柔性制造教学系统实验手册.docx

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柔性制造教学系统实验手册

柔性制造教学系统

实验指导手册

一、了解系统组成：

系统组成框图

首先请先确认一下本设备系统组成和实际的连接是否一致！

！

☆对各单元的EM277地址和总线插头的说明：

1.8个单元的EM277从站地址分别是11、12～18（EM277模块左上方的两个带箭头的位置开关）,要求和STEP7中硬件组态的EM277地址一致；

硬件地址选择STEP7硬件组态

2.在PROFIBUS-DP网络中末端的总线插头需要终端偏置。

二、使用系统前的准备工作：

1.请在通电之前确认：

1所有单元旋钮开关的位置（启动/停止→停止，手/自动→手动）；

20号台及各单元电源开关（AC220V和DC24V）在OFF位置，；

3各单元之间的电源和气源连接正确；

4第一站的储料管里有料。

2.启动气泵给各单元供气：

1将AUTO/OFF开关打到AUTO位置；

2观察气泵的启动情况，如果启动声音不对，请先把AUTO/OFF开关打到OFF位置，关闭泵上的气路开关将总的气管从0号台上拔下，慢慢打开气路开关，将泵中的剩余气体放干净后，把总气管插回0号台，关闭气路开关将AUTO/OFF开关再次打到AUTO位置使泵启动，待气泵停止工作气源压力到达规定要求后，打开气路开关；

3打开0号台上的气路急停开关，检查气路是否正常供气。

3.依次打开0号台电源总开关、急停以及8个单元电源开关，确认所有的PLC通电后的情况；

4.输入触摸屏的操作密码：

1点击屏幕上的密码输入框，出现一个小键盘；

2输入教师级密码并显示登录成功；

3点击屏幕左下方的位置出现一个“START”的菜单按钮；

4点击该按钮选择“系统入门”；

5出现的“系统入门”画面中，将“模式控制选择开关”转换到“开关模式”；

6如果是学生级登录将不能控制模式的选择。

5.从第8站开始逆顺序操作各站的复位动作和手动单步动作功能（在手动的情况下每按动一下“单步”按钮应能实现正常功能的分解动作），最后各站必须恢复原始位置，为自动工作做作好准备（除第一站的启动/停止开关外，其余各站的启动/停止→启动，手/自动→自动）；

6.第一站的料盘上放置一个工件，并用手动将顶料汽缸推出顶住该工件；

7.再次确认各种操作的准备无误后（各站的开关状态和机械原始位置是否正确），将第一站的启动/停止→启动的位置，此时第二站的摆杆应向左旋转压住第一站料盘上的料块，开始一个正常的动作循环。

三、各单元原始位置描述：

1.第一站初始位置应当在工件推出送料位置。

此时前极限，及料板有料信号应当有，以及库中有工作信号也有。

2.第二站初始位置摆臂应当在左侧准备抓料位置。

此时摆臂中间位置传感器有信号。

3.第三站初始位置在低位，推料缸处于收回位置，此时托盘低位，推料收回传感器有信号。

4.第四站初始位置在送料位置。

因为本站是传送带的形式，所以此时没有信号，在传送带移动工件的过程中相应的传感器有信号。

5.第五站初始位置为机械手在左侧、高位、松开状态。

此时机械手在左侧信号，机械手在高位，有信号。

6.第六站初始位置处于拉缸复位，钻机高位停止状态。

此时钻机高位信号拉缸释放位置有信号。

7.第七站初始位置处于旋臂在右侧、高位、吸盘释放状态。

此时旋臂在右侧，在高位有信号。

8.第八站初始位置叉车在最下、最后和最外的原始位，叉车的下极限、右极限和外极限传感器有信号。

☆以上各单元处于原始位置时，由于在试验中PLC的输入输出配置的不同，传感器有输出时对应的PLC输入输出指示灯的位置及变化可能也会不同，应该以实际传感器的输出指示灯的为准！

四、各站的基本动作描述：

1.当第二站的摆杆将料块压住后，顶料汽缸收回，延时一段时间后再将后续的料快推出；

2.当第一站的启动信号发出后，摆杆向左动作压住料盘上的料，延时一段时间后吸住料块，摆杆向右动作将料块放置到第三站的接料台上后，放下料块向左回复竖直的位置；

3.抬升料块进行高度检测，合格品下降到中间位置，推料汽缸将料块推出到第四站，不合格品下降到最底部推出该料块，并给第一站发重新开始的信号；

4.料块随传送带移动依次通过三个传感器检测为何种料（金属/塑料/磁性），最后到达检测完成的位置，为第五站的夹取动作作好准备；

5.夹子先向下再闭合，将夹住的料块提起，悬臂逆时针旋转到位后，把料块放置到第六站的接料台上；

6.如果料块是塑料的材质，第六站将拉动料块到最里端，然后进行电钻打孔的动作，如果是其他的材质，该站不动等待第七站的取料；

7.摆臂顺时针旋转到位下降将料块压住，然后吸住料块并提起，再逆时针旋转到右放料的位置等待，最后放置到第八站的空接料块上；

8.在第四站的料块检测完成后叉车开始进仓库里的相应库位取空料块（同种工件放在同一列，具体库位由程序进行设定），放置到接料库位等待工件的到来，当第七站发出触发信号后表明工件已经被放置到刚刚放置的空料块上，叉车动作将该料块提起放置到刚才取空料快的库位，叉车回复原始位置同时给第一站发再次启动的信号，当所有的库位全部满了以后，可以按复位按钮进行复位。

注：

1.当库仓已满时，整个系统不会再次动作，这时应将第一站的启动/停止键拨向停止位置上。

2.人工从已满的库仓中将成品料拿到第一站中，并将第八站按复位键进行复位。

3、做完上述动作，第一站启动/停止键拨向启动位置即启动进行新的工作循环。

实验一、气路基本原理

实验目的：

使学生通过动手了解掌握

1.气路原理

2.基本气压元件

3.典型气缸功能

4.气路的实际应用

实验内容及步骤：

选择第一站为例：

1.将第一站工件全取走，并将其余各站气路断开，整个系统断电。

2.打开气泵，给第一站送气。

3.直观了解气动回路，各单元的功能。

气源－>气动三联件－>气路急停－>电磁阀－>气缸

4.手动气动三联件输出调节阀，左右旋转，观察气压表，调整气压输出大小。

了解掌握三联件的功能及使用方法。

5.手动电磁阀按钮，调节气缸上的调压接头，调节进、出气量，使气缸中的活塞杆运动达到预期速度。

了解和掌握调压接头的功能及使用方法。

6.手动电磁阀左右按钮，使气缸活塞杆重复运动，了解二位五通双控电磁阀的实际意义。

7.通电、送气把工件放入料管中，将第二单元移开。

按动单步开关，观察气缸上的传感器指示灯，当气缸重复运动时，传感器上的指示灯交替指示。

了解带磁环气缸与传感器相互配合指示活塞杆所处位置的基本思路。

这时仔细观察电磁阀两侧线圈中的指示灯，哪边灯亮、气从那边入，从另一侧出。

仔细观察再结合书本上的知识，很容易掌握并从这些观察中找出故障。

8.建议将此站气路插头全部拔掉，注意气管拔出的方法，学生自己动手回复原状。

思考题：

1.典型的气动系统中，各组成部分的功能是什么？

2.当某个气缸动作速度过快时，应如何解决这个问题？

实验二、电气接线实验

实验目的：

1.提高学生在电路方面的工作技能，读懂电路原理图，正确选择合适的电路组成元件。

2.能够把原理图转换为实际的布线图。

实验内容及步骤：

1.关闭系统的气源、电源，提供给学生每一站的电路原理图，让其依据系统布线的走向，画出实际的布线图。

2.直观的查找故障，在布线中能更进一步了解和掌握电路组成元件的使用功能。

因为每一站PLC的输入与输出端都引出到开放的输入输出插接盒中。

这样学生可依据电路原理图，先从输入盒中开始直接插接引线，再从输出端开始插接引线。

思考题：

1.请举出常用电气原理图中使用的电气元件？

2.请解释停止优先的自锁线路是怎样工作的？

实验三、传感器实验

实验目的：

使学生掌握开关量传感器在PLC系统中的实际应用

实验内容及步骤：

以第一站为例：

1.移动光电反射传感器的位置，使其指示灯处于亮与不亮2个位置，观察该系统是否能够正确运行。

2.移动气缸上的任意一个磁性传感器的位置，观察气缸推出的位置。

3.直观检测传感器的好、坏，并通过输出信号控制系统运行。

4.用万用表直流电压档测量光电传感器的输出电压，分别记录有料和无料的电压值，并观察PLC输入指示灯的变化，理解传感器在PLC系统中的使用方法。

思考题：

1.传感器在PLC系统中的作用是什么？

本套教学系统中都有哪些传感器？

2.实际中的开关量传感器一般分为三线式和两线式两种情况，请分别简单画出这两种情况下和PLC输入模块的接法？

3.接近开关的工作原理是什么？

实验四、PLC控制编程实验

实验目的：

使学生掌握PLC控制系统的常用编程思路、程序功能。

实验方法：

1.依据系统组成原理深入了解各单元的动作功能要求，画出其动作流程图。

2.根据各单元之间的动作关系，写出站与站之间的触发条件

3.结合学生自己画出的动作流程图分析演示程序，总结出编程思路

4.由指导教师打乱原有的输入、输出端子由学生自己重新编排，自主编程。

思考题：

1.一般实际的设备在使用之前常需要进行初始化的工作，请问用PLC控制的设备怎样实现这种功能？

2.西门子S7-200和S7-300的程序结构是什么？

3.常用的编程语言都有哪些？

4.请简述在S7-200中如何使用定时器和计数器？

5.两个按钮（I0.0,I0.1）和两个继电器（Q0.0,Q0.1）,要求用S7-200PLC分别实现以下的功能：

①I0.0按下时Q0.0动作，I0.0按钮抬起时，Q0.0释放；

②I0.0按下时Q0.0动作，I0.0按钮抬起时，Q0.0保持动作的状态，I0.1按下时，Q0.0释放；

③I0.0按下时Q0.0动作，I0.0按钮抬起时，Q0.0保持动作的状态，延时5秒钟后Q0.1动作，I0.1按下时，Q0.0和Q0.1释放；

④I0.0按下3次Q0.0动作并保持，按下5次Q0.1动作并保持，按下I0.1时，Q0.0和Q0.1释放。

实验五、常用驱动电机控制实验

实验目的：

使学生掌握PLC控制系统中对驱动电机的控制方式。

实验方法：

以第二站为例：

1.明确第二站在系统中的具体功能

2.观察机械结构，明确摆臂的旋转动作是由电机的转动实现的

3.观察电机的线圈驱动部分原理，掌握PLC是如何通过继电器的通断控制电机正反转的

4.由指导教师给出一个故障，让学生自主排除，巩固电气原理图和实际接线的对应关系

电机正反转驱动原理图

思考题：

1.请仔细分析并解释上图是如何实现直流电机的正反转的？

如果有人编程错误，控制电机的Q0.0和Q0.1同时有输出，会有什么现象出现？

在断电的情况下，推不动摆杆（因为电机保持），这是为什么？

2.为了使步进电机旋转，请问需要什么样的信号？

实验六、西门子PLCPROFIBUS-DP组网

一、实验目的：

1.了解西门子PLC的基本使用方法；

2.学习西门子PLC的PROFIBUS-DP组网基本原理

二、实验内容及步骤：

1.按照下图，连接S7-300和某个单元的S7-200，并检查网络连接是否正确，给系统送电：

S7-300

PROFIBUS-DP

S7-200

EM277

S7-300与S7-200通过EM277进行PROFIBUSDP通讯，需要在STEP7中进行S7-300站组态，在S7-200系统中不需要对通讯进行组态和编程，只需要将要进行通讯的数据整理存放在V存储区与S7-300的组态EM277从站时的硬件I/O地址相对应就可以了。

2.插入一个S7-300的站：

2.选中STEP7的硬件组态窗口中的菜单OptionInstallnewGSD，导入SIEM089D.GSD文件，安装EM277从站配置文件，如下图：

3.在SIMATIC文件夹中有EM277的GSD文件：

4.导入GSD文件后，在右侧的设备选择列表中找到EM277从站，PROFIBUSDPAdditionalFieldDevicesPLCSIMATICEM277,并且根据您的通讯字节数，选择一种通讯方式，我们这里选择8字节入/8字节出的方式，如下图：

5.根据EM277上的拨位开关设定EM277从站的站地址，如下图：

EM277硬件的从站地址设定

6.组态完系统的硬件配置后，将硬件信息下载到S7-300的PLC当中：

S7-300的硬件下载完成后，将EM277的拨位开关拨到与以上硬件组态的设定值一致，在S7-200中编写程序将进行交换的数据存放在VB0－VB15，对应S7-300的PQB0-PQB7和PIB0-PIB7，打开STEP7中的变量表和STEP7MicroWin32的状态表进行监控，它们的数据交换结果如下图：

STEP7中的变量表监控状态

STEP7MicroWin32的状态表监控状态

注意：

VB0－VB7是S7－300写到S7－200的数据，VB8－VB15是S7－300从S7－200读取的值。

EM277上拨位开关的位置一定要和S7－300中组态的地址值一致。

思考题：

1.西门子S7-200PLC都支持哪些通讯协议？

2.西门子S7-300PLC和S7-200使用PROFIBUS-DP通讯时，各自的编程软件和硬件需要作什么工作？

3.PROFIBUS-DP扩展从站模块EM277如何使用？