资源简介

(共47张PPT)
任务二
认识PLC控制系统的硬件
【任务目标】
知识目标：
1.了解PLC硬件系统的组成以及各组成部分的主要功能
2.理解PLC输入继电器和输出继电器的等效电路
3.掌握三菱PLC输入输出端的编号方法
4.掌握PLC常用输入元件及执行元件的功能及使用方法
能力目标：
1.能识别YL-235A机电一体化设备的主要机构及主要功能
2.能识别YL-235A机电一体化设备的输入元件及执行元件
3.理解YL-235A机电一体化设备的整机工作流程
素质目标：
1.养成独立思考和动手操作的习惯
2.培养小组协调能力和合作学习的精神
【任务呈现】
YL-235A光机电一体化实训考核装置模拟一条自动生产线的结构，配置了生产实际中典型的皮带输送机、圆盘送料、机械手、物料检测、物料分拣装置，综合了光电控制、PLC控制、变频器控制、触摸屏控制等控制技术，反映了真实的生产控制功能。该实训装置由铝合金导轨式实训台、典型的机电一体化设备的机械部件、PLC模块单元、触摸屏模块单元、变频器模块单元、按钮模块单元、电源模块单元、模拟生产设备实训模块、接线端子排和各种传感器等组成。实训项目主要包含机电类专业学习中所涉及的诸如电机驱动、机械传动、气动、触摸屏控制、可编程控制器、传感器，变频调速等多项技术，提供了一个典型的综合实训环境。
【任务呈现】
图1-2-1 YL-235A光机电一体化实训装置
本次任务的主要内容是：观察如图1-2-1所示的YL-235A光机电一体化实训设备的实体装置，完成下列任务要求：
（1）认识YL-235A光机电一体化实训设备的整机机构与工作流程。
（2）认识电源模块、按钮与指示灯模块、PLC控制模块、变频器控制模块、触摸屏控制模块，掌握各电气控制模块的主要作用。
【任务呈现】
图1-2-1 YL-235A光机电一体化实训装置
（3）认识送料机构、搬运机构、传送及分拣机构的组成结构，掌握其工作原理及主要功能。
（4）认识YL-235A光机电一体化实训设备上的各类传感器，掌握光电传感器、光纤传感器、电感传感器、磁性开关的主要作用。
PLC控制系统的硬件由主机系统、输入/输出扩展环节及外部设备组成。PLC的构成框图和计算机是一样的，都由中央处理（CPU）、存贮器和输入/输出接口等构成。因此，从硬件结构来说，可编程控制器实际上就是计算机，图1-2-2是PLC硬件系统的简化框图。
【知识点解析】
一：PLC硬件系统的组成
图1-2-2 PLC硬件结构示意图
1.中央处理器（CPU）
一般由控制器、运算器和寄存器组成，这些电路都集成在一个芯片内。CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元、输入/输出接口电路相连接。与一般的计算机一样，CPU是整个PLC的控制中枢，主要完成下述工作：
（1）接收、存储用户通过编程器等输入设备输入的程序和数据。
（2）用扫描的方式通过I/O部件接收现场信号的状态或数据，并存入输入映像寄存器或数据存储器中。
（3）诊断PLC内部电路的工作故障和编程中的语法错误等。
（4）PLC进入运行状态后，执行用户程序，完成各种数据的处理、传输和存储相应的内部控制信号，以完成用户指令规定的各种操作。
（5）响应各种外围设备(如编程器、打印机等）的请求。
PLC采用的CPU随机型不同而不同，小型PLC为单CPU系统，中型及大型则采用双CPU甚至多CPU系统。目前，PLC通常采用的微处理器有三种：通用微处理器、单片微处理器（即单片机）、位片式微处理器。
2. 存储器
（1）系统程序存储器，它用以存放系统工作程序（监控程序）、模块化应用功能子程序、命令解释功能子程序的调用管理程序，以及对应定义（I/0、内部继电器、计时器、计数器、移位寄存器等存储系统）参数等功能。
（2）用户存储器，用以存放用户程序即存放通过编程器输入的用户程序，常用的用户存储方式及容量型式或存储方式有CM0SRAM，EPR0M和EEPR0M，信息储存常用盒式磁带和磁盘。
3．输入输出组件（I/O模块）
I / 0模块是CPU与现场I/0装置或其它外部设备之间的连接部件。I/0模块将外界输入信号变成CPU能接受的信号，或将CPU的输出信号变成需要的控制信号去驱动控制对象，确保整个系统正常工作。
输入的开关量信号接在IN端和0V端之间，PLC内部提供24V电源，输入信号通过光电隔离，通过R/C滤波进入CPU控制板，CPU发出输出信号至输出端。
4. 电源部分
PLC内部配有一个专用开关型稳压电源，它将交流／直流供电电源变换成系统内部各单元所需的电源，即为PLC各模块的集成电路提供工作电源。许多PLC都向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电。对于整体式结构的PLC，通常电源封装在机壳内部；对于模块式PLC，有的采用单独电源模块，有的将电源与PLC封装到一个模块中。
5. 编程器
编程器是用于用户程序的编制、编辑、调试检查和监视等。还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它通过通讯端口与CPU联系，完成人机对话连接。编程器上有供编程用的各种功能键和显示灯以及编程、监控转换开关。编程器的键盘采用梯形图语言键符式命令语言助记符，也可以采用软件指定的功能键符，通过屏幕对话方式进行编程。编程器分为简易型和智能型两类。前者只能连机编程，而后者既可连机编程又可脱机编程。同时前者输入梯形图的语言键符，后者可以直接输入梯形图。根据不同档次的PLC产品选配相应的编程器。
图1-2-3 三菱PLC手持编程器FX-20P
一般PLC都配有盒式录音机、打印机、EPR0M写入器、高分辨率屏幕彩色图形监控系统等外部设备。
【知识点解析】
二、PLC的输入继电器
PLC的输入端主要用于接受外部开关信号，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），为X000 ～ X007，X010 ～X017，X020 ～X027。如图1-2-4所示为输入继电器的等效电路： 输入继电器线圈的状态只取决于PLC外部输入触点的状态，如图1-2-4所示，当外部输入触点闭合，则X0线圈得电，梯形图中X0常开触点闭合，X0常闭触点断开；当外部输入触点断开，则X0线圈失电，梯形图中X0常开触点断开，X0常闭触点闭合。
【知识点解析】
二、PLC的输入继电器
图1-2-4 输入继电器的等效电路
【知识点解析】
三、输出继电器（Y）
PLC的输出端主要用于向外部输出信号，PLC内部与输出端子连接的输出继电器用来将PLC内部信号输出传送给外部负载（用户输出设备）。输出继电器线圈是由PLC内部程序的指令驱动，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。
图1-2-5 输出继电器的等效电路
【知识点解析】
三、输出继电器（Y）
输出电路的时间常数是固定的。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027。它们一般位于机器的下端。如图1-2-5所示为输出继电器Y1的等效电路：
图1-2-5 输出继电器的等效电路
输出公共端的类型是若干输出端子构成一组，共用一个输出公共端，各组的输出公共端
用COMl，COM2……表示，各组公共端之间相互独立，可使用不同的电源类型和电压等级负载驱动电源。
【任务实施】
一、认识YL-235A光机电一体化实训设备的整机构
YL-235A机电一体化实训设备主要由物料传送与分拣机构、机械手搬运机构、送料机构以及电气控制模块能几部分构成，其中电气控制部分又由电源模块、按钮与指示灯模块、PLC控制模块、变频器模块、触摸屏模块等几部分构成，YL-235A机电一体化实训设备整机外观及构成如图1-2-6所示。
二、认识YL-235A光机电一体化实训设备的工作流程
二、认识YL-235A光机电一体化实训设备的工作流程
YL-235A光机电一体化实训设备的工作流程如图1-2-7所示：
按下YL-235A光机电一体化实训设备按钮模块上的复位按钮或者点击触摸屏组态画面上的复位按钮，使装置进行复位过程，当装置复位到位后，由PLC启动送料电机驱动放料盘旋转，物料由送料盘滑到物料检测位置，物料检测光电传感器检测；如果送料电机运行若干秒钟后，物料检测光电传感器仍未检测到物料，则说明送料机构已经无物料或故障，这时要停机并报警；当物料检测光电传感器检测到有物料，将给PLC发出信号,由PLC驱动机械手臂伸出手爪下降抓物，然后手爪提升臂缩回，手臂向右旋转到右限位，手臂伸出，手爪下降，将物料放到传送带上，落料口的物料检测传感器检测到物料后启动传送带输送物料，同时机械手按原来位置返回，进行下一个流程；传感器则根据物料的材料特性、颜色等特性进行辨别，分别由PLC控制相应电磁阀使气缸动作，对物料进行分拣。
三、了解YL-235A光机电一体化实训设备的气动原理
机械手旋转气缸气动回路
机械手手爪气缸气动回路
机械手手臂气缸气动回路
机械手悬臂气缸气动回路
3#推料气缸气动回路
2#推料气缸气动回路
1#推料气缸气动回路
YL-235A光机电一体化实训设备的气动原理如图1-2-8
三、了解YL-235A光机电一体化实训设备的气动原理
如图1-2-8所示，气动搬运机械手的控制主要是通过4个双电控电磁阀分别控制机械手的手臂气缸、悬臂气缸、旋转气缸和手爪气缸来实现手臂上升/下降、悬臂伸出/缩回、机械手左旋/右旋、手爪夹紧/松开等一共4个自由度动作。物料分拣系统的控制主要是通过3个单电控电磁阀来实现3个推料气缸伸出与缩回，即电磁阀得电时，推料气缸伸出，电磁阀失电时，推料气缸缩回。
四、认识YL-235A光机电一体化设备的主要组成机构
1. 认识送料机构
送料机构由放料转盘、驱动电机、物料支架及出料口的光电传感器等几部分构成。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。当需要送料时，由PLC
控制DC 24V驱动电机转动，驱动放料盘中的拨料杆转动，将物料推出到出料口。当出料
口的光电传感器检测到物料时，驱动电机停止。送料机构的外形结构及各组件名称如图1-2-9所示。
图1-2-9 送料机构外形及各部件名称
四、认识YL-235A光机电一体化设备的主要组成机构
2. 认识搬运机构
机械手搬运机构主要由手爪提升气缸、手爪、旋转气缸、伸缩气缸、磁性传感器、接近传感器、缓冲器、安装支架等几部分构成。机械手搬运机构的外形结构及各组件名称如图1-2-10所示。
四、认识YL-235A光机电一体化设备的主要组成机构
2. 认识搬运机构
PLC通过控制电磁阀实现对气缸的控制，从而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。安装在气缸两端的磁性开关用于检测气缸活塞杆位置，安装在机械手左右两侧限止位置的接近开关用于机械手左旋到位检测和右旋到位检测。
3. 认识物料传送与分拣机构
物料传送与分拣机构主要由皮带输送机、料槽、推料气缸等几部分构成。物料传送与分拣机构的外形结构及各组件名称如图1-2-11所示。
当料口光电传感器检测到物料时，PLC通过控制变频器启动三相异步电动机，使皮带输送机开始工作。当安装在三个推料气缸上方位置的传感器检测到物料时，根据具体的物料分拣要求，向PLC发送信号，PLC通过控制电磁阀动作，从而控制推料气缸推出与缩回，实现物料分拣。安装在推料气缸首尾两端的磁性开关用于检测气缸活塞杆所处的位置。
图1-2-11 物料传送与分拣机构外形及各部件名称
五、认识YL-235A机电一体化实训设备的电气控制模块
1. 认识电源模块及按钮与指示灯模块
YL-235A机电一体化实训设备的电气控制模块主要包括电源模块、按钮与指示灯模块、可编程控制器（PLC）模块、变频器模块等几部分。所有的电气元件均连接到接线端子排上，通过接线端子排连接到安全插孔，由安全接插孔连接到各个模块。
（1）电源模块包括三相电源总开关（带漏电和短路保护）、熔断器等。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。电源模块如图1-2-12（a）所示。
（2）按钮与指示灯模块的电气元件主要有三个自锁型按钮，三个复位型按钮，一个急停按钮和两个转换开关，六个指示灯和一个用于报警提示的蜂鸣器，如图1-2-12（b）所示。
图1-2-12 YL-235A实训装置上的电源模块及按钮与指示灯模块
2. 认识PLC控制模块与变频器控制模块
（1）PLC控制模块采用三菱FX2N-48MR 继电器输出，所有接口采用安全插连接,有24个输入口，24个输出口。PLC上各动作指示灯的含义：POWER表示电源指示，RUN 表示运行指示；BATT.V 表示电池电压下降指示，CPU-E 表示出错指示亮灯。PLC控制模块如图1-2-13（a）所示：
（2）三菱E540-0.75KW变频器模块控制传送带三相异步电动机转动，从而控制皮带输送机。所有接口采用安全插连接，如图1-2-13（b）所示。
3. 认识触摸屏模块
触摸屏作为一种最新的电脑输入设备，它是目前最简单、方便、自然的一种人机交互方式。用专业的组态软件在触摸屏上建立组态画面，通过PLC与触摸屏的通信，可以在触摸屏上向PLC发送控制信号，从而控制设备的运行。触摸屏模块如图1-2-14所示。
4. 认识电磁阀
电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制。YL-235A机电一体化设备中的电磁阀主要有用来控制分拣机构上推料气缸的三个单电控电磁阀和控制搬运机构（机械手）上的悬臂气缸、手臂气缸、旋转气缸和气爪的四个双电控电磁阀，如图1-2-15所示：
4 .（1）单电控电磁阀
单电控电磁阀阀用来控制气缸单个方向运动，实现气缸的伸出、缩回运动。与双向电控阀区别在双向电控阀初始位置是任意的可以随意控制两个位置，而单电控电磁阀阀初始位置是固定的只能控制一个方向。
驱动线圈
单电控电磁阀：得电时气缸伸出，失电时气缸缩回。
4 .（2）双电控电磁阀
双向电控阀用来控制气缸进气和出气，从而实现气缸的伸出、缩回运动。电控阀内装的红色指示灯有正负极性，如果极性接反了也能正常工作，但指示灯不会亮。
六、认识YL-235A机电一体化实训设备的传感器
1. 认识用于气缸活塞位置检测的磁性开关
磁性传感器又称为磁性开关，是一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，也叫磁控开关，主要用来检测液压与气动系统中气缸或油缸活塞位置，即主要用来检测活塞的运动行程。YL-235A机电一体化实训设备上用于检测气缸活塞位置的磁性开关有三种.
(1) D-C73磁性开关
D-C73磁性开关分别安装在三个推料气缸的首尾两端及机械手手臂气缸的首尾两端，用于检测推料气缸伸出/缩回，机械手手臂气缸上升到位/下降到位。
（2）D-Z73磁性开关
D-Z73磁性开关安装在机械手悬臂气缸首尾两端，分别用于检测机械手悬臂气缸伸出到位/缩回到位。
（3） D-Y59B 磁性开关
D-Y59B 磁性开关安装在机械手手爪气缸上，用于检测机械手手爪夹紧/松开，当磁性开关有信号时，代表手爪夹紧，当磁性开关无信号时，代表手爪松开。
六、认识YL-235A机电一体化实训设备的传感器
2. 认识光电传感器
光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器，通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的，在生产中常用来做有料检测，配合PLC的功能也可以实现物料计数、物料停留时间检测等功能。YL-235A机电一体化实训设备上用于检测气缸活塞位置的光电传感器有三种。
（1）E3Z-LS61漫反射式光电传感器
E3Z-LS61漫反射式光电传感器安装在圆盘送料机构出口处的接料平台上，用于圆盘送料机构出料检测。当传感器有信号时，说明接料平台上有物料，当传感器没有信号时，说明接料平台上没有物料。E3Z-LS61漫反射式光电传感器的外观及作用如图1-2-22所示：
（2）M18圆柱型光电开关
M18圆柱型光电开关安装在皮带输送机的进料口处，用于皮带输送机的进料检测。当进料口进料时，传感器有信号。由于光电开关对不同材质，不同颜色物料的感光度不同，因此光电开关对不同材质或不同颜色物料的检测距离是不同的，可利用光电开关的这一特性来分辨物料的种类。M18圆柱型光电开关的外观及作用如图1-2-23所示：
3. 认识E3X-NA11光纤传感器
光纤传感器的基本工作原理是将来自光源的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质（如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等）发生变化，称为被调制的信号光，再过利用被测量对光的传输特性施加的影响，完成测量。在YL-235A机电一体化设备中应用E3X-NA11光纤传感器主要用来检测识别物料颜色，配合PLC的功能实现物料计数等功能，光纤传感器主要由光纤放大器、光纤、光纤头三部分组成。
4. 认识电感传感器
利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数或互感系数的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量的输出。
4. 认识电感传感器
在YL-235A机电一体化设备中电感器传感器主要用来检测识别金属物料，以及机械手旋转气缸左右限位。
任务评价
对任务实施的完成情况进行检查，并将结果填入表1-2-1所示评分表内。
表1-2-1 任务测评表
序号 主要内容 考核要求 评分标准 配分 扣分 得分
1 组成机构识别 根据任务，识别YL-235A机电一体化设备的主要组成机构 1. 不能正确识别送料机构扣5分。
2. 不能正确识别搬运机构扣5分。
3. 不能正确识别物料传送与分拣机构扣5分。 15
2 电气控制模块识别 根据任务，识别YL-235A机电一体化设备的主要电气控制模块 1. 不能正确识别电源模块扣5分。
2. 不能正确识别按钮与指示灯模块扣5分。
3. 不能正确识别控制模块扣5分。
4. 不能正确识别变频器模块扣5分。
5. 不能正确识别电磁阀、双色警示灯、直流电机、交流电机每处扣5分。 30
任务评价
对任务实施的完成情况进行检查，并将结果填入表1-2-1所示评分表内。
表1-2-1 任务测评表
3 传感器
识别 根据任务，识别YL-235A机电一体化设备的各类传感器 1. 不能正确识别各类磁性开关扣10分。
2. 不能正确识别各类光电传感器扣10分。
3. 不能正确光纤传感器扣10分。
4. 不能正确电感式传感器扣10分。 40
4 安全文明生产 劳动保护用品穿戴整齐；电工工具佩带齐全；遵守操作规程；尊重考评员，讲文明礼貌；考试结束要清理现场 1. 考试中，违犯安全文明生产考核要求的任何一项扣2分，扣完为止
2. 当考评员发现考生有重大事故隐患时，要立即予以制止，并每次扣安全文明生产总分5分 15
合 计
开始时间: 结束时间:
学习者姓名： 指导教师： 任务实施日期：

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