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TVT-99B 材料分拣装置

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24

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福建师范大学
协和学院

机械物料系统实训指导书（物料部分）

信技系电科教研室
目录
1 实训介绍
1.1 实训目的
1.2 实训要求
1。3 系统介绍
1。3。1材料分拣仓库模型简介
1.3。2 工作流程
2。 系统的实训实验课题
2。1 PLC基本指令操作训练
2。2 材料分拣仓库模型各部分功能及硬件接线
2.2。1材料分拣仓库模型各部分功能
2.2.2 材料分拣仓库模型硬件接线
2.3变频器操作训练
2。2.1修改变频器的参数控制电动机运行的应用1
2。2。2修改变频器的参数控制电动机运行的应用2
2。2。3利用PLC控制变频器的应用
2。4 气动阀调试训练
2。5 定位控制操作训练
2.5。1采用旋转编码器进行定位控制的应用
2.5。2电机正反转定位控制的应用
2。6传感器操作训练
2。7 材料分拣装置综合训练及拓展

第一章 实训介绍
1.1实训目的
本机电一体化实训,集合了自动控制，可编程控制，传感原理等多门课程的内容，旨在加强智能控制方向学生的专业综合应用能力，达到自我提升的目的。
1。2实训要求
本实训共计4周，要求学生完成以下要求
1．熟悉基本传感器及电气元件的应用，熟悉FX2N-48MR可编程控制器的操作,掌握常用指令的编程方法，掌握步进指令的用法.
2．熟悉材料分拣装置的各个单元硬件组装及工作原理。
3. 熟悉机械手装置的各个单元硬件组装及工作原理.
3．对照实验内容要求,完成设计项目,提供实训硬件结果，给出实训报告。
4. 注意爱护实训仪器，做好安全设计.

1.3 系统介绍
机电一体化培训系统为材料分拣装置。每个系统由一台FX型PLC进行控制，可实现多台PLC联网，达到多个系统的长距离协调控制。以下先介绍材料分拣系统的结构及工作流程。
1.3。1材料分拣装置模型简介
材料分拣装置外形图如图1—1所示

图1-1 分拣系统外形图
该装置采用台式结构,内置电源，配装三菱fx2n系列主机，转接面板上设计了可与其它PLC或单片机连接的转接口。该装置中，选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式、电感式传感器和旋转编码器，分别被固定在网板上．本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等，可与各类气源相连接。分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。
1.3.2工作流程
（1）材料分拣系统自动运行过程
系统上电后，下料传感器检测料槽有无物料,若无料，输送带电机不转,等待上料；当料槽有下料时，下料传感器输出信号给PLC，PLC控制输送带电机带动传送带运转，同时控制下料气动阀动作进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整。物料传感器1为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时,反馈信号送到PLC上,由PLC控制气动阀1动作选出该物料；物料传感器2为电容传感器，当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC上，PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器3为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时，PLC控制气动阀3动作选出该物料；其他物料由PLC控制气动阀4动作选出。
（2）分拣的主要功能
材料分拣得主要功能如下:
1)分拣出金属与非金属；
2）分拣某一颜色块；
3）分拣出金属中某一颜色块；
4)分拣非金属中某一颜色块；
5）分拣出金属中某一颜色块和非金属中的某一颜色块;
第 二 章 系统的实训实验课题
2。1PLC基本指令操作训练
可编程控制器三菱FX2N-32MT型PLC，具有32个输入输出口，晶体管输出型，可使用电缆连接电脑，进行编程。在编程过程中注意关闭变频器以免其对PLC造成电磁干扰。
训练目的：熟悉PLC的基本指令，掌握定时器计数器置位复位等指令及步进梯形图等编程要素，为接下来的实际操作做准备
训练要求：根据下列时序图写出相应的程序

图2-1 基本指令时序形图

（学生填写指令，GX—developer截图）

实验2.写出如下程序

学生填写指令

实验3。 用两种方法对交通灯系统进行编程

学生填写指令
2.2 材料分拣仓库模型各部分功能及硬件接线
2.2.1材料分拣仓库模型各部分功能
系统上电后，下料传感器检测料槽有无物料，若无料，输送带电机不转，等待上料;当料槽有下料时，下料传感器输出信号给PLC,PLC控制输送带电机带动传送带运转，同时控制下料气动阀动作进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整,本次系统的设计为码盘每发100个脉冲，下料气动阀动作一次。物料传感器1为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送到PLC上，由PLC控制气动阀1动作选出该物料;物料传感器2为电容传感器,当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC上，PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器3为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时,PLC控制气动阀3动作选出该物料；其他物料由PLC控制气动阀4动作选出.

图2—1 材料分拣系统结构图

2。2.2 材料分拣仓库模型硬件接线
系统硬件位置分布的各部分说明如下：
（1)可编程序控制器
系统的运动控制器，选用Fx型PLC。用于对输入信号接收、对数据运算处理、对输出信号的分配等。
(2）上料传感器SN
用于检测系统是否有要分拣的材料并将信号送给PLC进行处理。
（3）上料气动阀YV5
用于检测到有待分拣材料时，PLC输出信号控制换向阀5和上料气缸5动作进行上料.
(4）皮带电机和传送带
用于下料后传送要分拣的材料到各物料指定地及传感器处.
（5）空气压缩机
用于和系统气动设备相连，给系统的气动设备提供压缩空气.
（6)物料传感器SA
用于检测铁质物料，并将信号送给PLC处理。
(7）物料传感器SB
用于检测铝质物料，并将信号送给PLC处理.
（8）物料传感器SC
用于检测特定颜色的物料，并将信号送给PLC处理。
（9)气动换向阀YV1
PLC输出信号控制下料气动换向阀1和气缸1动作推下铁质物料。
（10）气动换向阀YV2
PLC输出信号控制下料气动换向阀2和气缸2动作推下铝质物料。
(11）气动换向阀YV3
PLC输出信号控制下料气动换向阀3和控制气缸3动作推下特定颜色的物料。
（12）气动换向阀YV4
PLC输出信号控制下料气动换向阀4和气缸4动作推下其它物料。
(13）光电码盘 UCP
用于发出脉冲通过高速计数器来实现物料的定位。

请根据各部分功能，写出硬件I/O接线图

皮带电机和传送带STF
Y4
上料传感器SN
X17
物料传感器SB
X15
物料传感器SC
X14
气动换向阀YV1
Y17
气动换向阀YV2
Y12
气动换向阀YV3
Y15
气动换向阀YV4
Y16
气动换向阀YV5
Y6
光电码盘UCP上的A口
X1
物料传感器SA
X16

2.3变频器操作训练
1。 变频器概念
变频器是一种将固定频率的交流电变换成频率、电压连续可调的交流电,以供给电动机运转的电源装置。
2. 变频器分类：
1）交－交变频器
它是将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源，其主要优点是没有中间环节，变换效率高。但其连续可调的频率范围较窄，故主要用于容量较大的低速拖动系统中。又称直接式变频器。
2)交－直－交变频器
先将频率固定的交流电整流后变成直流，再经过逆变电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电，又称为间接型变频器.由于把直流电逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围,以及变频后电动机特性的改善等方面,都具有明显的优势,目前使用最多的变频器均属于交－直－交变频器
3。 变频器在材料分拣装置中的应用
本装置选用三菱FR-D700变频器，达到控制电机正反转,调速的目的。下表为变频器操作面板及各按键功能
表2-1 变频器各按键功能
按钮/旋钮
功 能
备 注
PU/EXT键
切换PU/外部操作模式
PU:PU操作模式
EXT:外部操作模式
使用外部操作模式（用另外连接的频率设定旋钮和启动信号运行）时，请按下此键，使EXT显示为点亮状态
RUN键
运行指令正转
反转用（Pr.40）设定
STOP/RESET键
进行运行的停止,报警的复位

SET键
确定各设定

MODE键
模式切换
切换各设定
设定用旋钮
变更频率设定。参数的设定值

FR-D700变频器有多种控制方式，可以通过修改79号参数来得到,设置方法如下：

2.3。1修改变频器的参数控制电动机运行的应用1
训练目的：掌握在PU运行状态，使用变频器控制电机启动停止
掌握在PU运行状态,使用变频器改变电机运行方向
掌握在PU运行状态，使用变频器改变电机的运行速度
掌握在PU运行状态，使用变频器设置电机的加减速时间

训练要求：
1） 从控制面板实施启动—停止操作。
2） 从控制面板实施正反转操作。
3） 从控制面板上进行频率设定.
4） 从控制面板上设定加减速时间
训练步骤:
1）打开变频器的电源,按下述操作步骤设置变频器

这样就完成第一步要求,实施启动—停止操作
接下来请自行查阅变频器使用手册,完成训练要求的后两步
这个训练先把Pr79调成1
频率的设定:

加减速时间的设定:
Pr7和Pr8分别是加速和减速的时间设定参数，调到这个参数后，按SET键进入这个参数里面，再旋转变频器上的转扭进行设置，即可

2。3。2修改变频器的参数控制电动机运行的应用2
训练目的：掌握在外部运行状态，使用变频器控制电机启动停止
掌握在外部运行状态,使用变频器改变电机运行方向
掌握在外部运行状态,使用变频器改变电机的运行速度
掌握在外部运行状态，使用变频器设置电机的加减速时间
训练要求：
1） 从端子实施启动—停止操作。
2） 从端子实施正反转操作。
3） 从端子上进行频率设定。
4）从端子上设定加减速时间
训练步骤:
1） 请连接STF,STR两端子到外部开关
2） 按下图操作完成训练要求第一步

这样就完成第一步要求，实施启动-停止操作
接下来请自行查阅变频器使用手册,完成训练要求的后两步
先把Pr79调成2
频率的设定：

加减速时间的设定：

Pr7和Pr8分别是加速和减速的时间设定参数，调到这个参数后，按SET键进入这个参数里面，再旋转变频器上的转扭进行设置，即可

2.3。3利用PLC控制变频器的应用
训练目的：掌握利用PLC控制变频器的启动停止
训练要求：按动启动按钮,变频器延迟2s后运行，正转运行10s,然后反转运行10s后停止运行.
训练步骤：
1)先关闭变频器电源，再关闭系统电源
2)将PLC的COM端口线连接在一起，并在操作板上完成相应接线
3）设置变频器参数，可参照上个训练
4）编写PLC程序,检查线路没有问题后，打开电源，在计算机上输入上述程序下载到计算机中去，然后将PLC拨到“RUN”档,让PLC控制变频器的启动运行

2。4气动阀调试训练
训练目的:掌握气动阀的使用，学会如何用气动阀彻底推出物料
训练要求：调节气动阀，使得气门开口适合本系统，并编写程序，要求每隔3秒推出物料
1。 气动技术特点
气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全.工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低.
2。 气动阀调节方法
将气源送上，调节下料气缸气源管上调速阀的螺栓即可调节下料气缸的动作力度,其它气缸的动作力度可通过调节气缸气源管上调速阀的螺栓来调整气缸的动作速度，气压表标值建议调定在0.12Mpa。

2。5 定位控制操作训练
2。5.1采用旋转编码器进行定位控制的应用
实验目的：掌握旋转编码器的使用方法
实验要求:使用旋转编码器进行定位控制,当货物运行10㎝后，变频器停止运行。
光电编码器，是目前应用最多的传感器.

由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D，每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 
  由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 
  编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些. 
  分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5～10000线。   信号输出： 
  信号输出有正弦波（电流或电压)，方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动（对称A,A—;B,B—;Z，Z—）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应. 
  信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。

实验步骤：
题目要求检测货物运行10㎝的距离,实际就是要求检测旋转编码器运行一定脉冲数值后,变频器停止运行。不失一般性，我们不妨假设货物运行10㎝所需要的脉冲值为1000个脉冲（实际数值可以通过实验测量，在此不再赘述）
1） 根据控制要求，进行I/O分配
2） 打开编程软件，配置高数计数器，初始化及设置中断
3） 编写程序

2。5.2电机正反转定位控制的应用
实验目的：使用旋转编码器的双相脉冲输出功能实现电机的正反转定位控制
掌握旋转编码器的双相脉冲输出功能
实验要求：当货物正转运行10㎝后，变频器停止运行，然后变频器反转运行5cm后停止运行.

2.6 传感器操作训练
实验目的:掌握颜色传感器、电感传感器的使用方法
实验要求：完成传感器的调试后,设计系统对货物的颜色、材质进行检测.颜色检测能够区分黄色，材质检测能够区分铁块和铝块。
1.传感器特性
传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关,所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。
动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性.在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种,所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示.
2. 传感器工作原理
1）电容传感器
 电容传感器也属于具有开关量输出的位置传感器，是一种接近式开关. 它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是待测物体的本身。当物体移向接近开关时,物体和接近开关的介电常数发生变化,使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化.由此，便可控制开关的接通和关断。
2）电感式传感器
电感式接近开关属于有开关量输出的位置传感器,用来检测金属物体. 它由LC 高频振荡器和放大处理电路组成，利用金属物体在接近这个能产生电磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。 这个涡流反作用于接近开关，使接近开关振荡能力衰减,内部电路的参数发生变化。 由此,可识别出有无金属物体接近，进而控制开关的通或断。
3）半导体色敏传感器结构及工作原理
它是由在半导体表面近处形成的光电二极管和在较深处形成的光电二极管并互为方向对置所构成.光电二极管（1)和（2），前者对于短波长，后者对于长波长,分别具有灵敏度高的特点。半导体色敏传感器的短路电流比与入射光波长一一对应，从而，可获得与波长相对应的信号。所以说半导体色敏传感器是有效利用半导体（此处是硅)厚度本身作为光学滤波器的传感器。
3. 传感器调试方法
频率校准：
接好联线，将电极板拧入传感器探头头部，并使之远离物体，按下“校准”键，这时有电压输出，预热20分钟，调节“调零"旋扭，使输出回到零点.
安装传感器，调整初始间隙，进行测量：
按下测量键，将传感器借助弹性夹套安装到磁表座（或用户自制专用夹具）上,使测量电极板端面接近被测物体的表面，平面或圆柱面，尽可能平行，球面尽可能对中,调整的初始间隙见表1（参考值），调整时有“+”电压输出，反时针转动传感器微调螺母，使测量间隙逐渐增大，输出电压会逐渐接近零点，借助“调零”旋扭细调，使输出精确为0,调整时有“-”电压输出，顺时针转动微调螺母,使测量间隙逐渐减小，输出电压会逐渐接近零 点，测量即可开始。测量时，被测物体表面接近传感器，测量间隙减小,表示被测尺寸增加，输出为“+”电压，反之输出为“—”电压,仪器输出的“+、—"电压就是相对应量程的静态位移。

2.7材料分拣装置综合训练及拓展
系统上电后,下料传感器检测料槽有无物料，若无料，输送带电机不转，等待上料;当料槽有下料时,下料传感器输出信号给PLC,PLC控制输送带电机带动传送带运转，同时控制下料气动阀动作进行下料，每次下料时间间隔可以进行调整，本次系统的设计为码盘每发100个脉冲，下料气动阀动作一次。物料传感器1为电感传感器，当检测出物料为铁质物料时，反馈信号送到PLC上，由PLC控制气动阀1动作选出该物料;物料传感器2为电容传感器,当检测出物料为铝质物料时，反馈信号送PLC上，PLC控制气动阀2动作选出该物料；物料传感器3为颜色传感器，当检测出物料的颜色为待检测颜色时,PLC控制气动阀3动作选出该物料;其他物料由PLC控制气动阀4动作选出.

此外可以查阅PLC之间通讯等相关资料，完成拓展部分.

这两行是双机通信扩展模块
这几条指令是位置定位控制程序具体是每当物料被推出时m0被置1，当c236每计满5个脉冲时启动sftlp左移指令一次，同时把m0清0，当物料被3个传感器检测到时，该m寄存器区间清0，当前面3个没检测到物料，物料在最后一个气缸被推出
Y4是控制传送带运动，m91下面会说明
这是对物料推送完之后延时5秒后停止传送带运行就是前面的m91的用处
这是每隔5秒推出物料的程序，里面用到了失电延时的方法，当然没物料气缸是不会有动作的，对气缸的操作采用霍尔传感器
这是3个传感器检测到物料并推出的程序，我们对推出物料做了一个延时是为了更准确的把物料推到槽里，对气缸的复位我们采用霍尔传感器。