段曉龍

一、課程設(shè)計項目

設(shè)計一條對物料進行材質(zhì)辨別、分揀及統(tǒng)計的生產(chǎn)線系統(tǒng)。系統(tǒng)由供料機構(gòu)、氣動機械手、交流變頻皮帶輸送線、物料辨別傳感器、物料分揀氣缸、PLC模塊、變頻器模塊、電源模塊、按鈕指示燈模塊等組成。

1.系統(tǒng)的工作要求

（1）系統(tǒng)的原點位置：機械手處于在左邊、上升、縮回和氣動手指張開位置，提升機構(gòu)在下降位置，皮帶輸送線停止，物料分揀氣缸在后退位置。

（2）處于停止狀態(tài)而且處于原點位置時，按下啟動按鈕SB5，系統(tǒng)啟動，運行指示燈HL1亮。

（3）啟動后，物料提升架上的物料檢測光電傳感器開始檢測，如無料，則待料指示燈HL2閃亮，同時啟動供料盤旋轉(zhuǎn)，送料至物料提升位置；如供料盤運行15秒后都沒有物料到達物料提升架，報警器報警；當有工件到達提升架時，報警聲停。

（4）當提升架的光電傳感器監(jiān)測到工件后，就立刻將工件提升到位，此時機械手臂立刻伸出來取工件；當機械手將工件取走1S后，供料盤的提升架就自動下降復位待料。

（5）機械手的動作為伸出、下降，短暫延時后用氣爪將工件夾緊，氣爪將工件夾緊1s后，就上升、縮回，轉(zhuǎn)動至右限位位置，然后再伸出、下降，氣爪在皮帶傳送機處于無工件傳送和分揀的狀態(tài)下放松，將工件放到傳送帶上位置B的下料孔。

（6）機械手放下工件后立刻上升、縮回，轉(zhuǎn)動至左側(cè)限位位置，繼續(xù)進行工件傳送。

（7）當皮帶傳送機進料位置的光電傳感器檢測到工件后，皮帶傳送機的交流電機立刻啟動，以中速運轉(zhuǎn)傳送工件。當工件到達C位置時，電感開關(guān)檢測工件的材料，若是金屬件，拖動皮帶的交流電機立刻停止，由C位置的推料氣缸把物料推到第一個斜槽；如為非金屬，拖動皮帶的交流電機立刻轉(zhuǎn)為低速運行，到達D位置時，拖動皮帶的交流電機立刻停止，由D位置的推料氣缸把物料推到第二個斜槽。C位置和D位置的推料氣缸伸出到位后都需要馬上縮回。

（8）系統(tǒng)分為單周期和連續(xù)兩種工作方式，由開關(guān)SA1進行切換，SA1打向左邊為單周期，SA1打向右邊為連續(xù)。單周期是指系統(tǒng)啟動后系統(tǒng)只進行一個工件的傳送和分揀，在一個工件分揀完成后，需再次按下啟動按鈕SB5，系統(tǒng)才能進行下一個周期的運行。連續(xù)是指系統(tǒng)啟動后會連續(xù)不斷地進行工件的傳送和分揀。

（9）系統(tǒng)在單周期運行狀態(tài)下，點按一下停止按鈕SB6，系統(tǒng)暫停在當前狀態(tài)，運行指示燈HL1閃亮，再按啟動按鈕SB5時，系統(tǒng)從當前狀態(tài)繼續(xù)運行。系統(tǒng)在連續(xù)運行狀態(tài)下，點按一下停止按鈕SB6，系統(tǒng)在完成當前工件的傳送分揀工作后停止在原點位置，再次按下啟動按鈕SB5，系統(tǒng)又啟動運行。

（10）系統(tǒng)在任何狀態(tài)下，當持續(xù)按下停止按鈕SB6三秒鐘，系統(tǒng)自動復位回到原點位置。

（11）在對工件進行物料辨別、分揀過程中，如供料盤連續(xù)提供的5個物料都是金屬件和非金屬件有規(guī)律交錯排列的，則指示燈HL4亮；如供料盤連續(xù)提供的5個物料都是2個金屬件和1個非金屬件有規(guī)律交錯排列的，則指示燈HL5亮；如供料盤連續(xù)提供的5個物料都是1個金屬件和2個非金屬件有規(guī)律交錯排列的，則指示燈HL6亮；當連續(xù)三個工件都為金屬件或非金屬件時，則指示燈HL4、HL5和HL6全亮。系統(tǒng)復位時，統(tǒng)計結(jié)果清除。

2.設(shè)計調(diào)試應(yīng)滿足的要求

（1）生產(chǎn)工藝要求

①能正確判斷工件材質(zhì)的金屬和非金屬件：用電容和電感傳感器實現(xiàn)；

②能準確輸送工件：輸送機與機械手能準確定位并輸送工件；

③面板開關(guān)由按鈕模塊控制；

④皮帶傳送機中速的頻率為25HZ，低速的頻率為10HZ。變頻器的加減速時間均設(shè)為0.2S。

（2）選料要求

①PLC采用三菱FX2N—48MR型；

②變頻器采用三菱E-500型；

③其它的模塊選型見實物。

（3）生產(chǎn)線保護要求

①原點位置保護。系統(tǒng)啟動前，必須確保系統(tǒng)在原點位置，此時，原點指示燈HL3發(fā)光。當有任何一個元件不在原點位置時，原點指示燈HL3閃爍（每2秒內(nèi)爍1次），系統(tǒng)不能起動。

②緊急停止保護，系統(tǒng)設(shè)置急停按鈕。按下急停按鈕后，系統(tǒng)運行全部停止。急停按鈕恢復正常狀態(tài)時，系統(tǒng)應(yīng)在復位到原點后才能重新啟動。

二、根據(jù)上述要求，完成以下工作任務(wù)

設(shè)計電氣原理圖，包括PLC的I/O接線圖，變頻器的接線圖及動力接線圖等。

PLC步進指令的狀態(tài)功能圖及梯形圖。

編寫調(diào)試大綱。

上機完成系統(tǒng)的調(diào)試。通電運行能正確完成生產(chǎn)線的工作任務(wù)和要求。

三、I/O點的分配

1.I/O的確定

（1）I點

按鈕信號有2個：啟動X21、停止X22；位置信號有17個：X0-X7，X10-X17，X20；安全信號有1個：緊急停止X23；方式選擇開關(guān)1個：單周/連續(xù)X24；共21點，考慮余留10%～20%，故確定用24～26個點。

（2）O點

執(zhí)行機構(gòu)17個：Y0-Y7，Y10-Y17，Y20；指示燈6個：Y22-Y27；報警1個：Y21；共24個，考慮余留10%～20%，故確定用26～29個點。

2.確定PLC的型號

根據(jù)I/O點數(shù)可考慮用FX2N—48MR，可不加擴展塊。

四、調(diào)試大綱

本生產(chǎn)線選用三菱FX2N-48MR的可編程控制器，三菱E500型的變頻器以及位置、光電傳感器等。該生產(chǎn)設(shè)備適用于海拔高度在2km以下，環(huán)境溫度為0℃～55℃，環(huán)境濕度為35%～89%RH9不結(jié)露，周圍環(huán)境通風良好，禁止有腐蝕性氣體，嚴禁塵埃，考慮防震，抗干擾。

1.調(diào)試前準備工作

在調(diào)試之前應(yīng)檢查PLC、變頻器的電源線和接地線是否連接正確、可靠，最好把PLC的接地線與變頻器的接地線分開接地，以免互相干擾。手動調(diào)試各控制開關(guān)、按鈕及傳感器氣缸位置，觀察傳感器開關(guān)指示燈是否正常工作，PLC輸入端口的指示燈是否正確。若指示不正確應(yīng)調(diào)整PLC輸入口接線。

2.調(diào)試步驟

PLC程序的調(diào)試過程分為模擬調(diào)試和現(xiàn)場調(diào)試兩個過程。

在做了調(diào)試前的準備工作之后，可采用試驗程序?qū)ν獠拷泳€作掃描通電檢查來進行程序和接線的互查。為了安全考慮，最好將主電路先斷開，當確認接線無誤之后，再連接主電路，將程序送入用戶程序存儲器進行調(diào)試，直到各部分功能能夠協(xié)調(diào)一致地工作。

（1）程序的模擬調(diào)試

本生產(chǎn)線根據(jù)功能分為轉(zhuǎn)盤供料機構(gòu)模塊、機械手模塊、和分揀傳輸模塊、按鈕模塊和顯示模塊。以下是對本生產(chǎn)線分模塊調(diào)試：將設(shè)計好的程序?qū)懭胲浖?，通過軟件的程序檢查功能來檢查程序有無語法、電路、雙線圈等錯誤。寫入PLC之后，通過開關(guān)按鈕模擬實際輸入信號，觀察PLC輸出量的變化以及限位開關(guān)觸點的接通和斷開。

①轉(zhuǎn)盤供料機構(gòu)

將程序分為三部分，調(diào)試程序的轉(zhuǎn)料盤供料機構(gòu)部分程序。當按下啟動按鈕X21之后，無料時，確定待料指示燈Y23是否有輸出，是否閃亮，如無閃亮，檢查程序是否正確，接線是否正確等。同時觀察轉(zhuǎn)盤有無轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)盤將料送至提升架，即X0=1時，Y5有無輸出；當提升架提升之后，X0=0時（人為將料取走），1秒之后提升架Y6下降。

②機械手傳送部分

當X0=1，X5=1兩者條件都滿足時，機械手手臂有無伸出（置位Y12）；當X6=1時，置位Y11，X4=1時，停留0.5秒之后，輸出Y7。此步當中的停留時間，判斷是否滿足工藝要求，如在夾緊過程中，晃動較為嚴重，可適當延長時間，同時也要兼顧工作效率。當工件夾緊之后，停留1秒，與上面的調(diào)整同理。緊接著，查看機械手上升、回縮、轉(zhuǎn)右、伸出、下降、松開、上升、縮回、轉(zhuǎn)左等的輸出是否按照順序依次。如果工作方式在連續(xù)狀態(tài)下，查看在有料情況下，機械手是否繼續(xù)動作。

③分揀機構(gòu)

當X12=1時，輸出Y0和Y3，同時累積型計數(shù)器開始計時。計時到（計時時間通過現(xiàn)場調(diào)試完成）X13=1時，輸出Y15；當X13=0時，輸出Y0和Y2；當X14=1時，延時0.5秒，輸出Y17。在這里延時主要是考慮檢測開關(guān)，只要工件到了檢測范圍，就會使Y17推出，這樣會推出不一定在正中位置，因此需延時，延時時間的長短可通過現(xiàn)場調(diào)試完成。

（2）現(xiàn)場調(diào)試

通過現(xiàn)場調(diào)試，一則調(diào)試相關(guān)數(shù)據(jù)，二則調(diào)試按鈕模塊和指示燈模塊，三則確定是否滿足功能要求。

①調(diào)試相關(guān)數(shù)據(jù)

主要確定金屬與非金屬件判別時中低速時間的轉(zhuǎn)換。如機械手下降之后立刻夾緊工件，可能會由于機械手的晃動使得加緊不是很牢固，因此，可在此加延時。時間的長短，通過不斷修改相應(yīng)數(shù)據(jù)，觀察機械手加緊情況，同時考慮工作效率，最終確定延時時間。金屬與非金屬件判別時中低速時間的轉(zhuǎn)換，當有料時，交流傳送帶中速運行，通過測定金屬件到達電感開關(guān)的時間，設(shè)定非金屬工件速度轉(zhuǎn)變的時間。

②按鈕功能的調(diào)試

系統(tǒng)分為單周期和連續(xù)兩種工作方式，SA1打向左邊為單周期，當系統(tǒng)處于單周期運行時，點按一下停止按鈕SB6，系統(tǒng)暫停在當前狀態(tài)，運行指示燈HL1閃亮，再按啟動按鈕SB5時，系統(tǒng)從當前狀態(tài)繼續(xù)運行。SA1打向右邊為連續(xù)，系統(tǒng)在連續(xù)運行狀態(tài)下，點按一下停止按鈕SB6，系統(tǒng)在完成當前工件的傳送分揀工作后停止在原點位置，再次按下啟動按鈕SB5，系統(tǒng)又啟動運行；系統(tǒng)在任何狀態(tài)下，當持續(xù)按下停止按鈕SB6三秒鐘，系統(tǒng)自動復位回到原點位置。

指示燈的調(diào)試。在對工件進行物料辨別、分揀過程，按下啟動按鈕之后，人為的有規(guī)律放下如下情況的物料。觀察相對應(yīng)的指示燈是否亮。如供料盤連續(xù)提供的5個物料都是金屬件和非金屬件有規(guī)律交錯排列的，則指示燈HL4亮；如供料盤連續(xù)提供的5個物料都是2個金屬件和1個非金屬件有規(guī)律交錯排列的，則指示燈HL5亮；如供料盤連續(xù)提供的5個物料都是1個金屬件和2個非金屬件有規(guī)律交錯排列的，則指示燈HL6亮；當連續(xù)三個工件都為金屬件或非金屬件時，則指示燈HL4、HL5和HL6全亮。系統(tǒng)復位時，統(tǒng)計結(jié)果清除。

③聯(lián)機調(diào)試

按啟動按鈕，讓生產(chǎn)線自動運行，觀察控制功能是否符合生產(chǎn)要求。觀察機械手的動作是否到位，可有適當?shù)难訒r；觀察各步動作的連續(xù)性，是否滿足功能工藝要求。