YL_335A实训指导书(松下)

自动生产线实训考核装备

实训指导书

（松下PLC版本）

中国.亚龙科技集团有限公司

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。因此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。

亚龙YL-335A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-335A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-335A，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。

YL-335A采用模块组合式的结构，各工作单元是相对的模块，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，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核或技能竞赛的需要。

本实训指导书主要阐述亚龙YL-335A型自动生产线实训考核装备的基本结构、工作原理和工作过程。实训指导书力求采用项目教学的方法介绍本装备所涉及的技术，使学生在知识的学习和综合应用，PLC的编程和组网能力，设备的安装与调试等方面能收到较好的效果。

鉴于时间仓促和限于编者水平，书中难免有错误及不当之处，恳请读者批评指正。

亚龙科技集团

2008年3月30日

目 录

第一章 YL-335A自动生产线实训考核装备概述 (1)

1.1YL-335A的基本组成 (1)

1.2YL-335A的基本功能 (2)

1.3YL-335A的特点和实训项目 (3)

1.4技术参数 (4)

第二章 YL-335A的PLC网络控制方案 (5)

2.1松下FP-X PLC链接通信概述 (5)

2.2PLC链接网络的组建 (6)

2.3PLC链接网络的安装和连接 (9)

2.4YL-335A PLC链接网络组建实例 (10)

第三章供料单元的结构与控制 (12)

3.1供料单元的结构 (12)

3.1.1 供料单元的功能 (12)

3.1.2供料单元的结构组成 (13)

3.1.3 气动控制回路 (19)

3.2供料单元的PLC控制及编程 (19)

3.2.1 PLC的I/O 接线 (19)

3.2.2供料单元的本地控制和网络控制 (20)

第四章加工单元的结构与控制 (22)

4.1加工单元的结构 (22)

4.1.1 加工单元的功能 (22)

4.1.2加工单元的结构组成 (22)

4.1.3 气动控制回路 (27)

4.2加工单元的PLC控制及编程 (28)

4.2.1 PLC的I/O 接线 (28)

4.2.2加工单元的PLC编程要点 (29)

第五章装配单元的结构与控制 (31)

5.1装配单元的结构 (31)

5.1.1 装配单元的功能 (31)

5.1.2装配单元的结构组成 (32)

5.1.3气动控制回路 (37)

5.2装配单元的PLC控制及编程 (39)

5.2.1 PLC的I/O 接线 (39)

5.2.2装配单元的PLC编程要点 (41)

第六章分拣单元的结构与控制 (42)

6.1分拣单元的结构 (42)

6.1.1 分拣单元的功能 (42)

6.1.2分拣单元的结构组成 (42)

6.1.3 气动控制回路 (47)

6.2分拣单元的PLC控制及编程 (47)

6.2.1 PLC的I/O 接线 (47)

6.2.2 松下VF100-0074变频器简介 (48)

6.2.2.1 VF100-0074变频器的电路连接 (49)

6.2.2.2 VF100-0074变频器的操作面板 (51)

6.2.2.3 VF100-0074变频器的参数设置 (52)

6.2.3 分拣单元的的PLC编程要点 (55)

第七章输送单元的结构与控制 (56)

7.1输送单元的功能和结构 (56)

7.1.1 抓取机械手装置 (56)

7.1.2步进电机传动组件 (57)

7.1.3 按钮/指示灯模块 (58)

7.1.3 气动控制回路 (59)

7.2输送单元的PLC控制与编程 (60)

7.2.1 PLC的选型和I/O 接线 (60)

7.2.2输送单元的控制要求 (62)

7.2.3 输送单元的步进电机及其驱动器 (63)

7.2.4 FP-X PLC的脉冲输出功能 (66)

7.2.4.1 脉冲输出功能概述 (66)

7.2.4.2 F171( SPDH )指令简介 (66)

7.2.4.3 F171( SPDH )指令的控制代码 (67)

7.2.4.4与脉冲输出功能有关的主要特殊内部存储器 (71)

7.2.5借助指令导向的编程方法 (73)

第八章 YL-335A的公共模块和器件 (79)

8.1供电电源模块 (79)

8.2气源处理组件 (79)

附录配置清单 (82)第一章 YL-335A自动生产线实训考核装备概述

1.1YL-335A的基本组成

亚龙YL-335A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等5个单元组成。其外观如图1-1所示。

图1-1 YL-335A 外观

其中，每一工作单元都可自成一个的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但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异步电动机的交流传动装置。步进电机位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。

在YL-335A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

全国高职“自动线安装与调试”项目竞赛指定产品

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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，YL-335A 采用了基于RS485串行通信的PLC 网络控制方案，即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。用户可根据需要选择不同厂家的PLC 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仍然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。另一方面，掌握基于RS485串行通信的PLC 网络技术，将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良好的基础。

1.2 YL-335A 的基本功能

YL-335A 各工作单元在实训台上的分布如图1-2的YL-335A

俯视图所示。

图1-2 YL-335A 俯视图

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待加工的工件自动送出到物料台上，以便输送单元的抓取机械手装置将工件抓取送往其他工作单元。

2、加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手装置送来）送到冲压机构下面，完成

一次冲压加工动作，然后再送回到物

料台上，待输送单元的抓取机械手装置取出。

3、装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色或白色小圆柱工件嵌入到已加工的工件中的装配过程。

4、分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能。

5、输送单元的基本功能：该单元具有精确定位到指定单元的物料台，在物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。

1.3 YL-335A的特点和实训项目

YL-335A设备是一套半开放式的设备，用户在一定程度上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5个单元组成，最少时一个单元即可自成一个的控制系统。由多个单元组成的系统，PLC网络的控制方案可以体现出自动生产线的控制特点。

设备中的各工作单元均安放在实训台上，便于各个机械机构及气动部件的拆卸和安装，控制线路的布线、气动电磁阀及气管安装。其中，输送单元采用了最为灵活的拆装式模块结构：组成该单元的按钮/指示灯/直流电源模块、电源模块、PLC模块、步进电机驱动器模块等均放置在抽屉式模块放置架上；模块之间、模块与实训台上接线端子排之间的连接方式采用安全导线连接，最大限度地满足了综合性实训的要求。

总的来说，YL-335A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，使学习者得到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。

利用YL-335A，可以完成以下实训任务：

1.自动检测技术使用实训

2.气动技术应用实训

3.可编程控制器编程实训

4.PLC网络组建实训

5.电气控制电路实训

6.变频器应用实训

7.步进电机驱动和位置控制实训

8.自动控制技术教学与实训

9.机械系统安装和调试实训

10.系统维护与故障检测实训

1.4 技术参数

1、交流电源：三相五线制， AC 380V±10% 50 Hz；

2、温度：-10℃~40℃；环境湿度：≤90%（25℃）；

3、实训桌外形尺寸：长×宽×高=1920mm×960mm×840mm；

4、整机消耗：≤1.5kVA；

5、气源工作压力：最小6bar，最大8bar。

6、安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准。采用高绝缘的安全型插座及带绝缘护套的高强度安全型实验导线。

第二章 YL-335A的PLC网络控制方案

YL-335A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。组建成网络后，系统中每一个工作单元也称作工作站。

PLC网络的具体通信模式，取决于所选厂家的PLC类型。若PLC选用松下FP-X 系列，并插上RS485通信插卡（AFPX-COM3），则通信方式可采用PLC链接通信或MODBUS RTU通信，这里只讨论松下PLC链接通信。

2.1 松下FP-X PLC链接通信概述

FP－X 支持用双绞线电缆连接与松下专用的MEWNET－W0 协议相对应的PLC链接（最多16 台）的链接系统。使用专用的内部继电器[链接继电器（L）]和数据寄存器[链接寄存器（LD）]，数据可供通过PLC链接连接起来的所有PLC 共享，如图2-1所示。

图2-1 PLC链接系统中的数据共享

由图可见：

⑴ 使用链接继电器时，No.1 PLC 的链接继电器L0接点设为ON 后，网络中存在的所有其他的PLC 的相同链接继电器L0全部为ON。

⑵ 使用链接寄存器时，No.1 PLC 的链接寄存器LD0内容被更改后，网络中存在

的所有其他的PLC 的相同链接寄存器LD0的内容都将被更改为改写的值。

⑶ PLC链接时，任何1 台PLC 中的链接继电器、链接寄存器的状态会反映到网络中的其他PLC，因此，在网络内若需要统一的数据，其协制很容易实现，且所有单元的数据都能同时完成更新。

2.2 PLC链接网络的组建

组建PLC链接网络的工作，主要是设置各PLC的系统寄存器。对网络中某一工作站，设置步骤如下：

1、设定通信模式：运行FPWIN GR（V2.73版），新建一个文件，然后在菜单中选

择［选项（O）］→［PLC 系统寄存器设置］，单击左栏目中的[COM1端口设置] （PLC链接只能使用COM1 端口），如图2-2所示。

图2-2 PLC 系统寄存器设置

在No.412 通信模式选择框中，单击▼键，在显示的下拉菜单中选择[PC-link]，把初始设定计算机链接模式改变为PC-link模式。如图2-3所示。

图2-3 通信模式设置

由图可见，No.413 通信格式和 No.415 速率的数据均变为灰色，这是因为PLC 链接模式下，传输格式及速率是固定的，用户不可更改缘故。

2、设定站号：在No.410 站号选择框中，单击▼键，在显示的下拉菜单的1～16 之中选择所指定的站号。

3、分配链接继电器和链接寄存器

PLC链接所使用的链接继电器/链接寄存器分配在CPU 单元的链接区域中。通过对CPU 单元的系统寄存器进行设定来划分链接区域。

在PLC系统寄存器设置界面的左栏目中单击PC-link W0-0 项，出现图2-4所示画面。

图2-4 链接继电器/链接寄存器分配

修改界面中各系统寄存器的数据：

① No.40 链接继电器区容量：根据该PLC链接网络中各站需要交换的信

息量确定，最大不超过字。

② No.41 链接寄存器区容量：根据该PLC链接网络中各站需要交换的信息量确定，最大不超过128字。

③ No.42 链接继电器发送区起始字No.：在链接继电器区中，本站信息写入的起始字位置。

④ No.43 链接继电器发送区容量：根据本站需要向PLC链接网络发送的信息量确定，最大不超过字。

⑤ No.44 链接寄存器发送区起始No.：在链接寄存器区中，本站信息写入的起始位置。

⑥ No.45 链接寄存器发送容量：根据本站需要向PLC链接网络发送的信息量确定，最大不超过字。

⑦ No.46 PC-Link 切换标志：一般选择[标准]。

⑧ No.47 MEWNET-W0 PC-Link 最大站号：连接台数少于16 台时，此系统寄存器的初始设定值[16]应变更为最大单元No.，可以缩短发送时间。

4、 完成上述三步后，组建PLC链接网络所必须的系统寄存器设置工作结束。单击系统寄存器设置画面的“OK”按钮，退出系统寄存器设置。

5、 按本站控制要求编写用户程序，完成后存盘并下载到PLC。

以上是网络中某一站PLC的设置工作，对网络中其他站PLC，重复上述步骤，各生成自己的文件并完成下载工作。

上述网络中各站PLC系统寄存器设置工作，须注意如下几点：

⑴ 站号的设定（No.410），应从第1号依次、不间断地连续设定。如有空编号时，发送时间则相对变长。

⑵ 站号是网络上用于识别PLC 的固有编号。在同一网络中编号不能重复。

⑶ 在No.47 MEWNET-W0 PC-Link 最大站号的设定中，对所有站都要设定为相同值。

⑷ 同样，No.40 链接继电器区容量、No.41 链接寄存器区容量的设定，也应所有站都设定为相同值。

⑸ 链接区域分配时，如果链接区域的分配有误，则会因发生错误而无法通信。为此，从发送区域向其他的PLC 的接收区域发送数据时，接收端的接收区域必须有编

号相同的链接继电器和链接寄存器。此外，若两个站的链接继电器之间有重叠的区域，则会导致发生错误，从而使通信无法进行。如图2-5实例中No.2 和No.3 的链接继

电器之间有重叠的区域，就会导致发生错误，从而使通信无法进行。

图2-5 两站点链接继电器之间有重叠区域实例

2.3PLC链接网络的安装和连接

1、网络安装前，应断开电源。各站PLC应插上AFPX-COM3 RS485/RS422 1 通道型通信插卡。AFPX-COM3是绝缘式的2 线式RS485 端口/4 线式RS422 端口配备1 个通道的通信插卡。它的LED 显示/端子排列如图2-6所示。各端子功能如表2-1所示。

图2-6 AFPX COM3 LED 显示/端子排列

表2-1 AFPX COM3 各端子功能

名称

端子

名称 RS485 RS422 信号

方向

端口

S+ 传输线路（+） 发送数据（+）—

S- 传输线路（-） 发送数据（-）—

R+ — 接收数据（+）—

R- — 接收数据（-）—

— — —

COM1端口

此外，在插卡背面有一个4位拨动开关，使用时须根据通信的状态切换插

卡背面的开关。如图2-7所示。

图2-7 插卡背面开关

2、用双绞线电缆连接各站通信插卡，YL-335A各站的一个连接方案如图2-8所示，注意，对于终端站（输送站和分拣站）应拨动其插卡背面开关第4位，使其在ON位置。

图2-8 YL-335A PLC链接网络连接

2.4 YL-335A PLC链接网络组建实例

下面所举例子，不编写PLC用户程序，仅完成PLC链接。下载到各站PLC的，仅仅是系统寄存器的设定。通过本例，可以熟悉PLC链接网络组建的步骤，同时也可以看到，松下PLC链接网络的组建，是十分简单和轻松的事情。

1、各工作站站号的指定如表2-2所示

表2-2 工作站对应的站号

工作站名称 输送站 供料站 加工站 装配站 分拣站

站号No. 5 1 2 3 4

2、各工作站链接继电器的分配

考虑YL-335A中，各工作站PLC所需交换的信息量不大，每站链接继电器总容量可设定为只需5个字，即每站发送区仅占1个字已经足够（注意，减少链接区容量可使网络速度加快）。各工作站链接继电器的分配如图2-9所示。

图2-9 链接继电器的分配

3、各工作站系统寄存器设置和网络连接

各工作站系统寄存器设置为：

No.412 通信模式：选择 PC-link模式

No.40 链接继电器区容量 = 5

No.41 链接寄存器区容量 = 0

No.43 链接继电器发送区容量 = 1

No.47 MEWNET-W0 PC-Link 最大站号 = 5

No.412站号和No.42 链接继电器发送区起始字No.按照前面所述2点设置。

完成各站系统寄存器设置后，可直接将尚未有用户程序的文件下载到相应的PLC，待以后编写用户程序时再将其上传到FPWIN GR 上进行编辑。

断开各站PLC电源，插上通信插卡，连接网络线。然后再接通各PLC工作工作电源，可以看到，各站通信插卡上的S+、S- 的LED指示灯均亮，说明PLC链接网络已经组建成功。

第三章 供料单元的结构与控制

3.1 供料单元的结构

3.1.1 供料单元的功能

供料单元是YL-335A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。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。如图3-1所示为供料单元实物的全貌。

图3-1供料单元实物的全貌

3.1.2供料单元的结构组成

供料单元的结构组成如图3-2所示。其主要结构组成为：进料模块和物料台，电磁阀组，接线端口，PLC模块，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。

图3-2 供料单元的主要结构组成

1．工件推出与支撑及漏斗部分

该部分如图3-3所示。用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到物料台上。它主要由大工件装料管、推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。

图3-3 进料模块和物料台

该部分的工作原理是：工件垂直叠放在料仓中，推料缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而夹紧气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时，首先使夹紧气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。在推料气缸返回并从料仓底部抽出后，再使夹紧气缸返回，松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。

为了使气缸的动作平稳可靠，气缸的作用气口都安装了限出型气缸节流阀。气缸节流阀的作用是调节气缸的动作速度。节流阀上带有气管的快速接头，只要将合适外径的气管往快速接头上一插就可以将管连接好了，使用时十分方便。图3-4是安装了带快速接头的限出型气缸节流阀的气缸外观。

图3-4 安装上气缸节流阀的气缸

图3-5是一个双动气缸装有两个限出型气缸节流阀的连接和调节原理示意图，当调节节流阀A时，是调整气缸的伸出速度，而当调节节流阀B时，是调整气缸的缩回速度。

图3-5节流阀连接和调整原理示意

从图3-4上可以看到，气缸两端分别有缩回限位和伸出限位两个极限位置，这两个极限位置都分别装有一个磁感应接近开关，如图3-6(a)所示。磁感应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及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。在传感器上设置有LED显示用于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

3-4(b)所示。

图3-6 磁感应接近开关

进料模块料仓的底层和第4层工件位置，分别安装一个漫射式光电接近开关。漫射式光电接近开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到接收器，接近开关处于常态而不动作；反之若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，则接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。图3-7为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。

图3-7 漫射式接近开关的工作原理

由此可见，若进料模块料仓内没有工件，则处于底层和第4层位置的两个漫射式光电接近开关均处于常态；若料仓内仅在底层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而次底层处光电接近开关常态，表明工件已经快用完了。这样，料仓中有无储料或储料是否足够，就可用这两个光电接近开关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储料的情况，为实现自动控制奠定了硬件基础。

被推料缸推出的工件将落到物料台上。物料台面开有小孔，物料台下面也设有一个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，以便向系统提供本单元物料台有无工件的信号。在输送单元的控制程序中，就可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。

2、电磁阀组

阀组，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的。供料单元的阀组只使用两个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，两个阀集中安装在汇流板上，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。阀组的组装如图3-8所示。本单元的两个阀分别对顶料气缸和推料气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。

图3-8 电磁阀组

本单元所采用的电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2个位置。用小螺丝刀把手控开关旋到在LOCK位置时，手控开关向下凹进去，不能进行手控操作。只有在PUSH位置，可用工具向下按，信号为“1”，等同于该侧的电磁信号为“1”；常态时，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，从而实现对相应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。

3、接线端口

接线端口采用双层接线端子排，用于集中连接本工作单元所有电磁阀、传感器等器件的电气连接线、PLC的I/O端口及直流电源。上层端子用作连接公共电源正、负极（Vcc和0V），下层端子用作信号线的连接。接线端口上的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底板上。图3-9和图3-10分别是本单元的接线端口外观和端子接线图。

图3-9 供料单元接线端口图

图3-10 供料单元端子接线图

3.1.3 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控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图3-11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。

图3-11 供料单元气动控制回路工作原理图

3.2 供料单元的PLC控制及编程

3.2.1 PLC的I/O 接线

本单元中，传感器信号占用7个输入点，留出1个点提供给启/停按钮作本地主令信号，则所需的PLC I/O点数为8点输入/2点输出。选用松下FP-X-C14R主单元，共8点输入和6点继电器输出，供料单元的I/O接线原理图如图3-10所示。

图3-10 供料单元PLC的I/O接线原理图

3.2.2供料单元的本地控制和网络控制

1、本地控制

YL-335A允许各工作单元作为设备运行，但在供料单元中，主令信号输入点被为1个，如果需要有启动和停止2种主令信号，只能由软件编程实现。图3-11是软件实现用一个按钮产生启动/停止信号的一个方法。

图3-11 用一个按钮产生启动/停止信号程序

供料单元的工艺过程是一个简单的顺序控制过程，这里不再赘述。

2、网络控制

YL-335A着重考虑采用RS485串行通信实现的网络控制方案，各工作站的主令信号均从连接到输送站PLC的按钮/指示灯模块发出，通过串行通信，实现各站的复位、启动、停止等等操作。供料、加工、装配、分拣各单元在运行过程中的状态信号，应通过该单元PLC链接区的发送区域回馈到系统，以实现整个系统的协调运行。以供料单元为例，系统的主令信号，应从该单元PLC链接区的WL0链接继电器字读取，而该单元运行过程的状态信号则应写入链接区的WL1链接继电器字中。

WL0和WL1的具体内容，取决于系统工艺过程的要求，可参考YL-335A设备出厂例程。

第四章 加工单元的结构与控制

4.1 加工单元的结构

4.1.1 加工单元的功能

加工单元的功能是把待加工工件从物料台移送到加工区域冲压气缸的正下方；完成对工件的冲压加工，然后把加工好的工件重新送回物料台的过程。如图4-1所示为加工单元实物的全貌。

图4-1加工单元实物的全貌

4.1.2加工单元的结构组成

加工单元主要结构组成为：物料台及滑动机构，加工（冲压）机构，电磁阀组，接线端口，PLC模块，急停按钮和启动/停止按钮，底板等。

1．物料台及滑动机构

物料台及滑动机构如图4-2所示。物料台用于固定被加工件，并把工件移到加工（冲压）机构正下方进行冲压加工。它主要由手爪气缸、手指、物料台伸缩气缸、线性导轨及滑块、磁感应接近开关、漫射式光电传感器组成。

图4-2 物料台及滑动机构

滑动物料台的工作原理：滑动物料台原始位置是处于物料台伸缩气缸伸出，物料台气动手爪张开的状态，当输送机构把物料送到料台上，物料检测传感器检测到工件后，PLC控制程序驱动机械手指将工件夹紧→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后机械手指松开的顺序完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号。并为下一次工件到来加工做准备。

在移动料台上安装一个漫射式光电接近开关。若物料台上没有工件，则漫射式光电接近开关均处于常态；若物料台上有工件，则光电接近开关动作，表明物料台上已有工件,需将工件输送到的加工位置进行加工。该光电传感器的输出信号送到加工单元PLC的输入端，用以判别物料台上是否有工件需进行加工；当加工过程结束，已加工工件被送回到物料台后，PLC通过通信网络，把加工完成信号回馈给系统，以协制。

2、加工（冲压）机构

加工（冲压）机构如图4-5所示。加工机构用于对工件进行冲压加工。它主要由冲压气缸、冲压头、冲压台等组成。

图4-3加工（冲压）机构

冲压台的工作原理：当工件到达冲压位置时，冲压缸伸出对工件进行加工，完成加工动作后冲压缸缩回，为下一次冲压做准备。

冲头根据工件的要求对工件进行冲压加工，冲头安装在冲压缸头部。冲压台用于安装冲压缸，对冲压缸进行固定。

加工单元机械部件的装配和调整请参阅“YL-335A机械装配手册”。

3、电磁阀组

加工单元的气爪、物料台伸缩气缸和冲压气缸均用三个二位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，三个控制阀集中安装在装有消声器的汇流板上，如图4-4所示。由于冲压缸对气体的压力和流量要求比较高，故冲压缸的配套气管粗。这三个阀分别对冲压气缸、物料抬手爪气缸和物料台伸缩气缸的气路进行控制，以改变各自的动作

状态。

图4-4 电磁阀组

电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，从而实现对相应气路的控制，以改变冲压缸等执行机构的控制，达到调试的目的。

4、接线端口

图4-5和图4-6分别是本单元的接线端口外观和端子接线图。

图4-5 加工单元的接线端口图

图4-6 加工单元端子接线图

4.1.3 气动控制回路

本工作单元气动控制回路的工作原理如图4-7所示。图中1A、 2A和3A分别为冲压气缸、物料台伸缩气缸和手爪气缸。1B1和1B2为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在物料台伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，3B1为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、物料台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制端。

图4-7 加工单元气动控制回路工作原理图

从图4-7可以看到，当气源接通时，料台伸出气缸的初始状态是在伸出位置。这一点，在进行气路安装时应予注意。

4.2 加工单元的PLC控制及编程

4.2.1 PLC的I/O 接线

本单元中，传感器信号占用6个输入点，留出2个点提供给提供给急停按钮和启/停按钮作本地主令信号，则所需的PLC I/O点数为8点输入/3点输出，选用松下FP-X-C14R主单元，共8点输入和6点继电器输出，加工单元的I/O接线原理图如图4-9所示。

图4-9 加工单元PLC的I/O接线原理图

4.2.2加工单元的PLC编程要点

1、在YL-335的加工单元中，提供启动/停止按钮和急停按钮各一个作为该单元的主令信号。与供料单元同样，如果需要有启动和停止2种主令信号，只能由软件编程实现，实现方法在第三章中已经阐述，这里不再重复。本单元的急停按钮是当本单元出现紧急情况下提供的局部急停信号，一旦发生，本单元所有机构应立即停止运行，直到急停解除为止；同时，急停状态信号应回馈到系统，以便协调处理。

2、加工单元的工艺过程也是一个顺序控制：物料台的物料检测传感器检测到工件后，按照，机械手指夹紧工件→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后机械手指松开的顺序完成工件加工工序，并向系统发出加工完成信号。读者可按上述工艺要求编写PLC程序。这里假设，该单元用本地控制，按一下启/停按钮，单元启动，按上述顺序工作；再按一下启/停按钮，发出停止工作信号，单元在完成本周期的动作后停止工作，即使物料台的物料检测传感器检测到工件，也不再运行。

3、采用网络控制方式时，该单元工作的主令信号应从PLC链接区的WL0读取，接收来自输送站的发送信号。工作状态信号（例如加工是否完成，急停是否按下等）则应写入到本站的发送区WL2。

第五章 装配单元的结构与控制

5.1 装配单元的结构

5.1.1 装配单元的功能

装配单元是将该生产线中分散的两个物料进行装配的过程。主要是通过对自身物料仓库的物料按生产需要进行分配，并使用机械手将其插入来自加工单元的物料中心孔的过程。装配单元总装实物图如5—1。

图5--1

竖直料仓中的物料在重力作用下自动下落，通过两直线气缸的共同作用，分别对底层相邻两物料夹紧与松开，完成对连续下落的物料的分配，被分配的物料按指定的路径落入由气动摆台构成的物料位置转换装置，由摆台完成180度位置变换后，由前后移动气缸，上下移动气缸，气动手指所组成的机械手夹持后位移，并插入已定位的半成品工件中。

5.1.2装配单元的结构组成

由于装配单元不仅要完成对分散的物料的装配过程，而且配有自身的物料仓库，因此它的结构组成包括：简易物料仓库，物料分配机构，被分配物料位置变换机构，机械手，半成品工件的定位机构，气动系统及其阀组，信号采集及其自动控制系统，以及用于电器连接的端子排组件，整条生产线状态指示的信号灯和用于其他机构安装的铝型材支架及底板，传感器安装支架等其它附件。

装配单元总体装配图如图5—2所示：

1.简易物料仓库 简易物料仓库是由塑料圆棒加工而成，它直接插装在物料分配机构的连接孔中，并在顶端放置加强金属环，用以防止空心塑料圆柱的破损。物料竖直放入料仓的空心圆柱内，由于二者之间有一定的间隙，使其能在重力作用下自由下落。

为了能对料仓缺料时即时报警，在料仓的外部安装漫反射光电传感器，并在料仓塑料圆柱上纵向铣槽，以使光电传感器的红外光斑能可靠照射到被检测的物料上。如图5—2所示。

图5--2

简易物料仓库中的物料外型一致，颜色分为黑色和白色。

2.物料分配机构 它的动作过程是由上下安装水平动作的两直线气缸在PLC的控制下完成的。当供气压力达到规定气压后，打开气路阀门，此时分配机构底部气缸在单电控电磁阀的作用下，恢复到初始状态---该气缸活塞杆伸出，因重力下落的物料被阻挡，系统上电并正常运行后，当位置变换机构料盘旁的光电传感器检测到

位置变换机构需要物料时，物料分配机构中的上部气缸在电磁阀的作用下活塞杆伸出，将与之对应的物料夹紧，使其不能下落，底部气缸活塞杆缩回，物料掉入位置变换机构的料盘中,底部气缸复位伸出，上部的气缸缩回，物料连续下落，为下一次分料作好准备。在两直线气缸上均装有检测活塞杆伸出与缩回到位的磁性开关，用于动作到位检测，当系统正常工作并检测到活塞磁钢的时候，磁性开关的红色指示灯点亮，并将检测到的信号传送给控制系统的PLC。物料分配机构的底部装有用于检测有无物料的光电传感器，使控制过程更准确可靠。

3.物料位置变换机构 该机构由气动摆台和料盘构成，气动摆台驱动料盘旋转180度，并将摆动到位信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC的控制下，实现有序，往复循环动作。见图5—3所示。

图5-3

4.机械手 机械手是整个装配单元的核心，变换机构有物料的信号传送至PLC，在半成品工件定位机构传感器检测到该机构有工件的情况下，机械手从初始状态执行装配操作过程。整体外型如图5—4所示。

图5-4

PLC驱动与竖直移动气缸相连的电磁换向阀动作，由竖直移动带导杆气缸驱动气动手指向下移动，磁性开关检测到下移到位后，气动手指驱动手爪夹紧物料，并将夹紧信号通过磁性开关传送给PLC，在PLC控制下，竖直移动气缸复位，被夹紧的物料随气动手指一并提起，离开位置变换机构的料盘，提升到最高位后，水平移动气缸在与之对应的换向阀的驱动下，活塞杆伸出，移动到气缸前端位置后，竖直移动气缸再次被驱动下移，移动到最下端位置，气动手指松开，经短暂延时，竖直移动气缸和水平移动气缸缩回，机械手恢复初始状态。

在整个机械手动作过程中，除气动手指松开到位无传感器检测外，其余动作的到位信号检测均采用与气缸配套的磁性开关，将采集到的信号输入PLC，由PLC输出信号驱动电磁阀换向，使由气缸及气动手指组成的机械手按程序自动运行。

5.半成品工件的定位机构输送单元运送来的半成品工件直接放置在该机构的料斗定位孔中，由定位孔与工件之间的较小的间隙配合实现定位，从而完成准确的装配动作和定位精度。如图5—5。

图5--5

6.电磁阀组，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的。装配单元的阀组6个二位五通单电控电磁换向阀组成，如图3-6所示。这些阀分别对物料分配，位置变换和装配动作气路进行控制，以改变各自的动作状态。

5.1.3气动控制回路

警示灯：本工作单元上安装有红、黄、绿三色警示灯，但它是作为整个系统警示用的。警示灯有六根引出线，其中并在一起的两根粗线是电源线（红线接“+24”，黑红双色线接“GND”），其余四根是信号控制线（棕色线为控制信号公共端，如果将控制信号线中的红色线和棕色线接通，则红灯亮，将控制信号线中的绿色线和棕色线接通，则绿灯亮，将控制信号线中的黄色线和棕色线接通，则黄灯亮）。

气动摆台 它是由直线汽缸驱动齿轮齿条实现回转运动，回转角度能在0—90度和0—180度之间任意可调，而且可以安装磁性开关，检测旋转到位信号，多用于方向和位置需要变换的机构。如图5—6所示。

图5—6 气动摆台

导杆气缸 该汽缸由直线运动汽缸带双导杆和其它附件组成。外型如图5—7所示。

图5—7 导杆气缸组件的结构

安装支架用于导杆导向件的安装和导杆汽缸整体的固定，连接件安装板用于固定其它需要连接到该导杆汽缸上的物件，并将两导杆和直线汽缸活塞杆的相对位置固定，当直线汽缸的一端接通压缩空气后，活塞被驱动作直线运动，合塞杆也一起移动，被连接件安装板固定到一起的两导杆也随活塞杆伸出或缩回，从而实现导杆汽缸的整体功能。安装在导杆末端的行程调整板用于调整该导杆汽缸的伸出行程。具体调整方法是松开行程调整板上的紧定螺钉，让行程调整板在导杆上移动，当达到理想的伸出距离以后，再完全锁紧紧定螺钉，完成行程的调节。

5.2 装配单元的PLC控制及编程

5.2.1 PLC的I/O 接线

1、PLC的选型和I/O接线原理

装配单元的所使用的传感器及电磁阀较多，选用松下FP-X-C60R主单元，共32点输入，28点输出。实际使用为18点输入（包括急停按钮和启动/停止按钮信号），9点输出。PLC的输入端和输出端接线原理图分别如图5-8和图5-9所示。

图5-8 装配单元PLC输入端接线原理

图5-8 装配单元PLC输出端接线原理

2、接线端口

图5-10给出了单元上的接线端口与PLC连接的实物图，图5-11是接线端子上的接线图。

图5-10 装配单元上的接线端口与PLC

图5-11 装配单元上接线端口接线图

5.2.2装配单元的PLC编程要点

装配单元的控制过程均为逻辑控制，编程时不仅要注意网络数据的读取与写入，更要理清输入继电器与输出继电器之间的逻辑关系。让整个装配单元的动作过程稳定可靠，逻辑严谨，与其他单元的配合竟然有序，满足该自动生产线的需要。

装配单元上安装的红、黄、绿三色警示灯，是作为整个系统警示用的，它的动作取决于输送单元发送到网络上的系统状态信号，具体动作方式则由本单元PLC程序

控制，在编程时应该注意。

第六章 分拣单元的结构与控制

6.1 分拣单元的结构

6.1.1 分拣单元的功能

分拣单元是YL-335A中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。如图6-1所示分拣单元实物的全貌。

图6-1分拣单元实物的全貌

6.1.2分拣单元的结构组成

分拣单元的结构组成如图6-2所示。其主要结构组成为：传送和分拣机构，传动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，底板等。

图6-2分拣单元的主要结构组成

1、传送和分拣机构

传送和分拣机构用以传送已经加工、装配好的工件，由光纤传感器检测并进行分拣。它主要由传送带、入料口、物料出口滑槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近开头组成。图6-3是尚未安装传感器的传送和分拣机构外形。

图6-3传送和分拣机构

传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。两条物料滑槽分别用于存放加工好的黑色工件和白色工件。

传送和分拣的工作原理：当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区。如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，通过PLC的程序1号推料气缸启动，将白色料推到1号滑槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为2号滑槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。

在每个料槽的对面都装有推料（分拣）气缸，把分拣出的工件推到对号的料槽中。在两个推料（分拣）气缸的前极限位置分别装有磁感应接近开关，可根据该信号来判别分拣气缸当前所处位置。当推料（分拣）气缸将物料推出时磁感应接近开关动作输出信号为“1”，反之，输出信号为“0”。

为了准确且平稳地把工件从滑槽中间推出，需要仔细地调整两个分拣气缸的位置和气缸活塞杆的伸出速度，调整方法在前面已经叙述过了。

在传送带入料口位置装有漫射式光电传感器，用以检测是否有工件到来进行分拣。有工件时，漫射式光电传感器将信号传输给PLC，用户PLC程序输出启动变频器信号，从而驱动三相减速电动机启动，将工件输送至分拣区。

在传送带上方分别装有两个光纤传感器如图6-4所示，光纤传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。

图6-4 光纤传感器

光纤传感器也是光电传感器的一种，相对于传统电量型传感器（热电偶、热电阻、压阻式、振弦式、磁电式），光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣

环境，传输距离远，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在很小空间的地方。

光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。从而可以通过调节灵敏度判别黑白两种颜色物体，将两种物料区分开，从而完成自动分拣工序。

2、传动机构

传动机构如图6-5所示。采用的三相减速电机，用于拖动传送带从而输送物料。它主要由电机支架、电动机、联轴器等组成。

图6-5 传动机构

三相电机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制（变频器具体操作见 6.2.2），其作用是带传送带从而输送物料。电机支架用于固定电动机。联轴器由于把电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来，从而组成一个传动机构。在安装和调整时，要注意电动机的轴和输送带主动轮的轴必须要保持在同一直线上。

分拣单元机械部件的装配和调整请参阅“YL-335A机械装配手册”。

3.电磁阀组

分拣单元的电磁阀组只使用了两个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安装在汇流板上。这两个阀分别对白料推动气缸和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。

所采用的电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。

分拣单元的两个直线气缸安装时需注意，一是安装位置，应使得工件从滑槽中间推出，二是要安装水平，或稍微略向下，否则推出时导致工件翻转。

4.分拣单元的电气接线

分拣单元与前述几个单元电气接线方法有所不同，该单元的变频器模块是安装在抽屉式模块放置架上的。因此，该单元PLC输出到变频器控制端子的控制线，须首先通过接线端口连接到实训台面上的接线端子排上，然后用安全导线插接到变频器模块上。同样，变频器的驱动输出线也须首先用安全导线插接到实训台面上的接线端子排插孔侧，再由接线端子排连接到三相交流电动机。

分拣单元的接线端口则与其他单元相仿，图6-6是本单元的端子接线图。