YL235A光机电一体化实训.docx

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YL235A光机电一体化实训

课题一认识光机电一体化实训考核装置

一、实训目的

1．了解YL-235A光机电一体化实训考核装置的组成。

2．掌握电源模块、按钮模块、PLC模块、变频器模块的作用。

3．掌握上料机构、搬运机构、传输分拣机构的作用。

二、器材、工具与仪表

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手、水平尺等。

3．万用表等。

三、实训步骤

1．认识YL-235A光机电一体化实训考核装置,如图1所示。

图1

2．上料机构

图2

上料机构如图2所示，它包括：

1－转盘，2－调节支架，3－直流电机，4－物料，5－出料口传感器，6－物料检测支架。

转盘：

转盘中共放三种物料：

金属物料、白色非金属物料、黑色非金属物料。

驱动电机：

电机采用24V直流减速电机，转速6r/min；用于驱动放料转盘旋转。

出料口传感器：

物料检测为光电漫反射型传感器，主要为PLC提供一个输入信号，如果运行中，光电传感器没有检测到物料并保持若干秒钟，则应让系统停机。

3．机械手搬运机构

图3

机械手搬运机构如图3，包括：

1－旋转气缸，2－非标螺丝，3－气动手爪，4－手爪磁性开关，5－提升气缸，6－磁性开关，7－节流阀，8－伸缩气缸，9－磁性开关，10－左右限位传感器，11－缓冲阀，12－安装支架。

整个搬运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。

手爪提升气缸：

提升气缸采用双向电控气阀控制。

磁性传感器：

用于气缸的位置检测。

检测气缸伸出和缩回是否到位，为此在前点和后点上各一个，当检测到气缸准确到位后将给PLC发出一个信号；（在应用过程中棕色接PLC主机输入端，蓝色接输入的公共端）

手爪:

抓取和松开物料由双电控气阀控制，手爪夹紧磁性传感器有信号输出，指示灯亮，在控制过程中不允许两个线圈同时得电。

旋转气缸：

机械手臂的正反转，由双电控气阀控制。

接近传感器：

机械手臂正转和反转到位后，接近传感器信号输出（在应用过程中棕色线接直流24V电源“+”、蓝色线接直流24V电源“-”、黑色线接PLC主机的输入端）。

双杆气缸：

机械手臂伸出、缩回，由电控气阀控制。

气缸上装有两个磁性传感器，检测气缸伸出或缩回位置。

缓冲器：

旋转气缸高速正转和反转时，起缓冲减速作用。

4．物料传送和分拣机构

图4

物料传送和分拣机构如图4，包括：

1－磁性开关，2－传送分拣机构，3－落料口传感器，4－落料口，5－料槽，6－电感式传感器，7－光纤传感器，8－过滤调压阀，9－节流阀，10－三相异步电机，11－光纤放大器，12－推料气缸。

落料口传感器：

检测是否有物料到传送带上，并给PLC一个输入信号。

落料孔：

物料落料位置定位。

料槽：

放置物料。

电感式传感器：

检测金属材料，检测距离为3～5mm。

光纤传感器：

用于检测不同颜色的物料，可通过调节光纤放大器来区分不同颜色的灵敏度。

三相异步电机：

驱动传送带转动，由变频器控制。

推料气缸：

将物料推入料槽，由电控气阀控制。

5．电源、控制模块与指示灯如图5所示

图5

电源模块：

三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器。

单相电源插座用于模块电源连接和给外部设备提供电源，模块之间电源连接采用安全导线方式连接。

按钮模块：

提供了多种不同功能的按钮和指示灯（DC24V），急停按钮、转换开关、蜂鸣器。

所有接口采用安全插连接。

内置开关电源（24V/6A一组，12V/2A一组，）为外部设备工作提供电源。

PLC模块：

采用三菱FX2N-48MR/FX3U-48MR，继电器输出，所有接口采用安全插连接。

变频器模块：

三菱E700-0.75KW控制传送带电机转动，所有接口采用安全插连接。

警示灯：

共有绿色和红色两种颜色。

引出线五根，其中并在一起的两根粗线是电源线（红线接“+24”，黑红双色线接“GND”）。

6．接线端子板

接线端子图如图6所示

图6

7．气路组成

（1）空气压缩机

将电动转换为压力能，给系统中的气动元件提供气体能源。

（2）气动总成

气动总成包括空气过滤器、调压阀和油雾器。

（3）控制元件

控制压缩空气流动方向、流量和压力。

主要包括方向控制阀和流量控制阀

（4）气缸

在系统中包括单出杆气缸、双出杆气缸、旋转气缸和气爪。

8．触摸屏

在系统中采用昆仑通态TPC7026K型号的触摸屏。

9．指导教师根据学生的实训过程进行评分。

课题二传感器的应用

一、实训目的

1．掌握传感器的分类和工作原理。

2．掌握传感器的电气符号。

3．掌握传感器与PLC的接线方法。

二、器材、工具与仪表

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手等。

3．万用表等。

三、实训步骤

传感器的分类，按工作原理分为电容传感器、电感传感器、电磁传感器、热传感器、压电传感器等。

按输出信号分为模拟式传感器和数字式传感器。

按输出量分为位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等。

1．传感器的结构

传感器通常由敏感元件、转换元件及转换电路组成，如图7所示。

图7

2．传感器的工作原理

（1）磁性传感器的工作原理

磁性传感器又称为磁性开关，它是利用磁性物体的磁场作用来实现对物体感应的。

磁性开关是用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程的。

它可分为有触点式和无触点式两种。

本装置上用的磁性开关均为有触点式的。

它是通过机械触点的动作进行开关的通（ON）断（OFF）。

用磁性开关来检测活塞的位置，从设计、加工、安装、调试等方面，都比使用其他限位开关方式简单、省时。

触点电阻小，一般为50～200mΩ，吸合功率小，过载能力较差，只适合低压电路。

（2）光电传感器的工作原理

光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现检测的。

它具有体积小，使用简单，性能稳定，寿命长，响应速度快，抗冲击，耐震动，接受不受外界干扰等特点。

在YL-235A光机电一体化实训考核装置中，光电传感器主要用于检测物体的存在和通过灵敏度的调节检测物体的颜色。

（3）电感传感器的工作原理

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。

在YL-235A光机电一体化实训考核装置中，电感传感器主要用于检测金属物体的存在和旋转气缸是否旋转到位。

3．传感器的电气符号如图8所示

图8

4．传感器与PLC的接线方法

在YL-235A光机电一体化实训考核装置中，所使用的传感器有二线制和三线制两种，工作电压为DC10～36V，如图9所示。

图9

在PLC的输入端X0、X1、X3、X4上分别接入电磁开关、电感传感器、光电传感器和光纤传感器，如图10所示，并观察这些传感器检测物体的过程及PLC输入指示灯的指示情况。

图10

注意：

所选导线颜色与PLC接线端子的颜色相同，电源正极用红色导线，电源负极用黑色导线，每个接线端子上不得超过两根连接导线。

通电前必须再仔细检查所连接的导线，检查无误并经指导教师同意后，方可通电实验。

5．指导教师根据学生的实训过程进行评分。

课题三气动元件和气动原理

一、实训目的

1．掌握各种气缸的结构和工作原理。

2．掌握各种电磁阀的结构和工作原理。

3．掌握YL-235A光机电一体化实训考核装置的气动原理。

二、器材、工具与仪表

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手等。

3．万用表等。

三、实训步骤

1．气缸

气缸是气动执行元件，如图11所示，在YL-235A光机电一体化实训考核装置中，有单出杆气缸、单出双杆气缸、旋转气缸、气动手爪。

单出杆气缸主要由进气口、排气口、活塞、活塞杆、气缸壳组成，并在活塞上套有磁环，用气缸两端的电磁开关来检测活塞是否伸出或缩回到位。

图11

2．电磁阀

电磁阀是气动控制元件，如图12所示，在YL-235A光机电一体化实训考核装置中，有单向电磁阀、双向电磁阀。

这些电磁阀都是二位五通阀，通过驱动线圈来带动电磁阀的移位。

图12

3．气动手爪控制原理

手爪由双向电磁阀控制，手爪抓紧和松开分别由一个线圈控制，在控制过程中不允许两个线圈同时得电，如图13所示。

图13

4．流量控制阀

流量控制阀主要由调节螺栓、节流口、单向密封圈和外壳组成，如图14所示。

进入气缸的压缩空气流量越大，活塞移动的速度越快，所以，流量控制阀也称为速度控制阀。

系统气动原理：

图14

5．电磁阀的控制

在PLC输出端分别接入各气缸的驱动线圈，如图15所示，编写程序如图16，下载到PLC中并执行。

图15

把气压分别调节为0.2MPa、0.3MPa和0.4MPa，观察各气缸的动作过程，调节调速阀观察气缸的动作速度。

图16

注意：

所选导线颜色与PLC接线端子的颜色相同，电源正极用红色导线，电源负极用黑色导线，每个接线端子上不得超过两根连接导线。

通电前必须再仔细检查所连接的导线，检查无误并经指导教师同意后，方可通电实验。

6．指导教师根据学生的实训过程进行评分。

课题四上料机构的程序设计与调试

任务：

按下启动按钮，上料电动机启动运行，开始上料，按下停止按钮，上料电动机立即停止。

在上料过程中，若物料检测光电传感器检测到物料到位，上料电动机立即停止，取走物料后，这时物料检测光电传感器检测不到物料，上料电动机又开始上料，物料检测光电传感器又检测到物料到位，上料电动机再次停止……。

在上料过程中，上料电动机运行15秒，物料检测光电传感器还检测不到物料，上料电动机立即停止运行。

放上物料后，按下启动按钮，上料电动机再次启动运行。

一、实训目的

1．掌握上料机构的组成。

2．掌握光电传感器灵敏度的调节方法。

3．掌握上料机构的程序设计和调试。

4．学会使用万用表检查故障的方法。

5．掌握安全操作规程。

6．掌握PLC的编程技巧。

7．掌握设备的调整技巧。

二、实训器材

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手等。

3．万用表等。

三、实训步骤

1．输入、输出点分配：

表1

输入

输出

输入继电器

输入元件

作用

输出继电器

输出元件

作用

SB1

启动按钮

上料

SB2

停止按钮

光电传感器

2．画出控制电路图，如图17所示。

图17

3．编写PLC程序。

启动计算机中的三菱PLC编程软件GXDeveloper，根据输入、输出点的分配情况，编写上料机构的梯形图（加注释），如图18所示。

梯形图编写完成后，进行逻辑测试，检查是否满足其控制要求。

图18

4．根据所画的电路图进行布线。

所选导线颜色与PLC接线端子的颜色相同，电源正极用红色导线，电源负极用黑色导线，每个接线端子上不得超过两根连接导线。

5．布线完成后，检查布线是否正确。

6．指导教师检查无误后，给实训装置通电，把所编写的程序写入三菱PLC，并使PLC为运行模式。

7．程序运行和调试。

为了保证人身安全，运行调试前，必须征得指导教师同意，认真执行安全操作规程的有关规定，一人监护，一人操作，发现不安全因素，立即整改。

在程序运行过程中，调节物料检测光电传感器的灵敏度使出料口的工件不能挤压太紧，并观察程序的运行情况和PLC输入、输出指示灯的变化。

。

8．实训完毕，切断电源，并拆除所布导线。

9．指导教师根据学生的实训过程进行评分。

课题五搬运机械手的程序设计与调试

任务：

机械手的初始状态为手爪松开，提升气缸上升，伸缩气缸缩回，旋转气缸右转。

按下启动按钮，并且物料检测传感器检测有料的情况下，机构手左转，然后伸缩气缸伸出，提升气缸下降，暂停0.2秒后手爪抓紧工件，然后提升气缸上升，伸缩气缸缩回，旋转气缸右转，伸缩气缸伸出，提升气缸下降，再暂停0.2秒后，手爪松开把工件放入传送分拣机构的落料口内，机械手返回初始状态，些时一个周期结束，下个周期继续执行。

任何时候按下停止按钮，必须是一个周期结束后才能停止并返回到初始状态。

一、实训目的

1．掌握搬运机械手的组成及调整方法。

2．掌握电感传感器灵敏度的调节方法。

3．掌握调速阀的使用方法和电磁开关的安装方法。

4．掌握电磁阀的工作原理和手动移位方法。

5．掌握机械手的程序设计和调试。

6．学会使用万用表检查故障的方法。

二、实训器材

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手等。

3．万用表等。

三、实训步骤

1．输入、输出点分配：

表2

输入

输出

输入继电器

输入元件

作用

输出继电器

输出元件

作用

SB1

启动按钮

YV1

抓紧

SB2

停止按钮

YV2

放松

SQ1

光电传感器

YV3

下降

SQ2

手爪抓紧

YV4

上升

SQ3

下降到位

YV5

伸出

SQ4

上升到位

YV6

缩回

SQ5

伸出到位

YV7

右转

SQ6

缩回到位

Y10

YV8

左转

X10

SQ7

右转到位

X11

SQ8

左转到位

2．画出控制电路图，如图19所示。

图19

3．编写PLC程序。

启动计算机中的三菱PLC编程软件GXDeveloper，根据输入、输出点的分配情况，编写机械手的梯形图（加注释），如图20所示。

图20

4．根据所画的电路图进行布线。

所选导线颜色与PLC接线端子的颜色相同，电源正极用红色导线，电源负极用黑色导线，每个接线端子上不得超过两根连接导线。

5．布线完成后，检查布线是否正确。

6．指导教师检查无误后，给实训装置通电，把所编写的程序写入三菱PLC，并使PLC为运行模式。

7．程序运行和调试。

为了保证人身安全，运行调试前，必须征得指导教师同意，认真执行安全操作规程的有关规定，一人监护，一人操作，发现不安全因素，立即整改。

在程序运行过程中，监控程序的运行情况和PLC输入、输出指示灯的变化；调节调速阀和气体压力观察气缸移动的速度

8．实训完毕，切断电源，并拆除所布导线。

9．指导教师根据学生的实训过程进行评分。

课题六传送分拣机构的程序设计与调试

任务：

按下启动按钮，若落料口有料（光电传感器检测），三相异步电动机以频率15Hz启动运行15秒，分栋机构完成物料的分拣工作，金属工件进入一号仓，白色塑料工件进入二号仓，黑色塑料工件进入三号仓。

若落料口还有工件，三相异步电动机再运行15秒。

按下停止按钮，三相异步电动机立即停止。

启动状态下，红色指示灯亮，停止状态下，绿色指示灯亮。

一、实训目的

1．掌握传送分拣机构的组成及调整方法。

2．掌握光纤传感器和电感传感器灵敏度的调节方法。

3．掌握变频器的连接与参数设置方法。

4．掌握传送分拣机构的程序设计和调试。

5．学会使用万用表检查故障的方法。

二、实训器材

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手等。

3．万用表等。

三、实训步骤

1．输入、输出点分配：

表3

输入

输出

输入继电器

输入元件

作用

输出继电器

输出元件

作用

SB1

启动按钮

Y11

YV1

气缸1伸出

SB2

停止按钮

Y12

YV2

气缸2伸出

X14

SQ1

光电传感器

Y13

YV3

气缸3伸出

X15

SQ2

气缸1缩回

Y14

HL1

红灯

X16

SQ3

气缸1伸出

Y15

HL2

绿灯

X17

SQ4

气缸2缩回

Y20

驱动传送带

X20

SQ5

气缸2伸出

X21

SQ6

气缸3缩回

X22

SQ7

气缸3伸出

X23

SQ8

电感传感器

X24

SQ9

光纤传感器1

X25

SQ10

光纤传感器2

2．画出控制电路图，如图21所示。

图21

3．根据要求设置变频器参数。

首先设置P79=0或1，然后设置P4=15，最后设置P79=2。

4．编写PLC程序。

启动计算机中的三菱PLC编程软件GXDeveloper，根据输入、输出点的分配情况，编写传送与分拣的梯形图（加注释），如图22所示。

图22

5．根据所画的电路图进行布线。

所选导线颜色与PLC接线端子的颜色相同，电源正极用红色导线，电源负极用黑色导线，每个接线端子上不得超过两根连接导线。

6．布线完成后，检查布线是否正确。

7．指导教师检查无误后，给实训装置通电，把所编写的程序写入三菱PLC，并使PLC为运行模式。

8．程序运行和调试。

为了保证人身安全，运行调试前，必须征得指导教师同意，认真执行安全操作规程的有关规定，一人监护，一人操作，发现不安全因素，立即整改。

在程序运行过程中，调节光纤电传感器的灵敏度达到任务的要求，调节调速阀使工件能够准确打进相应料仓，并观察程序的运行情况和PLC输入、输出指示灯的变化。

。

9．实训完毕，切断电源，并拆除所布导线。

10．指导教师根据学生的实训过程进行评分。

课题七送料、机械手搬运和物料传送分拣的程序设计与调试

任务：

初始（停止）状态下，上料电动机和传送带电动机停止，红色指示灯亮，手爪松开，提升气缸上升，伸缩气缸缩回，旋转气缸右转。

按下启动按钮，绿色指示灯亮，系统开始运行，上料电动机启动，开始上料，若物料检测光电传感器检测到物料到位，上料电动机立即停止，机构手左转，然后伸缩气缸伸出，提升气缸下降，暂停0.2秒后手爪抓紧工件，然后提升气缸上升，伸缩气缸缩回，旋转气缸右转，伸缩气缸伸出，提升气缸下降，再暂停0.2秒后，手爪松开把工件放入传送分拣机构的落料口内；若落料口有料（光电传感器检测），传送带电动机以频率15Hz启动运行，分栋机构完成物料的分拣工作，金属工件进入一号仓，白色塑料工件进入二号仓，黑色塑料工件进入三号仓。

上料电动机运行过程中，若上料到位，上料电动机立即停止，取走物料后，上料电动机又开始上料，上料到位，电动机再次停止……。

在上料过程中，上料电动机运行15秒，物料检测光电传感器还检测不到物料，上料电动机立即停止运行。

放上物料后，按下启动按钮，上料电动机再次启动运行。

机械手把工件放入传送分拣机构的落料口后，提升气缸上升，伸缩气缸缩回。

任何时候按下停止按钮，必须把工件放入传送分拣机构的落料口后返回到初始状态。

在运行状态下，若落料口有工件，传送带电动机就运行15秒，以便完成物料的分拣工作。

按下停止按钮，传送带电动机立即停止。

一、实训目的

1．掌握YL-235A光机电一体化实训考核装置的系统调整方法。

2．掌握传感器灵敏度的调节方法。

3．掌握变频器的连接与参数设置方法。

4．掌握送料、机械手搬运和物料传送分拣的程序设计与调试。

5．学会使用万用表检查故障的方法。

二、实训器材

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手等。

3．万用表等。

三、实训步骤

1．输入、输出点分配。

表4

输入

输出

输入继电器

输入元件

作用

输出继电器

输出元件

作用

SB1

启动按钮

上料

SB2

停止按钮

YV1

抓紧

SQ1

光电传感器1

YV2

放松

SQ2

手爪抓紧

YV3

下降

SQ3

下降到位

YV4

上升

SQ4

上升到位

YV5

伸出

SQ5

伸出到位

YV6

缩回

SQ6

缩回到位

YV7

右转

X10

SQ7

右转到位

Y10

YV8

左转

X11

SQ8

左转到位

Y11

YV9

气缸1伸出

X14

SQ9

光电传感器2

Y12

YV10

气缸2伸出

X15

SQ10

气缸1缩回

Y13

YV11

气缸3伸出

X16

SQ11

气缸1伸出

Y14

HL1

红灯

X17

SQ12

气缸2缩回

Y15

HL2

绿灯

X20

SQ13

气缸2伸出

Y20

驱动传送带

X21

SQ14

气缸3缩回

X22

SQ15

气缸3伸出

X23

SQ16

电感传感器

X24

SQ17

光纤传感器1

X25

SQ18

光纤传感器2

2．画出控制电路图。

3．根据要求设置变频器参数。

首先设置P79=0或1，然后设置P4=15，最后设置P79=2。

4．编写PLC程序。

启动计算机中的三菱PLC编程软件GXDeveloper，根据输入、输出点的分配情况，编写传送与分拣的梯形图（加注释）。

5．根据所画的电路图进行布线。

所选导线颜色与PLC接线端子的颜色相同，电源正极用红色导线，电源负极用黑色导线，每个接线端子上不得超过两根连接导线。

6．布线完成后，检查布线是否正确。

7．指导教师检查无误后，给实训装置通电，把所编写的程序写入三菱PLC，并使PLC为运行模式。

8．程序运行和调试。

为了保证人身安全，运行调试前，必须征得指导教师同意，认真执行安全操作规程的有关规定，一人监护，一人操作，发现不安全因素，立即整改。

在程序运行过程中，调整机械部件的位置、调节传感器的灵敏度达到任务的要求，调节调速阀使工件能够准确打进相应料仓，并观察程序的运行情况和PLC输入、输出指示灯的变化。

。

9．实训完毕，切断电源，并拆除所布导线。

10．指导教师根据学生的实训过程进行评分。

课题八触摸屏的应用

（一）

任务：

编写YL235A上料机构控制系统触摸屏程序。

有两个按钮，一个启动按钮，一个停止按钮，按下启动按钮，上料电动机运行，开始上料，按下停止或上料到位，上料电动机停止运行；有两个指示灯，一个运行指示灯，一个上料到位指示灯，启动状态下运行指示灯为绿色，停止状态下运行指示灯为红色，上料到位时上料到位指示灯显示，上料未到位时上料到位指示灯不显示。

图23

一、实训目的

1．掌握触摸屏软件的使用方法。

2．掌握在触摸屏中制作按钮、指示灯和标签的方法。

3．掌握触摸屏与PLC的连接方法。

二、器材、工具与仪表

1．YL-235A光机电一体化实训考核装置。

2．螺钉旋具、尖嘴钳、斜口钳、剥线钳、钟表起、内六棱扳手等。

3．万用表等。

三、实训步骤

1．创建触摸屏工程。

打开“MCGSE组态环境”程序，选择“新建工程”，在“新建工程设置”窗口中，选择触摸屏类型为“TPC7062K”，此时已建立了触摸工程，如图24所示。

图24

2．设置设备窗口。

在工作台中，打开“设备窗口”，并按顺序先后双击“通用串口父设备”

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