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。

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

A

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3-9 E3Z-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 3.2.1 PLC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PLC I/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。

3、电磁阀组

加工单元的气爪、物料台伸缩气缸和冲压气缸均用三个二位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，三个控制阀集中安装在带有消声器的汇流板组成，如图4-5所示。图中，前面的冲压缸控制电磁阀所配的快速接头口径较大，这是由于冲压缸对气体的压力和流量要求比较高，冲压缸的配套较粗气管的缘故。

图4-5 电磁阀组

这三个阀分别对冲压气缸、物料抬手爪气缸和物料台伸缩气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。

电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行设备调试时，使手控开关处于开启位置，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，从而实现对相应气路的控制，以改变冲压缸等执行机构的控制，达到调试的目的。 4.1.3 气动控制回路

本工作单元气动控制回路的工作原理如图4-6所示。1B1和1B2为安装在冲压气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在物料台伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，3B1为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1和3Y1分别为控制冲压气缸、物料台伸缩气缸和手爪气缸的电磁阀的电磁控制端。

图4-6 加工单元气动控制回路工作原理图

从图4-6可以看到，当气源接通时，料台伸出气缸的初始状态是在伸出位置。这一点，在进行气路安装时应予注意。 4.2 加工单元的PLC控制及编程 4.2.1 PLC的I/O 接线

本单元中，传感器信号占用6个输入点，留出2个点提供给提供给急停按钮和启/停按钮作本地主令信号，则所需的PLC I/O点数为8点输入/3点输出，选用西门子S7-222 AC/DC/RLY主单元，共8点输入和6点继电器输出，加工单元的I/O接线原理图如图4-7所示，接线端口的端子接线图则如图4-8所示。

图4-7 加工单元PLC的I/O接线原理图

4.2.2加工单元的编程要点

1、在YL-335的加工单元中，提供一个启动/停止按钮和一个急停按钮。与供料单元同样，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，实现方法在第三章中已经阐述，这里不再重复。本单元的急停按钮是当本单元出现紧

急情况下提供的局部急停信号，一旦发生，本单元所有机构应立即停止运行，直到急停解除为止；同时，急停状态信号应回馈到系统，以便协调处理。 2、加工单元的工艺过程也是一个顺序控制：物料台的物料检测传感器检测到工件后，按照，机械手指夹紧工件→物料台回到加工区域冲压气缸下方→冲压气缸向下伸出冲压工件→完成冲压动作后向上缩回→物料台重新伸出→到位后机械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。 下面给出YL-335A出厂例程中加工单元程序清单供读者在实训时参考。 主程序如图4-9 所示，它只是在每一扫描周期(SM0.0 ON)调用2个子程序，一个是启动/停止子程序，其功能是在读取主站发送来的控制命令以及把本站状态信号写到通信数据存储区。另一个子程序则是完成加工工艺控制功能。

图4-9 加工站主程序梯形图

启动/停止子程序如图4-10所示

图4-10 启动/停止子程序梯形图

第六章 分拣单元的结构与控制

6.1 分拣单元的结构 6.1.1 分拣单元的功能

分拣单元是YL-335A中的最末单元，完成对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料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。如图6-1所示分拣单元实物的全貌。

图6-1分拣单元实物的全貌

6.1.2 分拣单元的结构组成

分拣单元的结构组成如图6-2所示。其主要结构组成为：传送和分拣机构，传动机构，变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，底板等。

传送和分拣机构如图6-3所示。传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器检测到并进行分拣。它主要由传送带、物料槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。

传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。导向件是用纠偏机械手输送过来的工件。两条物料槽分别用于存放加工好的黑色工件和白色工件。

传送和分拣的工作原理：本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件进行分拣。当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作， 把工件带进分拣区，如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。自动生产线的加工结束。

在每个料槽的对面都装有推料（分拣）气缸，把分拣出的工件推到对号的料槽中。在两个推料（分拣）气缸的前极限位置分别装有磁感应接近开关，在PLC的自动控制可根据该信号来判别分拣气缸当前所处位置。当推料（分拣）气缸将物料推出时磁感应接近开关动作输出信号为“1”，反之，输出信号为“0”。

⑤ 修改P1001（固定频率1），使P1001=25。 ⑥ 修改P1002（固定频率2），使P1001=15。 ⑵ 相应的PLC程序要求：

①当要求调整为中速时，使Q0.4 ON，Q0.5 OFF，输出频率为25 Hz。 ②当要求调整为低中速时，使Q0.4 OFF，Q0.5 ON，输出频率为15 Hz。 ③当要求调整为高速时，使Q0.4 ON，Q0.5 ON，这时变频器输出频率为固定频率1与固定频率2之和，即40Hz。

3、分拣单元需要完成在传送带上把不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能。为了使工件能准确地推出，光纤传感器灵敏度的调整、变频器参数（运转频率、斜坡下降时间等）的设置以及软件编程中定时器设定值的设置等，应相互配合。

4、YL-335A出厂例程中分拣单元程序清单如图6-17、图6-18所示，供读者在实训时参考。

图6-17 分拣单元主程序及启动/停止子程序清单

推料控制子程序如下：

图6-18

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