机电一体化设备组装与调试(讲义).pdf

机电一体化设备调试与检修（内部资料）天津职业技术师范大学 工程实训中心 机电教研室 目目 录录 1、TVT-METS3 机电气一体化实训装置概述.32、供料井控制单元训练.112.1 自动供料控制系统 1.122.2 自动供料控制系统 2.122.3 自动供料控制系统 3.123、传送带控制单元训练.133.1 变频器接线与参数设置.133.2 传送带调速控制系统 1.143.3 传送带调速控制系统 2.153.4 物料传送控制系统.154、材料分检单元训练.164.1 物料材质检测 1.164.2 物料材质检测 2.175、机械手运动控制单元训练.175.1 机械手自动往返系统设计.175.2 机械手定位系统设计.225.3 机械手抓取系统设计.235.4 出入库系统设计.245.5 自动分拣仓储系统设计与调试.24附录 1 旋转编码器及高速计数器的原理与应用.261.1 旋转编码器的原理与应用.261.2 西门子 CPU226CN 内部高速计数器应用.271.3 高速计数器的应用.29 1、TVT-METS3 机电气一体化实训装置概述机电气一体化实训装置概述 TVT-METS3 机电气一体化实训装置具有模拟工业自动化生产线货物分拣过程的功能,可完成货物识别、搬运、分拣、加工、装配、出入库及管理等过程。TVT-METS3 机电气一体化实训装置主要由 2 个 PLC 控制单元（西门子 S7-200型 PLC，含网络）、变频器单元（西门子 MM420 型）、触摸屏单元（西门子 TP177A型）、指示与主令单元、电源单元、传感器检测单元、气动机械手搬运单元、供料单元、传输带单元、有轨小车单元、加工单元、装配单元、气动控制单元、自动化仓库单元、电气接口单元、载货台单元、抽屉式实训台等组成。图 1-1 METS-3 机电气一体装置结构图 各模块、单元又构成行走气动机械手机构、平面仓储机构、传送机构、料块供给机构、传感器检测分拣机构、气动控制机构、加工机构、装配机构等。各机构能够通过选择不同单元及单元位置变化进行重组，构成 2 工位加工系统，2 工位装配系统，加工装配系统，物流仓储系统，柔性生产系统，生产物流系统等，从而可构成自动化生产流水线，让实训装置的培训内容从基本模块、单 元到各种小机构，再到综合系统及自动化生产线，逐步由简单、基础的训练到复杂、综合的培训。PLC 控制单元：PLC 控制模块包括西门子 S7-200 CPU226 型 PLC 主机（含网络）及配套编程电缆，I/O 接口开放到控制面板，并提供误接线保护功能，具有保险管座(250V、1A)，输入低电平有效，输出为 NPN 形式。图 1-2 西门子 S7-200 CPU226 型 PLC 控制模块 变频器单元：模块包括西门子 MM440 型变频器或松下 VF0C 型变频器，控制三相同步电机。图 1-3 变频器模块 指示与主令单元：模块包括按扭开关、拨动开关、急停开关、蜂鸣报警器、8 位拨码开关、数码管显示等。图 1-4 指示与主令模块 电源模块：电源模块配有三相短路器及漏电保护器，保险管座、电源指示灯等。可供欧姆龙直流 24V/5A，交流 220V，380V 电压。配备 5 线航空插头，增加操作安全性。图 1-5 电源单元电源接口座 气动机械手搬运单元：气动机械手:由 3 自由度的机械手（回转缸：RTB-20 平行夹：HDP-20S 治具缸：JTD3220）、机械装置、气动控制装置、传感器装置等组成。图 1-6 气动机械手搬运单元 有轨小车单元：有轨小车装配拖运机械手直线运动，定位精度：0.5mm；总行程 440mm；运行速度可变；由直线行走机构、直流电机、旋转编码器、交流伺服电机接口等组成。旋转编码器:欧姆龙 DC12V24V、分辨率：100P/R、集电极开路输出、最 高转速：5000r/min。图 1-7 直流电机及直线行走单元 供料单元：由供料机构、光电传感器、气动推动装置等组成。可供给货物数量：每次不少于 6 个，供货数量奇偶可变。气动推动机：DC 24V 540mA AC 110V 520 mA。光电传感器：神视 检测距离：5m、重复精度：0.05mm 以下、PNP、最大源电流：100mA、外加电压：30V DC 以下。图 1-8 井式供料塔单元 三相电机及传输带单元：由三相电机、皮带传送装置、光电传感器等组成。传送带尺寸:390mm。三相电机：电压：三相 380V/220V、频率：50Hz、额定转矩：3000mN m，转速：60r/min、电流：0.22/0.4A。光电传感器：神视 检测距离：5m、重复精度：0.05mm 以下、PNP、最大源电流：100mA、外加电压：30V DC 以下。图 1-9 三相电机及传输带单元 传感器检测单元：传感器检测单元由传感器组及传感器固定带滑道支架等组成。传感器组包括电容传感器、电感传感器、颜色传感器。电容传感器：欧姆龙检测距离不小于8mm，具有检测显示灯。电感传感器：百斯特检测距离不小于 8mm。颜色传感器：欧姆龙检测距离不小于 10mm。图 1-10 传感器检测单元 仓储单元：库位总数：5 个。仓库库位位置可调。光电传感器：神视 检测距离：5m、重复精度：0.05mm 以下、PNP、最大源电流：100mA、外加电压：30V DC 以下。图 1-11 仓储单元 触摸屏单元:西门子 TP177A 5.7 英寸液晶显示。图 1-12 西门子 TP177A 触摸屏单元图片 气动控制单元：1 个带有可调压的二联体（MAX PRESSUAE 1.0Mpa）6 个电磁阀组成的电磁阀组 1（PRESS；0.150.9Mpa）4 个电磁阀组成的电磁阀组 2（PRESS；0.150.9Mpa）1 个气压调节器（SET PASSURE：0.050.85Mpa）1 个气压表（PRESS：01.0Mpa）图 1-13 气动控制单元 电气接口单元:装置的所有传感器、执行器、控制器接口开放。电气接口单元采用开放式结构，装置所有控制线和信号线均通过导线引到面板上来。接口红色为+24V，黑色为 0V，蓝色为传感器信号输出，绿色为控制信号输入。图 1-14 电气接口单元 加工装配单元：加工单元中包括气动装夹装置、输送直线导轨、加工装置等组成。能够插齿加工、零件自动供给。装配单元应由井式供料装置、气动装夹装置、输送导轨、冲压装配装置等组成。能够完成零件自动供给，工件自动夹紧功能 图 1-15 加工单元及装配单元 2、供料井控制单元训练、供料井控制单元训练 如图 2-1 所示为供料井单元，本节将进行供料井控制单元的训练。图 2-1 供料井控制单元 供料井控制单元主要由 1 个直线气缸、2 个磁性开关、1 个对射式光电传感器及相关结构组成。其中气缸用于将物料推出，气缸的动作通过电磁阀控制，气缸上的 2 个磁性开关用于检测气缸是否推出，对射式光电传感器用于检测料井中是否有物料。2.1 自动供料控制系统 1 利用供料井单元实现基本控制要求：1）系统具有 2 个按钮，分别为启动和停止。2）按下启动，如果料井中有料，则系统开始工作，气缸将料块推出后返回，间隔 3S 后，继续推料，直到将料块全部推出。3）在推料过程中，如果按下停止钮，则将当前料块推出后，系统停止运行。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；编写程序，并进行调试。2.2 自动供料控制系统 2 1）系统具有 2 个按钮，分别为启动和停止，1 个急停开关；2 个指示灯颜色分别 1 红、1 绿。2）按下启动，如果料井中有料，则系统开始工作，气缸将料块推出后返回，间隔 3S 后，继续推料，直到将料块全部推出。3）在推料过程中，如果按下停止钮，则将当前料块推出后，系统停止运行。4）在工作过程中，如果按下急停开关，则系统立即停止工作，气缸保持收回状态，急停解除后，系统正常待机。5）系统正常待机时，绿色灯亮、红灯熄灭；系统进行推料工作时绿灯闪烁；系统急停时，绿灯灭、红灯亮；料井中无料时，绿灯亮、红灯闪烁 画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；编写程序，并进行调试。2.3 自动供料控制系统 3 1）系统具有 2 个按钮，分别为启动和停止，1 个急停开关；3 个指示灯颜色分 1 红、1 绿、1 黄。2）按下启动，如果料井中有料，则系统开始工作，气缸将料块推出后返回，间隔 3S 后，继续推料，直到将料块全部推出。3）在推料过程中，如果按下停止钮，则将当前料块推出后，系统停止运行。4）在工作过程中，如果按下急停开关，则系统立即停止工作，气缸保持收回状态，急停解除后，系统正常待机。5）系统正常待机时，绿色灯亮、红灯熄灭；系统进行推料工作时绿灯闪烁；系统急停时，绿灯灭、红灯亮；料井中无料时，绿灯亮、红灯闪烁。6）如果气缸推料过程中，发生机械卡死或气路故障，利用黄色灯闪烁进行报警。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；编写程序，并进行调试。3、传送带控制单元训练、传送带控制单元训练 如图 2-2 所示为传送带控制单元，本节将进行供料井控制单元的训练。图 2-2 传送带控制单元 传送带控制单元主要由三相同步电动机、松下 VF0C 型变频器、及相关传动机构组成。接线时应特别注意主电路接线方向：*三相电源输入接至三相电源输入接至 L1，L2，L3 端，电动机接变频器的输出端，电动机接变频器的输出 U、V、W！3.1 变频器接线与参数设置 根据变频器的使用说明，对变频器的基本功能进行调试，功能要求如下：利用变频器控制电动机实现电动机的启停和调速控制，要求电动机可分别运行于 15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、35HZ、40HZ、45HZ 七种状态，对其进行线路连接和参数设置。3.1.1 变频器外部接线 参见图 3-1 进行变频器的接线，应注意主电路接线方向，三相电源输入接至L1，L2，L3端，电动机接变频器的输出 U、V、W。控制电路在连接时，将变频器的端子 7、8、9、10、11 分别接到开关 SW1，SW2，SW3，SW4，SW5 五个开关，以控制电动机的运行情况，12 端口各个端子的公共端。3.1.2 变频器参数设置 按照说明书进行变频器的参数设置，注意在进行参数设置应使外部开关处于断开状态，否则可能导致参数设置失败。分别设置如下参数 序号 参数号 设置值 说明 1 P93 1 参数初始化。设定参数为 1 使变频器参数初始化 2 P01 5 第一加速度时间（秒），设定范围：00.1999。用于设定变频器的启动时间 3 P02 2.5 第二减速度时间（秒）设定范围：00.1999。用于设定变频器的停止时间 4 P08 2 运转指令选择，设定范围：07。参数设为 2 使得变频器外控作用 5 P09 1 频率设定信号，设定范围：06。参数为 1 使得变频器为操作面板控制 3.1.3 功能调试 在完成了线路连接和参数设置后，对系统进行功能调试，观察是否与表格中一致。开关 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 外控 转向 频率输出 开 关 状 态 0 X X X X 无 0 1 0 0 0 0 正转 20.0 1 0 0 0 1.15.0 1 0 0 1 0.30.0 1 0 0 1 1.35.0 1 0 1 0 0.20.0 1 0 1 0 1.25.0 1 0 1 1 0.40.0 1 0 1 1 1.45.0 1 1 0 0 0 反转 20.0 1 1 0 0 1.15.0 1 1 0 1 0.30.0 1 1 0 1 1.35.0 1 1 1 0 0.20.0 1 1 1 0 1.25.0 1 1 1 1 0.40.0 1 1 1 1 1.45.0 进行变频器其它功能调试训练，掌握变频器参数的设置方法。3.2 传送带调速控制系统 1 利用 PLC 的输出点替代调试时所用的开关、按钮，对变频器进行控制。具体要求如下：1）当按下启动按钮，传送带正向低速运动，每按下一次加速钮，传送带速度上升一档，直至到达最高档位，共设 4 个档位；每按下一次减速速钮，传送带速度下降一档，直至到达最低档位。2）每按下方向钮一次，传送带运动方向发生改变。3）当按下停止钮，传送带逐渐减速至停止状态。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；进行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。3.3 传送带调速控制系统 2 利用 PLC 控制变频器，模拟自动扶梯控制系统，具体要求如下：1）传送带具有启动、停止两个按钮和一个方向开关；2）方向开关通断状态分别表示扶梯上、下行状态；3）按下启动后，扶梯低速运行，当扶梯入口处传感器检测到有人上梯的信号后，扶梯逐渐加速并以高速运行；4）在高速运行状态下，若连续 20S 没有上梯信号，则切换到低速运行状态；5）按下停止钮，扶梯减速停车；6）系统不同状态下，应有相应的指示信号。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。3.4 物料传送控制系统 将供料装置与传送装置组合，完成物料的传送，控制要求：1）系统具有单个出料和连续出料两种模式。2）当按下单个出料按钮后，出料装置自动推出一个物料，传送带将物料运送到最左端停止，单个出料工作结束。3）当按下连续出料按钮后，出料装置自动推出一个物料，传送带将物料运送到最左端停止，当物料被移走后，出料井推出下一个物料，直到将物料全部推出，连续出料工作结束。4）在系统工作时按下停止，在完成当前物料传送后进入待机，如按下急停，则传送带立即停止。5）系统待机时绿灯亮，系统工作时绿灯闪烁，供料井无料时黄灯亮。系统出现故障时黄灯闪烁。系统急停时红灯闪烁。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。4、材料分检单元训练、材料分检单元训练 材料分检单元主要由三种传感器组成，包括电感传感器、电容传感器和颜色传感器。4.1 物料材质检测 1 利用传感器的组合对物料的材质进行检测，具体要求如下：1）传送带运载工件由始端运行末端，利用工业传感器判断工件的类型；2）系统具有启动、停止两个按钮；3）按下启动后，传送带向左运行，将工件由最右端运送到最左端后停车；4）传送带停止后，根据各传感器检测结果利用数码管显示工件类型；底托 颜色 料芯 材料 类型 编号 电感 电容 颜色 黄 铁 1 1 1 1 黄 铝 2 0 1 1 蓝 铁 3 1 1 0 蓝 铝 4 0 1 0 X 空 5 0 0 1、0 画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；进行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。4.2 物料材质检测 2 利用传感器的组合对物料的材质进行检测，具体要求如下：1）传送带运载工件由始端运行末端，利用工业传感器判断工件的类型；2）系统具有启动、停止两个按钮；3）按下启动后，传送带向左运行，将工件由最右端运送到最左端后停车；4）传送带停止后，根据各传感器检测结果利用数码管显示工件类型；5）取走工件后，传送带继续工作；6）传送带右端利用供料井自动上料；7）供料井中缺料进行报警。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；进行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。5、机械手运动控制单元训练、机械手运动控制单元训练 机械手运动单元主要包括 1 个直流电机、2 个接近开关、1 个旋转编码器、3 个气缸（带磁性开关）、1 个同步带传动机构等组成。5.1 机械手自动往返系统设计 利用直流电机拖动机械手实现自动往返控制，系统要求：（1）利用直流电机通过同步带拖动机械手在轨道上自动进行往返运动；（2）轨道两端分别设有接近开关，用来保护机械手防止撞车；（3）系统设有启动、停止按钮，急停开关；（4）当按下启动按钮，如机械手不在原点则向原点运动，达到原点后开始向终点运动，如机械手在原点位置则直接向终点运动；达到终点后停车 5S，返回原点，停车 3S 再向终点运动，并循环此过程；（5）任何状态下按下停止钮，机械手立即向原点运动，达到原点后停车；如按下停止钮时机械手已在原点，则直接停车；*（6）任何状态下，按下急停，机械手立即停车，急停解除后，可再次启动；*（7）设红、绿两个指示灯，机械手运动时，绿灯闪烁，正常停车时绿灯常亮；处于急停时红灯闪烁，绿灯熄灭。5.1.1 硬件设计：1）直流电机驱动电路设计时应注意在满足正反转控制要求的基础上，避免单侧桥臂短路，电路图如图 2-1 所示；MK1K224V 图 1-1 直流电机驱动电路设计 2）系统 I/O 分配 I/O 分配表 I/O 元件符号 元件名称 输 入 I0.2 SQ2 左限位 I0.3 SQ3 右限位 I0.4 SB1 启动按钮 I0.5 SB2 急停按钮 I0.6 SB3 停止按钮 输 出 Q0.0 KM1 正转向终点 Q0.1 KM2 反转向原点 Q0.2 HL1 红灯 Q0.3 HL2 绿灯 3）硬件连接 A、导线选择时应注意颜色与极性的关系，一般情况下，红、黑两种颜色分别应用于电源的正负；黄、蓝色线用于信号传输，尽可能规范统一。B、导线选择时应根据连接距离选择合适长度，禁止连接后接头裸露悬空放置。C、一个连接点上禁止超出两根导线搭接。D、导线之间不能出现互绞，走线应清晰，线束规范 4）硬件接线图 S7-200-226CN DC/DC/DC1L+Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6Q0.72M2L+M1ML+Q1.0L+M1M24V+_FUK1K2I0.0 I0.02MI0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5I0.6 I0.7SQ2SQ3SB1SB2SB324VK1K1K2K2控制回路主回路 5.1.2 程序设计：为了避免因程序错误导致的危险，在程序设计的逻辑操作中所有对电机的操作利用中间继电器表示，最后中间继电器采用立即输出的方式对控制电机的输出点进行控制，在此网络中必须串入所有保护条件，输出控制电机的梯形图如图1-2 所示，这样在程序逻辑混乱的情况下，可以最大程度保证系统安全。注意：在调试程序前必须确保所有输入输出点接线正确，信号有效！1）输出控制回路安全措施 图 2-2 输出控制回路安全措施 2）系统程序 如图 2-3 所示网络 1 梯形图为系统启动程序，在启动回路中，应考虑到在急停关或停止钮按下的情况下，系统不允许启动。网络 2 为系统启动后进入第 1种状态，即先返回原点，在此网络中，利用 M1.0 作为状态标志，当进入此过程可能有两种情况，已在原点或不在原点，对于这两种情况，程序应分两个分支处 理，若小车不在原点（SQ3 无信号）则启动反转（注意不对 Q 点进行操作，而是对临时变量 M0.1 置位操作），当小车到达原点（SQ3 有信号）则进行三个动作-停止反转、结束当前状态（M1.0=0）、进入下一状态（M1.1=1）。图 2-3 图 2-4 中的网络 3 为第 2 过程，向终点运动，此过程包括小车运动至终点，并停车 5S。按此过程结束后，结束当前过程，并进入下一过程-向原点运动。图 2-4 如图 2-5 所示，网络 4 程序为向原点运动过程，观察可发现，此网络程序与 网络有所区别，在到达原点（SQ3 有信号）后的处理增加了一个分支，如果停车标志为 0，则此过程结束后进入上一过程 M1.1=1，并往复循环。如果停车标志有效，则结束所有过程状态。图 2-5 图 2-6 的网络 5 程序为扫描停车功能，当停车钮按下后，按照题目要求，结束当前过程状态，直接开始向原点运动的过程（M1.2=1），并置位停车标志 M2.0=1。图 2-6 如图 2-7 中网络 6 为急停处理，网络 7 为电机输出安全回路，其显示等功能不再进行说明。图 2-7 5.1.3 系统调试 1）硬件检查 观察系统连线是否正确，检查输入的所有按钮传感器是否正常，利用手工按压按钮，利用金属材料接近限位开关，观察 PLC 输入指示灯变民化是否正常；确认直流电机方向控制正确，分别将正、反转控制的继电器线圈接入 24V，观察电机运行方向是否正确，然后再将控制信号接至 PLC 的相应输出点。2）将程序编译后下载至 PLC 中，在运行程序前，为保证安全先手工控制小车运动到轨道中点附近，启动系统，观察小车运动是否正确。注意在调试时根据小车运动方向，在小车到达终点前利用金属材料模拟小车接近限位开关，观察小车能否停车，如果调试时发生撞车现象应及时拔下电机的驱动线。5.2 机械手定位系统设计 系统要求：1）当按下启动按钮，如机械手不在原点则向原点运动，达到原点后开始向终点运动，如机械手在原点位置则直接向终点运动；达到终点后停车 5S，返回原点，停车 3S 再向终点运动，并循环此过程；2）在要求（1）中，在机械手由原点向终点运动过程中，在距离原点 10cm、25cm、40cm、60cm 的四个位置分别停车 3S、4S、5S、6S；在由终点返回原点的过程中，路径中间位置停车 5S；3）系统运行过程中，以 cm 为单位利用数码管显示当前坐标位置，原点处坐标为 0；4）任何状态下按下停止钮，机械手立即向原点运动，达到原点后停车；如 按下停止钮时机械手已在原点，则直接停车；5）任何状态下，按下急停，机械手立即停车，急停解除后，可再次启动；6）设红、绿两个指示灯，机械手运动时，绿灯闪烁，正常停车时绿灯常亮；处于急停时红灯闪烁，绿灯熄灭。5.2.1 硬件设计：要完成本控制要求，需要利用旋转编码器完成，为了顺利进行本课题，对旋转编码器知识和 PLC 高速计数器应用进行补充，请参见附录 1、2。I/O 分配表 I/O 分配表 PlC 软元件 元件文字符号 元件名称 输 入 I0.0 SQ1A 编码器 A 相 I0.1 SQ1B 编码器 B 相 I0.2 SQ2 左限位 I0.3 SQ3 右限位 I0.4 SB1 启动按钮 I0.5 SB2 急停按钮 I0.6 SB3 停止按钮 输 出 Q0.0 KM1 正转向终点 Q0.1 KM2 反转向原点 Q0.2 HL1 红灯 Q0.3 HL2 绿灯 QB1 LED_BCD 数码显示 5.2.2 程序设计（略）5.2.3 系统调试（略）5.3 机械手抓取系统设计 系统要求：1）系统具有抓取、释放、暂停三个按钮；2）抓取功能：当按下抓取按钮后，通过控制升降和夹紧气缸，完成将工料抓取的动作：气夹打开延时 1S下降延时 1S夹紧延时 1S上升；3）释放功能：当按下释放按钮后，通过控制升降和夹紧气缸，完成将工料释放的动作：下降延时 1S气夹打开延时 1S上升；4）在进行抓取时不响应释放按钮，在进行释放时不响应抓取按钮；5）动作执行过程中利用一个灯闪烁表示工作过程，执行完毕后常亮；6）动作执行过程中按下暂停钮，机械手将暂停，再次按下暂停钮机械手继续运动。5.4 出入库系统设计 系统要求：1）系统具有出库、入库、库号（1-4）、急停共 7 个按钮；2）入库操作：按下库号后按下入库按钮，机械手将置于传送带末端的工件抓起，并送入相应库号的库位中；3）出库操作：按下库号后按下出库按钮，机械手将对应库位中的工件取出，送放到传送带末端；4）机械手在运动过程中，进行灯光闪烁指示，机械手静止时，灯光熄灭；5）按下急停，机械手将停止动作，并保持当前状态。6）在进行入库操作时，如传送带末端无工件或目标库位已有工件，应进行报警；7）在进行出库操作时，如传送带末端已有工件或目标库位无工件，应进行报警。5.5 自动分拣仓储系统设计与调试 系统要求 1）部件的初始位置 系统要求 1）部件的初始位置 启动前，设备的运动部件必须在规定的位置，这些位置称作初始位置。有关部件的初始位置是：急停按钮复位。机械手停在原点并处于皮带传送机正上方，机械手升降气缸的活塞杆伸出，气动手指处于抓紧状态。井式供料机的推料气缸处于缩回状态。皮带输送机的拖动电动机不转动。2）设备运行过程 2）设备运行过程 按下启动键后，若设备部件未处于初始状态则先进行初始化，使各部件处于初始状态，然后开始工作，若设备处于初始状态，则直接开始工作；开始工作后，传送带启动，运行方向使工件可以自右向左运动；在井式供料机内有料的情况下，将一个工件推出至传送带，传送带上每次传送一个工件，当前工件被机械手取走后方可推出下一个工件；工件到达传送带终点位置时，传送带停止，等待机械手取走工件后继续运动；机械手取走工件后按照下表所示，将工件放至指定仓库；铁 铝 黄 1 2 蓝 3 4 以上过程循环进行。3）设备的停止 3）设备的停止（1）正常停止 如果在运行过程中按下停止按钮 SB1，发出设备正常停机指令，分拣线设备在完成当前工作周期后回到初始位置，所有部件均停止运行。（2）紧急停止 在出现异常情况时，压下急停按钮，所有部件复位，若机械手夹持有物料，手指应保持抓取状态，以防止工件在急停时掉落发生事故，急停复位后按下启动按钮，设备应继续运行，指示灯恢复正常。4）状态指示 4）状态指示 （1）待机状态：绿色指示常亮；（2）正常运行：绿色指示灯以 0.5HZ 频率闪烁；（3）急停状态：红色指示灯以 1HZ 频率闪烁；（4）报警状态：当供料井中缺料，利用黄色指示灯闪烁。机械手机械手原点传感器机械手限位传感器二号库位一号库位四号库位三号库位位置2皮带输送机光电传感器直流电机旋转编码器三相电机 颜色 电容 电感 传感器 传感器 传感器井式供料机传感器推料气缸1磁性传感器行走机械手搬运系统井式供料系统1货物运输及质量检测系统行走机械手搬运系统井式供料系统1货物运输及质量检测系统位置1平面货架平面货架井式供料机1架603238223242 附录 1 旋转编码器及高速计数器的原理与应用 在运动控制系统中，定位准确尤其重要，例如：旋转角度、位移等。常用的定位技术包括：红外激光测距定位，霍尔传感器磁检测定位，超声波测距定位，GPS 卫星定位，光栅定位，发光二极管定位，激光定位，球轨迹定位，PPD 定位技术（工业自动化过程控制装置（电动执行机构、电动执行器、电动调节阀等）机械和电气元件的定位装置）等。本单元重点进行旋转编码的应用训练。1.1 旋转编码器的原理与应用 光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。按编码方式的分类：绝对式编码器、增量式编码器、混合式编码器。本讲义主要介绍增量式编码器。增量式旋转编码器采用光信号扫描分度盘（分度盘与转动轴相联），通过检测、统计信号的通断数量来计算旋转角度。增量式旋转编码器的特点：编码器每转动一个预先设定的角度将输出一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量来计算旋转的角度，因此编码器输出的位置数据是相对的。由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的起始位可以任意设定。由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度数据会丢失需要重新复位。s0s1s2s2顺 时 钟逆 时 钟AB 图 1-1 增量式编码器 逆时钟顺时钟S0S1S1S0S2ABS1 光源透镜码盘透镜光敏元件放大整形脉冲输出转轴 图 1-2 增量式编码器结构原理图 如图 1-2 所示，为编码器结构原理图，图中 A、B 为光电器件，之间间距为S2，码盘的齿和空的间隙分别为 S1 和 S0，S0=S1=2S2。当码盘顺时针转动时，A、B 两光电器件会依次被遮挡，并输出对应波形，如图 1-3 所示，如逆时针旋转，则两个光电器件被遮挡的先后次序颠倒，从而可以判断出其旋转方向。编码器输出波形的频率则对应其旋转的速度。1-3 增量式编码器输出信号 1.2 西门子 CPU226CN 内部高速计数器应用 要实现准确的定位控制，需精确读取编码器输出脉冲的个数，由于脉冲频率较高，利用通用计数器计数可能导致丢失脉冲，所以应使用高速计数器。下面介绍西门子 CPU226CN 内部高速计数器应用 1.2.1 数量及编号 高速计数器在程序中使用时的地址编号用 HCn 来表示（在非程序中有时用 HSCn），HC 表编程元件名称为高速计数器，n 为编号。HCn 除了表示高速计数器的编号之外，还代表两方面的含义：高速计数器位和高速计数器当前值。编程时，从所用的指令可以看出是位还是当前值。不同型号的 PLC 主机，高速计数器的数量对应如表 1-1 所示。表 1-1 不同机型高速计数器的编号 主机型号 CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 可用 HSC 数量 4 4 6 6 HSC 编号范围 HC0,HC3,HC4,HC5 HC0,HC3,HC4,HC5 HC0HC5 HC0HC5 ABAB 1.2.2 中断事件类型 高速计数器的计数和动作可采用中断方式进行控制，与 CPU 的扫描周期关系不大，各种型号的 PLC 可用的高速计数器的中断事件大致分为 3 类：当前值等于预设值中断、输入方向改变中断和外部复位中断。所有高速计数器都支持当前值等于预设值中断。每个高速计数器的 3 种中断的优先级由高到低，不同高速计数器之间的优先级又按编号顺序由高到低。1.2.3 工作模式及输入点 高速计数器的工作模式共有 12 种，当选用某个高速计数器在某种工作模式下工作，高速计数器的输入端不是任意选择，必须按系统指定的输入点，如表 1-2 所示。表 1-2 高速计数器输入连接 高速计数器编号 I0.y.y 的取值 I1.y.y 的取值 0 1 23456701234 5 HSC0 HSC1 HSC2 HSC3 HSC4 HSC5 输入输出中断 1.2.4 高速计数器指令（1）HDEF 指令 HDEF，定义高速计数器指令。使能输入有效时，为指定的高速计数器分配一种工作模式，即用来建立高速计数器与工作模式之间的联系。梯形图指令盒中有两个数据输入端：HSC，高速计数器编号，为 05 的常数，字节型；MODE，工作模式，为 011 的常数，字节型。（2）HSC 指令 HSC，高速计数器指令。使能输入有效时，根据高速计数器特殊存储器位的状态，并按照 HDEF 指令指定的工作模式，设置高速计数器并控制其工作。梯形图指令盒数据输入端 N：高速计数器编号，为 05 的常数，字型。1.2.5 相关寄存器的应用 每个高速计数器都有固定的特殊功能存储器与之相配合，完成高速计数功能。具体对应关系如表 1-3 所示。表 1-3 高速计数器相关寄存器列表 高速计数器编码 状态字节 控制字节 当前值双字 预设值双字 HSC0 SMB36 SMB37 SMD38 SMD42 HSC1 SMB46 SMB47 SMD48 SMD52 HSC2 SMB56 SMB57 SMD58 SMD62 HSC3 SMB136 SMB137 SMD138 SMD142 HSC4 SMB146 SMB147 SMD148 SMD152 HSC5 SMB156 SMB157 SMD158 SMD162 每个高速计数器都有一个状态字节，程序运行时根据运行状况自动使某些位置位，可以通过程序来读相关位的状态，用以作为判断条件实现相应的操作。状态字节中各状态位的功能如表 1-4 所示。表 1-4 高速计数器状态寄存器 状态位 SM6.0SM6.4 SM6.5 SM6.6 SM6.7 功能描述 不用 当前计数方向0 增，1 减 当前值预设值 0 不等，1 等 当前值预设值 0 1.3 高速计数器的应用 使用高速计数器时，要按以下步骤进行：（1）选择计数器及工作模式 （2）设置控制字节（见表 1-5）（3）执行 HDEF 指令 （4）设定当前值和预设值 （5）设置中断事件并全局开中断 （6）执行 HSC 指令 表 1-5 高速计数器控制字 控制位 功能描述 适用的计数器HCn SM7.0 复位高低有效控制位：0，高电位有效；1，低电位有效 0，1，2，4 SM7.1 启动高低有效控制位：0，高电位有效；1，低电位有效 1，2 SM7.2 正交计数速率选择位：0，4x 计数速率；1，1x 计数速率 0，1，2，4 SM7.3 计数方向控制位：0，减计数；1，增计数 0，1，2，3，4，5SM7.4 写计数方向允许控制：0，不更新；1，更新计数方向 0，1，2，3，4，5SM7.5 写入预设值允许控制：0，不更新；1，更新预设值 0，1，2，3，4，5SM7.6 写入当前值允许控制：0，不更新；1，更新当前值 0，1，2，3，4，5SM7.7 HSC 指令执行允许控制：0，禁止 HSC；，允许 HSC 0，1，2，3，4，5应用举例：利用 HSC0 的模式 9，对机械手运动的位置变化进行采集，可利用指令向导中的高速计数器，选择计数器及工作模式，完成高速计数器初始化程序的编写，程序如图所示。在应用高速计数器之前必须调用初始化子程序，初始化子程序主要完成高速计数器控制模式、计数初值、当前值的设定以及计数编号和工作模式的选择。如图 1-4 所示编写一简单程序对高速计数器的计数值进行监控，通过对 VD200 进行监控，可随时了解计数器当前值的变化。将旋转编码器的输出分别接至PLC 的 I0.0 和 I0.1，将工作台上机械手的驱动电机接至 24V，注意机械手运动方向，避免出现撞车事件，当电动机带动旋转编码器旋转时，在 PLC 输入点上，可以观察到高速闪烁，在主程序上应可以看到 VD200 数值的变化，通过测量运动距离和数值变化，可以计算出计数值变化与机械手位移的关系。图 1-4 高速计数器初始化程序 图 1-5 监控高速计数器输出值