工业控制系统电子教材.docx
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工业控制系统电子教材
项目一
一、功能及动作过程描述
供料站装配与调试任务书
图1供料单元装配效果图
1、供料站基本构成及功能介绍
由井式工件库、推料气缸、物料台、光电传感器、磁性传感器、电磁阀、支架、机械零部件构成。
主要完成将放置在工件库中待加工工件推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其它站。
井式工件库：
存放黑白两种工件。
PLC主机：
控制端子与端子排相连。
光电传感器1：
用于检测工件库物料是否不够。
当工件库有物料时给PLC提供输入信号。
物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节，调节检测范围1～9cm。
光电传感器2：
用于检测工件库是否有物料。
当工件库有物料时给PLC提供输入信号。
物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节，调节检测范围1～9cm。
光电传感器3：
用于检测物料台上是否有物料。
当工件库与物料台上有物料时给PLC
提供输入信号。
物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节，调节检测范围5～30cm
磁性传感器：
用于气缸的位置检测，当检测到气缸准确到位后给PLC发出一个到位信号。
电磁阀：
用于控制气缸伸缩，当PLC给电磁阀一个信号，电磁阀动作，气缸推出。
失
1
1B2
1B1
A
R
B
PS
电退回。
推料气缸：
由单控电磁阀控制。
当电磁阀得电，气缸伸出，同时将物料送至物料台上。
失电缩回。
端子排：
用于连接PLC输入输出端口与各传感器和电磁阀。
2、工作过程
系统启动后，若供料站的物料台上没有工件，则应把工件推到物料台上；若供料单元的工件库内没有工件或工件不足，则发出报警信号。
物料台上的工件被取出后，若系统运行信号仍然为ON，则进行下一次推出工件操作。
二、任务目标
1、控制电路设计
设计供料单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图安装和连接电路。
电路图应包括PLC的I/O端子分配和控制原理图。
2、气路连接
按照图2所示的供料单元气动系统图完成各工作单元的气路连接，并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。
推料气缸
二二
图2
1Y1
二二二二二二二二二二
供料单元气动控制回路工作原理图
3、机械部分安装
完成供料单元装置侧的安装和调整以及工作单元在工作台面上定位。
供料单元装置装配完成后的外观图（或效果图）如图1所示。
2
4、程序编制及调试
①
设备上电和气源接通后，若工作站各个气缸满足初始位置要求，且供料料仓内有
足够的待加工工件，则“正常工作”指示灯常亮，表示设备准备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。
2若设备准备好，按下启动按钮，工作站启动，“设备运行”指示灯常亮。
启动后，若出料台上没有工件，则应把工件推到出料台上。
出料台上的工件被人工取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。
2当待加工工件人工送到加工台上并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。
如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。
3若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，“设备运行”指示灯熄灭。
4若在运行中供料料仓内工件不足，则供料单元继续工作，但“正常工作”指示灯以1Hz的频率闪烁，“设备运行”指示灯保持常亮。
若料仓内没有工件，则“正常工作”指示灯和“设备运行”指示灯均以2Hz频率闪烁。
工作站在完成本周期任务后停止。
除非向料仓补充足够的工件，工作站不能再启动。
5当待加工工件被检出而加工过程开始后，如果按下急停按钮，本单元所有机构应立即停止运行，“设备运行”指示灯以1Hz频率闪烁。
急停按钮复位后，设备从急停前的断点开始继续运行。
三、任务要求
完成任务的详细要求，如：
1、完成机械部分的安装；
2、完成电路设计和电路连接
设计供料单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图安装和连接电路。
电路图应包括PLC的I/O端子分配和控制原理图。
3、根据气动回路原理图，完成气路连接，并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。
4、根据系统运行工艺要求，编写程序。
5、完成工料站装配与调试系统调试，调试要求（详细说明需测试的功能）。
3
中任一项为F，则该项目
的考核为F；2、独立
完成项目者
在验收等级中上调一级；
3、团队完成
者，排名第一的等级不变，排名第二者降一个
等级，依次
类推。
4、如
项目要求为团队项目则另外处理。
6、记录调试过程和调试过程中问题的处理。
四、需提交资料
1、供料站电气控制电路原理图、接线图、I/O端口分配图；
2、供料站PLC单站运行控制程序；
3、装配调试完成后的系统运行视频及装配过程中反映自己操作的过程图片、视频。
五、验收标准
验收内容
要求
权重
备注
A
B
C
D
F
功能测试
实现全
部功能
一项功
能没完
成
两项功
能没完
成
三项功
能没完
成
三项以
上功能
没完成
50%
1、验收内容
调试过程记录
调试步
骤正确、
调试过
程和问
题的处
理记录
正确详
细
调试过
程记录
缺一项
调试过
程记录
缺两项
调试过程记录缺三项；
调试过
程记录
没有或
不详细、通电前不检查
线路造
成器件/
设备损
坏
20%
提交资料
提交资料完整、正确、详细，能正确解释
提交资料不详细但依据资料能完成功能，能正确
解释
提交资
料不完
整但依
据资料
能完成
大部分
功能，
能正确
解释
提交资
料不完
整且依
据资料
不能完
成大部
分功能，
能正确
解释
F：
所提
交资料
有抄袭
嫌疑又
不能正
确解释。
20%
职业素养与安全意识
C
F
10%
现场操作安全保护符合安全操作规程；工具物品摆放符合要求，保持工位整洁；遵守纪律，尊重老师，爱惜设备和器材，保持实训室整洁。
违反任
何一项
该项评
分为F，
情况严
重者，
本项任
4
推料电磁阀
推料复位检测
推料到位检测
物料台物料检测
物料有无检测
物料不够检测
务直接
评定为
F。
六、参考电路（非完整电路）
+24V
Q0.0
AC220V
LN
CPU222AC/DC/RLY
1L
1M
I0.0I0.1I0.2
I0.3I0.4
2M
5
6
任务号
任务名称
供料站的安装
作业指导书
工序号
工序名称
一、作业前准备
1、根据材料清单核对材料和工具；
2、将材料工具摆放整齐；
……
二、步骤
请详细写出任务完成步骤（硬件附每一步的图片，软件附流程图和参考程序，调试包括调试步骤和调试记录表）如硬件安装步骤
步骤内容装配后（图片）工时（min）
1略10
铝合金框架结构安装
2气缸安装略5
3气路电磁阀安装略5
4略5
工件检测传感器和磁性传感器安装侧接线端口与PLC
5略10
安装
三、异常情况处理与注意事项
1、接线端子一定不能接错，尤其是220V电源线。
2、传感器一定要安装到位。
装配后（图片）
发生异常情况时及时报告组长、老师和实训室管理员
共页第页
7
项目二
一、功能及动作过程描述
加工站装配与调试任务书
图1加工单元装配效果图
加工站组成及功能
由物料台、物料夹紧装置、龙门式二维运动装置、主轴电机、刀具以及相应的传感器、磁性开关、电磁阀、步进电机及驱动器、滚珠丝杆、支架、机械零部件构成。
主要完成工件模拟钻孔、切屑加工。
PLC主机：
控制端子与端子排相连。
步进电机及驱动器：
用于驱动龙门式二维装置运动。
光电传感器：
用于检测物料台是否有物。
当物料台有物时给PLC提供输入信号。
物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节，调节检测范围1～9cm。
磁性传感器1：
用于气动手指的位置检测，当检测到气动手指夹紧后给PLC发出一个到位信号。
磁性传感器2：
用于升降气缸位置检测，当检测到升降气缸准确到位后给PLC发出一个到位信号。
行程开关：
X轴Y轴装有六个行程开关，其中两个给PLC提供两轴的原点信号，
另外四个用于硬件保护，当任何一轴运行过头，碰到行程开关时断开步进电机控信号
8
公共端。
电磁阀：
气动手指、升降气缸均用二位五通的带手控开关的单控电磁阀控制，两个单控电磁阀集中安装在带有消声器的汇流上。
当PLC给电磁阀一个信号，电磁阀动作，对应气缸动作。
气动手指：
由单控电磁阀控制。
当气动电磁阀得电，气动手指夹紧工件。
升降气缸：
由单控电磁阀控制。
当气动电磁阀得电，气缸伸出，带动主轴电机上
下运动。
主轴电机：
用于驱动模拟钻头。
滚珠丝杆：
用于带动气动手指沿Y轴移动，并实现精确定位。
同步轮同步带：
用于带动主轴沿X轴移动，并实现精确定位。
端子排：
用于连接PLC输入输出端口与各传感器和电磁阀。
其中下排1～4和上排1～4号端子短接经过带保险的端子与+24V相连。
上排5～19号端子短接与0V相连。
2、工作过程
该站主要完成对工件的冲压加工过程。
加工单元物料台的物料检测传感器检测到工件后，机械手指夹紧工件，二维运动装置开始动作，主轴下降并启动电机，模拟切削加工。
切削加工完成后，主轴电机提升并停止，二维运动装置回零点，发出加工完成信号。
待工件搬运走以后，操作结束，等待下一次待加工工件。
二、任务目标
1、控制电路设计
设计加工单元的电气控制图，并根据所设计的电路图安装和连接电路。
电路图应包括PLC的I/O端子分配和控制原理图、步进电机及其驱动控
制电路，电路连接完成后应根据运行要求设定步进电机驱动器有关参数，参数应以表格形式记录在所提供的电路图上。
2、气路连接
9
PS
A
R
B
2B2
2B1
1B
PS
A
R
B
夹紧气缸
升降气缸
1Y1
二二二二二二二二二二
2Y1
二二二二二二二二二二
二二
图2
加工单元气动控制回路工作原理图
按照图2所示的加工单元气动系统图完成各工作单元的气路连接，并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。
3、机械部分安装
完成装配单元装置侧的安装和调整以及工作单元在工作台面上定位。
装配单元装置装配完成后的外观图（或效果图）如图1所示。
4、程序编制及调试
①
设备上电和气源接通后，若工作站各个气缸满足初始位置要求，则“正常工作”
指示灯常亮，表示设备准备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。
2若设备准备好，按下启动按钮，工作站启动，“设备运行”指示灯常亮。
启动后，若加工台上有工件并被检出后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。
如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。
2若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，“设备运行”指示灯熄灭。
3当待加工工件被检出而加工过程开始后，如果按下急停按钮，本单元所有机构应立即停止运行，“设备运行”指示灯以1Hz频率闪烁。
急停按钮复位后，设备从急停前的断点开始继续运行。
三、任务要求
10
主轴电机
主轴升降电磁阀
主轴下限检测
夹紧电磁阀
主轴上限检测
Y轴方向DIR
气夹夹紧检测
X轴方向DIR
Y轴原点检测
Y轴脉冲PUL
X轴原点检测
X轴脉冲PUL
物料台物料检测
完成任务的详细要求，如：
1、完成机械部分的安装；
2、完成电路设计和电路连接
设计供料单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图安装和连接电路。
电路图应包括PLC的I/O端子分配和控制原理图。
3、根据气动回路原理图，完成气路连接，并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。
4、根据系统运行工艺要求，编写程序。
5、完成装配站装配与调试系统调试，调试要求（详细说明需测试的功能）。
6、记录调试过程和调试过程中问题的处理。
四、需提交资料
1、加工站电气控制电路原理图、接线图、I/O端口分配图；
2、加工站PLC单站运行控制程序；
3、加工站步进电机的电路图、参数设置及调试方法；
4、装配调试完成后的系统运行视频及装配过程中反映自己操作的过程图片、视频。
五、验收标准
参考项目一（第4页）
六、参考电路（非完整电路）
Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3
Q0.4
+24V+24V
Q0.5Q0.61M1L+2M2L+
DC24V
ML+
CPU224DC/DC/DC
I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.51M2M
+24V
11
12
任务号
任务名称
加工站的安装
作业指导书
工序号
工序名称
一、作业前准备
1、根据材料清单核对材料和工具；
2、将材料工具摆放整齐；
……
二、步骤
请详细写出任务完成步骤（硬件附每一步的图片，软件附流程图和参考程序，调试包括调试步骤和调试记录表）如硬件安装步骤
步骤内容装配后（图片）工时（min）
1略10
铝合金框架结构的安装
2气缸安装略5
3气路电磁阀组安装略5
滚珠丝杆、同步轮、
4略10
同步带的安装
5略5
步进电机和步进驱动的安装
6物料台的安装略5
7主轴电机的安装略5
光电传感器、磁性
8传感器和位置开关略10
的安装
9略10
侧接线端口的安装与PLC的安装
三、异常情况处理与注意事项
1、固定主轴电机的螺杆不能太长，过长会损坏主轴电机。
2、传感器比较多，不能落掉传感器。
装配后（图片）
发生异常情况时及时报告组长、老师和实训室管理员
共页第页
13
项目三
一、功能及动作过程描述
装配站装配与调试任务书
图1装配单元装配效果图
装配站组成及功能
由井式供料单元、三工位旋转工作台、平面轴承、冲压装配单元、光电传感器、电感传感器、磁性开关、电磁阀、交流伺服电机及驱动器、警示灯、支架、机械零部件构成。
主要完成工件紧合装配。
PLC主机：
控制端子与端子排相连。
伺服电机及驱动器：
用于控制三工位旋转工作台。
根据PLC发出的脉冲数量实现三工位旋转工作台精确定位。
光电传感器：
用于检测工件库、物料台是否有物料。
当工件库或物料台有物料时给PLC提供输入信号。
物料的检测距离可由光电传感器头的旋钮调节，调节检测范围1～9cm。
电感传感器：
用于检测工作台是否回到原点，检测距离4mm±20%。
磁性传感器1：
用于顶料气缸的位置检测，当检测到气缸准确到位后给PLC发出一个到位信号。
磁性传感器2：
用于冲压气缸位置检测，当检测到冲压气缸准确到位后给PLC发出一
14
个到位信号。
警示灯：
用于指示系统工作状态和工件库工件是否缺料。
系统启动，绿灯亮；系统停止，红灯亮；系统缺料，黄灯亮。
电磁阀：
顶料气缸、挡料气缸、冲压气缸均用二位五通的带手控开关的单控电磁阀控制，三个单控电磁阀集中安装在带有消声器的汇流上。
当PLC给电磁阀一个信号，电磁阀动作，对应气缸动作。
顶料气缸：
由单控电磁阀控制。
当气动电磁阀得电，气缸伸出，顶住倒数第二个物料。
挡料气缸：
由单控电磁阀控制。
当气动电磁阀得电，气缸缩回，倒数第一个物料落下。
冲压气缸：
由单控电磁阀控制。
当气动电磁阀得电，气缸伸出，实现两工件紧合装配。
端子排：
用于连接PLC输入输出端口与各传感器和电磁阀。
其中下排1～4和上排1～4号端子短接经过带保险的端子与+24V相连。
上排5～26号端子短接与0V相连。
2、工作过程
装配站旋转工作台的传感器检测到工件后，旋转工作台顺时针旋转，将工件旋转到井式供料单元下方，井式供料单元顶料气缸伸出顶住倒数第二个工件；挡料气缸缩回，工件库中底层的工件落到待装配工件上，挡料气缸伸出到位，顶料气缸缩回物料落到工件库底层，同时旋转工作台顺时针旋转，将工件旋转到冲压装配单元下方，冲压气缸下压，完成工件紧合装配后，气缸回到原位，旋转工作台顺时针旋转到待搬运位置。
待工件搬运走以后，操作结束，等待下一次待加工工件。
如果装配站的工件库没有小工件或工件不足，发出报警信号。
二、任务目标
1、控制电路设计
设计装配单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图安装和连接电路。
电路图应包括PLC的I/O端子分配和控制原理图、伺服电机及其驱动控制电路，电路连接完成后应根据运行要求设定伺服电机驱动器有关参数，参数应以表格形式记录在所提供的
15
2B2
2B1
PS
A
R
B
PS
A
R
B
1B2
1B1
PS
A
R
B
3B2
3B1
2Y1
二二二二二二二二二二
电路图上。
2、气路连接
按照图2所示的装配单元气动系统图完成各工作单元的气路连接，并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。
顶料气缸
挡料气缸
冲压气缸
1Y1
二二二二二二二二二二
二二
3Y1
二二二二二二二二二二
图2
装配单元气动控制回路工作原理图
3、机械部分安装
完成装配单元装置侧的安装和调整以及工作单元在工作台面上定位。
装配单元装置装配完成后的外观图（或效果图）如图1所示。
4、程序编制及调试
①
设备上电和气源接通后，若各气缸满足初始位置要求，料仓上已经有足够的小园
柱零件；工件装配台上没有待装配工件。
则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。
否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。
②若设备准备好，按下启动按钮，装配单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。
如
果回转台上的左料盘内没有小园柱零件，就执行下料操作；如果左料盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。
③
如果回转台上的右料盘内有小园柱零件且装配台上有待装配工件，执行装配机械
手抓取小园柱零件，放入待装配工件中的控制。
④完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。
16
⑤
若在运行过程中按下停止按钮，则供料机构应立即停止供料，在装配条件满足的
情况下，装配单元在完成本次装配后停止工作。
⑥
在运行中发生“零件不足”报警时，指示灯HL3以1Hz的频率闪烁，HL1和HL2
灯常亮；在运行中发生“零件没有”报警时，指示灯HL3以亮1秒，灭0.5秒的方式闪烁，HL2熄灭，HL1常亮。
三、任务要求
完成任务的详细要求，如：
1、完成机械部分的安装；
2、完成电路设计和电路连接
设计供料单元的电气控制电路，并根据所设计的电路图安装和连接电路。
电路图应包括PLC的I/O端子分配和控制原理图。
3、根据气动回路原理图，完成气路连接，并调整气路，确保各气缸运行顺畅和平稳。
4、根据系统运行工艺要求，编写程序。
5、完成装配站装配与调试系统调试，调试要求（详细说明需测试的功能）。
6、记录调试过程和调试过程中问题的处理。
四、需提交资料
1、装配站电气控制电路原理图、接线图、I/O端口分配图；
2、装配站PLC单站运行控制程序；
3、装配站伺服电机的电路图、参数设置及调试方法；
4、装配调试完成后的系统运行视频及装配过程中反映自己操作的过程图片、视频。
五、验收标准
参考项目一（第四页）
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警示黄灯
警示绿灯
警示红灯
冲压电磁阀
落料电磁阀
顶料电磁阀
伺服方向信号
伺服脉冲信号
冲压下限检测
冲压上限检测
落料状态检测
挡料状态检测
顶料复位检测
顶料到位检测
冲压区物料检测
装配区物料检测
入料区物料检测
物料有无检测
物料不够检测
旋转台原点
六、参考电路（非完整电路）
+24V+24V
DC24V
Q0.0Q0.1
Q0.2Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
1M1L+2M2L+
ML+
CPU224DC/DC/DC
I0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.7
I1.0
I1.1II.2I1.3
1M2M
+24V
18
19
任务号
任务名称
装配站的安装
作业指导书
工序号
工序名称
一、作业前准备
1、根据材料清单核对材料和工具；
2、将材料工具摆放整齐；
……
二、步骤
请详细写出任务完成步骤（硬件附每一步的图片，软件附流程图和参考程序，调试包括调试步骤和调试记录表）如硬件安装步骤
步骤内容装配后（图片）工时（min）
1略15
铝合金框架结构安装
2略5
顶料、挡料气缸安装
3略10
伺服电机和伺服驱动器的安装
4气路电磁阀的安装略5
5略5
6警示灯的安装略5
光电传感器和磁性传感器的安装接线端口与PLC的
7略10
安装
三、异常情况处理与注意事项
1、注意接线端子接线时伺服驱动器端子线不能接错。
2、伺服电机驱动器上电发生报警，请立刻断电，然后检查电路。
装配后（图片）
发生异常情况时及时报告组长、老师和实训室管理员
共页第页
20
项目四
一、功能及动作过程描述
分拣站装配与调试任务书
图1分拣单元装配效果图
1、分拣站组成及功能
由传送带、变频器、三相交流减速电机、旋转气缸、磁性开关、电磁阀、调压过滤器、光电传感器、光纤传感器、对射传感器、支架、机械零部件构成。
主要完成来料检测、分类、入库。
（1）PLC主机：
控制端子与端子排相连。
（2）变频器：
用于控制三相交流减速电机，带动皮带转动。
（3）光电传感器：
用于检测入料口是否有物料。
当入料口有物料时给PLC提供输入信号。
电感传感器：
用于检测工作台是否回到原点，检测距离4mm±20%。
（4）光纤传感器：
根据不同颜色材料反射光强度的不同来区分不同的工件。
当工件为白色时第一个光纤传感器检测到信号；当工件为黑色时第二个光纤传感器检测到信号。
光纤传感器的检测距离可通过光纤放大器的旋钮调节。
（5）对射光电传感器：
用于检测工件是否到物料槽。
当检测到有物料到达物料槽时给PLC提供信号。
（6）磁性传感器1：
用于推料气缸的位置检测，当检测到气缸准确到位后给
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