完整版YL235A设备安装调试的技术运用.docx
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YL-235A设备安装调试的技术运用
一、有关传感器（接近开关）
YL-235A各工作单元所使用的传感器都是接近传感器，它利用传感器对所接近的物体具有的敏感特性来识别物体的接近，并输出相应开关信号，因此，接近传感器通常也称为接近开关。
接近传感器有多种检测方式，包括利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式、捕捉检测体的接近引起的电气信号的容量变化的方式、利用磁石和引导开关的方式、利用光电效应和光电转换器件作为检测元件等等。
YL-235A所使用的是磁感应式接近开关、电感式接近开关、漫反射光电开关和光纤型光电传感器等。
下面只介绍简介它们的基本工作原理和安装调试方法。
1.1磁感应式接近开关
磁感应式接近开关又称磁性开关，是气动系统最常用的检测位置的传感器。
图1-1是安装在一个直线气缸上的两个磁性开关。
图1-1安装上直线气缸的磁性开关
从图1-1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，自动控制中往往需要这两个位置的信息，以便实现控制功能。
获取信息的方法是在这两个极限位置都分别装有一个磁感应接近开关。
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。
在磁性开关上设置有LED显示用于显示其信号状态，供调试时使用。
磁性开关动作时，输出信号“1”，LED亮；磁性开关不动作时，输出信号“0”，LED不亮。
磁性开关的安装位置可以调整，调整方法是松开它的紧定螺栓，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。
磁性开关的内部电路如图1-2中虚线框内所示，为了防止实训时错误接线损坏磁性开关，YL-235A上所有磁性开关的棕色引出线都串联了电阻。
图1-1磁性开关内部电路
1.2电感式接近开关
电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。
电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。
如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。
利用这一原理，以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。
电感式接近传感器工作原理框图如图1-3所示。
图1-3电感式传感器原理框图
在接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线上的传感器可靠动作。
安装距离注意说明如图1-4所示。
图1-4安装距离注意说明
1.3漫射式光电接近开关
（1）光电式接近开关
“光电传感器”是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态的变化等的传感器。
其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。
光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。
如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的量将会发生变化。
光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号，进行输出。
大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。
按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、反射式和漫射式3种，如图1-5所示。
图1-5光电式接近开关
（2）漫射式光电开关
漫射式光电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。
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-L61型放大器内置型光电开关（细小光束型，NPN型晶体管集电极开路输出），。
该光电开关的外形和顶端面上的调节旋钮和显示灯如图1-6所示。
图1-7给出该光电开关的内部电路原理框图。
图1-6E3Z-L光电开关的外形和调节旋钮、显示灯
图1-7E3Z-L61光电开关电路原理图
从电路原理图可以看到，E3Z-L光电开关电路具有极性保护，电路连接时如果极性接反，不会损坏器件，但光电开关不能正常工作。
切勿把光电开关的信号输出线直接连接到+24V电源端，这样会造成器件的损坏。
用来检测物料台上有无物料的光电开关是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，该光电开关选用OTS41型，OTS41没有电源极性保护，使用时要小心。
1.4光纤传感器
光纤型传感器也是一种光电传感器，光纤型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。
光纤传感器组件如图1-8所示。
图1-9是放大器的安装示意图。
图1-8光纤传感器组件
图1-9光纤传感器组件外形及放大器的安装示意
光纤传感器也是光电传感器的一种。
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。
图1-10给出了放大器单元的俯视图，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮就能进行放大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。
调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变化。
当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。
图1-10光纤传感器放大器单元的俯视图
E3Z-NA11型光纤传感器电路框图如图1-11所示，接线时请注意根据导线颜色判断电源极性和信号输出线，切勿把信号输出线直接连接到电源+24V端。
图1-11E3X-NA11型光纤传感器电路框图
1.5接近开关的图形符号
部分接近开关的图形符号如图1-12所示。
图中（a）（b）（c）三种情况均使用NPN型三极管集电极开路输出。
如果是使用PNP型的，正负极性应反过来。
图1-12接近开关的图形符号
二、YL-235A的气动元件
2.1标准双作用直线气缸
YL-235A传送带上的推料气缸和升降台的升降气缸都是标准双作用直线气缸。
标准气缸是指气缸的功能和规格是普遍使用的、结构容易制造的、制造厂通常作为通用产品供应市场的气缸。
双作用气缸是指活塞的往复运动均由压缩空气来推动。
图2-1是标准双作用直线气缸的半剖面图。
图中，气缸的两个端盖上都设有进排气通口，从无杆侧端盖气口进气时，推动活塞向前运动；反之，从杆侧端盖气口进气时，推动活塞向后运动。
双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。
图2-1标准双作用直线气缸
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。
气缸节流阀是一种流量控制阀，它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2-2是安装了带快速接头的限出型气缸节流阀的气缸外观。
图2-2安装上气缸节流阀的气缸
图2-3是一个双作用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2-3节流阀连接和调整原理示意
2.2气动手指（气爪）
气爪用于抓取、夹紧工件。
气爪通常有滑动导轨型、支点开闭型和回转驱动型等工作方式。
YL-235A所使用的是滑动导轨型气动手指，如图2-4（a）所示。
其工作原理可从其中剖面图（b）和（c）看出。
图2-4气动手指实物和工作原理
2.3导向气缸
导向气缸是指具有导向功能的气缸。
一般为标准气缸和导向装置的集合体。
导向气缸具有导向精度高，抗扭转力矩、承载能力强、工作平稳等特点。
YL-235A机械手用于手臂水平伸出和缩回的导向气缸如图2-5所示。
图2-5导向气缸
2.4摆动气缸
摆动气缸是利用压缩空气驱动输出轴在一定角度范围内作往复回转运动的气动执行元件。
用于物体的转位、翻转、分类、夹紧、阀门的开闭以及机器人的手臂动作等。
齿轮齿条式摆动气缸是气压力推动活塞带动齿条作直线运动，齿条推动齿轮作回转运动，由齿轮轴输出力矩并带动外负载摆动。
摆动平台是在转轴上安装了一个平台，平台可在一定角度范围内摆动。
叶片式摆缸是用内部止动块或外部挡块来改变其摆动角度。
止动块与缸体固定在一起，叶片与转轴连在一起。
气压作用在叶片上，带动转轴回转，并输出力矩。
叶片式摆动气缸有单叶片式和双叶片式。
双叶片式的输出力矩比单叶片式大一倍，但转角小于180度。
图2-6和图2-7分别给出了齿轮齿条式摆动气缸及叶片式摆缸的外观图。
图2-6齿轮齿条式摆动气缸
图2-7叶片式摆缸
2.5单电控电磁换向阀、电磁阀组
双作用气缸，其活塞的运动是依靠向气缸一端进气，并从另一端排气，再反过来，从另一端进气，一端排气来实现的。
气体流动方向的改变则由能改变气体流动方向或通断的控制阀即方向控制阀加以控制。
在自动控制中，方向控制阀常采用电磁控制方式实现方向控制，称为电磁换向阀。
电磁换向阀是利用其电磁线圈通电时，静铁芯对动铁芯产生电磁吸力使阀芯切换，达到改变气流方向的目的。
图2-8所示是一个单电控二位三通电磁换向阀的工作原理示意。
图2-8单电控电磁换向阀的工作原理
所谓“位”指的是为了改变气体方向，阀芯相对于阀体所具有的不同的工作位置。
“通”的含义则指换向阀与系统相连的通口，有几个通口即为几通。
图3-5中，只有两个工作位置，具有供气口P、工作口A和排气口R，故为二位三通阀。
图2-9分别给出二位三通、二位四通和二位五通单控电磁换向阀的图形符号，图形中有几个方格就是几位，方格中的“┯”和“┷”符号表示各接口互不相通。
图2-9部分单电控电磁换向阀的图形符号
YL-235A所有工作单元的执行气缸都是双作用气缸，因此控制它们工作的电磁阀需要有二个工作口和二个排气口以及一个供气口，故使用的电磁阀均为二位五通电磁阀。
传送带上两个推料气缸的运动是用两个二位五通的单电控电磁阀来控制的。
这两个电磁阀带有手动换向和加锁钮，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。
2.6双电控电磁换向阀
用以控制机械手气缸运动的电磁阀均采用的是二位五通双电控电磁阀，电磁阀外形如图2-10所示。
图2-10双电控气阀示意图
双电控电磁阀与单电控电磁阀的区别在于，对于单电控电磁阀，在无电控信号时，阀芯在弹簧力的作用下会被复位，而对于双电控电磁阀，在两端都无电控信号时，阀芯的位置是取决于前一个电控信号。
注意：
双电控电磁阀的两个电控信号不能同时为“1”，即在控制过程中不允许两个线圈同时得电，否则，可能会造成电磁线圈烧毁，当然，在这种情况下阀芯的位置是不确定的。
2.7电磁阀组
YL-235A上所有电磁阀是集中安装在汇流板上的。
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。
这种将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组，而每个阀的功能是彼此独立的。
，阀组的结构如图2-11所示。
图2-11电磁阀组
2.8气动控制回路的工作原理图
三、三菱FR-E500系列变频器简介
在使用三菱PLC的235A设备中，变频器选用三菱变频器FR-E500系列中FR-E540-0.75K-CH型变频器，该变频器额定电压等级为三相400V，适用电机容量0.75kW的电动机。
图3-1是变频器的前视图和拆掉前盖板和辅助板后的视图。
图3-1FR-E540-0.75K的外观结构
变频器安装在模块盒内，变频器的电源端头、电动机端头、主要的输入、输出端头都引出到模块面板的安全导线插孔上，以确保实训接线操作时的安全。
在模块面板上还安装了调速电位器，用来调节变频器输出电压的频率。
变频器模块面板如图3-2所示。
图3-2三菱FR-E540变频器模块面板
3.1FR-E500变频器的电路连接
FR-E500变频器主电路和控制电路的接线图如图3-3所示，表3-1列出了控制电路端子的功能说明。
图3-3FR-E500电路接线图
表6-1控制电路端子的功能说明
进行主电路接线时，变频器模块面板上的L1、L2、L3插孔接三相电源，接地插孔接保护地线；三个电动机插孔U、V、W连接到三相电动机（千万不能接错电源，否则会损坏变频器）。
当变频器的参数Pr79设定值=2（外部操作模式）时，就可以用PLC的输出信号去控制变频器的启动/停止、正反转和改变运行频率等。
在335A设备中，限于PLC的输出点数，最多只能提供4点输出供变频器的控制端子使用，在出厂时连接了STF、STR、RM、RL四个端子。
3.2FR-E500系列变频器的操作面板
使用操作面板（FR-PA02-02）可以进行运行方式、频率的设定，运行指令监视，参数设定，错误表示等。
操作面板有一显示屏，还有一可打开的操作盖板，图3-4和表3-2、表3-3表示了操作面板各部分的名称和作用。
图3-4操作面板各部分的名称
表3-2FR-E500面板按键的作用
表3-3FR-E500面板上运行状态的表示
按键中最重要的是[MODE]键（“模式”键或“状态”键），它可以改变显示模式（状态）。
模式共有5种：
监视、频率设定、参数设定、PU操作以及帮助模式。
连续按动[MODE]键，显示器将循环顺序显示以上几种模式。
在每种模式下有不同的功能，如在“监视”模式下，按[SET]键，可以显示电动机的频率（“Hz”灯亮），或显示电流（“A”灯亮）等运行信息；又如在“操作”模式下，按[▲]、[▼]键，可选择“外部操作”（利用外部信号控制变频器的运转）、“PU操作”（利用变频器操作单元的键直接控制变频器的运转）或“PU点动操作”等操作模式；在参数设定模式下，可根据实际需要改变变频器的参数值等。
图3-5是用[MODE]键改变显示模式的操作示意。
图3-5用[MODE]键改变显示模式的操作示意
3.3FR-E500变频器的运行操作和参数设置
1、FR-E500运行操作方式
FR-E500变频器的运行操作模式有9种，常用的6种如图3-6所示。
图3-6E500常用的操作模式
运行操作模式是通过参数Pr.79设定的，Pr.79的出厂设定值为0，用户可以根据实际需要修改设定值，图3-7是设定参数Pr.79的一个例子。
图3-7参数Pr.79设定的例子
235A系统中，变频器的运行由PLC输出控制，应选择Pr.79=2，即外部操作模式。
但在传送带部件的安装、调试过程中，也有使用PU操作模式或外部/PU组合操作模式II操作变频器来驱动电动机试运行的。
用外部/PU组合操作模式II运行时，应在变频器模块面板上把调速电位器引出端的“1”、“2”、“3”插孔分别与变频器“10”、“2”、“5”号控制端子引出插孔相连接，然后按图3-8所示步骤操作。
图3-8外部/PU组合操作模式II运行操作的步骤
2、多段速运行模式的操作
变频器在外部操作模式或组合操作模式II下,变频器不仅可以通过外接电位器的调整来改变运行频率，还可以通过外接的开关器件的组合通断改变输入端子的状态来实现。
这种控制频率的方式称为多段速控制功能。
FR-E540变频器的速度控制端子是RH、RM和RL。
通过这些开关的组合可以实现3段、7段、15段（要通过参数Pr.183设置为8，将RMS端子的功能转换成多速段控制端REX）速的控制。
转速的切换，由于转速的档次是按二进制的顺序排列的，故三个输入端可以组合成3档至7档（0状态不计）转速，故四个输入端可以组合成15档（0状态不计）转速。
3段速由RH、RM、RL通断来实现。
7段速由RH、RM、RL通断的组合来实现。
15段速由RH、RM、RL和REX（由参数Pr.183设置为8，将RMS端子的功能转换成多速段控制端REX）通断的组合来实现。
多段速的各自运行频率则由参数Pr.3-Pr.5（设置前3段速的频率）、Pr.24-Pr.27（设置第4段速至第7段速的频率），Pr.232-Pr.239（设置第8段速至第15段速的频率）的设置值来决定。
多段速控制对应的控制端状态及参数关系见图3-9.
图3-9多段速控制对应的控制端状态及参数关系
图中各参数的设定步骤如下：
①用相应参数设定运行频率，设定步骤与图3-7参数Pr.79设定的例子相同。
②在变频器运行期间，每种速度（频率）能在0～400Hz范围内被设定。
③在读出多段速度设定参数状态下，通过按[▲]/[▼]键改变设定值。
在此种情况下，为存储设定频率，在松开[▲]/[▼]键后，请按下[SET]键。
频率指令的外部端子，其优先排列顺序依次为：
「JOG＞多段速度运行＞4号端子＞2号端子」。
2.多段速度设定在PU运行和外部运行中都可以设定。
3.3速设定的场合，2速以上同时被选择时，低速信号的设定频率优先。
4.Pr.24～Pr.27和Pr.232～Pr.239之间的设定没有优先级。
5.运行期间参数值也能被改变。
3、常用参数的设定
E500变频器有几百个参数，实际使用时，只需设定一些常用参数，其余按出厂设定即可。
YL-235设备中，变频器所需设定的参数如表3-4所示。
表3-4YL-235A设备变频器主要参数的设定
序号
参数代号
参数值
说明
1
P4
35
高速
2
P5
20
中速
3
P6
11
低速
4
P7
5
加速时间
5
P8
5
减速时间
6
P79
2
电动机控制模式
7
P80
默认
电动机的额定功率
8
P82
默认
电动机的额定电流
9
P83
默认
电动机的额定电压
10
P84
默认
电动机的额定频率
4、参数的写入禁止和参数清除
⑴为了防止设置好的参数被意外改写，可以使用参数Pr.77的“参数写入禁止功能”。
参数Pr.77的设定范围为0、1、2，不同设定值的功能如表6-3所示，Pr.77出厂设定值=0。
表3-5Pr.77设定值的功能
⑵参数清除
如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，实践证明这种参数清除操作方法是非常有用的。
参数清除有2种情况，一是只清除用户设置的参数值，用户设置的校准值不变，另一种是参数全部被清除，包括参数清除和校准值清除。
为了实现参数清除，应设定参数Pr.77=0。
参数清除操作，首先要用[MODE]键改变显示模式到帮助模式下，然后按[▲]键选择到参数清除或全部清除方式，如图3-10所示。
图3-10在帮助模式下各内容变换的操作示意
参数清除的步骤是：
按图3-10示意，按[▲]键选择到参数清除方式，操作[SET]键和[▲]键将显示由0改为1，然后持续压下[SET]键超过1.5秒，使得显示在1和[Pr.CL]间交替变换，此时用户输入的所有参数值均被清除，恢复到出厂值。
如图3-11所示。
图3-11参数清除操作示意
全部清除的步骤是：
按图3-11示意，按[▲]键选择到全部清除方式，操作[SET]键和[▲]键将显示由0改为1，然后持续压下[SET]键超过1.5秒，使得显示在1和[ALLC]间交替变换，此时用户输入的所有参数值和校准值均被清除，恢复到出厂值。
如图3-12所示。
图3-12全部清除操作示意
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