机电一体化设备多种工作方式 机电一体化设备为适应生产的需要，有需要单周期运行，有需要连续运行；有需要手动，又有需要自动。因此这些设备需要有多种工作方式。 调试多种运行方式的生产设备调试多种运行方式的生产设备某零件加工和分拣设备，工作过程及其要求是：1.设备启停控制启动：按下启动按钮，设备启动。皮带输送机按由位置A向位置D的方向高速运行，拖动皮带输送机的交流电动机的运行频率为35Hz。指示灯HL1由闪亮变为长亮。停止：按下停止按钮，应将当前元件处理送到规定位置并使相应的部件复位后，设备才能停止。设备在重新启动之前，应将出料斜槽和处理盘中的元件拿走。复位: 启动按钮按下，系统得到起动信号后并不立即开始工作过程，要先判断系统当前状态。如果系统各环节处在复位状态，则开始执行工作过程；如果不在复位状态，则按要先进行复位。方式选择：状态一时开关SA1置于“左”位置时为循环运行（各工作步骤连续运行），状态二时开关SA1置于“右”位置时为单次循环（系统单周期运行）； 3.系统控制要求接通设备的工作电源，指示电源正常。执行起动程序，系统进入运行状态，按下启动按钮后，当元件从进料口放上皮带输送机时，皮带输送机由高速运行变为中速运行，此时拖动皮带输送机的三相交流电动机的运行频率为25 Hz。皮带输送机上的元件到达位置C时停止3s进行加工。元件在位置C完成加工后，皮带输送机以中速将元件输送到下面要求的规定位置：若完成加工的是金属元件，则加工完成后送达位置A，皮带输送机停止，由位置A的
气缸活塞杆伸出将金属元件推进出料斜槽，然后气缸活塞杆自动缩回复位。若完成加工的是白色塑料元件，则加工完成后送达位置B，皮带输送机机停止，由位置B的气缸活塞杆伸出将白色塑料元件推进出料斜槽，然后气缸活塞杆自动缩回复位。若加工的元件是黑色塑料元件，则加工完成后送达位置D，皮带输送机停止。机械手悬臂伸出手臂下降手指者伍合拢抓取元件手臂上升悬臂缩回机械手向左转动悬臂伸出手指松开，元件掉在处理盘内悬臂缩回机械手转回原位后停止。元件掉入处理盘后，直流电机启动，转动3s后停止。在位置A与B的气缸活塞杆复位和位置D的元件搬走后，三相交流电动机的运行频率改变为35 Hz转动拖动皮带输送机由位置A向位置D运行。这时才可向皮带输送机上放入下一个待加工元件。 PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试。两种调试过程，首先对PLC外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无首亮或误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做通电检查。不过，为了安全考虑，最好进行“裸机”调试，当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器。调试:直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。1程序的模拟调试 将设计好的程序写入PLC后，用户程序一般先在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载(如接触器、电磁阀等)。可凭开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。 对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合规定要求。 在调试时应充分考虑各种可能情况的出现，对系统各种不同的工作方式、各种可能的进展路线，都应逐一检键行查，不能遗漏。发现问题后应及时修改，直到在各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。 如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。2程序的现场调试完成上述的工作后，将PLC安装在控制现场进行联机总调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应硬件和软件部分作适当调整，通常只需要修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了。一、完成自动搬运分拣系统的组装和气路连接 1、先建立一个硬件平台，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。 2、连接好气动回路，要满足以下要求：元件选择：气缸使用的电磁阀要与图纸相符；气路连接：不能出现漏接、脱落、漏气等现象；气路工艺：布局要合理，长度要合理，绑扎要美观（间隔8-10cm一道）。 3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是否规范。5）设备调试结束后，清理场地，工具整理整齐，摆放在工具箱内。 二、完成设备电气回路的设计和连接1分配PLC输入输出点1）确定输入点数：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、循环方式需要3个，共计21个输入点。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；运行指示灯1个输出。（2）机械手动作：前伸、后退，上升、下降，抓紧、松开，左摆、右摆，需要8个输出。（3）推料气缸动作：A气缸、B气缸、C气缸动作，需要3个输出。（4）皮带输送机运行：根据技术要求，皮带输送机由变频器控制，要求两种速度、正转、反转运行，所以变频器共需要4个控制端，占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17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。 表13-2-1 PLC输入地址分配表 序号输入地址说明序号输入地址说明1X0启动12X13推料一气缸后限位2X1停止13X14推料二气缸前限位3X2物料检测（光电）14X15推料二气缸后限位4X3旋转左限位15X16推料三气缸前限位5X4旋转右限位16X17推料三气缸后限位6X5伸出臂前点17X20传送带物料检测感器7X6缩回臂后点18X21电感式传感器8X7手爪夹紧传感器19X22光纤传感器9X10提升气缸上限位20X23光纤传感器10X11提升气缸下限位21X24循环方式11X12推料一气缸前限位表13-2-2 PLC输出地址分配表序号输出地址说明序号输出地址说明1Y0送料电机10Y12推料一气缸伸出2Y1机械手爪放松11Y13推料三气缸伸出3Y2机械手爪夹紧12Y14推料二气缸伸出4Y3旋转气缸正转13Y17运行指示灯5Y4旋转气缸反转14Y20接变频器正转6Y5臂气缸伸出15Y21接变频器反转7Y6臂气缸返回16Y22接变频器第一速8Y10提升气缸下降17Y23接变频器第二速9Y11提升气缸上升2根据地址分配情况设计出设备PLC接线图 参考的电气控制原理图如图13-2-1所示。说明：为了保证图纸的完整性，在此图中将本项目后面工作任务中要用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路连接电路连接要满足以下条件：元件选择：元件选择要与试题要求相符；连接工艺：线路连接要牢因，不可出现露铜超过2mm，同一接线端子上连接导线不能超过2条；编号管： 自己连接的导线要套好编号管，并自行设计合理的标号。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13-2-3 变频器设置参数表序号参数代号参数值说明1P435Hz高速2P525Hz中速3P72S加速时间4P81S减速时间5P792电动机控制模式（外部 *** 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 2）电气故障的排除表12-4 电气故障分析对照表序号故障现象故障原因排除方法1所有传感器均没有信号输出2所有两线制传感器没有信号输出3所有三线制传感器没有信号输出4按钮不起做用5所有输出没有动作6执行器件动作气缸没有动作7某一个气缸不能动作说明：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0.4MPa0.6MPa。（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送带上通过的白色物料；第2个光纤传感器能否检出所有从传送带上通过的物料。（3）检查各磁性开关能否在推料气缸动作到位时按要求准确发出信号。 对于工作不符合要求的传感器应及时进行位置和灵敏度调节、校正，确保其符合设备检测的需要。3皮带输送机运行检查（1） *** 作变频器模块上的手动开关，检查皮带输送机的运行和变频器的参数设置是否正确。（2）皮带输送机运行顺畅平稳、无振动和噪声，电动机无严重发热现象。四、确定系统功能的实现方法1程序设计思路 本工作任务从系统功能上看这个项目与前面所讲的内容有所区别，首先从安装方式上是完全反装结构，动作方式也一改常规思路，直接能过手动放工件，先在传送带上根据任务要求对不同的工件进行不同的处理，然后将满足条件的工件由机械手搬走放入物料盘进行处理，如此作为一个工作周期。虽然设备的结构和动作都是反向的，但是从动作功能上看主流程还是顺序控制，所以我们在设计动作的时候仍可以选择采用基本指令实现的动作控制法（用时间控制法来实现动作控制不是很可靠，在真正的工业应用中很少使用。而且我们设备上每个动作都有对应的位置检测传感器，所以不采用时间控制法），也可以选择采用三菱PLC的步进梯形图指令控制法，作为我们设计动作的向导。 2系统的功能分析1）传送带部分传送带部分的程序通过分析，可分为五个部分。待料运行；从入料口检测到工件到运行到C号位，在这段时间内区分材质；金属工件的处理；白色工件的处理；黑色工件的处理。金属，白色，黑色工件的处理是第2部分的三个分支。在每个分支里，都是顺序控制。需要注意在每个分支执行结束时要执行第1部分，让能系统继续运行。2）机械手部分机械手的动作需要与传送带部分执行的结果相结合，在系统正常工作时，黑色工件到D号位。机械手开始执行第一个动作，利用步进指令编写机械手程序，需要注意机械手动作顺序和每一步的执行条件。依照着这样的规律设计机械手的其余动作（可参看前面相关知识中介绍的动作控制法），整个机械手动作的触发信号顺序为：按下起动按钮第 1 步手伸出 伸出到位第 2 步手下降 下降到位第 3 步手抓紧 抓紧到位第 4 步手上升 上升到位第 5 步手后退 后退到位第 6 步手左转 左转到位第 7 步手伸出 伸出到位第 8 步手松开 松开到位（机械手夹紧信号的常闭触点）第 9 步手后退 后退到位第10步手右转 右转到位机械手动作结束机械手的动作没有任何的分支，每个动作只有对应一个信号可使其转入下一步动作。程序的编写方法和结构可以参看图12-4和图12-5。 3）控制功能启动：按下启动按钮，设备启动。皮带输送机按由位置A向位置D的方向高速运行，拖动皮带输送机的交流电动机的运行频率为35Hz。注意设备启动后传送带就开始运行，检测到工件后变速，同时指示灯HL1由闪亮变为长亮。停止：要注意按下停止按钮，应将当前元件处理送到规定位置并使相应的部件复位后，设备才能停止。设备在重新启动之前，应将出料斜槽和处理盘中的元件拿走。复位: 启动按钮按下，系统得到起动信号后并不立即开始工作过程，要先判断系统当前状态。如果系统各环节处在复位状态，则开始执行工作过程；如果不在复位状态，则按要先进行复位。方式选择：状态一时开关SA1置于“左”位置时为循环运行（各工作步骤连续运行），状态二时开关SA1置于“右”位置时为单次循环（系统单周期运行）；3设备控制要点程序主要包括传送带分检、机械手、料盘控制三大部分。1）传送带的控制及加工处理程序可以结合前面学习的传送带分检控制方法用顺控梯形图或经验编程法实现，不过这里建议大家采用入口光电传器先将黑白工件分出，然后结合第一个位置的金属传感器将三种工件全部分出，三种工件都分检完后还是采用步进指令进行编程，这样更快更可靠，逻辑也很清楚。如果对于复杂的分检加工功能采用经验编程法做也可以做出来，但是有一定的难度；传送带的分检过程要可靠，当工件到达相应位置时，由于传感器可能灵敏度较高，会在工件到达的边沿就检测到信号，为了保证能够准确的到达位置，可以设置一个微调时间用以调整工件到达传感器下方的准确位置；2）机械手动作的搬运过程设计要正确，为了保证运行的流畅性和可看性，可以在部分执行时间过短的动作上加上适当的延时，使整体动作看起来更平稳、流畅。4采用三菱PLC的步进梯形图指令控制的状态。图13-2-2 步进控制状态图五、PLC程序的编写与系统调试1.程序的编写这段程序主要是编写系统在开始正常工作前按下启动按钮后的设备复位，设备在原位时的指示，设备的停止功能。这里主要写了设备正常工作后的待料运行。在循环工作方式下，设备在处理完了一个工件后，应可以进入此状态，以确保设备的正常工作。单周期工作状态和连续工作状态的区别是：单周期工作状态在完成最后一步动作后就停止工作，在程序中我们就可以回到初始状态；而连续工作状态在完成最后一步动作时还要重复前一过程的动作，在程序中我们就可以回到工作步的第一步来实现，可见，两种工作状态只在最后一步动作完成后转入的状态不同。这里采用一个单周期转换开关，如果处于单周期工作状态时X24闭合将循环标志清除，系统执行完一个周期后不再循环。这段程序写了从入料口检测到物料到C号加工处的加工及加工完成后按不同材质分不同情况的处理方法，在到C位时加了延时，这样可以让工件停的位置更加准确。以下是金属工件和白色工件的处理程序，它们采用的处理方法一样，同时为了保证能准确的推入滑槽，可在A，B位的传感器信号都加入延时，用延时后的信号驱动电磁阀。 黑色工件的处理涉及到机械手的动作，在循环信号没有断开时，物料搬离传送带后就开始待料运行，接通S22。这是现代物流自动化的典型应用，比如自动分拣激野线就是很好案例。这要涉及机械、电气、自动化控明陪喊制、计算机系统集成等综合领域；动力里的电机、气缸、液压等机构；输送形式里的皮带机、辊道机、链条机等；控制系统的PLC及现场总线，接近、行程等各种光电开关；还可能涉及到激光测距、条码扫描、红外检测等等吧；另外你要用到cad、3D等各种设计软件奥，祝你早日完成本案例。例如医药行业的电子标签乱慎分拣线、A字机分拣线；烟草行业的自动化分拣线都是典型应用，建议你选择一个方向做下去，很容易实现的。
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