PLC的自动化生产线供料单元的结构与控制.docx

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PLC的自动化生产线供料单元的结构与控制

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。

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：

工件推出与支撑，工件漏斗，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、底板等。

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。

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截流阀。

气缸截流阀的作用是调节气缸的动作速度。

截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截流阀的气缸外观。

A

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。

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（也叫做磁性开关）的安装位置可以调整，调整方法是松开磁性开关的紧定螺栓，让磁性开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧紧定螺栓。

磁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输入端子。

磁性开关的内部电路如图3-6虚线框内所示，为了防止实训时错误接线损坏磁性开关，YL-335A上所有磁性开关的棕色引出线都串联了电阻和二极管支路。

因此，使用时若引出线极性接反，该磁性开关不能正常工作。

图3-6磁性开关内部电路

在底座和装料管第4层工件位置，分别安装一个漫射式光电开关。

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，若该部分机构内没有工件，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；若仅在底层起有3个工件，则底层处光电接近开关动作而第4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底座和装料管中储料的情况，为实现自动控制奠定了硬件基础。

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OMRON公司的E3Z-L型放大器内置型光电开关（细小光束型）。

该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮和显示灯如图3-8所示。

图3-9给出该光电开关的内部电路原理框图。

图3-9E3Z-L光电开关电路原理图

被推料缸推出的工件将落到物料台上。

物料台面开有小孔，物料台下面设有一个园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，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。

该光电开关选用OTS41型。

2、电磁阀组

阀组，就是将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成，而每个阀的功能是彼此独立的。

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。

阀组的结构如图3-10所示。

本单元的两个阀分别对顶料气缸和推料气缸进行控制，以改变各自的动作状态。

本单元所采用的电磁阀，带手动换向、加锁钮，有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2个位置。

用小螺丝刀把加锁钮旋到在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。

3.1.3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

3.2.1PLC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PLCI/O点数为8点输入/2点输出。

选用西门子S7-222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3-12所示。

图3-12供料单元PLC的I/O接线原理图

供料单元PLC的I/O接线是采用双层接线端子排连接的，端子排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），连接片的作用是将各分散端子片上层端子排进行电气短接，下层端子用作信号线的连接，固定端板是将各分散的组成部分进行横向固定，保险座内插装有2A的保险管。

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3-13和图3-14分别是本单元的接线端口外观和端子接线图。

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独立设备运行，但在供料单元中，主令信号输入点被限制为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3-15是软件实现用一个按钮产生启动/停止信号的一个方法。

图3-15用一个按钮产生启动/停止信号程序

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，系统的主令信号均从连接到输送站PLC（主站）的按钮/指示灯模块发出，经输送站PLC程序处理后，把控制要求存储到其发送缓冲区，通过调用NET_EXE子程序，向各从站发送控制要求，以实现各站的复位、启动、停止等等操作。

供料、加工、装配、分拣各从站单元在运行过程中的状态信号，应存储到该单元PLC规划好的数据缓冲区，等待主站单元的读取而回馈到系统，以实现整个系统的协调运行。

以第二章所举的例子为例，按表2-2的规划，主站单元发送的控制要求，存放在供料单元VB1000处，而供料单元运行过程中需要回馈到系统的状态信号则应写入到VB1010处。

VB1000和VB1010的具体内容以及控制程序如何编制，取决于系统工艺过程的要求，下面以YL-335A出厂例程为实例说明。

例：

在网络控制方式下供料单元的控制要求如下：

系统启动后，供料站把待加工工件推到物料台上，向系统发出物料台有物料信号，并且推料气缸缩回，准备下一次推料。

若供料站的料仓和料槽内没有工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号。

物料台上的工件被输送站机械手取出后，须等待系统本工作周期结束，输送站机械手装置返回原点位置，才进行下一次推出工件操作。

如果在工作过程中，系统曾发出停止信号，则不再进行下一次推料操作。

由控制要求可知，程序应包括两部分，一是如何响应系统的启动、停止指令和状态信息的返回，二是送料过程的控制。

可以编写实现这二个功能的子程序，在主程序中调用。

1）主程序如图3-16所示。

图3-16主程序梯形图

2）启动/停止子程序

图3-17启动/停止子程序梯形图

3）送料子程序

图3-18送料子程序梯形图

主站在读取供料站回馈信息后如何处理，将在第八章中说明。

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

加工单元的功能是完成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

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，加工机构的总成如图4-2所

1．物料台及滑动机构

物料台及滑动机构如图4-3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。

它主要由手爪气动、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。

滑动物料台的工作原理：

滑动物料台在系统正常工作后的初始状态为伸缩气缸伸出，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控制程序驱动气动手指将工件夹紧→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸活塞杆向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后气动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。

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开关。

若物料台上没有工件，则漫射式光电开关均处于常态；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。

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，物料台伸出到初始位置。

同时，PLC通过通信网络，把加工完成信号回馈给系统，以协调控制。

移动料台上安装的漫射式光电开关仍选用OMRON公司的E3Z-L型放大器内置型光电开关（细小光束型），该光电开关的原理和结构以及调试方法在前面已经介绍过了。

移动料台伸出和返回到位的位置是通过调整伸缩气缸上两个磁性开关位置来定位的。

要求缩回位置