFM）号为m2开始的n个数据读入PLC，并存放在从D开始的n个数据寄存器中。
图6-25 特殊功能模块读和写指令
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TO指令用于从PLC向特殊功能模块缓冲存储器（BFM）中写入数据，如图6-25（b）所示。这条语句是将PLC中从[S•]元件开始的n个字的数据，写到特殊功能模块m1中编号为m2开始的缓冲存储器（BFM）中。
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模块号是指从PLC最近的开始按No.0→No.1→No.2……顺序连接，模块号用于用于以FROM/TO指令指定那个模块工作。
特殊功能模块是通过缓冲存储器（BFM）与PLC交换信息的，FX0N-3A共有32通道的16位缓冲寄存器（BFM），如表6-14所示。
表6-14 FX0N-3A的缓冲寄存器（BFM）分配
通道号 #0 #16 #17 b15-b8 保留 b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 当前输入通道的A/D转换值（以8位二进制数表示） 当前D/A输出通道的设置值 D/A转换启A/D转换启A/D通道选动 动 择 保留 #1～#15 #18～#31 其中#17通道位含义：
b0=0,选择模拟输入通道1；b0=1,选择模拟输入通道2. b1从0到1，A/D转换启动 b2从1到0，D/A转换启动
图6-26是实现D/A转换的例程，图6-27是实现A/D转换的例程 例1： 写入模块号为0的FX0N-3A模块，D2是其D/A转换值。
图6-26 D/A转换编程示例
例2 ： 读取模块号为0的的FX0N-3A模块，其通道1的A/D转换值保存到D0，通道2的A/D转换值保存到D1。
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图6-27 A/D转换编程示例
分拣站变频器速度调节部分的程序如下图：
图6-28 模拟量处理输出程序
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项目七 输送单元控制系统实训
7.1 输送单元的结构与工作过程
输送单元工艺功能是：驱动其抓取机械手装置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。
YL—335B出厂配置时，输送单元在网络系统中担任着主站的角色，它接收来自触摸屏的系统主令信号，读取网络上各从站的状态信息，加以综合后，向各从站发送控制要求，协调整个系统的工作。
输送单元由抓取机械手装置、直线运动传动组件、拖链装置、PLC模块和接线端口以及按钮/指示灯模块等部件组成。图7-1是安装在工作台面上的输送单元装置侧部分。
图7-1 输送单元装置侧部分
1、抓取机械手装置
抓取机械手装置是一个能实现三自由度运动（即升降、伸缩、气动手指夹紧/松开和沿垂直轴旋转的四维运动）的工作单元，该装置整体安装在直线运动传动组件的滑动溜板上，在传动组件带动下整体作直线往复运动，定位到其他各工作单元的物料台，然后完成抓取和放下工件的功能。图7-2是该装置实物图。
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图7-2 抓取机械手装置
具体构成如下：
⑴气动手爪：用于在各个工作站物料台上抓取/放下工件。由一个二位五通双向电控阀控制。
⑵伸缩气缸：用于驱动手臂伸出缩回。由一个二位五通单向电控阀控制。 ⑶回转气缸：用于驱动手臂正反向90度旋转，由一个二位五通双向电控阀控制。
⑷提升气缸：用于驱动整个机械手提升与下降。由一个二位五通单向电控阀控制。
2、直线运动传动组件
直线运动传动组件用以拖动抓取机械手装置作往复直线运动，完成精确定位的功能。图7-3 是该组件的俯视图。
图7-3 直线运动传动组件图
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图7-4给出了直线运动传动组件和抓取机械手装置组装起来的示意图。
91
图7-4 伺服电机传动和机械手装置
传动组件由直线导轨底板、伺服电机及伺服驱动器、同步轮、同步带、直线导轨、滑动溜板、拖链和原点接近开关、左、右极限开关组成。
伺服电机由伺服电机驱动器驱动，通过同步轮和同步带带动滑动溜板沿直线导轨作往复直线运动。从而带动固定在滑动溜板上的抓取机械手装置作往复直线运动。同步轮齿距为5mm，共12个齿即旋转一周搬运机械手位移60mm。
抓取机械手装置上所有气管和导线沿拖链铺设，进入线槽后分别连接到电磁阀组和接线端口上。
原点接近开关和左、右极限开关安装在直线导轨底板上，如图7-5所示。
图7-5 原点开关和右极限开关
原点接近开关是一个无触点的电感式接近传感器，用来提供直线运动的起始点信号。关于电感式接近传感器的工作原理及选用、安装注意事项请参阅项目一（供料单元控制系统实训）。
左、右极限开关均是有触点的微动开关，用来提供越程故障时的保护信号：当滑动溜板在运动中越过左或右极限位置时，极限开关会动作，从而向系统发出越程故障信号。
91
4、气动控制回路
92
输送单元的抓取机械手装置上的所有气缸连接的气管沿拖链敷设，插接到电磁阀组上，其气动控制回路如图7-6所示。
图7-6 输送单元气动控制回路原理图
在气动控制回路中，驱动摆动气缸和气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通双电控电磁阀，电磁阀外形如图7-7所示。
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。
图7-7 双电控气阀示意图
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。
92
7.2 输送单元安装技能训练
1、训练目标
将输送单元的机械部分拆开成组件或零件的形式，然后再组装成原样。要求着重掌握机械设备的安装、运动可靠性的调整，以及电气配线的敷设的方法与技巧。
2、机械部分安装步骤和方法
为了提高安装的速度和准确性，对本单元的安装同样遵循先成组件，再进行总装的原则。
⑴ 组装直线运动组件的步骤：
① 在底板上装配直线导轨。直线导轨是精密机械运动部件，其安装、调整都要遵循一定的方法和步骤，而且该单元中使用的导轨的长度较长，要快速准确的调整好两导轨的相互位置，使其运动平稳、受力均匀、运动噪音小。
② 装配大溜板、四个滑块组件：将大溜板与两直线导轨上的四个滑块的位置找准并进行固定，在拧紧固定螺栓的时候，应一边推动大溜板左右运动一边拧紧螺栓。直到滑动顺畅为止。
③ 连接同步带：将连接了四个滑块的大溜板从导轨的一端取出。由于用于滚动的钢球嵌在滑块的橡胶套内，一定要避免橡胶套受到破坏或用力太大致使钢球掉落。将两个同步带固定座安装在大溜板的反面，用于固定同步带的两端。
接下来分别将调整端同步轮安装支架组件、电机侧同步轮安装支架组件上的同步轮，套入同步带的两端，在此过程中应注意电机侧同步轮安装支架组件的安装方向、两组件的相对位置，并将同步带两端分别固定在各自的同步带固定座内，同时也要注意保持连接安装好后的同步带平顺一致。完成以上安装任务后，再将滑块套在柱形导轨上，套入时，一定不能损坏滑块内的滑动滚珠以及滚珠的保持架。
④ 同步轮安装支架组件装配：先将电机侧同步轮安装支架组件用螺栓固定在导轨安装底板上，再将调整端同步轮安装支架组件与底板连接，然后调整好同步带的张紧度，锁紧螺栓。
93
⑤ 伺服电机安装：将电机安装板固定在电机侧同步轮支架组件的相应位置，将电机与电机安装活动连接，并在主动轴、电机轴上分别套接同步轮，安装好同步带，调整电机位置，锁紧连接螺栓。最后安装左右限位以及原点传感器支架。
注意：在以上各构成零件中，轴承以及轴承座均为精密机械零部件，拆卸以及组装需要较熟练的技能和专用工具，因此，不可轻易对其进行拆卸或修配工作。（具体安装过程请观看安装录像光盘）前面图7-2展示了完成装配的直线运动组件。
⑵ 组装机械手装置。装配步骤如下： ① 提升机构组装如图7-8所示
图7-8 提升机构组装
② 把气动摆台固定在组装好的提升机构上，然后在气动摆台上固定导杆气缸安装板，安装时注意要先找好导杆气缸安装板与气动摆台连接的原始位置，以便有足够的回转角度。
③ 连接气动手指和导杆气缸，然后把导杆气缸固定到导杆气缸安装板上。完成抓取机械手装置的装配。
（3）把抓取机械手装置固定到直线运动组件的大溜板，如图7-8
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所示。最后，检查摆台上的导杆气缸、气动手指组件的回转位置是否满足在其余各工作站上抓取和放下工件的要求，进行适当的调整。
3、气路连接和电气配线敷设
当抓取机械手装置作往复运动时，连接到机械手装置上的气管和电气连接线也随之运动。确保这些气管和电气连接线运动顺畅，不至在移动过程拉伤或脱落是安装过程中重要的一环。
连接到机械手装置上的管线首先绑扎在拖链安装支架上，然后沿拖链敷设，进入管线线槽中。绑扎管线时要注意管线引出端到绑扎处保持足够长度，以免机构运动时被拉紧造成脱落。沿拖链敷设时注意管线间不要相互交叉。
图7-9 装配完成的抓取机械手装置
图7-10 装配完成的输送单元装配侧
7.3 相关的知识点
输送单元中，驱动抓取机械手装置沿直线导轨作往复运动的动力源，可以是步进电机，也可以是伺服电机，视实训的内容而定。变更实训项目时，由于所选用的步进电机和伺服电机，它们的安装孔大小及孔距相同，更换是十分容易的。
步进电机和伺服电机都是机电一体化技术的关键产品，分别介绍如下。 7.3.1 认知伺服电机及伺服放大器 7.3.1.1 永磁交流伺服系统概述
现代高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。
1、交流伺服电机的工作原理：
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伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。结构组成如图7-17所示。
图7-17 系统控制结构
伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。
功率驱动单元首先通过整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。
逆变部分（DC-AC）采用功率器件集成驱动电路，保护电路和功率开关于一体的智能功率模块（IPM），主要拓扑结构是采用了三相桥式电路，原理图见图7-18。利用了脉宽调制技术即PWM，（Pulse Width Modulation）通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率,改变每半周期内晶体管的通断时
96
间比,也就是说通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压副值的大小以达到调节功率的目的。
97
图7-18 三相逆变电路
2、交流伺服系统的位置控制模式
图7-17和图7-18说明如下两点：
⑴ 伺服驱动器输出到伺服电机的三相电压波形基本是正弦波（高次谐波被绕组电感滤除），而不是象步进电机那样是三相脉冲序列，即使从位置控制器输入的是脉冲信号。
⑵ 伺服系统用作定位控制时，位置指令输入到位置控制器，速度控制器输入端前面的电子开关切换到位置控制器输出端，同样，电流控制器输入端前面的电子开关切换到速度控制器输出端。因此，位置控制模式下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。
由自动控制理论可知，这样的系统结构提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。在足够高的开环增益下，系统的稳态误差接近为零。这就是说，在稳态时，伺服电机以指令脉冲和反馈脉冲近似相等时的速度运行。反之，在达到稳态前，系统将在偏差信号作用下驱动电机加速或减速。若指令脉冲突然消失（例如紧急停车时，PLC立即停止向伺服驱动器发出驱动脉冲），伺服电机仍会运行到反馈脉冲数等于指令脉冲消失前的脉冲数才停止。
3、位置控制模式下电子齿轮的概念
位置控制模式下，等效的单闭环系统方框图如图7-19所示。
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图7-19 等效的单闭环位置控制系统方框图
图中，指令脉冲信号和电机编码器反馈脉冲信号进入驱动器后，均通过电子齿轮变换才进行偏差计算。电子齿轮实际是一个分-倍频器，合理搭配它们的分-倍频值，可以灵活地设置指令脉冲的行程。
7.3.1.2 三菱MR-J3系列AC伺服电机•驱动器 在YL-335B的输送单元上中，采用了三菱HF-MP23交流伺服电机，及MR-J3-20A全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制装置。
图7-20 伺服电机结构概图
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1、MR-J3-20A伺服驱动器各部分的名称： 如图7-22所示。
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图7-22 伺服驱动器各接口功能
各接口的详细功能参考三菱MR-J3-A手册 2、信号与接线
三菱MR-J3-20A伺服驱动器的接线方式包括3种方式：位置控制模式、速度控制模式、转矩控制模式。它的主电路接线方式如图7-23所示
100
图7-23 三菱伺服驱动器主电路接线图
此套设备我们所运用的为位置控制模式，如图7-24所示。具体接线方式参考三菱MR-J3-A伺服放大器手册。
101
图7-24 伺服放大器信号线接线示意图
7.3.2 QD75P1定位模块的使用与编程
QD75P1定位模块为单轴开路集电极输出系统。最大输出脉冲数为200K pulse/s。能够定位要任意位置，固定进给控制，匀速控制等等。 可以为各个轴准备不超过600 个定位数据项目，包括诸如定位地址、 控制系统和运行形式的信息。
以线性控制模式可以实现各个轴的独立控制（可同时在4 上轴上执 行）。
可以以2 至4 个轴的速度或位置控制的线性插补形式或以涉及2 个轴 的环形插补形式对多个轴进行坐标控制。
1、 LED显示内容
102
1、
专用指令
图7-25 LED显示内容图
本设备主要应用的专用指令为PSTRT1，该指令用于启动轴1的定位，在定位模块的参数设置好，以及位置设置好之后，利用专用指令选择所要定位到的位置。
他的具体用法如图7-28所示。
103
图7-28-1 PSTRT1的具体用法
1、
例子程序
图7-28-2 样例程序图
104
7.4 输送单元的PLC控制与编程
7.4.1 工作任务
输送单元单站运行的目标是测试设备传送工件的功能。要求其他各工作单元已经就位，如图7-29所示。并且在供料单元的出料台上放置了工件。
105
560 350 430 310
图7-29 YL-335B自动生产线设备俯视图
106
具体测试要求如下：
1、输送单元在通电后，按下复位按钮SB1，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。在复位过程中，“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁。
当抓取机械手装置回到原点位置，且输送单元各个气缸满足初始位置的要求，则复位完成，“正常工作”指示灯HL1常亮。按下起动按钮SB2，设备启动，“设备运行”指示灯HL2也常亮，开始功能测试过程。
2、正常功能测试
⑴ 抓取机械手装置从供料站出料台抓取工件，抓取的顺序是：手臂伸出→手爪夹紧抓取工件→提升台上升→手臂缩回。
⑵ 抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置向加工站移动，移动速度不小于300mm/s。
⑶ 机械手装置移动到加工站物料台的正前方后，即把工件放到加工站物料台上。抓取机械手装置在加工站放下工件的顺序是：手臂伸出→提升台下降→手爪松开放下工件→手臂缩回。
⑷ 放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取加工站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。
⑸抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后把工件放到装配站物料台上。其动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。
⑹ 放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取装配站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。
⑺ 机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90°，伺服电机驱动机械手装置从装配站向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。
107
⑻ 放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电机驱动机械手装置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，摆台顺时针旋转90°，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。
当抓取机械手装置返回原点后，一个测试周期结束。当供料单元的出料台上放置了工件时，再按一次启动按钮SB2，开始新一轮的测试。
3、非正常运行的功能测试
若在工作过程中按下急停按钮QS，则系统立即停止运行。在急停复位后，应从急停前的断点开始继续运行。但是若急停按钮按下时，输送站机械手装置正在向某一目标点移动，则急停复位后输送站机械手装置应首先返回原点位置，然后再向原目标点运动。
在急停状态，绿色指示灯HL2以1Hz的频率闪烁，直到急停复位后恢复正常运行时，HL2恢复常亮。
7.4.2 PLC的选型和I/O 接线
输送单元所需的I/O点较多。其中，输入信号包括来自按钮/指示灯模块的按钮、开关等主令信号，各构件的传感器信号等；输出信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号和输出到伺服电机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号；此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮/指示灯模块的指示灯，以显示本单元或系统的工作状态。
由于需要输出驱动伺服电机的高速脉冲，所以应采用高速脉冲输出型定位模块。 基于上述考虑，选用三菱Q系列PLC附加1轴定位模块，共32点输入，32点晶体管输出。表7-7 给出了PLC的I/O信号表，I/O接线原理图如图7-30所示。
表7-7 输送单元PLC的 I/O信号表
输入信号 序号 1 2 3 PLC输入点 X000 X001 X002 信号名称 原点传感器检测 机械手抬升上限检装置侧 测 机械手抬升下限检测 108
输出信号 信号来源 序号 1 2 3 PLC输出点 Y000 Y001 Y002 信号名称 抬升台上升电磁阀 回转气缸左旋电磁阀 回转气缸右旋电磁阀 信号来源 装置侧
4 X003 机械手旋转左限检测 4 Y003 手爪伸出电磁阀
109
5 6 7 8 9 10 11 12 X004 X005 X006 X007 X08 X09 X0A X0B 机械手旋转右限检测 机械手伸出检测 装置侧 机械手缩回检测 机械手夹紧检测 启动按钮 按钮/复位按钮 指示灯模块 急停按钮 方式选择 5 6 7 8 9 10 11 12 Y004 Y005 Y006 Y007 Y010 手爪夹紧电磁阀 手爪放松电磁阀 报警指示 按钮/指运行指示 示灯模块 停止指示
109
图7-30 输送单元PLC接线原理图
110
其中，左右两极限开关K2和K1的动合触点分别连接到定位模块输入点FLS和RLS。目的是防范由于程序错误引起冲极限故障而造成设备损坏。接线时请注意。
项目八 YL-335B的整体控制
在前面的项目中，重点介绍了YL-335B的各个组成单元在作为独立设备工作时用PLC对其实现控制的基本思路，这相当于模拟了一个简单的单体设备的控制过程。本项目将以YL-335B出厂例程为实例，介绍如何通过PLC实现由几个相对独立的单元组成的一个群体设备（生产线）的控制功能。
YL-335B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。YL-335B的标准配置为：若PLC选用FX系列，通信方式则采用N：N网络通信。 8.1 认知三菱PLC CC-LINK通信
8.1.1 认识QJ61BT11N与FX2N-32CCL 1、QJ61BT11N外观与功能叙述
QJ61BT11N用做系统主站的通讯与连接。通过与FX2N-32CCL进行数据交换实现主从通讯，从而达到控制远程设备的效果。QJ61BT11N的基本功能有：与远程I/O站通信、与远程设备站通信、与本地站通信、与智能设备站通信。QJ61BT11N的外观图如图8-1所示。
111
图8-1 QJ61BT11N外观图
2、FX2N-32CCL功能叙述
CC-LINK接口模块FX2N-32CCL是用来将连接FX0N/FX2N/FX2NC PLC连接到CC-LINK模块的。它可作为特殊模块连接到小型PLC上。使用FROM/TO指令对FX2N-32CCL的缓冲存储器进行读/写。FX2N-32CCL模块的旋转开关设置图如图8-2所示。
如图8-2 FX2N-32CCL模块的旋转开关设置图
112
8.1.2 CC-LINK 通信线缆连接
网络安装前，应断开电源。各站从站PLC应插上FX2N-32CCL接口模块。
113
YL-335B系统的 CC-LINK通讯网络，各站点间用屏蔽双绞线相连，如图8-3所示，接线时须注意终端站要接上110欧姆的终端电阻（485BD板附件）。
图8-3 335B CC-LINK网络连接图
进行网络连接时应注意：
1、图8-3中，R为终端电阻。在端子DA和DB之间连接终端电阻（110欧姆） 2、屏蔽双绞线的线径应在英制AWG26～16范围，否则由于端子可能接触不良，不能确保正常的通信。连线时宜用压接工具把电缆插入端子，如果连接不稳定，则通讯会出现错误。
如果网络上各站点PLC已完成网络参数的设置，则在完成网络连接后，再接通各PLC工作电源，可以看到，各站通信板上的SD LED和RD LED指示灯两者都出现点亮/熄灭交替的闪烁状态，说明网络已经组建成功。
如果RD LED指示灯处于点亮/熄灭的闪烁状态，而SD LED没有（根本不亮），这时须检查站点编号的设置、传输速率（波特率）和从站的总数目。
8.1.3 组建CC-LINK 通信网络 1、主站网络参数设置
组建CC-LINK通信网络，参数的设置只需要在主站Q系列PLC中进行设置，设置的网络参数包括站点数、设备类型、远程输入输出刷新软件、远程寄存器等等。具体
113
设置方式如下：在编程软件中点击网络参数——CC-link会出现网络参数设置一览表，如图8-4所示。
起始I/O为CC-LINK读写数据时的起始分配的输入输出点。远程输入（RX）、远程输出（RY）、远程寄存器（RWw）、远程寄存器（RWr）的分配也是根据所需要的进行配置的。
114
此设备的参数分配如表8-1所示。需要知道的是每站的远程点数为32个远程输入和32个远程输出点。但是，最终站的高16位点作为系统区由CC-LINK系统专用。每站的远程寄存器数目为4个读入点的RW写区域和4个写出点的RW读区域。
图8-4 网络参数设置一览表 表8-1 335B参数分配表
项目 远程输入RX 远程输出RY 远程寄存器RWr 远程寄存器RWw D120-D123 D124-D127 D128-D131 D132-D135 D136-D139 供料单元 加工单元 装配单元 M272-M303 M576-M607 D108-D111 分拣单元 M304-M335 M608-M639 D112-D115 变频器 M336-M367 M640-M671 D116-D119 M208-M239 M240-M271 M512-M543 M544-M575 D100-D103 D104-D107
114
对于主站来说只需要对其进行网络参数以及PLC参数的设置即可将所设置的数据直接进行使用。而对于FX系列从站来说，要利用设置的参数需要编写程序来进行读写数据。
2、从站读写方式
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从站与主站的数据交换是通过FROM/TO指令进行读写设置的。这里以供料单元的通讯程序作为例子进行说明。由图8-5可知，读取由主站发出来的信息为[FROM K0 K0 K4M200 K2]。第一个K0表示块号，第二个K0表示缓冲寄存器BFM#0，K4M200表示从M200开始的4个字节的数据，K2表示传送点数为2个点。而发送给主站的数据为[T0 K0 K0 K4M240 K2 ]与读取主站信息的内容一致。显而易见从站的M200-M231与主站的M512-M543一一对应，从站的M240-M271与主站的M208-M239也是一一对应的。
图8-5 供料单元通讯部分程序
8.2 系统整体控制实训的工作任务描述
下面提出的YL-335B自动生产线整体实训工作任务是一项综合性的工作，适于3位学生共同协作，在5小时内完成。
115
■ 自动生产线的工作目标是：
116
将供料单元料仓内的工件送往加工单元的物料台，加工完成后，把加工好的工件送往装配单元的装配台，然后把装配单元料仓内的白色和黑色两种不同颜色的小圆柱零件嵌入到装配台上的工件中，完成装配后的成品送往分拣单元分拣输出。已完成加工和装配工作的工件如图8-8所示。
图8-8 已完成加工和装配工作的工件
■ 需要完成的工作任务 (一)自动生产线设备部件安装
完成YL-335B自动生产线的供料、加工、装配、分拣单元和输送单元的部分装配工作，并把这些工作单元安装在YL-335B的工作桌面上。
YL-335B自动生产线各工作单元装置部分的安装位置按照项目七中图7-38所示的要求布局。
2、各工作单元装置部分的装配要求如下：
⑴ 供料、加工和装配等工作单元的装配工作已经完成。
⑵ 完成分拣单元装置侧的安装和调整以及工作单元在工作台面上定位。装配的效果参照项目五的要求（见图5-36）。
⑶ 输送单元的直线导轨和底板组件已装配好，须将该组件安装在工作台上，并完成其余部件的装配，直至完成整个工作单元的装置侧安装和调整。
(二)气路连接及调整
116
1、按照前面所介绍的分拣和输送单元气动系统图完成气路连接。
2、接通气源后检查各工作单元气缸初始位置是否符合要求，如不符合须适当调整。
3、完成气路调整，确保各气缸运行顺畅和平稳。
117
(三)电路设计和电路连接
根据生产线的运行要求完成分拣和输送单元电路设计和电路连接。
1、设计分拣单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图连接电路。电路图应包括PLC的I/O端子分配和变频器主电路及控制电路。电路连接完成后应根据运行要求设定变频器有关参数，并现场测试旋转编码器的脉冲当量（测试3次取平均值，有效数字为小数后3位），上述参数应记录在所提供的电路图上。
2、设计输送单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图连接电路；电路图应包括PLC的I/O端子分配、伺服电机及其驱动器控制电路。电路连接完成后应根据运行要求设定伺服电机驱动器有关参数，参数应记录在所提供的电路图上。
(四)各站PLC网络连接
系统的控制方式应采用N：N网络的分布式网络控制，并指定输送单元作为系统主站。系统主令工作信号由触摸屏人机界面提供，但系统紧急停止信号由输送单元的按钮/指示灯模块的急停按钮提供。安装在工作桌面上的警示灯应能显示整个系统的主要工作状态，例如复位、启动、停止、报警等。
(五)连接触摸屏并组态用户界面
触摸屏应连接到系统中主站的PLC编程口。
在TPC7062K人机界面上组态画面要求：用户窗口包括主界面和欢迎界面两个窗口，其中，欢迎界面是启动界面，触摸屏上电后运行，屏幕上方的标题文字向右循环移动。
当触摸欢迎界面上任意部位时，都将切换到主窗口界面。主窗口界面组态应具有下列功能：
1、提供系统工作方式（单站/全线）选择信号和系统复位、启动和停止信号。
117
2、在人机界面上设定分拣单元变频器的输入运行频率（40Hz～50Hz）。 3、在人机界面上动态显示输送单元机械手装置当前位置（以原点位置为参考点，度量单位为毫米）。
4、指示网络的运行状态（正常、故障）。
5、指示各工作单元的运行、故障状态。其中故障状态包括： ⑴ 供料单元的供料不足状态和缺料状态。 ⑵ 装配单元的供料不足状态和缺料状态。
⑶ 输送单元抓取机械手装置越程故障（左或右极限开关动作）。
118
6、指示全线运行时系统的紧急停止状态。 欢迎界面和主界面分别如图8-9和图8-10所示。
图8-9 欢迎界面
图8-10 主窗口界面
(六)程序编制及调试
系统的工作模式分为单站工作和全线运行模式。
118
从单站工作模式切换到全线运行方式的条件是：各工作站均处于停止状态，各站的按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关置于全线模式，此时若人机界面中选择开关切换到全线运行模式，系统进入全线运行状态。
要从全线运行方式切换到单站工作模式，仅限当前工作周期完成后人机界面中选择开关切换到单站运行模式才有效。
在全线运行方式下，各工作站仅通过网络接受来自人机界面的主令信号，除主站急停按钮外，所有本站主令信号无效。
1、单站运行模式测试
单站运行模式下，各单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自其PLC旁边的按钮/指示灯模块。并且，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。各站的具体控制要求为：
⑴ 供料站单站运行工作要求
① 设备上电和气源接通后，若工作单元的两个气缸满足初始位置要求，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。
② 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。
③ 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。
④ 若在运行中料仓内工件不足，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
119
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。
⑵ 加工站单站运行工作要求
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①上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，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。
② 若设备准备好，按下启动按钮，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当待加工工件送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。
③ 在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。HL2指示灯熄灭。
④当待加工工件被检出而加工过程开始后，如果按下急停按钮，本单元所有机构应立即停止运行，HL2指示灯以1Hz 频率闪烁。急停按钮复位后，设备从急停前的断点开始继续运行。
⑶ 装配站单站运行工作要求
① 设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，料仓上已经有足够的小圆柱零件；工件装配台上没有待装配工件。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。
② 若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。如果回转台上的左料盘内没有小圆柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。
③ 如果回转台上的右料盘内有小圆柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配机械手抓取小圆柱零件，放入待装配工件中的控制。
④ 完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。
120
⑤ 若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满足的情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。
121
⑥ 在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和HL2灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。
⑷ 分拣站单站运行工作要求
① 初始状态：设备上电和气源接通后，若工作单元的三个气缸满足初始位置要求，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。
② 若设备准备好，按下启动按钮，系统启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当传送带入料口人工放下已装配的工件时，变频器即启动，驱动传动电动机以频率为30Hz的速度，把工件带往分拣区。
③如果金属工件上的小圆柱工件为白色，则该工件对到达1号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到1号槽中；如果塑料工件上的小圆柱工件为白色，则该工件对到达2号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到2号槽中；如果工件上的小圆柱工件为黑色，则该工件对到达3号滑槽中间，传送带停止，工件对被推到3号槽中。工件被推出滑槽后，该工作单元的一个工作周期结束。仅当工件被推出滑槽后，才能再次向传送带下料。
如果在运行期间按下停止按钮，该工作单元在本工作周期结束后停止运行。 ⑸ 输送站单站运行工作要求
单站运行的目标是测试设备传送工件的功能。要求其他各工作单元已经就位，并且在供料单元的出料台上放置了工件。具体测试过程要求如下：
① 输送单元在通电后，按下复位按钮SB1，执行复位操作，使抓取机械手装置回到原点位置。在复位过程中，“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁。
121
当抓取机械手装置回到原点位置，且输送单元各个气缸满足初始位置的要求，则复位完成，“正常工作”指示灯HL1常亮。按下起动按钮SB2，设备启动，“设备运行”指示灯HL2也常亮，开始功能测试过程。
122
② 抓取机械手装置从供料站出料台抓取工件，抓取的顺序是：手臂伸出→手爪夹紧抓取工件→提升台上升→手臂缩回。
③ 抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置向加工站移动，移动速度不小于300mm/s。
④ 机械手装置移动到加工站物料台的正前方后，即把工件放到加工站物料台上。抓取机械手装置在加工站放下工件的顺序是：手臂伸出→提升台下降→手爪松开放下工件→手臂缩回。
⑤ 放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取加工站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。
⑥ 抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后把工件放到装配站物料台上。其动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。
⑦ 放下工件动作完成2秒后，抓取机械手装置执行抓取装配站工件的操作。抓取的顺序与供料站抓取工件的顺序相同。
⑧ 机械手手臂缩回后，摆台逆时针旋转90°，伺服电机驱动机械手装置从装配站向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，动作顺序与加工站放下工件的顺序相同。
⑨ 放下工件动作完成后，机械手手臂缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电机驱动机械手装置以400mm/s的速度返回，返回900mm后，摆台顺时针旋转90°，然后以100mm/s的速度低速返回原点停止。
当抓取机械手装置返回原点后，一个测试周期结束。当供料单元的出料台上放置了工件时，再按一次启动按钮SB2，开始新一轮的测试。
2、系统正常的全线运行模式测试
122
全线运行模式下各工作站部件的工作顺序以及对输送站机械手装置运行速度的要求，与单站运行模式一致。全线运行步骤如下：
⑴系统在上电，N：N网络正常后开始工作。触摸人机界面上的复位按钮，执行复位操作，在复位过程中，绿色警示灯以2Hz的频率闪烁。红色和黄色灯均熄灭。
复位过程包括：使输送站机械手装置回到原点位置和检查各工作站是否处于初始状态。
各工作站初始状态是指：
①各工作单元气动执行元件均处于初始位置。 ②供料单元料仓内有足够的待加工工件。 ③装配单元料仓内有足够的小圆柱零件。 ④输送站的紧急停止按钮未按下。
当输送站机械手装置回到原点位置，且各工作站均处于初始状态，则复位完成，绿色警示灯常亮，表示允许启动系统。这时若触摸人机界面上的启动按钮，系统启动，绿色和黄色警示灯均常亮。
⑵供料站的运行
系统启动后，若供料站的出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上，并向系统发出出料台上有工件信号。若供料站的料仓内没有工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号。出料台上的工件被输送站机械手取出后，若系统仍然需要推出工件进行加工，则进行下一次推出工件操作。
⑶输送站运行1
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当工件推到供料站出料台后，输送站抓取机械手装置应执行抓取供料站工件的操作。动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到加工站加工物料台的正前方，把工件放到加工站的加工台上。
⑷加工站运行
加工站加工台的工件被检出后，执行加工过程。当加工好的工件重新送回待料位置时，向系统发出冲压加工完成信号。
⑸输送站运行2
系统接收到加工完成信号后，输送站机械手应执行抓取已加工工件的操作。抓取动作完成后，伺服电机驱动机械手装置移动到装配站物料台的正前方。然后把工件放到装配站物料台上。
124
⑹ 装配站运行
装配站物料台的传感器检测到工件到来后，开始执行装配过程。装入动作完成后，向系统发出装配完成信号。
如果装配站的料仓或料槽内没有小圆柱工件或工件不足，应向系统发出报警或预警信号。
⑺ 输送站运行3
系统接收到装配完成信号后，输送站机械手应抓取已装配的工件，然后从装配站向分拣站运送工件，到达分拣站传送带上方入料口后把工件放下，然后执行返回原点的操作。
⑻ 分拣站运行
输送站机械手装置放下工件、缩回到位后，分拣站的变频器即启动，驱动传动电动机以80%最高运行频率（由人机界面指定）的速度，把工件带入分拣区进行分拣，工件分拣原则与单站运行相同。当分拣气缸活塞杆推出工件并返回后，应向系统发出分拣完成信号。
⑼ 仅当分拣站分拣工作完成，并且输送站机械手装置回到原点，系统的一个工作周期才认为结束。如果在工作周期期间没有触摸过停止按钮，系统在延时1秒后开始下一周期工作。如果在工作周期期间曾经触摸过停止按钮，系统工作结束，警示灯中黄色灯熄灭，绿色灯仍保持常亮。系统工作结束后若再按下启动按钮，则系统又重新工作。
8、异常工作状态测试 ⑴工件供给状态的信号警示
124
如果发生来自供料站或装配站的“工件不足够”的预报警信号或“工件没有”的报警信号，则系统动作如下：
①如果发生“工件不足够”的预报警信号警示灯中红色灯以1Hz的频率闪烁，绿色和黄色灯保持常亮。系统继续工作。
②如果发生“工件没有”的报警信号，警示灯中红色灯以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁；黄色灯熄灭，绿色灯保持常亮。
若“工件没有”的报警信号来自供料站，且供料站物料台上已推出工件，系统继续运行，直至完成该工作周期尚未完成的工作。当该工作周期工作结束，系统将停止工作，除非“工件没有”的报警信号消失，系统不能再启动。
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若“工件没有”的报警信号来自装配站，且装配站回转台上已落下小圆柱工件，系统继续运行，直至完成该工作周期尚未完成的工作。当该工作周期工作结束，系统将停止工作，除非“工件没有”的报警信号消失，系统不能再启动
⑵ 急停与复位
系统工作过程中按下输送站的急停按钮，则输送站立即停车。在急停复位后，应从急停前的断点开始继续运行。但若急停按钮按下时，机械手装置正在向某一目标点移动，则急停复位后输送站机械手装置应首先返回原点位置，然后再向原目标点运动。
8.3 工作任务的实现 8.3.1 设备的安装和调整
YL-335B各工作站的机械安装、气路连接及调整、电气接线等，其工作步骤和注意事项在前面各分项目中已经叙述过，这里不再重复。
系统整体安装时，必须确定各工作单元的安装定位，为此首先要确定安装的基准点，即从铝合金桌面右侧边缘算起。图7-38指出了基准点到原点距离（X方向）为310mm，这一点应首先确定。然后根据：①原点位置与供料单元出料台中心沿X方向重合。②供料单元出料台中心至加工单元加工台中心距离430mm。③加工单元加工台中心至装配单元装配台中心距离350mm。④装配单元装配台中心至分拣单元进料口中心距离560mm。即可确定各工作单元在X方向的位置。
由于工作台的安装特点，原点位置一旦确定后，输送单元的安装位置也已确定。 在空的工作台上进行系统安装的步骤是：
⑴ 完成输送单元装置侧的安装。包括直线运动组件、抓取机械手装置、拖链装置、电磁阀组件、装置侧电气接口等安装；以及抓取机械手装置上各传感器引出线、
125
连接到各气缸的气管沿拖链的敷设和绑扎；连接到装置侧电气接口的接线；单元气路的连接等。
⑵
126
供料、加工和装配等工作单元在完成其装置侧的装配后，在工作台上定位安装。它们沿Y方向的定位，以输送单元机械手在伸出状态时，能顺利在它们的物料台上抓取和放下工件为准。
⑶ 分拣单元在完成其装置侧的装配后，在工作台上定位安装。沿Y方向的定位，应使传送带上进料口中心点与输送单元直线导轨中心线重合，沿X方向的定位，应确保输送站机械手运送工件到分拣站时，能准确地把工件放到进料口中心上。
需要指出的是，在安装工作完成后，必须进行必要的检查、局部试验的工作，确保及时发现问题。在投入全线运行前，应清理工作台上残留线头、管线、工具等，养成良好的职业素养。
8.3.2 有关参数的设置和测试
按工作任务书规定，电气接线完成后，应进行变频器、伺服驱动器有关参数的设定，并现场测试旋转编码器的脉冲当量。上述工作，已在前面各分项项目作了详细的介绍，这里不再重复。
8.3.3 人机界面组态 8.3.3.1 工程分析和创建
根据工作任务，对工程分析并规划如下：
⑴ 工程框架：有2个用户窗口，即欢迎画面和主画面，其中欢迎画面是启动界面。1个策略：循环策略。
⑵ 数据对象： 各工作站以及全线的工作状态指示灯、单机全线切换旋钮、启动、停止 、复位按钮、变频器输入频率设定、机械手当前位置等。
⑶ 图形制作：
欢迎画面窗口：①图片：通过位图装载实现；②文字：通过标签实现；③按钮：由对象元件库引入。
主画面窗口：①文字：通过标签构件实现；②各工作站以及全线的工作状态指示
126
灯、时钟：由对象元件库引入；③单机全线切换旋钮、启动、停止 、复位按钮：由对象元件库引入；④输入频率设置：通过输入框构件实现；⑤机械手当前位置：通过标
签
构
件
和
滑
动
输
入
器
实
现
。
127
⑷ 流程控制： 通过循环策略中的脚本程序策略块实现。
进行上述规划后，就可以创建工程，然后进行组态。步骤是：在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”、“窗口1”，然后分别设置两个窗口的属性。
8.3.3.2 欢迎画面组态 ■ 建立欢迎画面
选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入用户窗口属性设置，包括： ①窗口名称改为“欢迎画面”， ②窗口标题改为：欢迎画面。
③在“用户窗口”中，选中“欢迎”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口
2、“欢迎画面”组态 ■ 编辑欢迎画面 面。
⑴ 装载位图：
选择“工具箱”内的“位图”按钮
，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口左上角位置拖拽
选中“欢迎画面”窗口图标，单击“动画组态”，进入动画组态窗口开始编辑画
鼠标，拉出一个矩形，使其填充整个窗口。
在位图上单击右键，选择“装载位图”，找到要装载的位图，点击选择该位图，见图8-11，然后点击“打开”按钮，则图片该装载到了窗口。
127
图8-11
128
⑵ 制作按钮 单击绘图工具箱中“
”图标，在窗口中拖出一个大小合适的按钮，双击按钮，
出现如图8-12（a）的属性设置窗口。在可见度属性页中点选“按钮不可见”；在操作属性页中单击“按下功能”：打开用户窗口时候选择主画面，并使数据对象“HMI就绪”的值置1。
图8-12
⑶ 制作循环移动的文字框图 ① 选择“工具箱”内的“标签”按钮
，拖拽到窗口上方中心位置，根据需要
拉出一个大小适合的矩形。在鼠标光标闪烁位置输入文字“欢迎使用YL-335B自动化生产线实训考核装备！”，按回车键或在窗口任意位置用鼠标点击一下，完成文字输入。
② 静态属性设置如下：文字框的背景颜色：没有填充；文字框的边线颜色为：没有边线；字符颜色：艳粉色；文字字体：华文细黑，字型：粗体，大小为二号。
③ 为了使文字循环移动，在“位置动画连接”中勾选“水平移动”，这时在对话框上端就增添“水平移动”窗口标签。水平移动属性页的设置如图8-13所示。
128
图8-13 设置水平移动属性
设置说明如下：
• 为了实现“水平移动”动画连接，首先要确定对应连接对象的表达式，然后再定义表达式的值所对应的位置偏移量。图8-16中，定义一个内部数据对象“移动”作为表达式，它是一个与文字对象的位置偏移量成比例的增量值，当表达式“移动”的值为0时，文字对象的位置向右移动0点（即不动），当表达式“移动”的值为1时，对象的位置向左移动5点(-5),这就是说“移动”变量与文字对象的位置之间关系是一个斜率为-5的线性关系。
• 触摸屏图形对象所在的水平位置定义为：以左上角为座标原点，单位为象素点，向左为负方向，向右为正方向。TPC7062KS 分辨率是800×480，文字串“欢迎使用YL-335B自动化生产线实训考核装备！”向左全部移出的偏移量约为-700象素,故表达式“移动”的值为+140。文字循环移动的策略是，如果文字串向左全部移出，则返回初始位置重新移动。
■ 组态“循环策略”的具体操作如下：
• 在“运行策略”中，双击“循环策略”进入策略组态窗口。 • 双击认”。
•
图标进入“策略属性设置”，将循环时间设为：100ms，按“确
129
在策略组态窗口中，单击工具条中的“新增策略行”如图8-14。
图标，增加一策略行，
图8-14
• 单击“策略工具箱”中的“脚本程序”，将鼠标指针移到策略块图标击鼠标左键，添加脚本程序构件，如图8-15：
上，单
图8-15
• 双击 • 双击
进入策略条件设置，表达式中输入1，即始终满足条件。 进入脚本程序编辑环境，输入下面的程序： if 移动<=140 then 移动=移动+1 else 移动=-140 endif
• 单击“确认”，脚本程序编写完毕。 8.3.3.3 主画面组态 1、建立主画面
① 选中“窗口1”，单击“窗口属性”，进入用户窗口属性设置。
② 将窗口名称改为：主画面窗口标题改为：主画面；“窗口背景”中，选择所需要颜色。
2、定义数据对象和连接设备 ■ 定义数据对象
130
各工作站以及全线的工作状态指示灯、单机全线切换旋钮、启动、停止 、复位按钮、变频器输入频率设定、机械手当前位置等，都是需要与PLC连接，进行信息交换的数据对象。定义数据对象的步骤：
⑴ 单击工作台中的“实时数据库”窗口标签，进入实时数据库窗口页。 ⑵ 单击“新增对象” 按钮，在窗口的数据对象列表中，增加新的数据对象。 ⑶ 选中对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置” 窗口。然后编辑属性，最后加以确定。表8-4列出了全部与PLC连接的数据对象。
表8-4
序号 对象名称 类 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 数 值 型 序号 对象名称 类 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 开 关 型 数 值 型 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 HMI就绪 越程故障_输送 运行_输送 单机全线_输送 单机全线_全线 复位按钮_全线 停止按钮_全线 启动按钮_全线 单机全线切换_全线 网络正常_全线 网络故障_全线 运行_全线 急停_输送 变频器频率_分拣 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 单机全线_供料 运行_供料 料不足_供料 缺料_供料 单机全线_加工 运行_加工 单机全线_装配 运行_装配 料不足_装配 缺料_装配 单机全线_分拣 运行_分拣 手爪当前位置_输送 ■ 设备连接
使定义好的数据对象和PLC内部变量进行连接，步骤如下：
⑴ 打开“设备工具箱”，在可选设备列表中，双击“通用串口父设备”，然后
131
双击“三菱_FX系列编程口”。出现“通用串口父设备”，“ 三菱_FX系列编程口”。
⑵ 设置通用串口父设备的基本属性，如图8-16所示。
132
图8-16
⑶双击“三菱_FX系列编程口”，进入设备编辑窗口，按表8-4的数据，逐个 “增加设备通道”，如图8-17所示。
132
图8-17
3、主画面制作和组态
按如下步骤制作和组态主画面：
⑴ 制作主画面的标题文字、插入时钟、在工具箱中选择直线构件，把标题文字下方的区域划分为如图8-18所示的两部分。区域左面制作各从站单元画面，右面制作主站输送单元画面。
133
图8-18
⑵ 制作各从站单元画面并组态。以供料单元组态为例，其画面如图8-22所示，图中还指出了各构件的名称。这些构件的制作和属性设置前面已有详细介绍，但“供料不足”和“缺料”两状态指示灯有报警时闪烁功能的要求，下面通过制作供料站缺料报警指示灯着重介绍这一属性的设置方法。
图8-19
与其他指示灯组态不同的是：缺料报警分段点1设置的颜色是红色，并且还需
组态闪烁功能。步骤是：在属性设置页的特殊动画连接框中勾选“闪烁效果”，“填充颜色”旁边就会出现“闪烁效果”页，如图8-23（a）所示。点选 “闪烁效果”页，表达式选择为“缺料_供料”；在闪烁实现方式框中点选“用图元属性的变化实
134
现闪烁”；填充颜色选择黄色，如图中（b）所示。
135
图8-20
⑶ 制作主站输送单元画面。这里只着重说明滑动输入器的制作方法。步骤如下：
① 选中“工具箱”中的滑动输入器当大小。调整滑动块到适当的位置。
② 双击滑动输入器构件，进入如图8-21的属性设置窗口。
图标，当鼠标呈“十”后，拖动鼠标到适
135
图8-21
按照下面的值设置各个参数：
“基本属性”页中，滑块指向：指向左（上）；
“刻度与标注属性”页中，“主划线数目”：11，“次划线数目”：2；小数位数：0；
“操作属性”页中，对应数据对象名称：手爪当前位置_输送；滑块在最左（下）边时对应的值：1100；滑块在最右（上）边时对应的值：0；
其它为缺省值。
④ 单击“权限”按钮，进入用户权限设置对话框，选择管理员组，按“确认”按钮完成制作。
图8-22是制作完成的效果图。
图8-22
8.3.4 编写和调试PLC控制程序
YL-335B是一个分布式控制的自动生产线，在设计它的整体控制程序时，应首先从它的系统性着手，通过组建网络，规划通信数据，使系统组织起来。然后根据各工作单元的工艺任务，分别编制各工作站的控制程序。
8.3.4.1 规划通信数据
通过分析任务书要求可以看到，网络中各站点需要交换信息量并不大，可采用模式1的刷新方式。各站通信数据的位数据如表8-5所示。这些数据位分别由各站PLC程序写入，全部数据为N：N网络所有站点共享。
表8-5（a） 输送站（0#站）数据位定义
输送站位地址 M1000 M1001 M1002
数据意义 全线运行 允许加工 136
备注
M1003 全线急停
137
M1004 M1005 M1006 M1007 M1008 M1009 M1010 M1011 M1012 M1013 M1014 M1015 D0 HMI联机 请求供料 允许分拣 最高频率设置
表8-5（b） 供料站(1#站)数据位定义
供料站位地址 M1064 M1065 M1066 M1067 M1068 M1069
表8-5（c） 加工站(2#站)数据位定义
加工站位地址 M1128 M1129 M1130 M1131 M1132 数据意义 初始态 加工完成 联机信号 运行信号 备注 数据意义 初始态 供料信号 联机信号 运行信号 料不足报警 缺料报警 备注 表8-5（d） 装配站(3#站)数据位定义
供料站位地址 M1192 M1193 M1194 M1195 M1196 M1197
数据意义 初始态 联机信号 运行信号 零件不足 零件没有 装配完成 137 备注
表8-5（e） 分拣站(4#站)数据位定义
供料站位地址 M1256 M1257 M1258 M1259 数据意义 初始态 分拣完成 分拣联机 分拣运行 备注 用于通信的数值数据只有一个，即来自触摸屏的频率指令数据传送到输送站后，由输送站发送到网络上，供分拣站使用。该数据被写入到字数据存储区的D0单元内。
8.3.4.2 从站单元控制程序的编制
YL-335B各工作站在单站运行时的编程思路，在前面各项目中均作了介绍。在联机运行情况下，由工作任务书规定的各从站工艺过程是基本固定的，原单站程序中工艺控制程序基本变动不大。在单站程序的基础上修改、编制联机运行程序，实现上并不太困难。下面首先以供料站的联机编程为例说明编程思路。
联机运行情况下的主要变动，一是在运行条件上有所不同，主令信号来自系统通过网络下传的信号；二是各工作站之间通过网络不断交换信号，由此确定各站的程序流向和运行条件。
对于前者，首先须明确工作站当前的工作模式，以此确定当前有效的主令信号。工作任务书明确地规定了工作模式切换的条件，目的是避免误操作的发生，确保系统可靠运行。工作模式切换条件的逻辑判断在上电初始化（M8002 ON）后即进行。图8-27是实现的梯形图。
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图8-23 工作站初始化和工作方式确定
接下来的工作与前面单站时类似，即：①进行初始状态检查，判别工作站是否准备就绪。②若准备就绪，则收到全线运行信号或本站启动信号后投入运行状态。③在运行状态下，不断监视停止命令是否到来，一旦到来即置位停止指令，待工作站的工艺过程完成一个工作周期后，使工作站停止工作。梯形图如图8-24所示。
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图8-24
下一步就进入工作站的工艺控制过程了，即从初始步S0开始的步进顺序控制过程。这一步进程序与前面单站情况基本相同，只是增加了写网络变量向系统报告工作状态的工作。
其他从站的编程方法与供料站基本类似，此处不再详述。建议读者对照各工作站单站例程和联机例程，仔细加以比较和分析。
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8.3.4.3 主站单元控制程序的编制
输送站是YL-335B系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元。主要体现在，①输送站PLC
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与触摸屏相连接，接收来自触摸屏的主令信号，同时把系统状态信息回馈到触摸屏。②作为网络的主站，要进行大量的网络信息处理。③需完成本单元的，且联机方式下的工艺生产任务与单站运行时略有差异。因此，把输送站的单站控制程序修改为联机控制，工作量要大一些。下面着重讨论编程中应予注意的问题和有关编程思路。 1、内存的配置
为了使程序更为清晰合理，编写程序前应尽可能详细地规划所需使用的内存。前面已经规划了供网络变量使用的内存，存储区的地址范围。在人机界面组态中，也规划了人机界面与PLC的连接变量的设备通道，整理成表格形式，如表8-6所示。
表8-6 人机界面与PLC的连接变量的设备通道
序号 连接变量 1 越程故障_输送 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
运行状态_输送 单机/全线_输送 单机/全线_全线 复位按钮_全线 停止按钮_全线 启动按钮_全线 方式切换_全线 网络正常_全线 网络故障_全线 运行状态_全线 急停状态_输送 通道名称 M0007（只读） M0010（只读） M0034（只读） M0035（只读） M0060（只写） M0061（只写） M0062（只写） M0063（读写） M0070（只读） M0071（只读） M1000（只读） M1002（只读） 序号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 141
连接变量 单机/全线_供料 运行状态_供料 工件不足_供料 工件没有_供料 单机/全线_加工 运行状态_加工 单机/全线_装配 运行状态_装配 工件不足_装配 工件没有_装配 单机/全线_分拣 运行状态_分拣 通道名称 M1066（只读） M1067（只读） M1068（只读） M1069（只读） M1131（只读） M1132（只读） M1193（只读） M1194（只读） M1195（只读） M1196（只读） M1258（只读） M1259（只读）
13 输入频率_全线 VW1002（读写） 26 手爪位置_输送 D2000（只读） 只有在配置了上面所提及的存储器后，才能考虑编程中所需用到的其他中间变量。避免非法访问内部存储器，是编程中必须注意的问题。
2、主程序结构
由于输送站承担的任务较多，联机运行时，主程序有较大的变动。 ⑴ 每一扫描周期，须调用网络读写子程序和通信子程序。
⑵ 完成系统工作模式的逻辑判断，除了输送站本身要处于联机方式外，必须所有从站都处于联机方式。
⑶ 联机方式下，系统复位的主令信号，由HMI
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发出。在初始状态检查中，系统准备就绪的条件，除输送站本身要就绪外，所有从站均应准备就绪。因此，初态检查复位子程序中，除了完成输送站本站初始状态检查和复位操作外，还要通过网络读取各从站准备就绪信息。
⑷ 总的来说，整体运行过程仍是按初态检查→准备就绪，等待启动→投入运行等几个阶段逐步进行，但阶段的开始或结束的条件则发生变化。
⑸ 为了实现急停功能，程序主体控制部分需要放在主控指令中执行，即放在MC（主控）和MCR（主控复位）指令间。当顺控指令断开时，顺控内部的元件现状保持的有：累计定时器、计数器、用置位和复位指令驱动元件。变成断开的元件有：非累计定时器、用OUT指令驱动的元件。MC、MCR指令的具体使用方法和其它注意事项请参考FX1N编程手册。
以上是主程序编程思路，下面给出主程序清单，如图8-25各分图所示。
图8-25（a）通讯参数设置
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图8-25（b）通讯诊断
图8-25（c）调用通讯子程序
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图8-25（d）标志位复位的脉冲参数设置
图8-25（e）初始检测
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图8-25（f） 启停控制、急停处理
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图8-25（g） 状态指示等
3、“运行控制”子程序的结构
输送站联机的工艺过程与单站过程仅略有不同，需修改之处并不多。主要有如下几点：
⑴ 项目七工作任务中，传送功能测试子程序在初始步就开始执行机械手往供料站出料台抓取工件，而联机方式下，初始步的操作应为：通过网络向供料站请求供料，收到供料站供料完成信号后，如果没有停止指令，则转移下一步即执行抓取工件。 ⑵ 单站运行时，机械手往加工站加工台放下工件，等待2秒取回工件，而联机方式下，取回工件的条件是收到来自网络的加工完成信号。装配站的情况与此相同。 ⑶ 单站运行时，测试过程结束即退出运行状态。联机方式下，一个工作周期完成后，返回初始步，如果没有停止指令开始下一工作周期。
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由此，在项目七传送功能测试子程序基础上修改的运行控制子程序流程说明如图8-26所示。
图8-26 运行控制子程序流程说明
4、“通信”子程序
“通信”子程序的功能包括从站报警信号处理、转发（从站间、HMI）以及向HMI提供输送站机械手当前位置信息。主程序在每一扫描周期都调用这一子程序。 ⑴报警信号处理、转发包括：
■ 供料站工件不足和工件没有的报警信号转发往装配站，为警示灯工作提供信息。
■ 处理供料站“工件没有”或装配站“零件没有”的报警信号 ■ 向HMI提供网络正常/故障信息。
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⑵ 向HMI提供输送站机械手当前位置信息由脉冲累计数除于100得到。
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① 在每一扫描周期把以脉冲数表示的当前位置转换为长度信息（mm），转发给HMI的连接变量D2000。
② 每当返回原点完成后，脉冲累计数被清零。
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