项目 加盖单元.docx
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项目加盖单元
项目二加盖单元控制系统实训
加盖单元是亚龙YL-221型机电一体化柔性生产实训系统的第三个工作单元，如图2.1所示，它的作用是给已经喷色并烘干的工件进行加盖。
图2.1加盖单元外形结构
2.1加盖单元的结构和工作过程
2.1.1加盖单元的结构
加盖单元的系统结构图如下图2.2所示，主要包含：
盖子支架、电磁吸盘、取放控制
装置、蜗轮蜗杆机构、摇臂杆、刚性联轴器、传送带等部件。
图2.2加盖单元系统结构图
2.1.2加盖单元的工作过程
加盖单元的工作过程如下：
传送带将托盘及工件送到加盖单元的托盘及工件检测位置，摆动臂上的电磁铁从盖子支架上吸住盖子，然后摆动到工件一侧，将盖子放置在工件上，传感器检测到工件加上盖子后，传送带将托盘及加盖工件送往下一个工作单元，一个周期完毕。
2.2加盖单元控制系统硬件部分
2.2.1加盖单元控制系统硬件清单
加盖单元的控制系统由各种传感器、执行部件、控制与显示器件组成，各器件情况如下：
（1）传感部分：
托盘到位感知传感器（电感传感器），托盘到位后输出为“1”；
有无工件感知传感器（光电传感器），有工件时输出为“1”；
有无盖子感知传感器（光电传感器），有盖子时输出为“1”；
摆臂初始位置行程开关（微动开关），摆臂在初始位置时输出为“1”；
摆臂加盖位置行程开关（微动开关），摆臂在加盖位置时输出为“1”。
（2）执行部分：
传送带电动机（直流单向），单向运行带动托盘、工件前行；
摆臂电动机（直流双向），直流双向运行做吸盖、加盖工作；
吸盖电磁铁，吸合时吸附盖子；
限位电磁铁，吸合时放行托盘及工件。
（3）控制部分：
启动按钮、停止按钮、复位按钮、急停按钮。
（4）显示部分：
运行显示（绿色指示灯）；
报警显示（红色指示灯）；
交流电源显示（红色指示灯）；
直流电源显示（红色指示灯）。
具体的硬件清单如下表2.1所示：
表2.1加盖单元硬件清单
序号
代号
名称
数量
规格型号
备注
1
SB16
选择开关
1
LA42X3-40/B“S”，三位四常开短柄，黑色
运行状态选择
2
SB-A3、SB-B3
选择开关
2
LA42X2-10/B“S”，二位一常开短柄，黑色
交流、直流开关
3
SB17
按钮
1
AL42P-10/G“S”，一常开，绿色
启动
4
SB18
按钮
1
AL42P-10/R“S”，一常开，红色
停止
5
SB19
按钮
1
AL42P-10/Y“S”，一常开，黄色
复位
6
SB20
急停按钮
1
LA42J-11/R，一常开一常闭，红色
急停
7
HL14、HL16
指示灯
2
AD17-22/DC24VG，（绿色）
直流、运行指示
8
HL15
指示灯
1
AD17-22/AC220VR，（红色）
交流指示
9
HL17
指示灯
1
AD17-22/DC24VR，（红色）
报警
10
ACH3
单相三孔插座
1
AC220V/6A
11
3PC
可编程序控制器
1
S7-200-226，24I/16O，220VAC电源、24VDC输入、继电器输出
西门子
12
通讯模块
1
EM277，PROFIBUS-DP模块
同上
13
PLC隔离输入板
PLC隔离输出板
1
1
自制
14
3KA1
继电器
1
AHN22324，坐：
AHNA21，24VDC，5A（松下）
传送控制
15
3KA2、3KA3
继电器
2
LY2NJDC24V，24VDC10A（OMRON）
加盖正、反控制
16
3YA2
电磁铁
1
TAU-0837，24V，250mA
托盘控制
17
3YA1
电磁铁
1
TAU-5130P
加盖吸合
18
M4
直流减速电机
1
55ZYN001J2000，直流24V，传动比1:
40，50r/min
传送带驱动
19
M5
直流减速电机
1
70ZYT002J2000，传动比1：
40，50r/min
加盖悬臂驱动
20
3SQ1
电感式传感器
1
Ni10-Q25-AP6X，PNP，常开，三线，10-30DC
托盘检测
21
3SQ2
电容式传感器
1
TC-18P10C，PNP，常开，三线，10-65DC
工件检测
22
3SQ3
电容式传感器
1
BC5-S18-AP4X，常开，三线，10-65DC
加盖检测
23
3SQ4、3SQ5
微动开关
2
SS-5GL2，3A250VAC（OMRON）
加盖悬臂到位
24
FU6
熔断器
1
6*30mm，10A
25
FU5、FU51
熔断器
2
5*20mm，10A
26
13X、23X
接线端子板
2
2线正面接线端子
万可电子
2.2.2加盖单元控制系统硬件电气原理图
加盖单元控制系统硬件电气原理图设计图如图2.3所示：
图2.3加盖单元控制系统硬件电气原理图
2.2.3加盖单元控制系统硬件电气接线图
加盖单元控制系统硬件电气接线图如图2.4所示。
图2.4加盖单元控制系统硬件电气接线图
2.3相关知识点
2.3.1行程开关
行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。
在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。
因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。
行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。
在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。
行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。
本站采用的微动开关式行程开关，元件包含以下部分：
1）推杆2）弹簧3）压缩弹簧4）动断触点5）动合触点
微动开关是一种施压促动的快速开关，又叫灵敏开关。
其工作原理是外机械力通过传动元件（按销、按钮、杠杆、滚轮等）将力作用于动作簧片上，并将能量积聚到临界点后，产生瞬时动作，使动作簧片末端的动触点与定触点快速接通或断开。
当传动元件上的作用力移去后，动作簧片产生反向动作力，当传动元件反向行程达到簧片的动作临界点后，瞬时完成反向动作。
微动开关的触点间距小、动作行程短、按动力小、通断迅速。
其动触点的动作速度与传动元件动作速度无关。
微动开关以按销式为基本型，可派生按钮短行程式、按钮大行程式、按钮特大行程式、滚轮按钮式、簧片滚轮式、杠杆滚轮式、短动臂式、长动臂式等等。
微动开关在电子设备及其他设备中用于需频繁换接电路的自动控制及安全保护等装置中。
2.3.2电动机正反转控制
在日常生活和生产加工过程中，往往要求能够实现正反两个方向的运动。
如车库大门的升降、电梯轿厢的上下运行、起重机吊钩的上升与下降、机床工作台的前进与后退等等。
如图2.5所示为机床工作台自动往返示意图。
图中SQ1为右限位，SQ2为左限位，M为电动机，由电动机的正反转拖动工作台实现往返运动，电动机正转拖动机床工作台前进，电动机反转机床工作台后退。
图2.5机床工作台示意图
图2.6所示即为双向限位的电动机正反转电气控制电路。
图中KM1为正转接触器，KM2为反转接触器，SB1为停止按钮，SB2、SB3为电动机正、反转起动按钮，SQl为电动机正转行程开关，SQ2为电动机反转行程开关。
从主电路可以看出，KM1和KM2的主触头是不允许同时闭合的，否则会发生相间短路，因此要求在各自的控制电路中串接入对方的常闭辅助触头。
图2.6双向限位的电动机正反转电气控制电路
当正转接触器KM1的线圈通电时，其常闭触头断开，即使按下SB3也不能使KM2线圈通电；同理，当KM2的线圈通电时，其常闭触头断开，也不能使KM1线圈通电。
这两个接触器利用各自的触头封锁对方的控制电路，称为“互锁”。
这两个常闭触头称为互锁触头。
控制电路中加入互锁环节后，就能够避免两个接触器同时通电，从而防止了相间短路事故的发生。
双向限位的电动机正反转工作过程如下：
先接通三相电源开关Q。
起动：
按下正转起动按钮SB2→KM1线圈得电→电动机正转并拖动工作台前进→到达终端位置时，工作台上的撞块压下换向行程开关SQ1，SQ1动断触点断开→正向接触器KM1失电释放，电动机断电停转，运动部件停止运行。
按下反向起动按钮SB2时，→反向接触器KM2得电吸合→电动机反转并拖动工作台后退→当工作台上的撞块压下行程开关SQ2时，SQ2动断触点断开→反向接触器KM2失电释放，电动机断电停转，运动部件停止运行。
停止：
在电动机运行时，任何时刻按下停止按钮SB1时，电动机停止旋转。
2.3.3功能表图设计法
1．功能表图设计法的基本知识：
在逻辑控制系统中，PLC的程序设计方法主要有三种，分别是经验设计法、继电器控制电路移植法、逻辑设计法和三种。
经验设计法实际上是沿用了传统继电器系统电气原理图的设计方法，即在一些典型单元电路（梯形图）的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，不断地修改和完善梯形图。
有时需要多次反复调试和修改梯形图，增加很多辅助触点和中间编程元件，最后才能得到一个较为满意的结果。
这种设计方法没有规律可遵循，具有很大的试探性和随意性，最后的结果因人而异。
设计所用时间、设计质量与设计者的经验有很大关系，所以称之为经验设计法，一般可用于较简单的梯形图程序设计。
继电接触器控制电路移植法,主要用于继电接触器控制电路改造时的编程,按原电路图的逻辑关系对照翻译即可。
在逻辑设计法中最为常用的是功能表图设计法（又称顺序控制设计法）。
在工业控制领域中，顺序控制的应用很广，尤其在机械行业，几乎无例外地利用顺序控制来实现加工的自动循环。
可编程序控制器的设计者们继承了顺序控制的思想，为顺序控制程序的编制提供了大量通用和专用的编程元件，开发了专门供编制顺序控制程序用的功能表图，使这种先进的设计方法成为当前PLC程序设计的主要方法。
2．功能表图概述：
功能表图又称流程图。
它是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图形。
功能表图并不涉及所描述的控制功能的具体技术，是一种通用的技术语言。
因此，功能表图也可用于不同专业的人员进行技术交流。
功能表图是设计顺序控制程序的有力工具。
在顺序控制设计法中，功能表图的绘制是最为关键的一个环节。
它直接决定用户设计的PLC程序的质量。
各个PLC厂家都开发了相应的功能表图，各国也都制定了功能表图的国家标准。
我国于1986年也颁布了功能表图的国家标准（GB6988．6－86）。
如图2.7所示即为功能表图的一般形式。
它主要由步、转换、转换条件、有向连线和动作等要素组成。
图2．7功能表图的一般形式
（1）步
系统的工作过程划可以分成若干个状态不变的阶段，这些阶段称为“步”。
步在功能表图中用矩形框表示，框内的数字是该步的编号。
图2.7所示各步的编号为n-l、n、n+1。
编程时一般用PLC内部软继电器来代表各步，因此经常直接用相应的内部软继电器编号作为步的编号，如M0.0。
当系统正工作于某一步时，该步处于活动状态，称为“活动步”。
控制过程刚开始阶段的活动步与系统初始状态相对应，称为“初始步”。
在功能表图中初始步用双线框表示，每个功能表图至少应该有一个初始步。
（2）动作
所谓“动作”是指某步处于活动步时，PLC向被控系统发出的命令，或被控系统应该执行的动作。
“动作”用矩形框中的文字或符号表示，该矩形框应与相应步的矩形框相连接。
如果某一步有几个动作，可以用图2.8中的两种画法来表示，但并不隐含这些动作之间的任何顺序。
图2.8多个动作的画法
当步处于活动状态时，相应的动作被执行。
但应注意表明动作是保持型还是非保持型的。
保持型的动作是指该步活动时执行该动作，该步变为不活动后继续执行该动作。
非保持型动作是指该步活动时执行，步变为不活动时动作也停止执行。
一般保持型的动作在功能表图中应该用文字或助记符标注，而非保持型动作不要标注。
例如某步中的一个非保持型动作为电动机Q0.0得电运转，在功能表图中可以简单的表示为：
；另一个保持型动作为指示灯Q0.1得电变亮，则可以在功能表图中结合S指令表示为：
。
（3）有线连线、转换和转换条件
如图2.7所示，步与步之间用有向连线连接，并且用转换将步分隔开。
步的活动状态进展是按有向连线规定的路线进行。
有向连线上无箭头标注时，其进展方向默认为是从上到下、从左到右。
如果不是上述方向，应在有向连线上用箭头注明方向。
步的活动状态进展是由转换来完成。
转换用与有向连线垂直的短划线来表示。
步与步之间不允许直接相连，必须有转换隔开；而转换与转换之间也同样不能直接相连，必须有步隔开。
转换条件是与转换相关的逻辑命题。
转换条件可以用文字语言、布代数表达式或图形符号标注在表示转换的短划线旁边。
转换条件一般有四种表达形式，如表2.2所示：
表2．2转换条件的表达形式
转换条件
梯形图表达形式
备注
I
二进制逻辑信号I为“1”时成立
二进制逻辑信号I为“0”时成立
二进制逻辑信号I从“0”到“1”时成立
二进制逻辑信号I从“1”到“0”时成立
步与步之间实现转换应同时具备两个条件：
①前级步必须是“活动步”；②对应的转换条件成立。
当同时具备以上两个条件时，才能实现步的转换。
即所有由有向连线与相应转换符号相连的后续步变为活动步，而所有由有向连线与相应转换符号相连的前级步变为不活动步。
3．功能表图设计法的基本步骤：
第一步：
步的划分
分析被控对象的工作过程及控制要求，将系统的工作过程划分成若干阶段，这些阶段称为“步”。
步是根据PLC输出量的状态划分的，只要系统的输出量状态发生变化，系统就从原来的步进人新的步。
如图2.9所示，某动力滑台的整个工作过程可划分为四步，即:
0步A、B、C均不输出；1步A、B输出；2步B、C输出；3步C输出。
在每一步内PLC各输出量状态均保持不变。
图2．9步的划分一
步也可根据被控对象工作状态的变化来划分，但被控对象的状态变化应该是由PLC输出状态变化引起的。
如图2.10所示，初始状态是停在原位不动，当得到起动信号后动力滑台开始快进，快进到加工位置转为工进，到达终点加工结束又转为快退，快退到原位停止，又回到初始状态。
因此，动力滑台的整个工作过程可以划分为停止（原位）、快进、工进、快退四步。
但这些状态的改变都必须是由PLC输出量的变化引起的，否则就不能这样划分。
例如：
若从快进转为工进与PLC输出无关，那么快进、工进只能算一步。
图2．10步的划分二
总之，步的划分应以PLC输出量状态的变化来划分，因为我们是为了设计PLC控制的程序，所以PLC输出状态没有变化时，就不存在程序的变化。
第二步：
转换条件的确定
确定各相邻步之间的转换条件是功能表图设计法的重要步骤之一。
转换条件是使系统从当前的活动步进入下一步的条件。
常见的转换条件有按钮、行程开关、定时器和计数器触点的动作（通/断）等。
如图2.10所示，滑台由停止（原位）转为快进，其转换条件是按下起动按钮SB1（即SBl的动合触点接通）；由快进转为工进的转换条件是行程开关SQ2动作；由工进转为快退的转换条件是终点行程开关SQ3动作；由快退转为停止（原位）的转换条件是原位行程开关SQl动作。
转换条件也可以是若干个信号的逻辑（与、或、非）组合。
如：
Al·A2、Bl＋B2。
第三步：
功能表图的绘制
根据以上分析画出描述系统工作过程的功能表图，是功能表图设计法中最为关键的一个步骤。
第四步：
梯形图的编制
根据功能表图，采用某种编程方式设计出梯形图程序。
4．功能表图的基本结构
根据步与步之间转换的不同情况，功能表图主要有以下几种不同的基本结构形式：
（1）单序列结构：
功能表图的单序列结构形式最为简单，它由一系列按顺序排列、相继激活的步组成。
每一步的后面只有一个转换，每一个转换后面只有一步，如上面图2.7所示。
单序列结构的功能表图只能执行一遍，从初始步开始到最后一步结束。
（2）选择序列结构：
选择序列有开始和结束之分。
选择序列的开始称为分支，选择序列的结束称为合并。
选择序列的分支是指一个前级步后面紧接着有若干个后续步可供选择，各分支都有各自的转换条件。
分支中表示转换的短划线只能标在水平线之下。
一个转换成立时，相应的后级步变为活动步，而前级步变为不活动步，所以选择分支中一般同时只允许选择其中一个序列。
如图2.11所示为选择序列的分支。
假设步S0.1为活动步，如果转换条件a成立，则步S0.1向步S0.2实现转换；如果转换条件b成立，则步S0.1向步S0.3转换；如果转换条件c成立，则步S0.1向步S0.4转换。
图2．11选择序列的分支
选择序列的合并是指几个选择分支合并到一个公共序列上。
各分支也都有各自的转换条件，转换条件只能标在水平线之上。
如图2.12所示为选择序列的合并。
如果步S1.0为活动步，转换条件d成立，则由步S1.0向步S1.5转换；如果步S1.2为活动步，且转换条件e成立，则步S1.2向步S1.5转换；如果步S1.4为活动步，且转换条件f成立，则步S1.4向步S1.5转换。
图2．12选择序列的合并
（3）并列序列结构：
并列序列也有开始与结束之分。
并列序列的开始也称为分支，并列序列的结束也称为合并。
如图2.13所示为并列序列的分支。
它是指当转换实现后将同时使多个后续步激活。
为了强调转换的同步实现，水平连线用双线表示。
如果步S0.2为活动步，且转换条件a也成立，则S0.3、S0.4、S0.5三步同时被激活，都变为活动步，而步S0.2变为不活动步。
此即为并列序列。
但是，接下来的并列序列中的每一序列在转换时都将是独立的，没有相互影响。
，
图2．13并列序列的分支
图2.14所示为并列序列的合并。
当合并前双线上的所有前级步S1.0、S1.1、S1.2都为活动步时，且转换条件d成立，才能使转换实现。
即步S1.3变为活动步，而步5、7、9均变为不活动步。
图2．14并列序列的合并
（4）子步结构：
在绘制复杂控制系统功能表图时，为了使总体设计时容易抓住系统的主要矛盾，能更简洁地表示系统的整体功能和全貌，通常采用“子步”的结构形式，可避免一开始就陷入某些细节中。
所谓子步的结构是指在功能表图中，某一步包含着一系列子步和转换。
如图2.15所示的功能表图采用了子步的结构形式。
功能表图中步M0.5包含了步M5.1、M5.2、M5.3、M5.4四个子步。
子步序列通常表示整个系统中的一个完整子功能，类似于计算机编程中的子程序。
因此，设计时只要先画出简单的描述整个系统的总功能表图，然后再进一步画出更详细的子功能表图。
子步中可以包含更详细的子步。
这种采用子步的结构形式，逻辑性强，思路清晰，可以减少设计错误，缩短设计时间。
图2．15子步结构
在实际控制系统中，功能表图中往往不是单一地含有上述某一种序列，而经常是上述各种基本序列结构的组合。
并且，在实际使用中还经常碰到一些选择序列的特殊形式，如跳步、重复和循环序列等。
2.3.4顺序控制继电器指令
PLC的设计者们为顺序控制程序的编制提供了大量通用和专用的编程元件，顺序控制继电器指令即SCR指令就是针对这样的顺序控制过程，SCR指令提供了一种在LAD、FBD或STL中按照自然工艺段编写状态控制程序的编程技术。
无论如何，由一系列必须重复执行的操作组成的应用程序，使用SCR可以使程序更加结构化，以至于直接与应用程序相对应。
这样可以更快速、更方便地进行编程和调试应用程序。
通过使用SCR段，将程序分为一个连续步骤流，或分为可以同时现用的多个步骤流，还可以将一个步骤流有条件地分为多个步骤流，或将多个步骤流有条件地重新组合为一个步骤流。
1．SCR指令的介绍
SCR指令的格式如图2.16所示：
图2．16 SCR的指令格式
正如上图所示，SCR指令只有一个操作数，详细内容见表2.3。
表2.3SCR指令接受的操作数
输入/输出
数据类型
操作数
S_bit
BOOL
S
图2.16所示，SCR指令包含载入、转换和结束三种指令：
（1）载入顺序控制继电器指令（LSCR）：
载入顺序控制继电器（LSCR）指令将操作数s_bit位引用的S位的数值载入到SCR和逻辑堆栈中。
SCR堆栈的结果值决定了是否执行SCR程序段。
SCR堆栈的值会被复制到逻辑堆栈的顶端，因此可以直接将盒或者输出线圈连接到左侧的能流线上而不经过中间触点。
下图2.17给出了S堆栈和逻辑堆栈以及执行LSCR指令产生的影响。
图2．17LCR指令对逻辑堆栈的影响
装载SCR指令（LSCR）标志着SCR段的开始，SCR结束指令则标志着SCR段的结束。
在装载SCR指令与SCR结束指令之间的所有逻辑操作的执行取决于S堆栈的值。
而在SCR结束指令和下一条装载SCR指令之间的逻辑操作则不依赖于S堆栈的值。
（2）顺序控制继电器转换指令（SCRT）：
顺序控制继电器转换（SCRT）指令识别要启用的SCR位（下一个要设置的s_bit位）。
当使能位进入线圈或FBD方框时，打开引用的s_bit位，并关闭LSCR指令（启用该SCR段）的s_bit位。
SCR转换指令（SCRT）提供一种从现用SCR段向另一个SCR段转换控制的方法。
执行SCRT指令可以使当前激活的程序段的S位复位，同时使下一个将要执行的程序段的S位置位。
在SCRT指令指行时，复位当前激活的程序段的S位并不会影响S堆栈。
SCR段会一直保持能流直到退出。
（3）顺序控制继电器结束指令（SCRE）：
顺序控制继电器结束（SCRE）指令标记SCR段的结束。
一旦将电源应用于输入，有条件顺序控制继电器结束（CSCRE）指令即标记SCR段结束。
CSCRE只有在STL编辑器中才能使用。
"有条件SCR结束"指令（CSCRE）提供一种无须执行"有条件SCR结束"和"SCR结束"指令之间的指令即可退出现用SCR段的方法。
"有条件SCR结束"指令不会影响任何S位，亦不会影响S堆栈。
CSCRE只有在第二代（22x）CPU（从1.20版开始）才能使用。
2．SCR指令的限制
使用SCR时有一定的限制：
●不能在一个程序中使用相同的S位。
例如，如果在主程序中使用S0.1，则不能在子程序中再使用。
●不能在SCR段中使用JMP和LBL指令。
这表示不允许跳转入或跳转出SCR段，亦不允许在SCR段内跳转。
但是可以使用跳转和标号指令在SCR段周围跳转。
●不能在SCR段中使用"END"指令。
3．SCR指令的程序编写方法
如图2.18所示的单序列功能表图，使用SCR指令编写梯形图程序的步骤：
图2．18 单序列功能表图
（1）利用S指令置位顺序控制继电器S0.1；
（2）如图2.19所示，在“指令树”中打开“程序控制”指令包，选择顺序控制继电器载入、转换、结束指令；
（3）编写如图2.20所示的梯形图程序。
图2.19SCR指令的编写
注释：
激活S0.1；
载入S0.1段；
点亮Q0.0，同时开始5秒计时；
计时5秒后，转换到S0.2段；
结束S0.1段。
图2.20SCR指令的梯形图示例
2.4前导训练
2.4.1液压动力滑台控
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