自动化生产线实验指导书.docx
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自动化生产线实验指导书
第一章MES网络型模块式柔性自动化生产线实验系统产品简介2
一、产品概述2
三、技术性能2
四、实验内容2
五、系统配置4
一、控制技术6
二、工作过程及实验7
（一）上料检测单元9
（二）搬运单元15
（三）加工检测单元19
（五）安装搬运单元28
（六）分类单元32
（七）主控单元36
第三章实验系统电气及气动控制46
一、电气控制电路组成46
二、气动原理介绍46
第四章实验系统使用说明48
一、安全须知48
二、I/O地址分配及功能说明48
三、运行操作52
附录一3ND583三相细分步进驱动器54
一、产品简介54
二、产品图片54
三、特性54
四、电气、机械和环境指标55
五、驱动器接口和接线介绍56
七、供电电源选择60
八、适配电机选配60
九、典型接线案例61
十、保护功能及常见问题62
附录二57系列三相混合式步进电机使用说明64
附录三MCGS工控组态软件使用说明书67
附录四GX-Developer软件使用说明77
附录五CC-LINK网络介绍82
第一章MES网络型模块式柔性自动化生产线实验系统产品简介
一、产品概述
MES网络型模块式柔性自动化生产线实验系统是一种最为典型的机电一体化、自动化类产品，是为职业技术学院、技工学校、职业技术学校、职业教育培训机构等而设计的产品，它适合机械制造及其自动化、机电一体化、机械电子工程、电气工程及自动化、自动化工程、控制工程、测控技术、计算机控制、机械设计与理论、自动控制等相关专业的教学和培训。
它在接近工业生产制造现场基础上又针对教学进行了专门设计，强化了各种控制技术和工程实践能力。
实验系统由六个单元组成，分别为：
上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、安装搬运单元、安装单元和分类单元，控制系统选用三菱PLC进行控制，具有较好的柔性，即每单元各有一套PLC控制系统独立控制，在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两个单元、三个单元…直至六个单元连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。
实验系统包含了机电一体化专业中的气动、电机驱动与控制、PLC、传感器等多种控制技术，适合相关专业学生进行工程实践、课程设计及初上岗位的工程技术人员进行培训，是培养机电一体化人才的理想设备。
二、产品特点
1.系统将机械、气动、电气控制、电机传动、传感器检测、PLC以及工业网络控制技术有机地进行整合，结构模块化，偏于组合，可以完成各类单项技能训练和综合性项目训练。
可以进行机械部件安装于调试、气动系统的安装与调试、电气控制电路的安装和PLC编程、机电设备安装与调试、自动控制系统安装与调试，能较好地满足实验教学与工程训练的需要。
2.该实验系统可以锻炼学员创新思维和动手能力，学员可以利用本实验系统从机械组转、电气设计、接线、PLC编程与调试、设备维护等方面进行工程训练。
3.控制系统主站采用三菱Q系列PLC（Q01CPU），从站采用三菱FX2N系列PLC+FX2N-32CCLCC-LINK通信模块，各站之间使用CC-LINK总线进行通讯，从站主要用于控制与驱动设备层，并对现场反馈的信号进行采集，主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据，同时系统还配有三菱10.4英寸彩色工业触摸屏，可以完成系统控制网络的集成。
三、技术性能
1.输入电源：
单相三线AC220V±10%50Hz
2.工作环境：
温度-10℃～40℃相对湿度≤85%（25℃）海拔＜4000m
3.装置容量：
≤1.5kVA
4.外形尺寸：
270cm×170cm×140cm
5.安全保护：
具有漏电压、漏电流保护，安全符合国家标准
四、实验内容
（一）实验项目
1.传感器应用技术实验
该系统所使用的传感器数量多，电感式的、光电式以及电磁式等，每一个都有着各自的特性、发挥着不同的作用，使系统得以可靠工作。
学员可通过了解工作中各类传感器的工作特性来加强对这些传感器的感性认识，可使学员快速掌握所学知识。
2.气动应用技术实验
该系统上使用了大量的气动元件，包括多种电控气动阀、多种气动缸、气动夹爪、过滤减速阀等。
在学习这些气动元件时，不但可以单独学习每一种分离元件，而且还可以在学习时了解各种气动元件之间，以及气动元件与其它元件之间，如何配合起来并协调进行工作的。
3.PLC编程实验
柔性自动化实验系统上六个单元，每个单元由一套PLC控制器单独控制，这使得柔性自动化生产实验装置可以分成若干完全独立的工作机构，使十几个学生可以同时进行学习，而且每个学员都有动手的机会。
在该设备上学员不但可以学习PLC的各种技术，而且可以学习综合科技环境下PLC的多种应用。
为灵活学习和掌握PLC的各方面知识提供了条件。
4.电气控制电路实验
柔性自动化实验系统有六个工作单元，其电控部分全部按照工业标准和习惯进行设计，并且以附件方式提供全部设计图纸和说明书。
学员在该设备上可学习电路原理图分析、PLC各I/O地址查对和设备电路连线方法。
5.机械系统调试实验
柔性自动化实验系统上的六个工作单元相对独立，在进行联机调试时，学员需调整单元与单元之间的协调关系，至系统可正常、可靠地运行。
这对提高在校学生动手能力有极大帮助。
6.工业网络通信
任务1：
组态监控软件的运行使用及与PLC的通信
任务2：
触摸屏工程的编写
任务3：
GX编程软件使用
任务4：
CC-LINK模块的学习与使用
任务5：
CC-LINK通讯协议的学习与使用
任务6：
CC-LINK主站与从站之间的通讯
7.系统维护和故障检测技术实验
设备日常维护的内容和方法，以及系统常见故障分析、排除的方法。
（二）工作任务
1.柔性自动生产线单元的安装与调试
提供的设备功能部件和元器件装配柔性自动生产线：
（1）上料检测单元的安装与调试
（2）搬运单元的安装与调试
（3）加工单元的安装与调试
（4）安装搬运单元的安装与调试
（5）安装单元的安装与调试
（6）分类单元的安装与调试
（7）柔性自动生产线实验装置安装与调试
2.气动系统的安装与调试
通过配置的气缸、电磁阀和磁性开关等气动控制元件，可完成下列气动技术的工作任务：
（1）气动方向控制回路的安装与调试
（2）气动速度控制回路的安装与调试
（3）摆动控制回路的安装与调试
（4）气动顺序控制回路的安装与调试
（5）气动机械手装置的安装与调试
（6）气动系统安装与调试
3.电气控制电路的安装和PLC编程
通过配置的PLC、步进电机、指令开关和传感器等，可完成下列PLC应用技术工作任务：
（1）电动机控制电路的连接与控制程序编写
（2）步进电机驱动电路的连接与控制程序编写
（3）气动方向控制程序编写
（4）气动顺序动作控制程序编写
（5）气动机械手控制程序编写
（6）柔性自动生产线控制程序编写
4.柔性自动控制系统的安装与调试
通过调整的供料单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运单元、安装搬运单元、安装单元、分类单元，可完成柔性自动生产线的安装、调试。
5.通过培训、考核，可考察的职业能力
（1）柔性自动生产线的组成、结构与连接
（2）控制系统及应用
（3）气动原理与控制技术应用
（4）PLC与编程方法
（5）运动控制技术应用
（6）安转、连接、故障诊断与调试
五、系统配置
该系统由型材桌、上料检测单元、搬运单元、加工与检测单元、搬运分拣单元、分类单元、通信接口板、电气网孔板、按钮控制板、各种传感器、警示灯、电磁阀和I/O接口板等组成，完成工件的上料、搬运、加工、分拣、分类等功能。
基本配置表
序号
站名
主机
规格
备注
1
上料检测单元
FX2N-48MR+FX2N-32CCL
24路数字量输入/24路继电器输出
2
搬运单元
FX2N-48MR+FX2N-32CCL
24路数字量输入/24路继电器输出
3
加工与检测单元
FX2N-48MT+FX2N-32CCL
24路数字量输入/24路晶体管输出
晶体管型
4
安装单元
FX2N-48MR+FX2N-32CCL
24路数字量输入/24路继电器输出
5
安装搬运单元
FX2N-48MR+FX2N-32CCL
24路数字量输入/24路继电器输出
6
分类单元
FX2N-48MT+FX2N-32CCL
24路数字量输入/24路晶体管输出
晶体管型
7
主控单元
Q01CPU+Q61P+Q33B+QJ61BT11N
+QX40+QY10+GT1275-VNBA-C
16路数字量输入/16路继电器输出
总线结构采用三菱CC-LINK现场总线网络通信，使各站之间的控制信息和状态数据能够实时相互交换。
每站均配编程电缆一根。
第二章实验系统各单元功能和组成、工作原理、控制要求及实验项目
一、控制技术
1.该自动化生产线实验系统每一单元都由一套独立的控制系统。
因此，该系统可拆分开来学习，以保证初学者容易入门和足够的学习空间，在将各单元联机组成自动化生产线系统后，能为学员提供一个复杂和大型控制系统的学习平台。
2.各单元都通过一块控制面板来控制PLC使各单元按要求进行工作，一个控制面板上有5个按钮开关，2个选择开关和1个急停开关。
（1）各开关的控制功能定义：
序号
项目
说明
序号
项目
说明
1
按钮，绿色
开始
5
两位旋钮，黑色
单站/联网
2
按钮，黄色
复位
6
按钮，红色
停止
3
按钮，黄色
调试按钮
7
按钮，绿色
上电
4
两位旋钮，黑色
手动/自动
8
急停按钮，红色
急停
（2）转接端子图功能定义：
3.THWSPX-2型模块式自动生产线控制实验系统采用CC-LINK现场总线通信方式，实现各单元的网络控制。
为保证系统各单元能联网运行，必须将各单元的PLC连接在一起使独立的各单元件能交换信息。
将工件的颜色信息、状态等传送到下一站，保证整个过程的正常运行。
二、工作过程及实验
1.工作过程
工作过程示意图
2.实验性质
（1）机械设计与机械拆装实验是机械制造及自动化、机电一体化、电气工程及自动化、检测技术与控制工程专业的实践必修课程。
（2）PLC编程实验是机械制造及自动化、机电一体化、电器工程及自动化、检测技术与控制工程专业的实践必修课程。
3.实验目的
（1）利用所学的PLC指令完成各单元控制程序编写。
（2）该实验系统分为6个单元，通过熟悉各控制部件、执行部件的组成，用一些最常用的基本指令完成生产实践中的常规控制。
（3）通过熟悉上料检测单元，可学习相关电器元件安装、机械拆装、机械设计、布线工艺、PLC编程等相关内容，为6个单元联机调试作准备。
（4）培养学员的学习兴趣，将所学的知识运用与实践中，培养学员分析问题、解决问题的能力。
（5）使学员养成在学习中相互配合、团结协作的习惯。
（6）加强安全教育，使学原养成良好的安全操作习惯。
4.实验设备
（1）安装有三菱编程软件GXDeveloper的PC机
（2）PLC（三菱FX2N系列、Q系列）
（3）PLC的编程电缆（SC-90、QC30R2）
（4）THWSPX-2型MES网络型模块式柔性自动化生产线实验系统
5.实验安全要求及处理预案
（1）准备好实验所需的各种工具
（2）检验元器件的质量：
在不通电的情况下，查看元器件的外观有无明显的损坏；按要求给个元器件通电检测（磁性传感器不能直接接入电压进行检测），检测其功能是否正常；给气动元件接通气源，视其动作是否正常。
（3）安装电器元件
①各元件的安装位置应整齐、均匀、间距合理和便于更换元件。
②熔断器熔断芯必须向上安装，接线遵循低进高出原则。
③PLC安装在工业导轨上，两端必须安装紧固器。
1）台面及网孔板布线
1布线应走线槽，尽量走距离较近的路线。
保证线路工艺横平竖直。
2导线和接线端子连接时不应压绝缘层，不反卷、不露铜，并做到容易元器件的导线应尽量走在一起。
3电气元件接线端子上的连接导线的数量不得超过两根，每节接线端子板上的连接导线一般只允许连接一根。
4布线时严禁损伤导线绝缘层和线芯。
2）在学员实验过程中，指导老师进行巡回指导时，发现问题及时指出并纠正。
①线路自检：
当实验系统接线完成后。
先进行通电前检查，用万用表进行检测，万用表应选用电阻档的合适倍率或二极管检测档，检测线路是否连接正确；通电时，测量输入电压为220V，然后和上空气开关，再逐一测量控制电路。
②根据教学要求填写实验报告。
（一）上料检测单元
1.主要组成与功能
由回转台、导料机构、平面推力轴承、工件滑道、提升装置、检测工件和颜色识别光电开关、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、电气网孔板、直流减速电机、电磁阀及气缸组成，主要完成将工件从回传上料台依次送到检测工位，提升装置将工件提升并检测工件颜色。
（1）回转台：
带动物料旋转，实现物料传动。
（2）导料机构：
是物料在回转台上按设定轨迹进行传动。
（3）工件滑道：
工件通过滑道，物料滑到物料台上。
（4）直流减速电机：
用于驱动回转台转动，通过导料机构输送工件。
（5）检测工件光电传感器：
输送台上工件的颜色检测、物料检测为光电漫反射传感器，工件库中有物料时为PLC提供一个输入信号。
（6）颜色识别光电传感器：
检测到位物料颜色。
（7）磁性传感器：
用于气缸的位置检测，当气缸准确到位后输出一个信号给PLC。
（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）
（8）单杠气缸：
由单向气动电控阀控制，执行物料的提升。
（9）控制按钮板：
用于系统的基本操作、单机、联机控制。
（10）电气网孔板：
主要安装PLC主机、空气开关、开关电源、I/O接口板、各种接线端子等。
（11）直流减速电机：
用于驱动输送台传动，输送工件。
2.主要技术指标
（1）控制电源：
直流24V/5A
（2）PLC控制器：
三菱
（3）电磁阀：
4V110-06-DC24V
（4）调速阀：
出气节流式
（5）磁性传感器：
D-C73L
（6）单杆气缸：
CDJ2B10-60-B
（7）光电传感器：
SB03-1K
（8）永磁直流减速电机：
ZGB60R-45SRZ/458i/8W/24V
3.使用方法
（1）气源由调压过滤器的左侧气口连接?
6气管，另一端接静音气泵。
（长时间使用，注意及时将过滤器内的水分排出）
（2）编制程序（样例程序详见配套光盘）
（3）接通电源前，先检查各模块接线。
（4）下载程序。
（5）将黑白工件放到料斗上。
（6）运行方式：
系统接通电源后，操作按钮控制板，上电、复位、调试，直流减速电机旋转，导料机构驱使工件从滑道滑到提升等待位，当检测工件光电传感器检测有物料时，提升机构升至等待位置。
4.控制面板连线端子排
5.气动回路原理图
气动控制系统是本工作单元的执行机构，该执行机构的逻辑控制功能是由PLC实现的。
气动控制回路的工作原理见下图。
（1）1B1、1B2为安装在推料气缸的两个极限工作位置的磁性传感器。
1Y1为控制推料气缸的电磁阀。
6.PLC的控制原理图
7.开机前检查项目
（1）在开机之前请务必检查：
1）电气连接
2）正确和可靠气管连接
3）机械部件状态（如：
运动时是否灵活，连接是否松动）
4）排除已发现的故障
（2）注意事项
1）电源：
各站的使用电压为220VAC，请注意安全。
2）各站工作台面上使用电压为24VDC（最大电流5A）。
（3）气动连接：
1）各站的供气由各站的过滤减压阀供给，额定的使用气压为6bar（600Kpa）。
2）当所有的电气连接和气动连接接好后，将系统接上电源，运行程序。
8.操作过程
系统上电后，将本单元“单/联”开关打到“单”、“手/自”开关打到“手”状态。
按下“上电”后“复位”按钮灯闪烁，按“复位”按钮，本单元回到初始位置，同时“开始”按钮灯闪烁；按“开始”按钮，等待进入单站工作状态，要运行时，按下“调试”按钮即可按工作流程动作。
当出现异常，按下“急停”按钮，该单元立刻会停止运行，当排除故障后，按下“上电”按钮，该单元可接着从刚才的断点继续运行。
如工作时突然断电，来电后系统重新开始运行，按以上步骤操作。
9.工作流程
上料检测单元运行，转盘转动，工件从转盘经过滑道送入货台上，物料台检测传感器检测到有工件后物料台上升，工件在30秒内没有送到物料台上时警示黄灯亮，物料台在上升过程中卡住时（3秒内气缸没有运行到上限位）警示红灯亮。
传感器检测物料台上工件，在PLC网络中给网路完成信号。
10.实验一上料检测单元机械拆装实验
（1）实验任务：
拆装供料检测单元。
（2）实验目的
1）锻炼和培养学生的动手能力。
2）加深对各类机械部件的了解，掌握其机械的结构。
3）巩固和加强机械制图课程的理论知识，为机械设计、专业课等后续课程的学习奠定必要的基础。
4）掌握机械总成、各零部件及其相互间的连接关系、拆装方法和步骤及注意事项。
5）锻炼动手能力，学习拆装方法和正确地使用常用机、工、量具和专门工具。
6）熟悉和掌握安全操作常识，零部件拆装后的正确放置、分类及清洗方法，培养文明生产的良好习惯。
7）通过电脑制图，绘制单个零部件图。
（3）实验内容
1）识别各种工具，掌握正确使用方法。
2）拆卸、组装各机械零部件、控制部件，如：
气缸、电机、转盘、过滤器、PLC、开关电源、按钮等。
3）装配所有零部件，装配到位，密封良好，转动自如。
注：
在拆卸零件的过程中整体的零件不允许破坏性拆开，如：
气缸，丝杆副等。
（4）实验装置
1）台面：
警示灯机构、提升机构、上料机构、执行机构；
2）网孔板：
PLC控制机构、供电机构、接线转接端子；
3）各种拆装工具。
（5）实验原理
具体拆卸与组装，先外部零件后内部零件，先部件后零件，按装配工艺顺序进行，拆卸的零件按顺序摆放，进行必要的记录、擦洗和清理。
装配时按顺序进行，要一次安装到位。
每个学生都要动手。
（注意：
先拆的后装、后拆的先装）
（6）实验步骤
1）拆卸
工作台面：
①准备各种拆卸工具，熟悉工具的正确使用方法。
②了解所拆卸的机器主要结构，分析和确定主要拆卸内容。
③端盖、压盖、外壳类拆卸；接管、支架、辅助件拆卸。
④主轴、轴承拆卸。
⑤内部辅助件及其它零部件拆卸、清洗。
⑥各零部件分类、清洗、记录等。
网孔板：
①准备各种拆卸工具，熟悉工具的正确使用方法。
②了解所拆卸的器件主要分布，分析和确定主要拆卸内容。
③主机PLC、空气开关、保险丝座、I/O转接端子、转接端子及端盖、开关电源、导轨拆卸。
⑥各元器件分类、注意元器件的分布结构、记录等。
2）组装
1理清组装顺序，先组装内部零部件，组装主轴及轴承。
2组装轴承固定环、上料底板等工作部件。
3组装内部件与壳体。
4组装压盖、接管、各辅助部件等。
5检查是否有未装零件，检查组装是否合理、正确和适度。
6具体组装、可参考总图
11.实验二接线原理与分析
（1）实验任务：
完成供料检测单元布线
（2）实验目的
1）掌握电路的基础知识、注意事项和基本操作方法。
2）能正确使用常用接线工具，并能正确使用。
3）能正确使用常用测量（如：
万用表）工具，并能正确使用。
4）掌握电路布线技术
5）能安装和维修各个电路
6）掌握PLC外围直流控制及交流负载线路的接法及注意事项。
（3）实验设备
1）THWSPX-2型MES网络型模块式柔性自动化生产线实验系统上料检测单元
（4）实验内容
1）根据原理图、气动原理图绘制接线图，可参考实验台上的接线。
2）按绘制好的接线图，研究走线方法，并进行板前明线、布线和套编码管。
3）根据绘制好的接线图、完成实验台台面、网孔板的接线
4）按图检测电路，经教师检查后，通电可。
进行下一步工作。
12.实验三编程实验
（1）实验任务：
编程供料检测单元控制程序。
（2）实验目的
1）利用所学的指令完成供料检测单元程序的编制。
2）本实验是生产线中的第一单元，通过熟悉第一单元，可获得其它各单元的相关内容，为整个八单元的拼合与调试作好准备。
（3）实验设备
1）安装有WINDOWS操作系统的PC机一台（具有GXDeveloper软件）。
2）PLC（三菱FX2N系列）一台。
3）PC与PLC的通信电缆一根（SC-90）。
4）THWSPX-2型模块式柔性自动环形生产线实验系统上料检测单元
（4）实验内容
将编制好的程序送入PLC并运行。
上电后“复位”按钮灯闪烁，按“复位”按钮，气缸进行复位，若气缸复位完成，则1B2=1，此时“开始”按钮灯闪烁；按“开始”按钮后，送料电机转，若没料（B1=0），则电机转动10秒后停止，同时报警黄灯亮；若有料（B1=1），则气缸1上升（1Y1=1），若在3秒内没有到达气缸上限位则报警红灯亮；按“调试”按钮，气缸下降，待1B2=1后，送料电机再次转动，循环上料过程。
（5）实验步骤
新建一个程序,根据上述控制要求，编写出相应的程序，并运行通过。
样例程序详见配套光盘
（二）搬运单元
1.主要组成与功能
由气动机械手、气动手指、双导杆气缸、回转台、单杆气缸、旋转气缸、磁性传感器、开光电源、可编程控制器、按钮板、I/O接口板、电气网孔板、多种类型电磁阀组成。
主要完成将工件输送到加工站待料区工位。
（1）气动机械手：
完成工件的抓取动作，由双向电控阀控制，气动手指释放是磁性传感器有信号输出，磁性开关指示灯亮。
（2）摆台：
采用旋转气缸设计，由双向电控气阀控制机械的左、右摆动。
（3）双导杆气缸：
控制机械手臂伸出、缩回，由双向电控气阀控制。
（4）单杠气缸：
由单向气动电控阀控制。
当气动电磁阀带点，气缸伸出带动气动手指下降运动。
（5）磁性传感器：
用于气缸的位置检测，当气缸准确到位后输出一个信号给PLC。
（磁性传感器接线时注意蓝色接“-”，棕色接“PLC输入端”）
（6）开关电源：
为该单元的正常工作提供电源。
（7）控制按钮版：
用于系统的基本操作、单机控制、连接控制。
（8）电气网孔板：
主要安装PLC主机、空气开关、开关电源、I/O接口板、各种接线端子。
2.主要技术指标
（1）控制电源：
直流24V/5A
（2）PLC控制器：
三菱
（3）电磁阀：
4V110-06、4V120-06、4V130-06
（4）调速阀：
出气节流式
（5）磁性传感器：
D-A73L、D-Y59BL
（6）气缸：
CDJ2KB16-45-A、CXSM15-100、MSQB20R
（7）气动手指：
MHZ2-16D
3.使用方法
（1）气源由调压过滤器的左侧气口连接?
6气管，另一端接静音气泵。
（长时间使用，注意及时将过滤器内的水分排出）
（2）编制程序（样例程序详见配套光盘）
（3）接通电源前，先检查各模块接线。
（4）下载程序。
（5）将黑白工件放到料斗上。
（6）运行方式：
系统接通电源后，操作按钮控制板，上电、复位、调试。
4.控制面板连线端子排
5.气动回路原理图
气动控制系统是本工作单元的
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