亚龙335A型自动生产线说明书.docx
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亚龙335A型自动生产线说明书
亚龙335A型
自动生产线实训考核装备
实训指导书
（三菱PLC版本初稿）
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，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。
335A采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，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
第一章335A自动生产线实训考核装备概述
1.1335A的基本组成
亚龙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1-1335A外观
其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，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，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。
1.2335A的基本功能
335A各工作单元在实训台上的分布如图1-2的335A俯视图所示。
图1-2335A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。
1.3335A的特点和实训项目
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独立的控制系统。
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，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，AC380V±10%50Hz；
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335A的PLC网络控制方案
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选用三菱FX系列，并插上通信接口板（FX2N-485-BD/FX1N-485-BD等），则通信方式可采用N：
N通信（PLC简易连接）。
2.1三菱FX系列PLCN:
N通信概述
FX系列PLC支持建立在N：
N的基础上的用FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N等PLC进行的数据传输的网络，能链接小规模系统中的数据。
网络中必须有一台PLC为主站，其他PLC为从站，最多能链接8台FX系列PLC。
以335A系统中N：
N通信网络的配置为例，网络配置如图2-1所示：
图2-1335A系统中N：
N通信网络的配置
系统中使用的RS485通信接口板为FX2N-485-BD和FX1N-485-BD，最大延伸距离50m，网络的站点数为5个。
N:
N网络的通信协议是固定的：
通信方式采用半双工通讯，波特率（BPS）固定为38400BPS；数据长度、奇偶校验、停止位、标题字符、终结字符以及和校验等也均是固定的。
N:
N网络是采用广播方式进行通信的：
网络中每一站点都指定一个用特殊辅助继电器和特殊数据寄存器组成的链接存储区，各个站点链接存储区地址编号都是相同的。
各站点向自己站点链接存储区中规定的数据发送区写入数据。
网络上任何1台PLC中的发送区的状态会反映到网络中的其他PLC，因此，数据可供通过PLC链接连接起来的所有PLC共享，且所有单元的数据都能同时完成更新。
2.2N:
N通信网络的组建
FX系列PLCN:
N通信网络的组建主要是对各站点PLC用编程方式设置网络参数实现的。
FX系列PLC规定了与N：
N网络相关的标志位（特殊辅助继电器）和存储网络参数和网络状态的特殊数据寄存器。
当PLC为FX1N或FX2N（C）时，N：
N网络的相关标志（特殊辅助继电器）如表2-1所示，相关特殊数据寄存器如表2-2所示。
表2-1特殊辅助继电器
特性
辅助继电器
名称
描述
响应类型
R
M8038
N：
N网络参数设置
用来设置N：
N网络参数
M，L
R
M8183
主站点的通信错误
当主站点产生通信错误时ON
L
R
M8184～M8190
从站点的通信错误
当从站点产生通信错误时ON
M，L
R
M8191
数据通信
当与其他站点通信时ON
M，L
注：
⑴R：
只读；W：
只写；M：
主站点；L：
从站点
⑵在CPU错误，程序错误或停止状态下，对每一站点处产生的通信错误数目不能计数。
⑶M8184～M8190是从站点的通信错误标志，第1从站用M8184，…第7从站用M8190。
表2-2特殊数据寄存器
特性
数据寄存器
名称
描述
响应类型
R
D8173
站点号
存储它自己的站点号
M，L
R
D8174
从站点总数
存储从站点的总数
M，L
R
D8175
刷新范围
存储刷新范围
M，L
W
D8176
站点号设置
设置它自己的站点号
M，L
W
D8177
从站点总数设置
设置从站点总数
M
W
D8178
刷新范围设置
设置刷新范围模式号
M
W/R
D8179
重试次数设置
设置重试次数
M
W/R
D8180
通信超时设置
设置通信超时
M
R
D8201
当前网络扫描时间
存储当前网络扫描时间
M，L
R
D8202
最大网络扫描时间
存储最大网络扫描时间
M，L
R
D8203
主站点通信错误数目
存储主站点通信错误数目
L
R
D8204～D8210
从站点通信错误数目
存储从站点通信错误数目
M，L
R
D8211
主站点通信错误代码
存储主站点通信错误代码
L
R
D8201～D8218
从站点通信错误代码
存储从站点通信错误代码
M，L
注：
⑴R：
只读；W：
只写；M：
主站点；L：
从站点
⑵在CPU错误，程序错误或停止状态下，对其自身站点处产生的通信错误数目不能计数。
⑶D8204～D8210是从站点的通信错误数目，第1从站用D8204，…第7从站用D8210。
对于主站点，用编程方法设置网络参数，就是在程序开始的第0步（LDM8038），向特殊数据寄存器D8176～D8180写入相应的参数，仅此而已。
对于从站点，则更为简单，只须在第0步（LDM8038）向D8176写入站点号即可。
例如，图2-2给出了设置输送站（主站）网络参数的程序。
图2-2主站点网络参数设置程序
上述程序说明如下：
1、编程时注意，必须确保把以上程序作为N：
N网络参数设定程序从第0步开始写入，在不属于上述程序的任何指令或设备执行时结束。
此程序不需要执行，因此当把其编入此位置时，它自动变为有效。
2、特殊数据寄存器D8178用作设置刷新范围，刷新范围指的是各站点的链接存储区。
对于从站点，此设定不需要。
根据网络中信息交换的数据量不同，可选择如表2-3（模式0），表2-4（模式1）和表2-5（模式2）三种模式。
在每种模式下使用的元件被N：
N网络所有站点所占用。
表2-3模式0站号与字元件对应表表2-4模式1站号与位、字元件对应表
站点号
元件
站点号
元件
位软元件（M）
字软元件（D）
位软元件（M）
字软元件（D）
0点
4点
0点
4点
第0号
—
D0～D3
第0号
M1000～M1031
D0～D3
第1号
—
D10～D13
第1号
M1064～M1095
D10～D13
第2号
—
D20～D23
第2号
M1128～M1159
D20～D23
第3号
—
D30～D33
第3号
M1192～M1223
D30～D33
第4号
—
D40～D43
第4号
M1256～M1287
D40～D43
第5号
—
D50～D53
第5号
M1320～M1351
D50～D53
第6号
—
D60～D63
第6号
M1384～M1415
D60～D63
第7号
—
D70～D73
第7号
M1448～M1479
D70～D73
表2-5模式2站号与位、字元件对应表
站点号
元件
位软元件（M）
字软元件（D）
0点
4点
第0号
M1000～M1063
D0～D3
第1号
M1064～M1127
D10～D13
第2号
M1128～M1191
D20～D23
第3号
M1192～M1255
D30～D33
第4号
M1256～M1319
D40～D43
第5号
M1320～M1383
D50～D53
第6号
M1384～M1447
D60～D63
第7号
M1448～M1511
D70～D73
在图2-2的例子里，刷新范围设定为模式1。
这时每一站点占用32×8个位软元件，4×8个字软元件作为链接存储区。
在运行中，对于第0号站（主站），希望发送到网络的开关量数据应写入位软元件M1000～M1063中，而希望发送到网络的数字量数据应写入字软元件D0～D3中，……,对其他各站点如此类推。
3、特殊数据寄存器D8179设定重试次数，设定范围为0～10（默认=3），对于从站点，此设定不需要。
如果一个主站点试图以此重试次数（或更高）与从站通信，此站点将发生通信错误。
4、特殊数据寄存器D8180设定通信超时值，设定范围为5～255（默认=5），此值乘以及10ms就是通信超时的持续驻留时间。
5、对于从站点，网络参数设置只需设定站点号即可，例如供料站（1号站）的设置，如图2-3所示。
图2-3从站点网络参数设置程序例
2.3N:
N通信网络的安装和连接
1、网络安装前，应断开电源。
各站PLC应插上485-BD通信板。
它的LED显示/端子排列如图2-4所示。
图2-4485-BD板显示/端子排列
2、连线
335A系统的N：
N链接网络，各站点间用屏蔽双绞线相连，如图2-8所示，接线时须注意终端站要接上110欧姆的终端电阻（485BD板附件）。
100欧姆或更小的电阻接地
*1R为端子电阻。
在端子RDA和RDB之间连接端子电阻（330欧姆）
*2将端子FG连接到可编程控制器主体的每个端子，而主体用100欧姆或更小的电阻接地。
图2-5335APLC链接网络连接
如果网络上各站点PLC已完成网络参数的设置，则在完成网络连接后，再接通各PLC工作电源，可以看到，各站通信板上的SDLED和RDLED指示灯均亮，说明N：
N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：
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。
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。
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。
A
B
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（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，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3-8E3Z-L光电开关的外形和调节旋钮、显示灯
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。
该光电开关选用OTS41型，其外形如图3-10所示。
图3-10光电开关OTS41外形
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3-11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。
图3-11电磁阀组
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3-12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3-12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。
选用松下FX2NC-16MR主单元，共8点输入和8点继电器输出，供料单元的I/O接线原理图如图3-13所示。
图3-13供料单元PLC的I/O接线原理图
供料单元的电气接线采用双层接线端子排，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），下层端子用
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