可编程控制系统实验指导书(11.10.11)

实验指导书试用稿

电气学院实验中心

2011年10月

可编程控制系统

可编程控制系统实验指导书

目录

机电一体化柔性装配系统概述----------------------------------2 实验一 下料单元控制-----------------------------------------7 实验二 加盖单元控制----------------------------------------10 实验三 穿销单元控制----------------------------------------13 实验四 温度控制与人机界面---------------------------------16 附录-------------------------------------------------------19

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可编程控制系统实验指导书

说明：

本课程实验内容共二个，其中实验一的内容由实验指导书中的实验一至实验三中选一完成（时间：

4学时）。3

可编程控制系统实验指导书 机电一体化柔性装配系统概述

Me093399型机电一体化教学系统是以工业生产中的自动化装配生产线为原型开发的教学、实验、实训综合应用平台。本装置采用铝合金结构件搭建各分站主体设备，选取多种机械传动方式实现站间串联，整条生产线充分展现了实际工业生产中的典型部分。系统控制过程中除涵盖多种基本控制方法外，还凸现组态控制、工业总线、电脑视觉、实时监控等先进技术，为培养现代化应用型人才创设了完整、灵活、模块化、易扩展的理想工业场景。

为便于协调整个生产线的全程控制，系统设置了一个主站总控制台，主站总控制台是整个装配生产线连续运行的指挥调度中心，其主要功能是实现全程运行的总体控制，完成全系统的通讯连接等。

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可编程控制系统实验指导书 装配生产线示意图如图1所示。

伸缩换向单元 站点6 图像识别单元 站点5 穿销单元 站点4 加盖单元 站点3 滚筒 转角 下料单元 站点2 整个系统主要由12个从站点组成，每个从站单元完成特定的工作任务，以装配、检验、分拣、入库的方式顺序完成各种装配操作和物流处理过程。各单元的主要功能如下所述：

检测单元 站点7 废品道 上料单元 站点1 1. 上料单元（站点1）：根据工件的位置情况，从料槽中抓取装配主体送入数控铣床单元或将铣床单元加工后的产品转送下料单元。

2. 下料单元（站点2）：将前站送入本

液压单元 站点8 分拣单元 站点9 图1 连续生产线示意图

升降梯立体仓库 站点10 单元下料仓的工件主体，通过直流电机驱动间歇机构带动同步齿型带使之下落，工件主体下落至托盘后经传送带向下站运行。

3. 加盖单元（站点3）：通过直流电机带动蜗轮蜗杆，经减速电机驱动摆臂将上盖装配至工件主体，完成装配后工件随托盘向下站传送。 4. 穿销单元（站点4）：通过旋转推筒推送销钉的方法，完成工件主体与上盖的实体连接装配，完成装配后的工件随托盘向下站传送。

5. 图像识别单元（站点5）：运用电脑识别技术将前站传送来的工件进行数字化处理（通过图形摄取装置采集工件的当前画面与原设置结果进行比较），并将其判定结果输出。经检验处理后工件随托盘向下站传送。

6. 伸缩换向单元（站点6）：将前站传送过来的托盘及组装好的工件经换向、提升、旋转、下落后伸送至传送带向下站传送。

7. 检测单元（站点7）：运用各类检测传感装置对装配好的工件成品进行全面检测（包括上盖、销钉的装配情况，销钉材质、标签有无等），并将检测结果送至PLC进行处理，以此作为后续站控制方式选择的依据（如分拣站依标签有无判别正、次品；仓库站依销钉材质确定库位）。

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可编程控制系统实验指导书 8. 液压单元（站点8）：通过液压换向回路实现对工件的盖章操作，完成对托盘进件、出件后再经90°旋转换向送至下一单元。

9. 分拣单元（站点9）：根据检测单元的检测结果（标签有无），采用气动机械手对工件进行分类，合格产品随托盘进入下一站入库；不合格产品进入废品线，空托盘向下站传送。

10.

升降梯立体仓库（站点10）：本站由升降梯与立体仓库两部分组成，可进行两个不同生产线的入库和出库。在本装配生产线中可根据检测单元

对销钉材质的检测结果将工件进行分类入库（金属销钉和尼龙销钉分别入不同的仓库）。若传送至本单元的为分拣后的空托盘，则将其放行。

综上所述，站点1、2、3、4、主要完成顺序逻辑控制；站点5引入了先进的图像识别技术；站点7综汇了激光发射器、电感式、电容式、色彩标志等多种传感器的应用，站点8为液压传动控制、站点9突出体现了气动机械手的控制，站点10则实现步进电机的控制。

在装配生产线运行中各个站点既可以自成体系，彼此又有一定的关联。为此，采用了PROFIBUS现场总线技术，通过1个主站（S7—300系列PLC）和10个从站（S7—200系列PLC）组成系统，实现主从站之间的通信联系，控制系统组成框图如图2所示。

在主站总控制台的上位计算机上安装有Wincc组态监控软件， Wincc所创建的监控功能可通过动画组件对各单元的工作情况进行实时模拟，为操作人员提供系统运行的相关信息，实现装配生产线的全程监控。

成项目时应由易到难，逐步深入，可从单站控制入手。完成单站控制的步骤如图3

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可编程控制系统实验指导书 实验一 下料单元控制

一．实验目的

1． 了解下料单元的机械主体结构、熟悉间歇机构等传动过程，通过系统运行过

程理解传感检测元件和执行机构的作用

2． 学习根据控制要求编制和调试PLC程序的方法，学习系统调试和分析、查找、

排除故障的方法

二．实验设备

S7-1200 CPU、计算机、工件主体下料单元、万用表 三．实验步骤及内容

1． 熟悉下料单元的机械主体结构，了解机械装配方法，重点观察间歇机构、同

步带传动、螺杆调节结构过程和理解螺杆锁紧结构、张紧机构的作用。 2． 对照电源系统图（见附录4）学习电源系统的设计与连接调试方法。 3． 对照图2-6查找本单元各类检测元件、执行机构的安装位置，并依据下料单元

PLC控制接线图（见附录5）熟悉其安装接线方法。

4． 根据表2-1理解本单元各检测元件、执行机构的功能，熟悉基本调试方法（必

要时可根据系统运行情况适当调整相应位置）。

表2-1 下料单元检测元件、执行机构、控制元件一览表

类别 序 号 编 号 S1 S2 S3 M1 M2 M3 YM HL1 构 等 6 7 5 HL HL2 HA1 HA2 绿色指示灯 蜂鸣器 蜂鸣器 显示工作状态 事故报警 事故报警 控制板 控制板 名 称 电感式传感器 光电传感器 电容式传感器 直流电机 直流电机 直流电机 直流电磁吸铁 红色指示灯 功 能 检测托盘的位置 检测托盘上是否有工件 检测料仓底部是否有工件 驱动直线单元传送带 驱动间歇机构 驱动滚筒型转角单元 控制托盘位置 显示工作状态 直线单元侧 安装位置 直线单元上 直线单元上 料仓下部 直线单元上 料仓上 下料单元旁的转角单元 直线单元上 检 1 2 3 1 2 测 元

件执 行 3 4 机 7

可编程控制系统实验指导书 5、 控制要求

初始状态：直线及转角二传送电机、下料电机均处于停止状态；直流电磁吸铁竖起禁行；工作指示灯熄灭。

系统启动运行后本单元红色指示灯发光；直线电机、转角电机驱动二传送带开始运转且始终保持运行状态（分单元运行时可选用与PLC运行/停止同状态的特殊继电器保持二传送电机的运行状态）。

系统运行期间：

（1）当前站上料单元向料仓中放入工件发出信号，经过4秒时间确认后，启动下料电机执行将工件主体下落动作。

（2）当工件主体下落6秒后，若无托盘到位信号，则停止下料电机运行，将工件置于料仓中等待。

（3）当托盘到达定位口时，底层的电感式传感器发出检测信号，红色指示灯熄灭，绿色指示灯发光；经过2秒时间确认后，启动下料电机继续执行将工件主体下落动作。

（4）检测到托盘到位信号，当工件下落至托盘时，工件检测传感器发出检测信号，延时3秒确认后，直流电磁铁吸合下落，放行托盘。

（5）托盘放行2秒后，电磁吸铁释放处于禁止状态，绿色指示灯熄灭，红色指示灯发光，系统回复初始状态。

说明：若下料电机从料仓入口至出口动作一个行程后工件检测传感器仍无检测信号，此时报警器发出警报，提示运行人员需在料仓中装入工件（本套设备中通过延时进行控制）。

（6）控制系统应具有启动、停止、急停、复位控制和工作方式选择控制

6、I/O编号分配表

表2-3 下料单元I/O分配表

形式 序号 1 2 3 输入 4 5 6 7 名称 工件检测 托盘检测 料槽底层工件检测 手动/自动按钮 启动按钮 停止按钮 急停按钮 PLC地址 I0.0 I0.1 I0.2 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 编号 S2 S1 S3 SA SB1 SB2 SB3 EM277总线模块设置的站号为：8 与总站通讯的地址为：2～3 地址设置 8

可编程控制系统实验指导书 8 1 2 3 4 输出 5 6 7 8 复位按钮 下料电机 绿色指示灯 直流电磁吸铁 传送电机 转角电机 红色指示灯 蜂鸣器报警 蜂鸣器报警 I2.4 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q1.6 Q1.7 SB4 M2 HL2 KM M1 M3 HL1 HA1 HA2

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可编程控制系统实验指导书 实验二 加盖单元控制

一．实验目的

1． 了解加盖单元的机械主体结构、熟悉蜗轮蜗杆减速机构等传动过程、通过系

统运行过程理解传感检测元件和执行机构的作用

2． 、学习根据控制要求编制和调试PLC程序的方法、学习系统调试和分析、查

找、排除故障的方法

二．实验设备

S7-1200 CPU、计算机、工件主体上料单元、万用表 三．实验步骤及内容

1． 了解自动上盖单元的机械装配方法；熟悉翻转定位装置、连杆机构及连轴器的工

作原理；观察蜗轮蜗杆减速机的运动过程。

2． 对照电源系统图（见附录6）学习本单元电源系统的设计与连接调试方法。 3． 对照图3-4查找本单元各类检测元件、执行机构的安装位置，并依据加盖单元

PLC控制接线图（见附录7）熟悉其安装接线方法。

4． 根据表3-1理解本单元各检测元件、执行机构的功能，熟悉基本调试方法（必要

时可根据系统运行情况适当调整相应位置）。

表3-1 加盖单元检测元件、执行机构、控制元件一览表

类别 序 号 编 号 S1 S2 SQ1 SQ2 M1 M2 M3 YM HL1 构 等 6 7 5 HL HL2 HA1 HA2 KM1 绿色指示灯 蜂鸣器 蜂鸣器 继电器 10

显示工作状态 事故报警 事故报警 摆臂取件控制 控制板 控制板 加盖底板上 名 称 电感式接近开关 电容式接近开关 微动开关 微动开关 直流电机 直流电机 蜗轮蜗杆减速电机 直流电磁吸铁 红色指示灯 功 能 检测托盘的位置 检测工件上是否有上盖 确定摆臂取件位置 确定摆臂放件位置 驱动直线单元传送带 驱动蜗轮蜗杆减速电机 降低直流电机转速 控制托盘位置 显示工作状态 直线单元侧 安装位置 直线单元上 直线单元上 摆臂左面里侧 摆臂左面外侧 直线单元上 加盖底板上 加盖底板上 直线单元上 检 1 2 3 4 1 2 测 元 件执 行 3 4 机 元件

控制1

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