天煌THJDQG型光机电气一体化控制实训系统指导书.docx
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天煌THJDQG型光机电气一体化控制实训系统指导书
第一章光机电气一体化控制实训系统产品简介2
一、产品概述2
二、产品图片2
三、产品特点2
四、技术性能3
五、实训工作任务3
六、装置基本配置4
第二章光机电气一体化控制实训系统组成、运行过程及各机构功能6
一、系统组成6
三、上料机构7
四、皮带输送机构8
五、搬运机械手机构9
第三章光机电气一体化控制实训系统电气、气动控制及运行操作11
一、电气控制电路组成11
二、气动原理及气动回路原理图11
三、光机电一体化实训考核装置使用说明——三菱PLC和变频器13
附录一：
THJDQG-1型光机电气一体化控制实训系统使用说明书21
二、技术性能21
三、使用说明21
附录二：
光机电气一体化实训系统设备总图25
第一章光机电气一体化控制实训系统产品简介
一、产品概述
本装置是一种最为典型的光机电气一体化产品，是为职业院校、职业教育培训机构而研制的，适合机电一体化、电气自动化等相关专业的教学和培训。
它在接近工业生产制造现场基础上又针对教学及实训目的进行了专门设计，强化了光机电气一体化的安装与调试能力。
本装置由导轨式型材实训台、光机电气一体化设备部件、电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器模块、交流电机模块、步进电机及驱动器模块、模拟生产设备实训单元（包含上料机构、皮带输送线、搬运机械手、分类仓储等）和各种传感器等组成。
采用开放式和拆装式结构设计，可根据现有的机械部件组装生产设备，使整个装置能够灵活的按实训教学需要组装光机电气一体化设备。
装置采用工业标准结构设计及抽屉式模块放置架，组合方便。
控制对象均采用典型机电设备部件，接近工业现场环境，满足实训教学或技能竞赛需求。
本装置涵盖了机电一体化和电气自动化专业中所涉及的PLC控制、变频调速、步进调速、传感检测、气动、机械结构安装与系统调试等内容，为培养可持续发展的光机电气一体化高技能人才提供一个良好的平台。
二、
产品图片
三、产品特点
1.该装置融典型机电一体化设备机械部件安装、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试于一体，满足实训教学和竞赛的需要。
2.该实训考核装置有PLC模块I/O端子、变频器接线端子、交流电机接线端子、步进电机驱动器接线端子、各常用模块与PLC连接端子，均采用安全插座，使用带安全插头的导线进行电路连接；各光电开关、行程开关、传感器和指示元件的电路，则通过端子排进行连接。
插拔线连接电路与端子排连接电路相结合，既保证学生基本技能的训练、形成和巩固，又保证电路连接的快速、安全和可靠。
四、技术性能
1.输入电源：
三相五线AC380V±10%50Hz
2.工作环境：
温度-10℃～40℃相对湿度≤85%（25℃）海拔＜4000m
3.装置容量：
≤1.5kVA
4.安全保护：
具有漏电压、漏电流保护，安全符合国家标准
五、实训工作任务
1.气动系统的安装与调试
通过配置的单杆气缸、导杆气缸、旋转气缸、气动手爪等气动执行元件和单控电磁换向阀和磁性开关等气动控制元件，可完成下列气动技术的工作任务：
Ø气动执行元件的安装
Ø气动方向控制元件的安装
Ø气动速度控制的调试
Ø气动顺序控制回路的安装
Ø气动机械手臂的安装
Ø气动系统安装与调试
2.电气控制电路的安装
通过配置的交流电机、步进电机、指令开关和传感器等，可完成下列电气安装的工作任务：
Ø交流电机正反转控制电路的连接
Ø交流电机调速控制电路的连接
Ø步进电机控制电路的连接
Ø传感检测电路的连接
3.PLC编程
Ø步进电机控制程序编写
Ø异步电机正反转控制程序编写
Ø异步电机调速控制程序编写
Ø搬运机械手控制程序编写
Ø皮带输送线控制程序编写
Ø光机电气一体化设备控制程序编写
4.机电设备安装与调试
通过配置的光机电气一体化设备部件、PLC模块、变频器模块、步进电机模块、指令开关和传感器等，可完成下列光机电气设备安装和光机电气一体化技术的工作任务：
Ø工件库及工件推出设备的安装与调试
Ø皮带输送线设备的安装与调试
Ø搬运机械手设备的安装与调试
Ø运料小车的安装与调试
Ø光机电气一体化设备安装与调试
5.自动控制系统安装与调试
通过配置的光机电气一体化设备部件、PLC模块、变频器模块、步进电机模块、指令开关和传感器等，可完成下列光机电气设备安装和光机电气一体化技术的工作任务：
Ø上料结构和皮带输送线的自动控制
Ø搬运机械手的自动控制
Ø运料小车的自动控制
Ø光机电气一体化的自动控制
六、装置基本配置
光机电气一体化控制实训系统由型材实训台、井式上料机构、物料输送、搬运机械手、及分类仓储机构、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、各种传感器、工件、I/O接口板和气管等组成，详见下表：
序号
名称
主要元件规格或功能
数量
备注
型材实训台
1200mm×800mm×840mm
1台
三菱PLC主机、变频器模块
推荐配置：
FX2N-48MT（晶体管输出）；
或用户自行配置，PLC要求输入DI≥20点，输出DO≥12点
1台
用户可自行配置
推荐配置：
FR-E740，三相输入，功率：
0.75kW；或用户自行配置
1台
触摸屏
5.7英寸工业彩色触摸屏
1块
电源模块
三相电源总开关（带漏电和短路保护）1个，熔断器3只，单相电源插座2个，三相五线电源输出1组。
1件
按钮模块
开关电源24V/6A1只，开关电源12V/5A1只，急停按钮1只，复位按钮黄、绿、红各1只，自锁按钮黄、绿、红各1只，转换开关2只，蜂鸣器1只，24V指示灯黄、绿、红各2只。
1件
井式上料机构
井式工件库1件，光电传感器1只，磁性开关2只，单杆气缸1只，单控电磁阀1只，警示灯1只，主要完成将工件库中的工件依次推出。
1件
皮带输送机构
三相交流减速电机（AC380V，输出转速40r/min）1台，滚动轴承4只，滚轮2只，传输带958mm×38mm×1.5mm1条，电感传感器1只，电容传感器1只，色标传感器1只，光电编码器1只，主要完成工件的辨别，并将工件运送到机械手处。
1件
搬运机械手机构
旋转气缸1只，导杆气缸1只，气动手爪1只，磁性开关5只，单控电磁阀3只，主要完成将工件从皮带输送机构搬运到运料小车上。
1件
分类仓储机构
步进电机1只，步进电机驱动器1只，磁性开关2只，货台6个，单控电磁阀1只，单杆气缸1只，限位开关3只，运料小车一个，完成物料的分类仓储工作。
1件
接线端子转换板
接线端子和安全插孔。
1块
物料
金属（铁、铝）各6个，尼龙6个
18个
安全插线
强电导线/弱电导线若干
1套
调压过滤器
AFR-2000M（配有压力表0～1MPa）。
1套
气管
Ф4/Ф6若干
1套
PLC编程电缆
配套PLC使用
1条
用户可自行配置
配套光盘
PLC编程软件使用手册、程序等
1套
配套工具
工具：
小号一字螺丝刀，中号十字螺丝刀，剥线钳，尖嘴钳，活动扳手，内六角扳手（9把），接线板
1套
静音气泵
1Mpa
1台
挂线架
TH-JD20
1个
电脑推车
TH-JD21
1台
计算机
品牌机
1台
用户自配
第二章光机电气一体化控制实训系统组成、运行过程及各机构功能
一、系统组成
光机电气一体化控制实训系统由型材导轨式实训台、典型光机电气一体化设备机械部件、PLC模块、变频器模块、按钮模块、电源模块、模拟生产设备实训模块（包含上料机构、皮带输送线、搬运机械手、分类仓储等）、接线端子排、各种传感器、警示灯和气动电磁阀等组成。
整体结构采用开放式和拆装式设计，学生可以组装、接线、编程和调试由上料机构、皮带输送机构、搬运机械手机构和分类仓储机构组成的光机电气一体化设备。
二、运行过程
1.上料机构
在复位完成后，点动“启动”按钮，料筒光电传感器检测到有工件时，延时两秒后，推料气缸将工件推出至皮带输送线，若10秒钟后，料筒检测光电传感器仍未检测到工件，则说明料筒内无物料，这时警示黄灯闪烁，放入物料后黄灯熄灭；推料气缸推出物料后会立即缩回，工件下落。
当搬运机械手夹起物料后，又重复上述过程。
2.皮带输送机构
当物料被推料气缸推出后，PLC启动变频器，三相交流异步电机以30Hz的频率运行，皮带开始输送物料。
物料分别经过第一、第二、第三传感器时，传感器会把检测到的信号传给PLC，PLC判别物料，为分类仓储机构做准备。
物料被传送带运送到终点时，变频器停止运行，传送带停止工作。
上料机构的推料气缸推出物料后，再重复上面的过程。
3.搬运机械手机构
当物料送到终点后，机械手手臂下降，手臂下限位传感器检测到位后，气动手爪抓取物料,手爪夹紧限位传感器检测到夹紧信号后，手爪气缸上升。
手爪提升限位传感器检测到位后；手臂向右旋转。
手臂旋转完成一定角度后，延时2秒，机械手手臂下降。
手臂下限位传感器检测到位后，气动手爪放开物料,手爪气缸上升。
手爪提升限位传感器检测到位后，手臂向左旋转，等待下一个物料到位，重复上面的过程。
4.分类仓储机构
当机械手把物料放到运料小车上后，PLC启动步进电机，并根据第2步中传感器发来的信息，把物料运送到相应的货台位置，然后推料气缸把物料推到货台上，运料小车再回到起始位置，等待下一物料到位，重复上面的动作。
5.启动、停止、复位、警示
（1）系统上电后，点动“复位”按钮后，系统复位。
这时，应将料台、皮带上工件清空。
点动“启动”按钮，警示绿灯亮。
缺料时，延时10秒后警示黄灯闪烁；放入工件后，警示黄灯闪烁停止，设备开始运行。
运行过程中，不得人为干预执行机构，以免影响设备正常运行。
（2）按“停止”按钮，所有部件停止工作（除运料小车，运料小车到达位置后停止），警示红灯亮；缺料时，延时10秒后警示黄灯闪烁；放入工件后，警示黄灯闪烁停止。
6.突然断电的处理
突然断电，设备停止工作。
电源恢复后，点动“复位”按钮，再点动“启动”按钮。
则设备重新开始运行。
三、上料机构
1.主要组成与功能
（1）由井式工件库、光电传感器、工件、推料气缸、安装支架等组成。
主要完成将工件依次送至皮带输送机构上。
没有工件时，延时10秒后，报警指示黄灯闪烁，放入工件后闪烁自动停止。
（2）光电传感器：
此传感器为光电漫反射型传感器，用来检测有无物料。
有物料时为PLC提供一个输入信号（接线注意棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）。
（3）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将给PLC发出一个到位信号。
（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
（4）推料气缸：
依次将工件推到皮带输送机构上，由单相电控气动阀控制。
（5）警示灯：
在设备停止时红灯亮；在设备运行时绿灯亮；在无物料时或点动“复位”按钮后黄灯闪烁。
（6）井式工件库：
用于存放Ф32mm工件，料筒侧面有观察槽。
（7）安装支架：
用于安装工件库和推料气缸等。
2.主要器件：
（1）光电传感器：
SB03-1K
（2）磁性传感器：
CS-120
（3）单杆气缸：
SBA-10×45-SA2
（4）警示灯：
JD501-L01G/R/Y024（红灯）
（5）警示灯：
JD501-L01G/G/Y024（绿灯）
（6）警示灯：
JD501-L01G/Y/Y024（黄灯）
四、皮带输送机构
1.主要组成与功能
由皮带输送线、三相异步电动机（由变频器控制）、电容传感器、电感传感器、色标传感器、编码器等组成。
主要完成传感器的检测和物料的传送。
（1）电容传感器：
检测金属材料，检测距离为1～3mm。
（接线注意:
棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）。
（2）电感式传感器：
检测铁质材料，检测距离为1～3mm（接线注意:
棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）。
（3）色标传感器：
用于检测颜色物料，检测距离为2～8mm，通过传感器放大器的电位器可调。
（接线注意:
棕色接“+”、蓝色接“-”、黑色接输出）。
（4）编码器：
根据物料从起点到终点所需的脉冲数，控制变频器的启动和停止。
（5）皮带输送线：
由三相交流异步电动机拖动，将物料输送到相应的位置。
（6）三相异步电动机：
驱动传送带转动，由变频器控制。
2.主要器件
（1）三相异步电动机：
21K10GNAC380V，10W,输出轴转速40转/分。
（2）电磁阀：
4V110-06
（3）调速阀：
出气节流式
（4）电感传感器：
LE4-1K
（5）电容传感器：
E2K-X8ME1
（6）色标传感器：
E3S-VS1E4
（7）编码器：
ZSP3004-001E-200B/5-24C
五、搬运机械手机构
1.主要组成与功能
由气动手爪、导杆气缸、旋转气缸、电磁阀等组成，主要完成下列动作：
气动机械手手臂下降，气动手爪夹紧物料，机械手手臂上升，手臂旋转到位，手臂下降，手爪松开将物料放入运料小车，机械手手臂上升，机械手返回原位，等待下一个物料到位，重复上面的动作。
（1）气动手爪：
完成工件的抓取动作，由单向电控气动阀控制。
手爪夹紧时磁性传感器有信号输出到PLC，磁性开关指示灯亮。
（2）导杆气缸：
控制气动手爪的上升和下降，由单向电控气动阀控制。
（3）旋转气缸：
控制机械手的旋转，由单向电控气动阀控制。
（4）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将给PLC发出一个到位信号。
（磁性传感器接线时注意：
蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
2.主要器件
（1）电磁阀：
4V110-06
（2）调速阀：
出气节流式
（3）磁性开关：
CS-30E、CS-9D、CS-15T
（4）气缸：
JTD-23×30-SE2
（5）气动手爪：
HDP-16-ST1
（6）旋转气缸：
RTB10×SD2-A2
六、分类仓储机构
1.主要组成与功能
由运料小车、货台、步进电机、步进电机驱动器等组成，主要完成将不同的物料运送到相应的货台上。
（1）步进电机及驱动器：
用于控制运料小车的运行。
通过脉冲个数进行精确定位。
（2）推料气缸：
将物料推到货台上，由单相电控气动阀控制。
（3）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将给PLC发出一个到位信号。
（磁性传感器接线时注意：
蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）。
2.主要器件
（1）调速阀：
出气节流式
（2）磁性传感器：
CS-120
（3）单杆气缸：
SBA-10×30-SA2
（4）步进电机：
42J1834-810
（5）步进驱动器：
M415B
第三章光机电气一体化控制实训系统电气、气动控制及运行操作
一、电气控制电路组成
本系统电气控制部分集电源控制模块、按钮模块、可编程控制器模块、变频器模块、步进电机模块等于一体。
系统采用模块式设计，各个模块均为通用模块，可以互换，扩展性强，提供的PLC实训内容全面、丰富，锻炼学生的实际动手能力。
整个实训过程简单、明了、易懂、易学。
在本系统上，所有电气元件的引线均连接到接线端子排上，通过接线端子排连接到安全插孔，由安全插孔连接到各个模块，提高实训考核装置的安全性。
二、气动原理及气动回路原理图
1.气动执行元件部分：
单杆气缸、气动手爪、导杆气缸、旋转气缸。
2.气动控制元件部分：
单控电磁阀。
3.
气缸示意图
注：
气缸的正确运动使物料到达相应的位置，只要交换进、出气的方向（由单相电控气动阀实现）就能改变气缸的伸出、缩回运动，气缸两侧的磁性开关可以识别气缸是否已经运动到位。
4.单向电磁阀示意图
单向电控阀用来控制气缸单向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。
5.气动手爪控制示意图
注：
上图中手爪夹紧由单向电控气阀控制。
当电控气阀得电,手爪夹紧；当电控气阀断电后，手爪张开。
6.气动回路原理图
三、光机电一体化实训考核装置使用说明——三菱PLC和变频器
（一）安全须知
在进行安装、接线等操作时，请务必在切断电源后进行，以避免发生事故。
在进行配线时，请勿将配线屑或导电物落入可编程控制器或变频器内。
请勿将异常电压接入PLC或变频器电源输入端，以避免损坏PLC或变频器
请勿将AC电源接于PLC或变频器输入/输出端子上，以避免烧坏PLC或变频器，请仔细检查接线是否有误。
在变频器输出端子（U、V、W）处不要连接交流电源，以避免受伤及火灾，请仔细检查接线是否有误。
当变频器通电或正在运行时，请勿打开变频器前盖板，否则危险。
在插拔通信电缆时，请务必确认PLC的电源处于断开状态。
（二）实训模块
1.电源模块：
三相四线380V交流电源经三相电源总开关后给系统供电，设有保险丝，具有漏电和短路保护功能，提供单相双联暗插座，可以给外部设备、模块供电，并提供单、三相交流电源，同时配有安全连接导线。
2.按钮模块：
提供红、黄、绿三种指示灯（DC24V），复位、自锁按钮，急停开关，转换开关、蜂鸣器。
提供24V/6A、12V/5A直流电源。
3.变频器模块：
系统采用三菱E740系列高性能变频器，三相交流380V电源供电，输出功率0.75KW。
具有多段速度控制功能。
具备电流控制保护、跳闸（停止）保护、防止过电流失控保护、防止过电压失控保护。
4.PLC模块：
采用日本三菱FX2N-48MT-A（AC/DC/晶体管输出）主机，内置数字量I/O（24路数字量输入/24路晶体管输出）。
每个PLC的输入端均设有输入开关，PLC的输入/输出接口均已连接到面板上，方便用户使用。
（三）端子接线图（三菱）
（四）三菱PLC电气控制原理图
（五）三菱I/O地址分配及功能说明
序号
PLC
地址
名称及功能说明
接到实训台上的号码
序号
PLC
地址
名称及功能说明
接到实训台上的号码
1
X0
编码器A相脉冲输出
69
1
Y0
步进电机驱动器PUL+
9
（PUL）
2
X1
编码器B相脉冲输出
70
2
Y1
步进电机驱动器DIR+
7
（DIR）
3
X2
启动按钮
3
Y2
上料气缸电磁阀
15
（YV1）
4
X3
停止按钮
4
Y3
旋转气缸电磁阀
17
（YV2）
5
X4
复位按钮
5
Y4
升降气缸电磁阀
19
（YV3）
6
X5
上料检测光电传感器输出
55
（SB1）
6
Y5
气动手爪电磁阀
21
（YV4）
7
X6
右基准限位开关
65
7
Y6
分拣气缸电磁阀
23
（YV5）
8
X7
电容传感器输出
58
（SB2）
8
Y7
启动灯
26
9
X10
电感传感器输出
61
（SB3）
9
Y10
停止灯
27
10
X11
色标传感器输出
64
（SB4）
10
Y11
复位灯
25
11
X12
升降气缸伸出到位传感器正端
45
（3B2）
11
Y14
变频器STR和RM
12
X13
升降气缸下降到位传感器正端
43
（3B1）
12
13
X14
旋转气缸逆时针到位传感器正端
39
（2B1）
13
14
X15
旋转气缸顺时针到位传感器正端
41
（2B2）
14
15
X16
上料气缸原位传感器
35
（1B1）
16
X17
上料气缸伸出传感器
37
（1B2）
17
X20
分拣气缸原位传感器
49
（5B1）
18
X21
分拣气缸伸出传感器
51
（5B2）
19
X22
气动手爪夹紧限位传感器
47
（4B1）
实训台上的号码：
3，10，14，16，18，20，22，24，53，56，59，62，67接+24V；2，36，38，40，42，44，46，48，50，52，54，57，60，63，66，68接0V；1接13；11接12；4接6；5接8；PLC输出端COM1，COM2，COM3接0V；COM4接变频器的SD。
注：
PLC模块上的0V接按钮模块的0V。
（六）三菱变频器参数设置及操作
1.变频器操作面板说明
2.基本操作面板功能说明
按键
说明
正转运行指令键
可用于选择操作模式或设定模式
用于确定频率和参数的设定
用于连续增加或降低运行频率。
按下这个键可改变频率
在设定模式中按下此键，则可连续设定参数
用于给出正转指令
用于给出反转指令
用于停止运行
用于保护功能动作输出停止时复位变频器
3.端子接线操作说明
4.参数设置方法
（1）恢复参数为出厂值
设置步骤
操作
显示
电源接通时显示的监视器画面
0.00
按
键，进入PU运行模式
PU显示灯亮
按MODE键，进入参数设定模式
P0
旋转旋钮，将参数编号设定为ALLC
ALLC
按SET键，读取当前的设定值。
0
旋转旋钮，将值设定为1
1
按SET键确定
闪烁
（2）变更参数的设定值
设置步骤
操作
显示
电源接通时显示的监视器画面
0．00
按
键，进入PU运行模式
PU显示灯亮
按MODE键，进入参数设定模式
P0
旋转旋钮，将参数编号设定为P1
P1
按SET键，读取当前的设定值。
120.0
旋转旋钮，将参数编号设定为50.00HZ
50.00
按SET键确定
闪烁
（3）主要参数设置
序号
参数代号
初始值
设置值
功能说明
1
P1
120
50
上限频率（Hz）
2
P2
0
0
下限频率（Hz）
3
P3
50
50
电机额定频率
4
P4
50
30
多段速度设定（高速）
5
P5
30
30
多段速度设定（中速）
6
P6
10
10
多段速度设定（低速）
7
P7
5
2
加速时间
8
P8
5
0
减速时间
9
P79
0
3
运行模式选择
（七）光机电一体化实训考核装置运行及操作
1.按照I/O地址分配表、PLC控制原理图和端子接线图，用安全导线完成按钮模块、PLC模块和变频器模块的输入/输出端与实训系统端子排之间连接。
接线时请按照如下规则进行操作：
序号
器件名称
接线规则
1
磁性传感器
正端与PLC的输入端相连，负端连接至24V直流电源的负端
2
光电传感器
信号输出端与PLC的输入端相连，正端连接至24V直流电源的正端，负端连接至24V直流电源的负端。
3
电容传感器
信号输出端与PLC的输入端相连，正端连接至24V直流电源的正端，负端连接至24V直流电源
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