亚龙YL101MS型自动控制实训系统说明书.docx

1、亚龙YL101MS型自动控制实训系统说明书档案编号位置编号 产品名称自动化生产线实训装置产品型号YL-101-MS产品编码资料类型使用说明书编 写: 校 对: 审 核: 批 准: 日 期: 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。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，

2、掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统(简称MPS)装备是一套模块化组合系统分别安装在各个站的铝合金实训桌上.分别有主控机构、供料机构、搬运机构、加工机构、安装搬运机构、装配机构、输送机构、搬运分拣机构、仓储机构等工作单元，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、步进电机、伺服电机位置控制等技术。因此，MPS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、步进电机位置控制技术等。利用MPS，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

3、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。MPS采用模块站组合式的结构，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的需要。本实训指导书主要阐述亚龙MPS型自动控制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

4、评指正。亚龙科技集团目录第一章 亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统 51.1 亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统的基本组成 51.2 MPS的基本功能 61.3 MPS的特点和实训项目 61.4 技术参数 7第二章 主控单元的结构与控制 92.1 主控单元的结构 92.1.1 主控单元的功能 92.1.2 主控单元的结构组成 92.2 主控单元的PLC控制及其编程 10第三章 供料单元的结构与控制 123.1 供料单元的结构 123.1.1 供料单元的功能 123.1.2 供料单元的结构组成 133.1.3 气动控制回路 173.2 供料单元的PLC控制及编程 183.2.1 PL

5、C的I/O 接线 183.2.2 供料单元的控制 18第四章 搬运单元的结构与控制 194.1 搬运单元结构 194.1.1 搬运单元的功能 194.1.2 搬运单元的结构组成 204.1.3 气动控制回路 214.2 搬运单元的PLC控制及编程 224.2.1 PLC的I/O 接线 224.2.2 搬运单元的控制 23第五章 加工单元的结构与控制 245.1 加工单元结构 245.1.1 加工单元的功能 245.1.2 加工单元的结构组成 255.1.3 气动控制回路 275.2 永磁交流伺服系统 275.2.1 永磁交流伺服系统概述 275.2.2 交流伺服系统的位置控制模式 295.2

6、加工单元的PLC控制及编程 295.2.1 PLC的I/O 接线 295.2.2 加工单元的PLC编程要点 30第六章 安装搬运单元结构与控制 316.1 安装搬运单元的结构 316.1.1 安装搬运单元的功能 316.1.2 安装搬运单元的结构 326.1.3 气动控制回路 326.2 步进电机及其驱动器 336. 安装单元的PLC控制及编程 366.1 PLC的I/O 接线 366.2 安装搬运单元的PLC编程要点 36第七章 装配单元的结构与控制 377.1 装配单元的结构 377.1.1 装配单元的功能 377.1.2 装配单元的结构组成 387.1.3 气动控制回路 407.2 装配

7、单元的PLC控制及编程 407.2.1 PLC的I/O 接线 407.2.2 装配单元的PLC编程要点 41第八章 输送单元结构与控制 428.1 传送带单元的结构 428.1.1 传送带单元的功能 428.1.2 传送带单元的结构组成 428.2 变频器 448.2.1 MM420变频器的安装和接线 448.2.2 MM420变频器的BOP操作面板 468.2.3 MM420变频器的参数 488.2.4 MM420变频器的参数访问 498.3 输送单元的PLC控制及编程 518.3.1 PLC的I/O接线 518.3.2 输送单元的PLC编程要点 52第九章 搬运分拣单元的结构与控制 539

8、.1 搬动分拣单元的结构 539.1.1 搬运分拣单元的功能 539.1.2 搬运分拣单元的结构组成 549.1.3 搬运分拣单元的气动控制回路 559.2 搬运分拣单元的PLC控制及编程 569.2.1 PLC的I/O接线 569.2.2 搬运分拣单元的PLC编程要点 56第十章 仓储单元结构与控制 5810.1 仓储单元的结构 5810.1.1 仓储单元的功能 5810.1.2 仓库单元的结构组成 5910.1.3 气动控制回路 5910.2 仓储单元的PLC控制及编程 6010.2.1 PLC 的I/O接线 6010.2.2 仓储单元的PLC编程要点 60第十一章 亚龙YL-101-MS

9、型自动控制实训系统的整体控制 611.1 系统的工作任务描述 611.2 气源处理组件 62第一章 亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统1.1 亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统的基本组成亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统简称（MPS)装备是一套模块化组合系统分别安装在各个站的铝合金实训桌上.分别有主控单元、供料单元、搬运单元、加工单元、安装搬运单元、装配单元、输送单元、搬运分拣单元、仓储单元等9个工作单元组成。其外观如图1-1所示。图1-1 外观图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MPS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，但分类单元和

10、安装搬运单元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。位置控制技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技术。在MPS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，每一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过网络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及其所支持的不同的通信模式，组建成一个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

11、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。1.2 MPS的基本功能MPS各个单元的基本功能如下：1、主控单元的基本功能：控制供料单元、搬运单元、加工单元、安装搬运单元、装配单元、输送单元、搬运分拣单元、仓储单元这8个工作单元的启动、停止、复位的信号及各种信号的处理。2、供料单元的基本功能：按照需要将料盘里的工件供应到出料口，等待搬运单元的搬运。3、搬运单元的基本功能：按照需要将供料单元供出的工件搬去加工站进行加工。4、加工单元的基本功能：把搬运站搬运来的工件进行模拟钻孔处理，处理完后运送到出口处等待安装搬运单元将之搬去输送单元。5、安装搬运单元的基本功能：把加工单元加工

12、处理好的工件搬运到输送站,然后由输送站将其送至装配位子进行装配。6、装配单元的基本功能：将输送单元输送到装配位子的工件进行有序的装配。7、输送单元的基本功能：将安装搬运单元搬运过来的工件输送到搬运分拣位子。8、搬运分拣单元的基本功能：将输送单元已经装配结束的工件输送到搬运分拣位子时，将其搬运放进仓库入口处或废料槽中。9、仓储单元的基本功能：存放已加工装配结束的合格工件。1.3 MPS的特点和实训项目MPS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9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

13、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各自的实训桌上，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。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，MPS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。利用可MPS以完成以下实训任务：1. 自动检测技术使用实训2. 气动

14、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. 步进电机驱动和位置控制实训7. 自动控制技术教学与实训8. 机械系统安装和调试实训9. 系统维护与故障检测实训10. 伺服驱动和伺服电机的使用实训1.4 技术参数1. 交流电源：单相三线 AC220VAC10% 50 Hz；2. 温度：-1050；环境湿度：90无水珠凝结；3. 设备总体外形尺寸：长宽高=2990 mm885 mm1820 mm；4. 整机功耗：2 KVA；5. 安全保护措施：具有接地保护、漏电过载过流保护功能；安全性符合相关的国标标准，所有材质均符合环保标准。第二章 主控单元的结构与控制

15、2.1 主控单元的结构2.1.1 主控单元的功能主控单元是MPS中的主控制单元，在整个系统中，控制供料单元、搬运单元、加工单元、安装搬运单元、装配单元、输送单元、搬运分拣单元、仓储单元这8个工作单元实行联机控制。如图2-1所示为主控单元的实貌图3-1 主控单元2.1.2 主控单元的结构组成主控单元的结构，其主要结构组成为：西门子S7-300PLC，触摸屏，警示灯，网孔板，接线端子，实训桌等1.网孔板上组成部分如图2-1所示主控单元的工作任务：就是通过PROFIBUS-DP总线处理供料单元、搬运单元、加工单元、安装搬运单元、装配单元、输送单元、搬运分拣单元、仓储单元这8个工作单元发过来的信号，然

16、后由主控的PLC将这些信号在发出给这8个工作单元。2. 警示灯 本工作单元上安装有红、绿二色警示灯，它是作为整个系统警示用的。警示灯有五根引出线，其中黄绿交叉线为”地线”、红色线:红色灯控制线、绿色线:绿色灯控制线、黑色线:信号灯公共控制线。接线如图2-2所示。图2-2警示灯及其接线2.2 主控单元的PLC控制及其编程因本系统采用的是西门子PROFLBUS-DP通讯协议需要一个S7-300系例的主机做为整个系统主站，也为了编程时便于记忆，系统主为采用S7-315-2DP带DP通讯口的主机。原理图如图2-3。2-3 主控单元系统控制原理图注释：详细图纸和程序见光盘第三章 供料单元的结构与控制3.

17、1 供料单元的结构3.1.1 供料单元的功能供料单元是MPS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：按照需要将放置在转盘中待加工工件（原料）通过翻转气缸和电机自动将工件供应到出料口处，以便搬运单元的机械手将其抓取，搬运到后续单元上。如图3-1所示为上料单元实物的全貌。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。其主要结构组成为：旋转料盘，,阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽、实训桌等。1转盘上料台部分该部分如图3-2所示。用于储存工件原料，当上料台上无料时旋转推料到物料台上。它主要由转盘、直流减速电机、

18、检测气缸、磁性开关、光纤传感器组成。图3-2物料台该部分的工作任务是：转盘中存放未加工的工件.当检测气缸伸出时检测到无料时,减速电机启动将物料旋转至翻转气缸处，由翻转气缸翻转，翻转结束后，在由直流减速电机将物料旋转至检测气缸前，检测气缸上的传感器检测到有物料时，电机停止，检测气缸缩回，等待把物料拿走，然后伸出检测，若无物料就继续工作下个周期，若有物料就停止供料。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3-3是安装了带快速接头的限出

19、型气缸截流阀的气缸外观。图3-3 安装上气缸节流阀的气缸图3-4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。AB图3-4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3-5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

20、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。为了防止实训

21、时错误接线损坏磁性开关，亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统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3-5 磁性开关内部电路光纤传感器如图3-6所示，光纤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。放大器的安装示意如图3-7所示。图3-6 光纤传感器图3-7 放大器安装示意图光纤传感器也是光电传感器的一种，相对于传统电量型传感器（热电偶、热电阻、压阻式、振弦式、磁电式），光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣环境

22、，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。从而可以通过调节灵敏度判别黑白两种颜色物体，将两种物料区分开，从而完成自动分拣工序。图3-8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

23、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3-8 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3-9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，本单元使用的是褐色、黑色、和蓝色线。图3-9 E3Z-NA11型光纤传感器电路框图2、电磁阀供料单元的电磁只使用1个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀。本单元的电磁阀推料台进行控制，以改变其动作的状态。本单元所采用的电磁阀，可以手动调节也可上电调节。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3-10所

24、示。图中1A为上料气缸。1B1和1B2为安装在上料气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关， 1Y1为控制缸电磁阀的电磁控制端。图3-10 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 接线本单元中输入信号占8点，输出信号占4个点。选用的西门子S7-200 226CN AC/DC/RLY主机带EM277通讯扩展模块。搬运单元的I/O接线原理图（简图）如图3-11所示。 图3-11 供料单元PLC的I/O接线原理图3.2.2 供料单元的控制MPS允许各工作单元作为独立设备运行，但在供料单元中，主令信号输入点为启动、停止、复位、急停4种主令信号。其功能是

25、：按下复位按钮，设备复位到初始状态，按下启动设备开始工作，按下停止按钮设备工作完一个周期停止，按下急停按钮设备立即停止在当前状态，急停解除后按复位按钮复位。第四章 搬运单元的结构与控制4.1 搬运单元结构4.1.1 搬运单元的功能 搬运单元的功能是完成把未加工的工件从出料口处搬运到后续加工区域去进行加工如图4-1所示为搬运单元实物全貌。图5-1搬运单元实物全貌4.1.2 搬运单元的结构组成 搬运单元主要结构组成为:手爪气缸，旋转气缸，手爪提升气缸，缓冲器，双杆气缸组成的机械手机构，磁阀组，安装支架，PLC模块，急停按钮和启动/停止按钮，单机和联网转换开关，运行指示灯，实训桌等。机械手机构机械手

26、机构如图4-2所示，机械手主要在上料台单元检测到物料并上升到位时机械手伸出用手爪抓起未加工的工件搬运到后续的加工单元。它主要有手爪气缸、旋转气缸、手爪提升气缸、双杆气缸、磁感应接近开关、接近传感器、缓冲器等组成。图4-2机械手机构机械手机构的械作原理：整个机械手机构能完成四个自由度动作，手臂伸缩、手臂旋转、手爪上下、手爪松紧动作 ，在系统正常工作后的初始状态为手臂缩回，手臂处在左限位置，手爪上下气缸提升到位，气动手爪张开状态。当上料单元传感器检测到物料在料台上并把信号送到此单元后，PLC控制程序驱动伸缩气缸伸出到位上下气缸下降到位气动手爪将工件夹紧上下气缸上升到位伸缩气缸缩回到位手臂旋转气缸右

27、限到位伸缩气缸伸出到位上下气缸下降到位气动手爪松开将工件放到加工单元，并向系统发出搬运完成信后，然后顺序回归到初始位置为下个周期做准备。 电感式接近传感器由高频震荡、检波、放大、触发及输出电路等组成。震荡器在传感器检测面产生一个交变电磁场，当金属物料接近传感器检测面时，金属中产生的涡流吸收了震荡器的能量。使震荡减弱以至停滞。震荡器的震荡及停振这两种状态，转换为电信号通过整形放大器转换成二进制的开关信号，经功率放大后输出。本单元的机械手左右限位就由电感式接近传感器做限位。搬运单元的气动手爪，手臂上下气缸，手臂伸缩气缸，手臂旋转气缸均用四个二位五通的带手控开关的单电控电磁阀控制，四个控制阀集中安装

28、在带有消声器的汇流板组成。这四个阀分别对气动手爪，手臂上下气缸，手臂伸缩气缸，手爪翻转气缸的气路进行控制，以改变手爪的各自动作。本单元所采用的电磁阀，可以手动调节也可上电调节，以达到调试目的。4.1.3 气动控制回路图4-3 搬运单元气动控制回路工作原理图本工作单元气动控制回路的工作原理如图4-3所示。1B1为安装在手爪气缸工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装手臂上下气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，3B1和3B2为安装手臂伸缩气缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1、2Y1、 3Y1和4Y1分别为控制手爪气缸、手臂上下气缸、手臂伸缩气缸和手臂摆动气缸的电磁阀的电磁控制端

29、。4.2 搬运单元的PLC控制及编程4.2.1 PLC的I/O 接线本单元中输入信号占12点，输出信号占6个点。选用的西门子S7-226AC/DC/RLY主机带EM277通讯扩展模块。搬运单元的I/O接线原理图（简图）如图4-4所示。图4-4 搬运单元PLC的I/O接线原理图4.2.2 搬运单元的控制1、在亚龙YL-101-MS型自动控制实训系统的搬运单元中，主令信号输入点为启动、停止、复位、急停4种主令信号。其功能是：按下复位按钮，设备复位到初始状态，按下启动设备开始工作，按下停止按钮设备工作完一个周期停止，按下急停按钮设备立即停止在当前状态，急停解除后按复位按钮复位。 2、搬运单元的工艺过

30、程也是一个顺序控制：上料单无物料检测传感器检测到工件后，按照，驱动伸缩气缸伸出到位上下气缸下降到位气动手爪将工件夹紧上下气缸上升到位伸缩气缸缩回到位手臂旋转气缸右限到位伸缩气缸伸出到位上下气缸下降到位气动手爪松开将工件放到加工单元，并向系统发出加工完成信号。第五章 加工单元的结构与控制5.1 加工单元结构5.1.1 加工单元的功能 加工单元的功能是完成把待加工工件从物料台转送到加工区域铣槽电机的正下方；完成对工件的铣槽加工，然后把加工好的工件转送到另一边物料台的过程。如图5-1所示为加工单元实物的全貌：图5-1 加工单元实物全貌5.1.2 加工单元的结构组成 加工单元主要结构组成为：旋转工作台

31、机构，加工（铣槽）机构，电磁阀组，接线端口，PLC模块，急停按钮和启动/停止/复位按钮，实训桌等，加工机构的总成如图5-2所示。图5-2加工机构1、 旋转工作台机构旋转工作台机构如图5-3所示。旋转工作台用于固定被加工件，并把工件转送到加工（铣槽）机构和加工（冲压）机构正下方进行加工。它主要由工件固定件、旋转盘速电机、光纤传感器、电感式接近关、漫射式光电传感器组成图5-3旋转机构旋转工作台的工作原理：旋转工作台是圆形结构，分别在圆盘的四等分边个各装上工件固定件。在系统正常工作时初始位置为四个固定件其中一个正好旋转停在电感式接近开关调试固定的位置上。当搬运单元把工件抓放到固定后PLC接收到信号控制程序驱动旋转减速电机正转，让工件转送到铣槽和冲压机构正下面进行加工后再转送到下个固定件位置由光纤传感器和漫射式光电传感器进行区分。并把此信号传送给PLC等待后续工作。