1、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。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送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元，构成一
2、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、变频器驱动和步进（伺服）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 RS485 串行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、步进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，使我们得到一个非常接近于实际的教学设备环境，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
3、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。目录1 YL-335B 的系统介绍 .11.1 YL-335B 的组成 .11.2 YL-335B 的电气控制 .21.2.1 YL-335B 工作单元的结构特点 .21.2.2 YL-335B 的控制系统 .21.3 供电电源 .42 供料单元控制系统 .52.1 供料单元的气动系统 .52.1.1 气动元件 .52.1.2 气动控制回路 .52.2 传感器 .62.3 供料单元的 PLC 控制系统 .73 加工单元控制系统 .103.1 加工单元的气动系统 .103
4、.2 加工单元的 PLC 控制系统 .104 装配单元控制系统 .124.1 示灯、传感器 .124.2 装配单元的气动系统 .144.3 装配单元的 PLC 控制系统 .145 分拣单元控制系统 .185.1 旋转编码器、超声波传感器 .185.2 变频器的选用 .195.3 分拣单元的气动系统 .215.4 分拣单元的 PLC 控制系统 .226 输送单元控制系统 .246.1 伺服电机及伺服放大器 .246.2 S7-200 PLC 的脉冲输出功能及位控编程 .256.3 输送单元的气动系统 .256.4 输送单元的 PLC 控制系统 .267 335B 的整体控制 .287.1 任务的
5、实现 .287.2 人机界面组态 .297.3 西门子 PPI 通信 .37总结 .42主要参考文献 .43附录一：各站程序 .44附录二：触摸屏界面 .6501 YL-335B 的系统介绍1.1 YL-335B 的组成 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送料单元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元 5 个单元组成。如图 1-1 所示。图 1-1 YL-335B 外观图每一工作单元既可自成一个独立的系统，同时又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，输送单元的机械手装置整体运动则采取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱
6、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交流异步电动机的传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业应用最为广泛的电气控制技术。本设计中 YL-335B 应用传感器来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装备应用技术中的关键技术之一，也是现代工业实现高度自动化的前提之一。在控制方面，YL-335B 采用基于 RS485 串行通信的PLC 网络控制方案，每一工作单元由一台 PLC 承担其控制任务，各 PLC 之间通过 RS485 串行通信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
7、 PLC 型号及其所支持的 RS485 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上有着广泛的应用，在现代工业网络通信中占据相当的份额。11.2 YL-335B 的电气控制 1.2.1 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。每图 1-2 装置侧接线端口 图 1-3 PLC 侧接线端口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。Y
8、L-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 1-2 和图 1-3 分别是装置侧的接线端口和 PLC 侧的接线端口。装置侧的接线端口的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
9、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。1.2.2 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。 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。模块上的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。模块盒上器件包括： 指示灯（24VDC） ：黄色（HL1） 、绿色（HL2） 、红色（HL3）各一个。 主令器件：绿色常开按钮
10、SB1 一个、红色常开按钮SB2 一个、选择开关 SA（一对转换触点） 、急停按钮 QS（一个常闭触点）22、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，对于采用西门子S7-200 系列 PLC 的设备，YL-335B 的标准配置是采用 PPI 协议的通信方式。设备出厂的控制方案如图 1-4 所示。图 1-4各工作站 PLC 配置如下： 输送单元：S7-226 DC/DC/DC 主单元，共 24 点输入，16 点晶体管输出。供料单元：S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 点继电器输出。加工单元：S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和
11、10 点继电器输出。装配单元：S7-226 AC/DC/RLY 主单元，共 24 点输入，16 点继电器输出。分拣单元：S7-224 XP AC/DC/RLY 主单元，共 14 点输入和 10 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
12、器所需的 I/O 点数，降低生产成本，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 采用了昆仑通态 （MCGS） TPC7062KS 触摸屏作为它的人机界面。 TPC7062KS 是一款以嵌入式低功耗 CPU 为核心（主频 400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了 7 英寸高亮度 TFT 液晶显示屏（分辨率 800480） ，四线电阻式触摸屏（分辨率 40964096） ，同时还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统WinCE.NET（中文版）和 MCGS 嵌入式组态软件（运行版） 。31.3 供电电源外部供电电源为三相五线制 AC 380V
13、/220V，图 1-5 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、加工和分拣单元，及输送单元的直流电源。图 1-5 供电电源模块一次回路原理图4图 1-7 配电箱设备安装图2 供料单元控制系统2.1 供料单元的气动系统2.1.1 气动元件供料站气动控制回路采用标准双作用直线气缸作为执行元件为了使气缸的动作平稳可靠
14、，使用单向节流阀单对气缸的运动速度加以控制，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，也称为速度控制阀。单电控电磁换向阀、电磁阀组。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。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组， 而每个阀的功能是彼此独立的。2.1
15、.2 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与控制功能是由PLC 实现的。气动控制回路的工作原理如图 2-1 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 为安装在推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。5图 2-1 供料单元气动控制回路工作原理图2.2 传感器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
16、识别物体的接近，并输出相应开关信号。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。 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固定位螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧固定螺栓。磁
17、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 2-1 中虚线框内所示。6图 2-1 磁性开关内部电路2、漫射式光电接近开关漫射式光电接近开关供料单元中，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（OMRON）公司的 CX-441（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与显示灯如图 2-2 所示。图 2-2 CX-441（E3Z-L61）光电开关的外形和调节旋钮、显示灯图 2-3 给出该光电开关的内部电路原理框图。图 2-3 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 2-4 所示。
