5.1YL-335B型自动生产线控制（课件）-《PLC应用技术》同步教学（航空工业出版社）

授课教师：xxx PLC应用技术 WENJINGKETANGG YL-335B型自动生产线控制 01 任务引入 YL-335B型自动生产线（见图）由安装在铝合金导轨上的供料单元、加工单元、装配单元、分拣单元和输送单元5个单元组成，每个单元都可自成一个独立的控制系统。 （1）供料单元是起始单元，用来向加工单元提供工件（原料）。供料单元按照需要将放置在料仓中的工件（原料）自动推到工件台上，以便输送单元的抓取机械手装置将其抓取，并送到加工单元。 任务引入 （2）加工单元用来加工工件。它将工件台上的工件（由输送单元的抓取机械手装置送来）送到加工冲压机构下方，完成一次冲压动作，然后送回工件台，待输送单元的抓取机械手装置取出。 （3）装配单元用来将料仓内的小工件嵌入工件中。 （4）分拣单元用来将装配单元送来的工件进行分拣，使不同颜色的工件进入不同的料槽。 （5）输送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工件台上抓取工件，并将其输送到指定地点放下，进而实现工件的输送。 本任务先介绍PLC控制系统的控制要求分析、硬件设计、软件设计、调试等，再进行YL-335B型自动生产线的控制要求分析。 一、PLC控制系统的控制要求分析 分析程序控制的动作内容（如动作时间、动作条件、相关保护和联锁等）和操作方式（如手动、自动等）； 分析控制对象的工作过程与控制系统之间的关系，如各种机械、液压、气动、仪表之间的关系； 分析PLC与控制系统中其他智能装置（如人机界面等，如图所示）之间的关系，网络通信方式，报警的种类与范围，以及停电和紧急处理方式等。 二、PLC控制系统的硬件设计 PLC机型的选择 01 PLC容量的选择 02 I/O模块的选择 03 保护电路的设计 04 二、PLC控制系统的硬件设计 （一）PLC机型的选择 只需要开关量控制的系统 选择具有逻辑运算、定时、计数等功能的小型、整体式PLC。 以数字量控制为主、带少量模拟量控制的系统 选择运算、数据处理功能较强的小型、整体式PLC。 控制要求较复杂的系统 选择中型、大型、模块式PLC。 1．控制要求 知识链接 采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制称为过程控制。 将多台微处理机分散应用于过程控制，通过通信网络、显示器、键盘、打印机等设备，实现高度集中的操作、显示和报警管理的控制系统称为集散控制系统。 二、PLC控制系统的硬件设计 二、PLC控制系统的硬件设计 （一）PLC机型的选择 集中式 不需要设置驱动远程I/O硬件，控制系统反应快、成本低，选择小型PLC即可； 远程I/O式 适用于大型PLC，其分配范围广，PLC可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增加驱动器及远程I/O电源； 多台PLC联网分布式 适用于多台设备既要分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选择小型PLC，但是必须附加通信模块，如图所示。 2．安装方式 二、PLC控制系统的硬件设计 （一）PLC机型的选择 3．响应速度 对于某些个别的场合，则要求考虑PLC的响应速度，可以选择扫描速度快的PLC。 二、PLC控制系统的硬件设计 （一）PLC机型的选择 4．网络通信功能 PLC作为工业自动化的主要控制器，大多数产品都具有网络通信功能。 选择PLC机型时，应考虑其是否需要与其他设备进行通信，以及所需的通信协议和接口。 二、PLC控制系统的硬件设计 经验传承 在选择PLC机型时，应该尽量选择同一种。因为对于同一机型的PLC，其模块可互为备用，便于采购与管理；其功能及编程方法统一，有利于技术人才的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外部设备通用，资源可共享；在使用计算机对PLC进行管理和控制时，通信程序的编制比较方便；此外，容易多台PLC联成一个多级分布式系统，便于相互通信、集中管理、充分发挥网络通信的优势。 二、PLC控制系统的硬件设计 （二）PLC容量的选择 PLC容量是指PLC的I/O点数和用户存储器的存储容量。 PLC容量的选择主要包括I/O点数的确定和存储容量的确定。 1．I/O点数的确定 应该合理地选择PLC的I/O点数，在满足控制要求的前提下力争使用的I/O点数最少，但必须有一定的余量。 2．存储容量的确定 用户程序所需要的存储容量不仅与PLC控制系统的功能有关，还与功能实现的方法、编程水平有关。 二、PLC控制系统的硬件设计 （三）I/O模块的选择 开关量I/O模块 距离较近的场合一般选择直流5 V、12 V、24 V的开关量I/O模块。 距离较远的场合一般选择电压等级较高的开关量I/O模块。 模拟量I/O模块 根据实际需要选择，同时还应考虑分辨率和转换精度等因素。 特殊功能I/O模块 用来直接接收低电平信号。应该根据实际情况合理选择。 二、PLC控制系统的硬件设计 （四）保护电路的设计 保护电路是指保护负载或控制对象，以及防止操作错误或控制失败而进行联锁控制的电路。 互锁 01 02 极限保护 03 04 失压保护与紧急停止 短路保护 保护电路设计 三、PLC控制系统的软件设计 软件设计是指根据PLC控制系统的控制要求和硬件结构，使用相应的编程语言，对用户程序的编写和相应文件的形成过程。 程序可分为基本程序和模块化程序。 （1）基本程序既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块构造中的单元程序。基本程序的构造可分为顺序构造、条件分支构造和循环构造3种。 （2）模块化程序是指把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的模块程序，分别进行编写和调试，最后组合成一个的完整程序。 四、PLC控制系统的调试 PLC控制系统的调试是设备正式投入使用之前的必经步骤： 首先按控制要求将电源、外部电路与I/O端子连接好； 其次将PLC与现场设备连接； 再次将程序下载到PLC中； 最后在正式调试前全面检查整个PLC控制系统，包括电源接线、I/O接线等，保证整个硬件连接正确无误即可送电。 知识链接 PLC控制系统是一种用于工业自动化控制的设备。 在PLC运行中，许多外部及内部因素产生的干扰，会使程序运行错误，并造成设备的失控和误动作，存在极大的安全隐患。这就需要提高PLC控制系统的抗干扰性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力，另一方面要求工程设计、安装施工和使用维护中有效地增强PLC控制系统的抗干扰性。 提高PLC控制系统抗干扰性的措施包括对电源干扰的防护措施、接地设计和I/O信号防干扰措施。 四、PLC控制系统的调试 知识链接 1．对电源干扰的防护措施 在PLC控制系统中，电源占有重要的地位。PLC控制系统的供电电源、变压器供电电源和与PLC控制系统有直接电气连接的仪表供电电源等，可使电网干扰信号进入PLC控制系统。 对于PLC控制系统的供电电源，一般应采用隔离性能较好的供电电源；对于变压器供电电源和与PLC控制系统有直接电气连接的仪表供电电源，应选择分布电容小、抑制带大的配电器，以减少对PLC控制系统的干扰。 此外，还可以采用硬件滤波措施。例如，在干扰较强或可靠性要求较高的场合，应该使用带屏蔽层的隔离变压器对PLC控制系统供电，还可以在隔离变压器的一次侧串接滤波器。 四、PLC控制系统的调试 知识链接 2．接地设计 完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一，接地系统的接地方式一般可包括串联单点接地、并联单点接地、多分支单点接地3种。 集中布置的PLC控制系统应采用并联单点接地方式，各装置中心的接地点以单独的接地线引向接地极。分散布置的PLC控制系统应采用串联单点接地方式，用一根大截面铜母线（或绝缘电缆）连接各装置中心的接地点，然后将接地母线直接引向接地极。小型PLC控制系统多采用多分支单点接地，将每个设备的接地端子单独引向接地极，这种接地方式在电气上确保了每个设备都完全独立。 四、PLC控制系统的调试 知识链接 3．I/O信号防干扰措施 某些干扰信号会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的控制系统，还将产生I/O信号间互相干扰，造成逻辑数据变化、设备误动作或死机。 PLC控制系统可采取I/O信号防干扰措施，来减小I/O信号干扰对PLC控制系统的影响。 首先，应选择带抗干扰功能的I/O模块； 其次，在安装与布线时注意采用抗干扰方式； 最后，PLC应远离强干扰源，如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备等。 四、PLC控制系统的调试 任务分析 在掌握了PLC控制系统的控制要求分析、硬件设计、软件设计、调试等知识后，开始进行YL-335B型自动生产线控制要求分析。 若要完成本任务，则需要先了解YL-335B型自动生产线各单元的结构和控制要求，再明确控制任务。其中，YL-335B型自动生产线包括供料单元、加工单元、装配单元、分拣单元、输送单元。 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 1．供料单元的控制要求分析 供料单元主要包括料仓、推料气缸、顶料气缸、磁性传感器、光电传感器、工件台等，如图所示。 工件垂直叠放在料仓中，推料气缸与最下层工件处于同一水平位置，并且其活塞杆可从料仓底层通过。 1）了解供料单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 1．供料单元的控制要求分析 供料单元的控制要求如下。 （1）当推料气缸在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。 （2）当需要将工件推到工件台上时，顶料气缸的活塞杆首先推出，压住次下层工件，推料气缸的活塞杆再推出，把最下层工件推到工件台上。 （3）在把工件推到工件台上后，推料气缸的活塞杆先一步返回并从料仓底层抽出，顶料气缸的活塞杆再返回，松开次下层工件，工件在重力的作用下自动向下移动，为下一次推出工件做好准备。 1）了解供料单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 1．供料单元的控制要求分析 供料单元的控制任务如下。 （1）按下启动按钮，顶料气缸推出，顶住次下层工件，然后推料气缸推出，把工件推到工件台上。 （2）磁性传感器检测到推料气缸全部推出后，推料气缸退回，然后顶料气缸退回。 （3）工件台上的工件被取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。 （4）若在供料单元工作中按下停止按钮，则供料单元在本工作周期完成后，停止工作。 2）明确供料单元的控制任务 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 2．加工单元的控制要求分析 加工单元主要包括工件台（气动手指、手指气缸和连接座）、滑动机构（滑动底板、伸缩气缸和导轨）、加工冲压机构、传感器、PLC控制器、电气接线端子排组件和电磁阀组等。工件台及滑动机构如图所示。 1）了解加工单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 2．加工单元的控制要求分析 加工单元控制要求如下。 （1）加工单元的初始状态为伸缩气缸伸出、工件台的气动手指张开。 （2）在传感器检测到工件台上有工件后，PLC控制器驱动气动手指将工件夹紧。 （3）滑动机构的伸缩气缸将工件台上的工件送到加工冲压机构的冲压主轴气缸下方，冲压主轴气缸活塞杆向下伸出并冲压工件，完成冲压动作。 （4）冲压主轴气缸活塞杆向上缩回，滑动机构带动工件台重新返回到初始位置，到位后气动手指松开，完成工件加工并发出工件加工完成信号，为下一次的工件加工做准备。 1）了解加工单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 2．加工单元的控制要求分析 加工单元的控制任务如下。 （1）按下启动按钮，加工单元启动。若工件台有工件，则气动手指将工件夹紧，伸缩气缸缩回，冲压主轴气缸活塞杆向下伸出。 （2）冲压主轴气缸活塞杆在伸出到固定位置后复位，伸缩气缸伸出，气动手指复位。 （3）输送单元取走工件台上的工件之后，加工单元进入下一个工作周期。 （4）若在工作过程中按下停止按钮，则加工单元在完成本次加工后停止工作。 2）明确加工单元的控制任务 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 3．装配单元的控制要求分析 装配单元主要包括落料机构（料仓、顶料气缸和挡料气缸）、安装机械手（升降气缸、手指气缸和气动手指）、安装台、警示灯等，如图所示。 1）了解装配单元的结构和控制要求 1—底板；2—摆动气缸；3—旋转工件台；4、8—光电传感器；5—料仓底座；6—警示灯； 7—料仓；9—升降气缸；10—手指气缸；11—气动手指；12—安装台；13—接线端口； 14—伸缩气缸；15—伸缩导杆；16—顶料气缸；17—挡料气缸。 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 3．装配单元的控制要求分析 装配单元的控制要求如下。 （1）输送单元将工件输送至装配单元的安装台。 （2）料仓的传感器检测到工件后，顶料气缸伸出并顶住倒数第二个小工件，挡料气缸缩回，这时，料仓中最底层的小工件落到旋转工件台上。 （3）挡料气缸伸出到位，顶料气缸缩回，料仓中所有工件整体向下掉落一层。 （4）旋转工件台按顺时针旋转180°，将工件旋转到安装机械手下方，安装机械手的升降气缸驱动气动手指向下移动，到位后，手指气缸驱动气动手指夹紧小工件。 （5）升降气缸复位，被夹紧的小工件随手指气缸一并提起，离开料盘，并提升到最高位。 1）了解装配单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 3．装配单元的控制要求分析 装配单元的控制要求如下。 （6）伸缩气缸在与之对应的换向阀的驱动下伸出活塞杆，移动到伸缩气缸前端位置。 （7）升降气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，小工件落入工件孔内。 （8）升降气缸和伸缩气缸缩回，安装机械手恢复初始状态，为下一个安装循环做好准备。 1）了解装配单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 3．装配单元的控制要求分析 装配单元的控制任务如下。 （1）按下启动按钮，装配单元启动。若料仓有工件，则依次执行顶料气缸伸出、挡料气缸缩回、挡料气缸复位、顶料气缸复位、摆动气缸右旋操作。 （2）若摆动气缸旋转到位，则依次执行升降气缸伸出、手指气缸夹紧、升降气缸复位、伸缩气缸伸出、升降气缸伸出、手指气缸松开、升降气缸复位、伸缩气缸复位操作。 （3）完成装配任务后，安装机械手应返回初始位置，等待下一次装配。 （4）若在工作过程中按下停止按钮，则供料单元应立即停止供料。装配单元在完成此次装配后停止工作。 2）明确装配单元的控制任务 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 4．分拣单元的控制要求分析 分拣单元（见图）主要包括传送和分拣机构、传送带驱动机构、电磁阀组和气动元件、底板、端子排组件等。 1）了解分拣单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 4．分拣单元的控制要求分析 分拣单元的控制要求如下。 （1）在装配单元送来的工件放到传送带上后，入料口的漫射式光电传感器检测到工件，则变频器启动、电动机启动、传送带工作、工件进入分拣区。 （2）如果进入分拣区的工件为金属工件，则负责检测金属工件的电感式传感器动作，1号推料气缸根据启动信号伸出，将金属工件推到1号滑槽里。 （3）如果进入分拣区的工件为白色工件，则负责检测白色工件的光纤传感器动作，2号推料气缸根据启动信号伸出，将白色工件推到2号滑槽里。 （4）如果进入分拣区的工件为黑色工件，则负责检测黑色工件的光纤传感器动作，3号推料气缸根据启动信号伸出，将黑色工件推到3号滑槽里。 （5）每当一个工件被推入滑槽里，分拣单元便完成一个工作周期，随即等待下一个工件放到传送带上。 1）了解分拣单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 4．分拣单元的控制要求分析 （1）按下启动按钮，分拣单元启动。若检测到入料口有工件，则开始计时，2 s 后电动机启动并以固定的频率运行。 （2）当工件经过1号推料气缸支架上的电感式传感器时，电感式传感器检测其是否为金属工件：若工件为金属工件，则电感式传感器动作，电动机停止运转，1号推料气缸将金属工件推入1号滑槽；反之，电感式传感器不动作，电动机继续运转。 （3）当工件经过2号推料气缸支架上的光纤传感器时，光纤传感器检测其是否为白色工件：若工件为白色工件，则光纤传感器动作，电动机停止运转，2号推料气缸将白色工件推入2号滑槽；若工件为黑色工件，则光纤传感器不动作，电动机继续运转。 2）明确分拣单元的控制任务 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 4．分拣单元的控制要求分析 （4）当最终剩下的黑色工件经过3号推料气缸支架上的光纤传感器时，光纤传感器动作，电动机停止运转，3号推料气缸将黑色工件推入3号滑槽。 （5）在任意工件被推入滑槽后，对射式光电传感器动作，推料气缸复位。 （6）若在运行过程中按下停止按钮，则分拣单元在完成本次分拣后停止工作。 2）明确分拣单元的控制任务 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 5．输送单元的控制要求分析 输送单元主要包括抓取机械手装置（见图）、直线运动传动组件、电磁阀组、气动元件、伺服电机等。 1）了解输送单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 5．输送单元的控制要求分析 输送单元的控制要求如下。 （1）当供料单元的工件台有工件时，输送单元的抓取机械手装置从供料单元的工件台抓取工件。 （2）抓取工件完成后，伺服电机驱动抓取机械手装置向加工单元移动，抓取机械手装置将工件输送到加工单元的工件台并放下。 （3）放下工件后，手指气缸缩回等待加工完成，抓取机械手装置将加工好的工件输送到装配单元的工件台并放下。 1）了解输送单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 5．输送单元的控制要求分析 输送单元的控制要求如下。 （4）待工件装配完成后，抓取机械手装置抓取装配好的工件，抓取动作与供料单元相同，摆动气缸按逆时针旋转90°，伺服电机驱动抓取机械手装置将装配好的工件输送到分拣单元，并将工件在分拣单元传送带上方入料口处放下。 （5）放下工件后，抓取机械手装置的双杆气缸缩回，返回原点等待下一个循环动作。 输送单元既可以独立完成输送，也可以与其他单元协同工作。 1）了解输送单元的结构和控制要求 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 5．输送单元的控制要求分析 输送单元的控制任务如下。 （1）按下启动按钮，输送单元启动。抓取机械手装置从供料单元工件台抓取工件，依次执行双杆气缸伸出→气动手指夹紧→升降气缸上升→双杆气缸缩回动作。 （2）抓取动作完成后，伺服电机驱动抓取机械手装置向加工单元移动，移动速度不小于300 mm/s。 （3）抓取机械手装置移动到加工单元工件台的正前方后，依次执行双杆气缸伸出→升降气缸下降→气动手指松开→双杆气缸缩回动作。 （4）放下工件2 s后，抓取机械手装置执行抓取加工单元工件的动作。抓取顺序与供料单元相同。 2）输送单元的控制任务 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 5．输送单元的控制要求分析 输送单元的控制任务如下。 （5）抓取动作完成后，伺服电机驱动抓取机械手装置移动到装配单元工件台的正前方，执行放下工件的动作，顺序与加工单元相同。 （6）放下工件2 s后，抓取机械手装置执行抓取装配单元工件的动作。抓取顺序与供料单元相同。 （7）抓取机械手装置缩回后，旋转工件台按逆时针旋转90°，伺服电机驱动抓取机械手装置从装配单元向分拣单元输送工件，并执行放下工件的动作，顺序与加工单元相同。 2）输送单元的控制任务 任务实施——YL-335B型自动生产线控制要求分析 5．输送单元的控制要求分析 输送单元的控制任务如下。 （8）放下工件后，抓取机械手装置缩回，然后执行返回原点的操作。伺服电机驱动抓取机械手装置以400 mm/s的速度返回，返回900 mm后，摆台按顺时针旋转90°，然后以100 mm/s的速度返回原点停止。 （9）若在工作过程中按下停止按钮，则在抓取机械手装置返回原点后，输送单元停止工作。 2）输送单元的控制任务 课堂小结 YL-335B型自动生产线控制 PLC控制系统的控制要求分析 PLC控制系统的硬件设计 PLC机型的选择 控制要求 安装方式 响应速度 网络通信功能 PLC容量的选择 I/O点数的确定 存储容量的确定 I/O模块的选择 保护电路的设计 PLC控制系统的软件设计 PLC控制系统的调试 谢 谢 WENJINGKETANGG $$