3.4 综合应用实例（课件）《PLC技术及应用》（高教版·第2版）同步精品课堂

任务3.4 综合应用实例 《PLC技术及应用》（高教版·第2版） 同步精品课堂—中职专业课 学习目标 01 03 02 结合物料分拣设备实物图，分组分析传送带、传感器、机械抓手的功能，列出设备核心组成部分，完成设备功能分析报告。 根据“分拣金属与非金属物料”需求，进行系统规划，确定控制对象与动作流程，绘制简单的控制流程图并完成I/O地址分配表。 依据规划方案，设计PLC控制程序，模拟硬件接线逻辑，通过软件仿真调试程序，解决“物料误分拣”等基础问题。 学习目标 课前导入 同学们，在快递分拣中心，成千上万的包裹能快速精准分类，背后正是PLC控制系统在发挥作用。今天我们聚焦“物料分拣控制系统”——看这台模拟设备：传送带运料、传感器识别物料、机械手分拣，它如何实现自动化操作？这节课我们就从设备功能入手，一步步学会规划、设计并调试这套系统，为今后从事自动化设备运维打基础。 如图 3-28所示，YL-235A 物料分拣控制系统主要由储料仓、机械手、分拣传送带等部分组成，并能够实现如下功能： 1.机械手复位功能 PLC上电，机械手手爪放松、手臂上升、悬臂缩回、旋转气缸左旋至左侧限位处停止。 物料分拣控制系统 2.启停控制 机械手复位后，按下启动按钮，储料仓直流电动机转动，传送带低速运行。按下停止按钮，搬运装置完成当前搬运工作后回到初始位置，分拣装置完成当前物料分拣后停止。 3.搬运功能 若接料平台上有物料，储料仓直流电动机停止转动，机械手悬臂伸出一手箨专臂下降→手爪夹紧一手臂上升→悬臂缩回→旋转气缸右转一悬臂伸出一手臂下降，若传送带上无物料，则手爪松开→手臂上升→悬臂缩回→旋转气缸左转至左侧限位处停止。 物料分拣控制系统 4.传送功能 当传送带入料口的光电传感器检测到物料时，传送带由低速变为中速运行，自左向右传送物料。当物料分拣完毕，传送带恢复低速运行。 5.分拣功能 (1)分拣金属物料:当金属物料被传送至位置①时，传送带停转，位置①气缸伸出，将它推入斜槽1内。气缸伸出到位后，活塞杆缩回;缩回到位后，传送带恢复低速运行。 (2)分拣塑料物料:当塑料物料被传送至位置②时，传送带停转，位置②气缸伸出，将它推入斜槽2内。气缸伸出到位后，活塞杆缩回;缩回到位后，传送带恢复低速运行。 物料分拣控制系统 1.硬件配置 (1)送料机构(如图 3-29 所示) 放料转盘：转盘中共放3种物料，即金属物料、白色非金属物料、黑色非金属物料。 驱动电动机：电动机采用24V直流减速电动机，转速6r/min;用于驱动放料转盘旋转。 出料口传感器：物料检测由光电传感器完成，主要为PLC提供个输入信号。 物料检测支架:将物料有效定位，并确保每次只上一个物料。 物料分拣控制系统 (2)机械手搬运机构(如图3-30所示) 整个搬运机构能完成4个自由度动作，机械手臂旋转、悬臂伸缩、手臂上下、手爪松紧。 旋转气缸：机械手臂的正反转，由双向电磁阀控制。 手爪：夹紧和松开物料由双向电磁阀控制，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，在控制过程中不允许两个线圈同时通电。 手臂提升气缸：提升气缸采用双向电磁阀控制。 磁性传感器:用于气缸的位置检测。 悬管伸缩气缸:机械手臂伸出、缩回，由双向电磁阀控制。 物料分拣控制系统 (3)料传送和分拣机构(如图3-31所示) 落料口传感器:检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输 人信号。 落料口:物料落料位置定位。 料槽:放置物料。 电感式传感器:检测金属材料，检测距离为 3~5 mm 光纤传感器:用于检测不同颜色的物料，可通过调节光纤放大器来区分不同颜色的灵敏度。 三相异步电动机:驱动传送带转动，由变频器控制。 推料气缸:将物料推入料槽，由单向电磁阀控制。 物料分拣控制系统 (4)气缸与电磁阀 气缸示意图如图3-32所示。 气缸的正确运动使物料分到相应的位置，只要交换进出气的方向就能改变气缸的伸出(缩回)运动气缸两侧的磁性传感器可以识别气缸是否已经运动到位。 物料分拣控制系统 双向电磁阀示意图如图所示，用来控制气缸进气和出气从而实现气缸的伸出、缩回运动。电磁阀内装的红色指示灯有正负极性，如果极性接反了也能正常工作，但指示灯不会亮。 物料分拣控制系统 单向电磁阀示意图如图所示，用来控制气缸单个方向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。与双向电磁阀的区别在于双向电磁阀初始位置是任意的可以随意控制的两个位置，而单向电磁阀的初始位置是固定的，只能控制一个方向。 物料分拣控制系统 当手爪由单向电磁阀控制时(如图所示)，电磁阀通电手爪夹紧;电磁阀断电，手爪张开。当手爪由双向电磁阀控制时，手爪抓紧和松开分别由一个线 控制，在控制过程中不允许两个线圈同时通电。 物料分拣控制系统 2.I/O 分配(见表 3-1) 物料分拣控制系统 1.硬件设计 该系统电气部分主要有:电源模块、按钮模块、可编程控制器(PLC)模块、变频器模块、三相异步电动机、接线端子排等。 参照图 3-36 中的标注(①~⑩ )，了解电源及按钮模块。 电源模块：三相电源总开关(①)(带漏电和短路保护)、熔断器(②)。 物料分拣控制系统 单相电源插座(③)用于按钮模块和 PLC 模块的电源连接，而电源模块与变频器模块之间的电源连接则采用安全导线方式连接(④)。 按钮模块：提供了多种不同功能的按钮(⑥)和指示灯(⑤)(直流 24V )，急停按钮(⑦)、蜂鸣器(⑧ )、转换开关(⑨ )。所有接口采用安全插拔线连接。内置开关电源(⑩)(24V/6A)为外部设备工作提供电源。 PLC 模块：采用 FXv-48MR 继电器输出，所有接口采用安全插拔线连接。 物料分拣控制系统 变频器模块：E740-0.75kW控制传送带电动机转动，所有接口采用安全插拔线连接，如图 3-37 所示。 物料分拣控制系统 所有的电气元件均连接到接线端子排上，再通过接线端子排连接到安全插孔，并由安全接插孔连接到各个模块。结构为拼装式，各个模块均为通用模块，可以互换，扩展性较强。 (1)设计原理图 本系统电气控制原理图如图 3-38 所示。 物料分拣控制系统 (2)现场安装接线根据电气控制原理图进行电路连接，检查无误后，设置变频器参数(工作模式及速度)。通电检测，确保各部件处于正常工作状态。 物料分拣控制系统 2、软件设计 (1)程序设计 本系统程序采用顺序功能图(SFC)编程方法进行程序设计，其工序流程图及 SFC 程序分别如图 3-39 和图 3-40 所示。 物料分拣控制系统 (2)模拟调试 通过GX Simulator与GX Developer编程软件配合使用进行离线模拟调试，可缩短程序调试时间。 对程序进行逐条检查和验证，改正程序设计中的逻辑、语法数据错误或输入过程中的按键及传输错误，观察各个输入量、输出量之间的变换关系是否符合设计要求。发现问题及时修改，直到完全满足系统的控制要求为止。 物料分拣控制系统 进入现场调试及试运行阶段，要求调试人员认真观察设备的运行情况，若出现问题，应立即解决或切断电源，避免扩大故障范围。在分析、判断故障形成原因(机械、电路、气路或程序)的基础上，进行检修、重新调试，直至设备完全实现功能。 经验收合格便可交付使用，编制形成上述技术文档。 物料分拣控制系统 课堂练习 1.下列不属于系统调试内容的是（ ） A. 硬件接线检查 B. 程序仿真测试 C. 需求分析修改 D. 现场试运行 答案：C 解析：系统调试包括硬件检查、程序仿真、现场试运行等，用于验证设计是否符合需求；需求分析是规划阶段的工作，不属于调试内容。 课堂练习 2.当物料到达分拣位置后，传感器向PLC发送信号，该信号属于（ ） A. 数字量输入 B. 模拟量输入 C. 数字量输出 D. 模拟量输出 答案：A 解析：传感器检测物料有无时输出“有/无”的开关量信号，属于数字量输入；模拟量信号为连续变化的量（如温度、压力）。 课堂练习 3.PLC程序中，用于实现“传送带运行5秒后停止”的指令是（ ） A. 跳转指令 B. 延时指令 C. 比较指令 D. 计数指令 答案：B 解析：延时指令（如TON）可实现定时控制，满足“运行5秒后停止”的需求；跳转指令用于程序分支，计数指令用于累加计数。 课堂练习 4.系统规划中，“确定物料分拣的优先级”属于（ ） A. 硬件规划 B. 软件规划 C. 需求规划 D. 调试规划 答案：C 解析：确定分拣优先级是明确系统“要做什么”的需求分析内容，属于需求规划；硬件/软件规划是“怎么做”的具体设计，调试规划是验证阶段工作。 课堂练习 5.若PLC输出点无信号输出，排除程序问题后，下一步应排查（ ） A. 输入按钮是否损坏 B. 输出元件是否短路 C. 传感器是否正常 D. 控制流程图是否正确 答案：B 解析：输出点无信号，在程序正常的情况下，需检查输出回路（如输出元件短路导致PLC保护）；A、C属于输入回路问题，D是规划阶段问题。 课堂练习 6.物料分拣系统中，传送带的运行由（ ）控制 A. 传感器 B. PLC输出信号 C. 机械手 D. 急停按钮 答案：B 解析：PLC接收传感器、按钮等输入信号后，通过输出信号控制传送带电机的接触器，从而控制传送带运行；A、D是信号源，C是另一执行机构。 课堂练习 7.下列关于系统调试的说法，错误的是（ ） A. 应先硬件调试，后软件调试 B. 可通过仿真软件提前测试程序 C. 调试时无需考虑安全问题 D. 需记录调试过程中的故障及解决方法 答案：C 解析：系统调试必须重视安全，如断开电机主回路进行空载测试、佩戴劳保用品等，防止设备损坏或人员受伤。 课堂练习 8. 在I/O分配表中，通常用下列哪种符号表示输入点（ ） A. Q B. I C. M D. T 答案：B 解析：PLC中常用“I”表示输入点（Input），“Q”表示输出点（Output），“M”表示辅助继电器，“T”表示定时器。 课后作业 画出物料分拣控制系统的硬件组成框图，并标注各部件名称及作用。 针对“分拣金属、塑料、玻璃三种物料”的需求，完成系统I/O地址分配表。 简述物料分拣控制系统从规划到调试的完整流程，说明每个环节的关键任务。 课堂小结 $