2022年第章自动化制造系统 .pdf

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1、第 6 章 自动化制造系统6.1 概述6.2 直线型自动化生产线6.2.1 Festo MPS系统概述模块化生产加工系统（MPS，Modular Production System ）是由德国FESTO 公司出品的教学设备。 MPS 体现了机电一体化技术的实际应用。MPS 设备是一套开放式的设备，用户可根据自己的需要选择设备组成单元的数量、类型， 最多可由9 个单元组成， 最少时一个单元即可自成一个独立的控制系统。由多个单元组成的系统可以体现出自动生产线的控制特点。MPS 设备一般由PLC（Programmable Logic Contoller, 可编程程序逻辑控制器）控制。PLC 是专为工

2、业过程控制而设计的控制设备，在工业控制领域中应用非常广泛。在由 5 个单元组成的MPS 系统中，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）、电工电子技术、传感器应用技术、PLC 控制技术等。利用该系统， 可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者在一个非常接近于实际的教学设备环境，使学习者在学习过程中很自然的就将理论应用到实际中，实现了理论与实践的完美结合，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。0.2.2 MPS 的基本组成及基本功能5个单元组成的MPS 系统可以较为真实的模拟出一条自动生产加工流水线的工作过程。1.基本组成MPS 由供料单元、监测单

3、元、加工单元、操作单元和分拣单元等5 个单元组成。其中，每个工作单元都可以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主要是气动执行机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信号来判断。在 MPS 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、物体的通过状态、 物体的颜色和材质等。传感器技术是机电一体华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。在控制方面，MPS 设备采用PLC 进行控制，用户可根据需要选择不同厂家的PLC。MPS 设备的硬件结构是相对固定的，但学习者可以根据自己对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定

4、的生产工艺过程，然后再通过编写PLC 控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS 设备的控制。2.基本功能MPS 设备给学习者提供了一个半开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是， 设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行、各个单元之间如何配合、最终使 MPS 模拟一个什么样的生产加工控制过程、MPS 作为一条自动生产流水线具有怎样的操作运行模式等，学习者都可以根据自己的理解，运用所学的理论知识，设计出PLC 控制程序，使 MPS 设备实现一个最符合实际的自动控制过程。但 MPS 设备的每个单元都具有最基本的功能，学习者只能在这些基本功能的基础上进行设计与发挥。名师资料总结 -

5、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 20 页 - - - - - - - - - 各个单元的基本功能如下. (1)供料单元的基本功能：按照需要将放置在料仓中的待加工工件（毛坯料）自动地取出，并将其传送到第二个工作单元检测单元。(2)检测单元的基本功能：将供料单元传来送来的待加工工件进行颜色及材质的识别，并进行高度检测，将符合要求的工件通过上滑槽分流到下一个工作单元加工单元；将不符合要求的工件从下滑槽剔除。(3)加工单元的基本功能：将检测单元传送过来的待加工工件进行模拟钻孔加工，

6、并可以对加工结果进行检测。（4）操作手单元的基本功能。将加工单元加工后的工件从加工单元取走，取出的工件可以有两个流向：对符合要求的工件，送往下一个单元分拣单元；对不符合要求的工件，则放到本单元的滑槽中剔除。（5）分拣单元的基本功能：可以将上一单元传送过来的工件按颜色或材质的不同，分别从不同的滑槽中分流。第 6 章供料单元的结构与控制6.1 供料单元的结构6.1.1 供料单元的功能供料单元是MPS 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。相当于实际生产加工系统（生产线）中的自动上料系统。它的具体功能是：按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出，并将其传送

7、到第二个工作单元检测单元。如图6-1 所示为供料单元实物的全貌。图 6-1 供料单元实物的全貌6.1.2供料单元的结构组成供料单元的结构组成如图6-2 所示。 其主要结构组成为：I/O 接线端口， 真空发生器，真空检测传感器，对射式光电传感器，磁感应式接近开关，CP 阀组，消声器，气源处理组件，进料模块，转运模块，走线槽，铝合金板等。图 6-2 供料单元的结构组成1.I/O 接线端口I/O 接线端口1 如图 6-3 所示。它是该工作单元与PLC 之间进行通信的线路连接端口。该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC 上。它有8 个输入接线端

8、子和8 个输出接线端子，在每一路输入、输出上都有 LED 显示，用于显示相应的输入、输出信号状态，供系统调试使用。并且，在每一个端子旁都有数字标号，以说明端子的位地址。接线端口通过导轨固定在铝合金板上。图 6-3 I/O 接线端口2.气源处理组件气源处理组件如图6-4 所示，它是气动控制系统中的基本组成器件，它的作用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。在该气源处理组件的气路出口处安装一个气路开关，用于关闭气源， 使之不再向工作气路送气。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。图 6-4 气源处理组件名师资料总结 -

9、- -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 20 页 - - - - - - - - - 3.进料模块进料模块如图6-5 所示。该模块用于储存工件原料，并在需要时将料仓中的工件分离出来，为转送模块取走一个工件做好准备。图 6-5 进料模块该模块主要由料仓、推料杆、双作用气缸（以下称为推料缸）、磁感应式接近开关、对射式光电传感器组成。其中， 推料杆的作用是将工件从料仓的底部推出，它是固定在气缸的活塞杆上的，由气缸驱动它动作。它的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从

10、料仓的底部通过，当推料杆在退回的位置时，它与最下层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动推料杆推出时， 推料杆便将最下层的工件推到预定位置，从而把工件移出料仓；而当气缸驱动推料杆返回并从料仓底部抽出时，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次的工件分离做好了准备。在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，如图6-6（a）所示。磁感应式接近开关的基本工作原理是：当磁性物质接近传感器时，传感器便会动作，并输出传感器信号。 若在气缸的活塞（或活塞杆）上安装上磁性物质，在气缸缸筒外面的两端位置各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。当气

11、缸的活塞杆运动到哪一端时，哪一端的磁感应式接近开关就动作并发出电信号。在PLC 的自动控制中， 可以利用该信号判断推料缸的运动状态或所处的位置，目的是间接判断工件是否从料仓中分离出来及是否送到预定的位置。在传感器上设置有LED 显示传感器的信号状态，供调试时使用。 传感器动作时， 输出信号 1，LED 灯亮；传感器不动作时，输出信号0。LED不亮。传感器的安装位置可以调整，调整方法如图6-6（ b）所示。图 6-6 磁感应式接近开关在该模块料仓的底层位置，安装有对射式光电传感器的探头，用于检测料仓中存储料的情况（有无料） 。该对射式光电传感器2 由光纤（探头）和光电传感器主体组成，如图6-7

12、所示。光纤（探头）共有两根，一根用于导出光线，一根用于导入光线，其作用只是传导光。注意：光纤在安装和使用中，不能将其折成“死湾”或使其受到其他形式的损伤。对射式光电传感器的工作原理如图6-7（b）所示。光电传感器在工作中其光发射头始终是有光发出的，光发射头与接受头相对而置，当光发射头与光接受头之间无障碍物时，光线可以到达接受端， 使传感器动作而输出信号1； 当光发射头与光接收头之间有障碍物时（如本工作单元料仓中的工件），则光线被遮挡住，不能到达接收端，从而使传感器不能动作，而输出信号0。在传感器上有输出信号1 时， LED 点亮；输出信号0 时， LED 熄灭。图 6-7 对射式光电传感器由此

13、可知， 在该工作单元中，料仓中有无存储料的情况，可以通过安装在料仓底部的对射式光电传感器的信号状态反映出来。在控制程序中， 就可以利用该信号状态来判断料仓中有无存储料的情况，为实现自动控制奠定了硬件基础。4.转运模块转运模块如图6-8 所示。它的功能是抓取工件，并将工件传送到下一个工作单元。转运模块主要由转动气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置和行程开关组成。转动气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为180o，转角可以根据需要进行调整。转动气缸的外观如图6-9 所示。转动气缸的转角调整方法如下。步骤 1：松开凸轮固定螺栓；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -

14、 - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 20 页 - - - - - - - - - 图 6-8 转运模块外观图 6-9 转动气缸步骤 2：移动相应的行程凸轮到预定停止位置；步骤 3：旋紧固定螺栓。在转动气缸的两个极限位置上各装有一个行程开关，利用行程开关的信号状态来标识两个极限位置， 其作用与传感器相同。在控制程序中， 通过对该信号状态的判断来得知转动气缸是否处于或到达极限位置。行程开关的状态是通过行程凸块的挤压来实现的，如图6-10所示。图 6-10 行程开关的动作过程真空吸盘用于抓取工件。吸盘内腔的负

15、压 （真空） 是靠真空发生器产生的。真空发生器的基本工作原理是引射原理。引射原理如图6-11 所示。图中C 口、 D 口与大气相通，压缩空气以一定高速由A 口进入，由于管道出口B 处（喷嘴）的截面积急剧缩小，所以B 口处气体的流速进一步升高，从而在B 口的附近形成了一个负压区域，造成B 口处的压力小于C 口。 B、C 之间的压差使得C 口附近的物体被吸向C 口，若物体大于C 口的截面积，则物体就被吸附在C 口。 B-C 之间的管道内就会保持一定的负压（一定的真空压力），若在 B-C之间接入一个真空压力检测传感器，则利用真空检测传感器的输出信号，就可以判断在C口是否有物体被吸住。真空发生器实物如

16、图6-12 所示。图 6-12 真空发生器真空检测传感器实物外观如图6-13 所示。它是具有开关量输出的真空压力检测装置，当进气口的气压小于一定的负压（真空）值时，传感器动作，输出开关量1，同时LED 点亮，否则，输出信号0， LED 熄灭。图 6-13 真空检测传感器真空吸盘在摆臂转动的过程中，应始终保持垂直向下的姿态，以使被运送的工件在运送过程中不致翻转。真空吸盘方向保持装置就是用于实现这个目的，其结构如图6-14 所示。真空吸盘方向保持装置采用的是简单的机械传动机构，非常实用有效。 为了更清楚地了解其工作原理，首先对其结构作一个简要的说明。如图6-14（b）所示，转动气缸固定在支架上，

17、输出轴从固定齿轮的轴孔中穿过，并可以自由转动，摆臂通过平键与转动气缸的转轴相连接；摆臂的另一端安装着吸嘴（架），吸嘴架的转轴超过摆臂与活动齿轮固定连接在一起，这样，活动齿轮就可以带动吸嘴转动了。如图6-14（a）所示，当转动气缸驱动摆臂向右转动时， 则摆臂与固定齿轮之间形成相对运动，导致皮带的运动，通过皮带带动了活动齿轮的转动， 而活动齿轮是与吸嘴固定在一起的，从而导致了吸嘴的转动，它们各自的运动方向在图中已清楚地标出，只要传动比为1：1（固定齿轮与活动齿轮的齿数相同），就可以做到：摆臂转动的角度等于吸嘴转动的角度，因此， 保证了吸嘴在摆臂转动的过程中始终保持初始方向（垂直向下）不变。5.CP

18、 阀组阀组， 顾名思义， 就是将多个阀集中在一起构成的一组阀，而每个阀的功能是彼此独立的。 CP 阀组的外观如图6-15 所示。该阀组由二位五通的带手控开关的单侧电磁先导控制阀、二位五通的带手控开关的双侧电磁先导控制阀和三位五通的带手控开关的双侧电磁先导控制阀组成。用它们分别对推料缸（推料杆）、真空发生器（真空吸嘴）和转动气缸（摆臂）的气路进行控制，以改变各自的动作状态。如图 6-15 所示，手控开关是向下凹进去的，须使用专用工具才可以进行操作，如图 6-16所示。向下按时，信号为1，等同于该侧的电磁信号为1；常态下，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

19、对相应气路的控制，以改变推料杆等执行机构的状态，达到调试的目的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 20 页 - - - - - - - - - 注意：在阀的电磁控制信号为1 时，不要使用手控开关，以免造成故障或设备损坏。图 6-14 真空吸盘方向保持装置图 6-15 CP 阀组图 6-16 CP 阀组的手控操作图 6-17 消声器的实物外观6.消声器消声器的外观实物如图6-17 所示。消声器的作用是减少压缩空气在向大气排放时的噪声。气动控制电路气动控制系统是

20、该工作单元的执行机构，该执行机构的控制逻辑功能是由PLC 实现的。气动控制回路的工作原理如图6-18 所示。图中1A 为推料缸； 1B1 和 1B2 为安装在推料缸的两个极限位置的磁感应式接近开关，用它们发出的开关量信号可以判断气缸的两个极限位置； 2A 为真空发生器，当其工作时实现吸取工件的动作；2B1 为真空压力检测传感器，当吸住工件后，该传感器动作，可以用该传感器的信号来判断是否吸住了工件；3A 为转动气缸； 3S1、3S2 是用于判断转动气缸运动的两个极限位置的行程开关；1Y1 为控制推料缸的电磁阀的电磁控制端；2Y1、2Y2 为控制真空发生器的电磁阀的两个电磁控制端；3Y1、3Y2为

21、控制转动气缸的电磁阀的两个控制端；OZ 为气源处理组件。注意，图中的3 个电磁阀是集成在一个CP 阀组上的。图 6-18 供料单元气动控制回路工作原理图电气通信接口地址MPS 中的所有单元都是由PLC 控制的，每个单元与PLC 之间的通信电路连接是通过上面所介绍的I/O 接线端口实现的。在MPS 系统中，各单元的需要与PLC 进行通信连接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先连接到了各自的I/O 接线端口上，这样，当用通信电缆与PLC 连接好时，这些器件在PLC 模板上的地址就固定了。要确定字节地址就要看通信电缆所接的是哪一个模板的接口，然后根据该模板所在的槽号

22、来确定字节地址；位地址的确定是很简单的，只要知道个器件是接到I/O 接线端口的一位（07）即可，因为I/O 接线端口的位（标号）与PLC 模板的位（标号）是一一对应的。供料单元的主要技术数据气源工作压力：最小6bar,最大 8bar。I/O 接口：开关量，6 个输入 /5 个输出。输入用于传感器信号的传输，输出用于执行机构的控制信号的传输。在本节中， 通过介绍供料单元的结构，给大家综合介绍了机械传动知识的应用（真空吸盘方向保持装置） 、气动控制知识的应用（实际的气缸、电子气动控制回路）、传感器技术知识的应用、 PLC 控制技术的应用等。通过学习大家了解到了机械技术、气动控制技术、传感器技术、电

23、子技术、PLC 技术是如何在一个设备中有机地结合在一起的，这就是机电一体化控制技术具体应用的一个实际例子，并请大家在以后的学习中注意认真体会。学生活动：观察了解供料单元的PLC 的 I/O 接口情况1.活动目的（1）熟悉 MPS 系统中供料单元的结构组成；（2）查明供料单元中PLC 的 I/O 接口地址；（3）了解气动机械手的工作原理、传感器技术及其应用。2.活动内容名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 20 页 - - - - - - - - - （1）在教师

24、的指导下，观察了解供料单元的结构。（2）查明气动执行机构的组成（气缸、控制阀），通过手动操作控制阀分别控制各个气动执行机构（气缸、真空发生器）动作，观察分析控制信号与气动执行机构动作之间的关系，然后画出气动控制回路原理图，并与图6-18 相比较，看是否一致。（3）查明各电控阀的电控信号所对应的PLC 接口地址（输出地址） 。（4）认识了解该工作单元中所使用的传感器；在教师的指导下，查明各传感器的类型、符号名（如 1B1） 、安装装置、 作用及其对应的PLC 的接口地址 （输入地址） 。请将数据保存好，在以后编写控制程序时要使用这些数据。3.要求与建议（1）根据观察的结果，画出气动控制回路原理图

25、。（2）将查明的该单元执行机构的情况及其与PLC 的接口情况进行整理，并以适当的形式表达出来。主要表达内容包括：PLC 的 I/O 的接口地址使用情况；各地址所对应的输入 /输出设备的符号及名称；输入/输出设备的用途；各地址的信号状态与设备的工作状态之间的关系。建议：（1）PLC 的 I/O 接口情况用I/O 接口图表示；（2）其他内容用表格列出。示范表格如表6-1 所示。表 6-1 供料单元PLC 的 I/O 地址与设备之间的关系4.注意事项（1）在气动执行元件接通起源的情况下，禁止用手直接扳动气动元件。（2）在 PLC 处于 RUN 模式或 RUN-P 模式并运行用户程序时，禁止用手动方式

26、操作电控阀。（3）在观察结构时，不要用力拽导线、气管；不要拆卸元器件及其他装置；遇有不能解决的问题，及时请教指导老师。6.2 供料单元的PLC 控制及编程MPS 设备的特点是， 各组成单元既可以各自独立成为一个自动化系统，又可以连接起来组成一条自动化生产线。各组成单元无论是作为独立的设备还是作为生产线的一部分，都需要通过一个核心控制设备来控制，这里采用的控制设备是PLC。为了使学习者能循序渐进地掌握PLC 控制的特点，掌握PLC 控制程序的编写，在本节中，从控制最简单的执行机构开始，介绍编写PLC 控制程序的基本方法。6.2.1摆动气缸的控制1.设备的控制功能一台用PLC 控制的机电一体化的自

27、动化设备，PLC 的主要作用是用以实现输入设备与输出设备之间的逻辑关系，而这一逻辑关系又是通过存储在PLC 中的用户程序建立起来的。如果从PLC 的角度来说，就是将连接到PLC 上的各个输入信号与输出信号之间建立一定的逻辑关系。复杂的设备，输入信号与输出信号相对多一些，逻辑关系也复杂一些。从生产设备的控制功能来看，一台生产设备大致可以具有以下控制功能：? 自动连续控制；? 手动单循环控制；? 手动单步控制；? 停止控制；? 急停控制；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6

28、 页，共 20 页 - - - - - - - - - ? 复位控制。自动连续控制功能：用于实现生产设备的自动化连续生产。在设备满足正常启动条件的情况下，只需要按一下启动按钮，设备就按照预先设置好的程序运行，实现产品的批量生产。手动单循环控制：用于实现产品的单件生产或者试生产。手动单步控制：用于设备调试。在对设备进行调试时，通常需要让设备的各个执行机构单独动作，以便于调试设备，并且每一步动作都必须要受操作者的控制。手动单步控制功能就是针对此目的而设计的。停止控制：用于实现生产设备在正常运行状态下，需要停止生产的情况。一般地，使用该控制功能停止设备时，指令发出后，已经进入加工程序的工件应当继续加

29、工，直至加工完毕，设备才真正停止运行。急停控制：是一种安全保护控制功能。当设备在运行过程中出现了某种危险情况，危及到人身安全、 设备安全或生产安全的时候，应当能够通过人为的干预设备立刻停止运行。这种控制功能应该算是随时可以实现的。它不同于“停止”的控制功能，在“急停”指令发出后，所有的执行机构无论其运行状态、运行位置如何，都要立即停止运行，并保持不动。复位控制： 当生产设备的执行机构由于某种原因不满足运行初始条件时，就需要有这样的一个控制功能：通过简单的操作（如按下“复位”按钮）就能使设备复位到能够满足运行的初始状态。造成设备不满足运行初始条件原因可能有：调试操作后、在“急停”危险情况消除后。

30、以上这些控制功能，当设备的硬件结构确定了以后，都可以通过PLC 的程序来实现。2.手动单循环控制首先，从控制单一的执行机构入手，介绍控制程序的编写方法。供料单元的部分I/O 接口情况如图6-19 所示。 I/O 接口地址的情况说明如表6-2 所示。（1）控制任务。在手动操作模式下，按启动按钮时，每次启动，摆臂只执行一个摆出摆入的动作循环，即每执行一个新的工作循环都需按一下启动按钮。并且，要求在启动时，摆臂必须是出于最左端位置，摆出时要到达最右端才能摆回。图 6-19 PLC 的 I/O 接口图表 6-2 供料单元PLC 的部分 I/O 地址分配情况（2）设备的工艺流程1） 设备的初始位置。一般

31、情况下，处于安全考虑，设备在正常运行前，其各个执行机构都应处于特定的工作位置，否则，不允许启动。在本控制任务中，只有一个执行机构，其初始位置设定为：摆臂处于最左端。2） 工艺流程。工艺流程如图6-20 所示。图 6-20 手动单循环控制模式下的工艺流程图3） 程序流程。OB1 的程序可流程如图6-21 所示。FC4 手动控制程序流程如图6-22 所示。图 6-21 手动单循环控制模式下OB1 的程序流程图图 6-22 手动单循环控制程序流程图在的程序流程图中，在给4.2（Q4.1）置 1 时，必须同时给Q4.1（Q4.2）复位，这是因为两个信号控制的是同一个电磁阀，如果同时为1，则电磁阀不能正

32、常工作。这是编程时必须考虑和注意的问题。4） LAD 程序。如图6-23 和图 6-24 所示的程序，只是实现上述控制任务的方法之一，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 20 页 - - - - - - - - - 还可以有其他的编程方法来实现。请大家试着编写一下。图 6-23 手动单循环控制主程序3.自动连续控制依然以控制供料单元的摆臂为例进行介绍。供料单元中的相应I/O 接口情况如图6-19所示，I/O 接口地址的情况说明如表6-2 所示。（1）控制任务。

33、在自动连续控制模式（简称自动模式）下，用启动按钮启动，每次启动后，摆臂都会自动地执行多个摆出摆入的动作循环，直至按下停止按钮。当按下停止按钮时，程序在执行完当前正在执行的工作循环后停止，也就是说，在按下启动按钮后，即使是立即按停止按钮，程序至少也要执行一个完整的工作循环。要求在启动时，摆动缸必须是处于最左端位置，摆出时要到达最右端才能摆回。（2）设备的工艺流程1.设备的初始位置。在本控制任务中，同手动单循环的控制一样，要求被控制的执行机构摆臂的初始位置设定在最左端。2.工艺流程。工艺流程如图6-25 所示。（3）程序流程。OB1 的程序流程如图6-26 所示。FC5 自动控制的程序流程如图6-

34、27 所示。（4）LAD 程序，如图6-28 和 6-29 所示。图 6-24 手动单循环控制程序（子程序）图 6-25 自动控制模式下的工艺流程图图 6-26 自动控制模式下OB1 的程序流程图图 6-27 FC5 自动控制的程序流程图图 6-28 自动控制程序的主程序OB1 请大家认真体会FC5 中 Network1 的作用，并试着用其他方法编写程序实现该控制功能。6.2.2学生活动：上机调试摆动气缸的自动/手动控制程序1.活动目的（1）通过编写录入、调试控制程序，进一步掌握STEP 7 V5.1 软件包的操作，进一步熟练掌握“程序编辑器”的使用。（2）进一步掌握梯形逻辑语言的常用指令及梯

35、形逻辑语言的基本编程方法与技巧。（3）进一步加深对PLC 控制的理解。图 6-29 FC5 自动控制程序（子程序）（4）进一步了解掌握设备调试的基本方法、调试技巧及应注意的问题。（5）培养严谨的工作作风。2.活动内容（1）创建一个项目， 在该项目下， 录入 6.2.1 节所讲的控制程序，实现对供料单元的摆动气缸的控制，工作方式为：手动/自动控制。当自动/手动（即AUTO/MAN ）转换开关放置在“ AUTO ”位置时，执行摆动气缸的自动控制程序；当放置在“MAN ”位置时，执行摆动气缸的手动控制程序。下载并执行上述程序，通过STEP 7 的“监视器”功能观察程序的执行情况。（2）分别编写能够实

36、现急停控制功能、复位控制功能的程序；对所编写的控制程序进行认真检查，经检查确认无误后，进行实际的运行调试。3.方法与建议在调试程序时， 请使用程序编辑器中的Monitor 工具对程序进行监视， 观察程序的执行情况，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 20 页 - - - - - - - - - 通过该工具并结合观察到的设备执行状态，可以很方便地分析出程序中的问题。6.2.3供料单元的手动单循环控制在 6.2.1 节中介绍了手动控制功能的编程实现方法，只是所控制

37、的执行机构很简单，只有一个转动气功气缸（摆臂）。在本节中继续介绍实现手动单循环控制功能的编程方法，控制对象是相对复杂一些的供料单元。供料单元PLC 的 I/O 地址分配情况如表6-3 所示。表 6-3 供料单元PLC 的 I/O 地址分配情况1.控制任务在手动操作模式下，按启动按钮时， 供料单元的执行机构将把存放在料仓中的工件取出并转送出去，然后各执行机构回到初始位置。即每执行一个新的工作循环都需按一次启动按钮。要求在启动前，供料单元的执行机构必须是处于初始位置，否则不允许启动。在设计执行机构的初始位置时，应该重点从保证功能的实现、保证安全生产的角度考虑。因此，根据供料单元的结构及功能，可以将

38、供料单元的初始状态设计为：?料仓中有工件?摆臂处于最左端；?推料杆处于退回位置。2.生产工艺流程要编写出满足控制要求、满足安全要求的控制程序，首先要了解清楚设备的基本结构；其次要了解清楚各个执行机构之间的准确动作关系，也就是了解清楚生产工艺；同时还要考虑安全、节能、效率等因素；最后才是通过编程实现控制功能。供料单元的结构已经讲过，下面研究一下工艺流程。供料单元手动单循环控制模式的生产工艺流程如图6-30 所示。图 6-30 供料单元手动单循环控制模式下的工艺流程图3.编程技巧（1）将手动控制程序编写在PC 或 FB 中；（2）将是否为手动模式的条件在主程序OB1 中体现，作为调用手动控制程序的

39、条件；（3）在编写程序时，注意区分使用“1”信号和“沿”信号。 “1”信号对应于传感器的信号而言，代表的是某个执行机构的位置状态，而“沿”信号则对应着执行机构的动作状态。（4）注意在程序中区分同一个执行机构在不同的阶段所作的相同的动作。（5）程序编写完成后应注意仔细检查。程序流程图和程序，留给学生自己编写。编写后， 在认真检查修改的基础上进行上机调试。6.2.4学生活动：上机调试供料单元的手动控制程序1.活动目的（1）通过编写录入控制程序，进一步巩固STEP 7 V5.1 软件包的操作，进一步熟练掌握“程序编辑器”的使用；（2）进一步掌握梯形逻辑语言的常用指令及梯形逻辑语言的基本编程方法与技巧

40、；（3）进一步加深对PLC 控制的理解；（4）了解设备的工作流程及在编写设备的控制程序时应该考虑的基本安全问题；（5）了解设备调试时应注意的基本问题，掌握调试的基本方法与技巧；（6）培养严谨的工作作风。2.活动内容（1）创建一个项目， 在该项目下，编写控制程序，实现对供料单元的控制，工作方式为手动单循环运行。（2）对所编写的控制程序进行认真检查，经检查确认各执行机构之间不存在相互冲突名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 20 页 - - - - - - - -

41、- 后，再进行实际的运行调试。3.方法与建议（2）在检查程序时， 重点检查： 各个执行机构之间是否会发生冲突，同一个执行机构在不同的阶段所作的相同的动作是否区分开了。（3）如果几个程序段实现的都是同一个执行机构的同一个动作，只是实现的条件不同，则应该将这几个程序段按照或逻辑关系合并。（4）只有经过认真、 全面地检查过程序，并且再也查不出错误的时候，才可以上机运行程序，进行实际调试， 不可以在不经过检查的情况下直接在设备上运行所编写的程序，否则如果程序存在着严重的错误，极易造成设备的损坏。6.2.5供料单元的自动连续运行控制在 6.2.1 节中，介绍了对简单执行机构的自动连续运行控制的编程，本届

42、所介绍的供料单元的自动连续运行控制与其相比，在编程方法上是一样的，不同的是被控对象要复杂一些，因此重点放在对工艺流程的介绍上。1.控制任务在自动操作模式下，在料仓中有工件、各个执行机构都在其初始位置的情况下，当按触启动（START）按钮时，供料单元的执行机构将把存放在料仓中的工件取出并转送出去（例如：送到下一个工作单元） ；并且，只要料仓中有工件，此工件就继续，即：自动连续运行。在运行过程中，当按触停止（STOP）按钮后或者当料仓中无工件时，供料单元应该在完成了当前的工作循环之后停止运行，并且各个执行机构应该回到初始位置。在启动前，供料单元的执行机构若不在初始位置、料仓中若无工件，则不允许启动

43、。2.生产工艺流程自动模式下执行机构的初始位置与手动模式下是一样的，因此，供料单元的起始状态为：?料仓中有工件?摆臂处于最左端?推料杆处于退回位置根据控制任务的要求及在考虑了安全、效率、工作可靠性的基础上，设计工艺流程如图6-31所示。如图 6-31 所示的工艺流程只是最基本的工艺流程，一些细节之处并未考虑进去。例如放下工件的动作，在摆臂刚一摆到位时就放下工件，由于惯性的原因，可能会使工件被“甩”下去。解决办法是在摆臂摆到位时，延时适当的时间后再放下工件。除此之外还有一些细节，可能会影响控制功能的正常实现或影响工作的可靠性，这些留给学生在学习中去思考及解决，以培养学生的能力。3.编程技巧（1）

44、将手动控制程序编写在PC 或 FB 中；（2）将运行自动程序的条件在主程序OB1 中体现，作为调用自动控制程序的条件；（3）在自动连续运行控制程序中，建议创建一个“启动/停止”的标志信号，然后通过该标志的信号去控制程序的执行状态。详见图6-29 中的 Network1 。（4）在编写程序时，注意区分使用“1”信号和“沿”信号。 “1”信号对应于传感器的信号而言，代表的是某个执行机构的位置状态，而“沿”信号则对应着执行机构的动作状态。（5）注意在程序中区分同一个执行机构在不同的阶段所作的相同的动作。建议最终将这些程序段按照或逻辑合并在一起。（6）程序编写完成后应注意仔细检查。程序流程图和程序，留

45、给学生自己编写与发挥。编写后， 可在认真检查修改的基础上进行上机调试。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 20 页 - - - - - - - - - 图 6-31 供料单元自动连续运行控制模式下的工艺流程图6.2.6学生活动：上机调试供料单元的自动控制程序4.活动目的（1）进一步学习STEP 7 V5.1 软件包的操作，熟练掌握“程序编辑器”的使用；（2）进一步掌握梯形逻辑语言的常用指令及梯形逻辑语言的基本编程方法与技巧；（3）进一步加深对PLC 控制的理

46、解，体会机电一体化技术的内涵；（4）了解设备的工作流程及在编写设备的控制程序时应该考虑的基本安全问题；（5）了解设备调试时应注意的基本问题，掌握调试的基本方法与技巧；（6）培养严谨的工作作风。2.活动内容（1）创建一个项目，在该项目下编写控制程序，实现对供料单元的控制，工作方式为自动连续运行。（2）将所编程序下载到CPU 中，进行实际运行调试，经过调试修改的过程，最终完善控制程序。在调试前，必须对所编写的控制程序进行认真检查，重点检查各执行机构之间是否存在相互冲突。3.方法与建议（1）在检查程序时，重点检查：各个执行机构之间是否会发生冲突，同一个执行机构在不同的阶段所作的相同的动作是否区分开了

47、。（2）如果几个程序段实现的都是同一个执行机构的同一个动作，只是实现的条件不同，则应该将这几个程序段按照或逻辑关系合并。（3）只有经过认真、全面地检查过程序，并且再也查不出错误的时候，才可以上机运行程序，进行实际调试，不可以在不经过检查的情况下直接在设备上运行所编写的程序，否则如果程序存在着严重的错误，极易造成设备的损坏。（4）在调试程序时，可以利用STEP 7 软件所带的调试工具，通过监视程序的运行状态并结合观察到的执行机构的动作特征，来分析程序存在的问题。（5）如果经过调试修改，程序能够实现预期的控制功能，则还应多运行几次，以检查运行的可靠性，查找程序的缺陷。（6）请注意总结经验供料单元的

48、复位控制程序、急停控制程序及手动单步控制程序，请同学们根据6.2.1 节中讲述的具体控制要求，编写出相应的控制程序。此内容留作同学们进行练习发挥的题目。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 20 页 - - - - - - - - - 第 10 章分拣单元的结构10.1分拣单元的结构10.1.1分拣单元的基本功能分拣单元可以实现对工件按照材质或颜色分拣的过程。可将工件按照颜色分拣到3 个滑槽中。10.1.2分拣单元的基本结构分拣单元的结构如图10-1 所示。分

49、拣单元主要有分拣模块、滑槽模块、气源处理模块、I/O接线端口、 CP 阀组、继电器、对射式光电传感器和反射式光电传感器等组成。1.分拣模块分拣模块如图10-2 所示。该模块通过传送带及导向装置实现对工件分拣。它主要由传送模块、导向模块1、导向模块2、固定导向块组成。图 10-1 分拣单元机构图 10-2 分拣模块结构（1）导向模块。图 10-3 导向模块基本机构6.3 圆周型自动化生产线6.3.1 圆周型自动化生产线应用状况随着信息技术和先进制造技术的快速发展和世界经济一体化的来临，先进制造技术和先进制造装备正在经历着一场新的变革，先进装备制造技术已经成为全球制造业争夺的市场焦点。如何立足国内

50、制造业的市场需求，尽快形成自己在先进制造产业竞争中的技术优势，已经成为摆在我国制造业面前迫在眉睫的任务了。先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、电子、材料、能源及现代管理等方面的最新技术成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。电子制造尤其是集成电路IC 制造已成为制造业最重要的领域之一。预计到 2005 年，我国集成电路市场总销售额将达到1 000 亿元。这种巨大的市场需求必将