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提升及入库控制系统的设计、安装与调试

提升及入库控制系统的设计、安装与调试. 4. 4. 2. 1. 3. 5. 1. 2. 会步进电机的使用. 会使用 PLC 脉冲输出指令编程. 能按规范连接外部电路. 了解相关传感器的基本知识. 知识目标. 能分析系统的控制要求. 了解步进电机的工作原理. 能力目标. 会伺服电机的使用. 了解伺服电机的工作原理. 6. 能按规程调试控制电路. 能力与知识目标. 3. 掌握 PLC 脉冲指令的表达方式. 观察实际运行. 运行过程如下：

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提升及入库控制系统的设计、安装与调试

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  1. 提升及入库控制系统的设计、安装与调试

  2. 4 4 2 1 3 5 1 2 会步进电机的使用 会使用PLC脉冲输出指令编程 能按规范连接外部电路 了解相关传感器的基本知识 知识目标 能分析系统的控制要求 了解步进电机的工作原理 能力目标 会伺服电机的使用 了解伺服电机的工作原理 6 能按规程调试控制电路 能力与知识目标 3 掌握PLC脉冲指令的表达方式

  3. 观察实际运行 运行过程如下： 当工件到位传感器为“1”时，PLC控制步进电机运转，开始提升工件；到达仓库1_2时步进电机停且传送带电机运转，将工件运送到仓库1_2，当仓库1_2工件检测传感器为“1”时，传送带电机停止，工件运送到位；然后步进电机反转，提升机构下降到原位，继续等待下一个工件；当下一个工件到位时，继续前一次的工作，但此时将工件放于仓库1_3；以此类推，当第一排仓库都有工件时，伺服电机运转，整个提升机构水平移向第二排仓库，从2_1仓库开始放工件。

  4. 观察部件 （控制） 控制部分： 启动按钮、停止按钮、复位按钮、急停按钮 控制部分： 交流电源开关、直流电源开关、 状态选择开关（联网/单机）

  5. 观察部件 （显示） 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（绿色指示灯）

  6. 观察部件 （传感器） 托盘到位感知（电感传感器） 有无工件感知 有无盖子感知 （光电传感器）

  7. 观察部件 （执行） 传送带电机（直流单向） 伺服电机 伺服电机驱动器 步进电机

  8. 控制要求分析 （2）运行状态。 （1）初始状态。 （3）停止控制。 （4）报警状态。 控制要求 （5）急停状态。 （6）复位控制。

  9. 初始状态的要求 交、直流电源开关闭合； 状态选择开关接单机； 交、直流电源显示得电； 其余各部件无信号。 TEXT TEXT TEXT TEXT

  10. 运行状态要求 在以上初始状态下按启动按钮，传送带电机继电器吸合使传送带运行，运行指示灯亮并等待工件到位；当工件到位传感器为“1”时，PLC控制步进电机运转，开始提升工件；到达仓库1_2时步进电机停且传送带电机运转，将工件运送到仓库1_2，当仓库1_2工件检测传感器为“1”时，传送带电机停止，工件运送到位；然后步进电机反转，提升机构下降到原位，继续等待下一个工件；当下一个工件到位时，继续前一次的工作，但此时将工件放于仓库1_3；以此类推，当第一排仓库都有工件时，伺服电机运转，整个提升机构水平移向第二排仓库，从2_1仓库开始放工件。

  11. 停止与报警控制 停止运行：在以上运行状态下按停止按钮，则运行指示灯灭而停止指示灯亮；如系统处于运行周期内则继续运行，至一个周期结束后运行状态结束，传送带电机停止，运行指示灯灭而停止指示灯亮。 报警状态：当摆臂做完加盖动作后，加盖传感器未检测到工件上有盖子时，则本站有报警情况发生，即该单元缺料，需要续加盖子。此时报警指示灯亮，摆臂重复加盖动作直至加盖传感器检测到信号，则报警指示灯灭运行周期进行下一步动作。

  12. 急停与复位控制 急停状态：在以上运行状态下按急停按钮，则整个系统停止运行保持当前状态并运行指示灯以1秒间隔闪烁；解除急停信号后系统按停止前状态继续往下运行，运行指示灯恢复常亮。 复位控制：当电源开启后系统未处于初始状态时，按复位按钮则系统自动返回初始状态等待启动。

  13. 基础知识-步进电机与伺服电机 • 步进电机的原理和结构 步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。它可以看作是一种特殊运行方式的同步电动机。它由专用电源供给电脉冲，每输入一个脉冲，步进电动机就移进一步。这种电动机的运动形式与普通匀速旋转的电动机有一定的差别，它是步进式运动的，所以称为步进电动机。又因其绕组上所加的电源是脉冲电压，有时也称它为称脉冲电动机。

  14. 基础知识-步进电机与伺服电机 步进电动机的种类很多，从广义上大体可以分为反应式、永磁式、混合式和直线式等四大类。其中反应式和混合式比较常用。 四相混合式步进电动机结构示意图

  15. 基础知识-步进电机与伺服电机 • 步进电机的控制方式 1、步进电机的速度控制 步进电机将电脉冲变换为角位移的过程中，速度的大小与输入脉冲的频率成正比。控制步进电机的运行速度，实际上就是控制系统发出控制脉冲的频率或者换相的周期。如图所示，输入脉冲的频率能够决定各相绕组施加脉冲信号的宽度，从而调整电机的转速。

  16. 基础知识-步进电机与伺服电机 • 步进电机的控制方式 2、步进电机的转向控制 如前所述，步进电机的转向与输入给各相绕组脉冲的先后次序有关，对于三相双三拍步进电机的控制来讲，电机正向旋转时脉冲的提供顺序为 AB-BC-CA-AB，逆向旋转时提供脉冲的顺序为CB-BA-AC-CB。在进行编程的过程中，控制 PLC输出脉冲的顺序，实现步进电机转向的改变。

  17. 基础知识-步进电机与伺服电机 • 步进电机的控制方式 3、步进控制 步进电机每输入一个脉冲就前进一步，其输出角位移与输入脉冲的个数成正比，可以根据输出角位移量来确定输入脉冲的个数。

  18. 基础知识-步进电机与伺服电机 • 伺服电机的结构与工作原理 伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件。它将输入的电压信号转换为转轴的角位移或角速度的变化。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压，改变控制电压可以改变伺服电动机的转速和转向。 伺服电动机按电流种类的不同，可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。

  19. 基础知识-步进电机与伺服电机 • 伺服电机的结构与工作原理 交流伺服电动机是两相异步电动机，它的定子结构与普通异步电动机很相似。定子上绕有两个形式相同并在空间互差电角度的绕组，其中一个为励磁绕组，另一个为控制绕组。转子分笼型和杯型两种。笼型转子与一般小型异步电动机的相同。 空心杯转子交流伺服电动机的结构示意图

  20. 基础知识-步进电机与伺服电机 • 伺服电机的控制方式 交流伺服电动机励磁绕组的轴线与控制绕组的轴线在空间相差90°电角度，励磁绕组接在恒定电压的单相交流电源上，当负载转矩一定时，可以通过调节控制电压的大小或相位来达到改变电机的旋转方向和转速的目的。

  21. 基本技能训练 • 步进电机的PLC控制 一、训练目的 1、练习步进电机控制系统的接线； 2、练习步进电机的正反转控制； 3、熟练应用三菱PLC的脉冲输出指令编写步进电机的控制程序。 二、训练器材 1、个人电脑PC； 2、三菱FX系列PLC； 3、RS—232数据通信线； 4、两相混合式步进电机； 5、步进电机驱动器（型号SH-20806N，北京和利时）； 6、导线若干。

  22. 基本技能训练 三、训练内容说明 任务：现有两相混合式步进电机（型号86BYG250A，北京和利时）1台，步进电机驱动器（型号SH-20806N，北京和利时）1台，要求用三菱PLC对步进电机进行手动正反转控制：按住正转按钮时，步进电机以30rpm的速度正转，松开按钮时，电机停止；按住反转按钮时，步进电机以30rpm的速度反转，松开按钮时，电机停止。

  23. 基本技能训练 步进电机的细分模式： SH-20806N步进电机驱动器提供八种细分模式，分别为整步、半步（优化半步）、4细分、8细分、16细分、32细分、64细分模式。八种细分模式既可通过驱动器侧板1、2、3拨码开关进行设定。

  24. 基本技能训练 步进电机驱动器的典型接线： OPTO：输入信号的公共端 FREE：脱机信号（低电平有效），当此输入控制端为低电平时，电机励磁电流被关断，电机处于脱机自由状态。 DIR：方向电平信号输入端，高低电平控制电机正/反转。 CP：步进脉冲信号输入，下降沿有效，信号电平稳定时间不小于0.3μs。 A+、A-、B+、B-：接步进电机线圈。

  25. 基本技能训练 PLC与步进电机驱动器，步进电机驱动器与步进电机的接线：

  26. 基本技能训练 I/O分配表：

  27. 基本技能训练 脉冲输出的使用：

  28. 基本技能训练 • 伺服电机的PLC控制 一、训练目的 1、练习伺服电机控制系统的接线； 2、练习伺服电机的正反转控制； 3、熟练应用三菱PLC的脉冲输出指令编写伺服电机的控制程序。 二、训练器材 1、个人电脑PC； 2、三菱FX系列PLC； 3、RS—232数据通信线； 4、伺服电机； 5、伺服电机驱动器； 6、导线若干。

  29. 基本技能训练 三、训练内容说明 任务：现有三菱伺服系统一套，包括三菱伺服电机（型号：HC-MF）1台，滚珠丝杠和滑台，三菱伺服电机驱动器（型号：MR-J2S）1台，要求用三菱PLC对伺服系统进行位置控制：启动伺服系统后，滑台从正限位SQ0.0开始向左移动，当碰到减速开关SQ2.0时，滑台开始减速移动，至负限位SQ1.0停止。

  30. 基本技能训练 伺服控制系统组成 : 其中：滑台的定位控制由交流伺服电机通过滚珠丝杠来带动，滑台的正反向运动由电机的正反转控制，滑台移动的速度由电机的转速决定。伺服电机由MR-J2S伺服装置驱动，MR-J2S接受FX2N-1PG定位模块发出的正向或反向位置脉冲信号；FX2N-1PG和FX2N-32MT通过数据线连接，进行数据通信。

  31. 基本技能训练 系统接线:

  32. 基本技能训练 I/O分配表 :

  33. 基本技能训练 四、训练步骤 1、根据接线图，正确连接相应电器元件； 2、根据I/O分配表，在PC中编写正确梯形图； 3、将程序传送至PLC，先进行离线调试； 4、调试系统至正确运行。

  34. 提升及入库控制系统的设计与安装 • 主要元器件

  35. 提升及入库控制系统的设计与安装 • 输入输出端口分配

  36. 提升及入库控制系统的设计与安装 • 控制电路的连接

  37. 提升及入库控制系统的设计与安装 • 系统的调试 1、编制完成梯形图后用实验箱进行程序调试； 2、本单元电机控制电路连接完毕后做好调试前准备工作； 3、接通交直流电源，检查电源是否正常、电源指示是否正常； 4、在各传感器部位放入相应部件，检查传感器信号是否正常； 5、以上各步完成并无发现异常后开始运行调试。在传送带托盘上放入工件，然后按启动按钮，观察系统是否能正常工作； 6、运行调试过程中如发现电机工作异常，则需通知指导老师一起检查排除故障，其余问题自己检查排除； 7、如系统能按工艺要求完整的运行二个周期，则可以认为系统已设计、安装、调试完毕。

  38. 课外训练 • 数控工作台的控制 一、训练目的 1、熟练掌握步进电机和伺服电机的使用； 2、掌握常用传感器的选用； 3、熟练掌握PLC外部电路和I/O分配表的设计； 4、熟练掌握梯形图的设计； 5、学习电气控制柜的规范安装并调试。 二、训练器材 1、二维数控工作台； 2、个人电脑PC； 3、三菱FX系列PLC； 4、RS—232数据通信线； 5、导线若干。

  39. 课外训练 三、训练内容说明 通过PLC对步进电机驱动器输出一定频率的脉冲，控制步进电机的旋转角度，从而分别控制工作台X、Y方向的位移，实现工作台的精确运动。常见的运动轨迹有直线插补、圆弧插补等。

  40. 课外训练 四、训练步骤 1、正确安装电机和驱动器，并完成电机、驱动器的接线； 2、根据控制要求画出PLC外部接线图及I/O分配表； 3、依据分配表编写梯形图，实现工作台的精确定位； 4、将程序传送至PLC，先进行离线调试； 5、程序正确后，进行电气控制线路安装； 6、调试系统至正确运转。

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