供料单元的结构与控制

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4.1 供料单元的结构
4.1.3 气动控制回路
该工作单元的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控 制方式为电磁控制或手动控制。各执行机构的逻辑控制功能 是通过PLC控制实现的。
如图4-2所示为供料单元的气动控制原理图。1A为旋转缸； 1B1和1B2为磁感应式接近开关；2A为真空发生器；2B1为真 空压力检测传感器；3A为双作用推料气缸；3B1、3B2为磁感 应式接近开关；1Y1、1Y2为控制旋转气缸的电磁阀的两个控 制信号；2Y1、2Y2为控制真空发生器的电磁阀的两个电磁控 制信号；3Y1为控制推料缸的电磁阀的电磁控制信号。
供料单元I/O设备编号与说明如表4-1所示。
4.2.2 供料单元的编程要点
1. 控制任务 当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，
推料缸缩回到位，旋转摆臂摆回到位。然后进入工作运行模 式，按启动按钮时，供料单元的执行机构将把存放在料仓中 的工件取出并转送出去，然后各执行机构回到初始位置。
1. 本地控制 本地控制主要完成推料、吸取工件、转运工件。这三个动作
均由气动控制完成。其中推料过程由一个直线气缸完成；吸 取工件由真空吸盘完成；转运由摆缸完成。而气缸的换向由 电磁阀控制，电磁阀线圈通电与断电由单元PLC输出控制。 各气缸的极限位置由磁性开关来检测，检测信号作为PLC的 输入做逻辑判断与运算。 2. 网络控制 本单元为整个MPS系统的首站，网络控制在于：本单元动作 完成后，输出完成信号给下一单元，下一单元根据此信号开 始动作；同时接收最后一单元的完成信号，重新开始新的循 环动作。
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进料模块的工作过程如下：工件垂直叠放在料仓中，推料杆 位于进料仓的底层并可从进料仓的底部通过，推料杆与最下 层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动推料杆前进时，推 料杆便把最下层的工件水平推到预定位置，从而把工件移出 料仓；而当推料杆返回时，料仓中的工件在重力作用下自动 下落，向下移动一个工件，为下次工作做好了准备。
第四章 供料单元的结构与控制
4.1 供料单元的结构 4.2 供料单元的PLC控制及编程 4.3 实验操作训练
4.1 供料单元的结构
4.1.1 供料单元的功能
供料单元可作为MPS系统中的起始单元，在整个系统中，起 着向系统中的其他单元提供原料的作用。它的具体功能是： 按照需要将放置在料仓中的待加工工件（原料）自动地取出， 并将其传送到下个工作单元。
信号为1：摆臂摆回到位
信号为1：摆臂摆出到位
信号为1：吸到了工件 信号为0：未吸/未 吸到工件
信号为1：推料缸返回到 位
信号为1：推料缸推出到 位
信号为1：蜂鸣器鸣响
信号为1：摆臂摆回
信号为1：摆臂摆出
信号为1：真空发生器复 位
信号为1：真空发生器动 作
信号为1：推料缸推出工 件 信号为0：推料缸 返回
在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关， 分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。
该模块在进料仓的底层位置，安装有对射式光电传感器的探 头，用于检测料仓中存储料的情况（有、无料）。
该对射式光电传感器由光纤（探头）和光电传感器主体组成。 如图4-1所示。
注意：在安装和使用中，不能将光纤折成“死弯”或使其受 到其他形式的损伤。
4.1.2 供料单元的结构组成
供料单元主要由进料模块、转运模块和I/O接线端口组成。 1. 进料模块 进料模块用于储存工件原料、并在需要时将料仓中的工件分
离出来，为转送模块取走一个工件做好准备。该模块主要由 料仓、双作用气缸、推料块、工件检测传 供料单元的结构
是否正确搭建供料单元控制实验回路
气源开关、控制旋钮的调节是否正确（开、闭、调节）
控制回路是否正常运行
是否正确拆卸所搭接的气动回路
第二阶段 处理、分析、整理数据
测评项目
是否利用现有元件拟定其他方案，并进行比较
实验技能训练评估记录
实验技能训练评估等级：优秀（90分以上） □ 良好（80分以上） □ 一般（70分以上） □ 及格（60分以上） □ 不及格（60分以下）□
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4.3 实验操作训练
2. 编制程序框图 在理解上述控制任务后，写出程序控制流程图。 3. 编写程序 按编写的程序框图编写PLC程序。 4. 下载调试 将编辑好的程序下载到PLC中运行，调试通过，完成控制任
务。实验操作技能训练测试记录如表4-2所示。
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图4-1 进料模块工件检测原理图
为了保证吸盘能准确吸取到工件，在机械调整时，将吸盘下 端面的水平面调整得比工件的平面要低，所以在推料缸动作 之前，吸盘必须向外摆出，撤离原来的复位位置，避免工件 与吸盘相撞；如果工件直接推出会造成元器件的损坏。
3.I/O接线端口 I/O接线端口是该工作单元与PLC之间进行通信的线路连接端
口。该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出） 线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。
磁感应式接近开关 磁感应式接近开关 继电器 电磁阀 电磁阀 电磁阀 电磁阀
电磁阀
设备用途 判断料仓是否有工件
判断摆臂的位置 判断摆臂的位置
判断是否吸到工件
判断气缸的前后位置 判断气缸的前后位置 控制蜂鸣器 控制摆臂的动作 控制摆臂的动作 控制吸、放工件 控制吸、放工件
控制推料缸的动作
信号特征
信号为1：料仓中有工件 信号为0：料仓中 无工件
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4.1 供料单元的结构
2. 转运模块 转运模块的功能是吸取工件，并将其传送到下一个工作单元。
转运模块主要由旋转气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测 传感器、真空吸盘方向保持装置等组成。 旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为180°，转 角可以根据需要进行调整。在转动气缸的两个极限位置上各 装有一个磁感应式的接近开关，利用接近开关的信号状态来 标识两个极限位置。 真空吸盘用于抓取工件。吸盘内腔的负压（真空）是靠真空 发生器产生的。 真空检测传感器是具有开关量输出的真空压力检测装置，当 进气口的气压小于一定的负压（真空）值时，传感器启动， 输出开关量1，同时LED点亮；否则，输出信号0，LED熄灭。 真空吸盘方向保持装置的作用是使真空吸盘在摆臂转动的过 程中始终保持垂直向下的姿态，以使被运送的工件在运送过 程中不致翻转。
序。 3. 下载调试 将编辑好的程序下载到PLC中运行，调试通过，完成控制任
务。
4.2.3 气动控制回路分析及仿真
1. 气动控制回路分析
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4.2 供料单元的PLC控制及编程
在图4-2中，当系统开始启动后，使电磁阀的3Y1线圈通电， 电磁阀换向，其控制的推料气缸3A右移，活塞杆伸出，推料 出仓，到达极限位置后，磁传感器3B2输出，3Y1断电，此时 电磁阀在弹簧作用下换向，气缸活塞杆缩回，完成一次动作。
当推料过程完成后，电磁阀线圈1Y1通电，摆臂缩回，到位 后，使控制真空吸盘的电磁阀线圈2Y2通电，吸取工件。
工件吸取好后，1Y2通电，摆臂伸出去下一个工位，到位后， 2Y1通电，吸盘释放工件，然后返回，完成本单元动作。
2. 气动控制回路仿真 用FluidSIM-P软件设计制作气动控制和仿真模拟。通过该软
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4.1 供料单元的结构
它的工作原理是：旋转气缸固定在支架上，输出轴从固定齿 轮的轴孔中穿过，并可自由转动，摆臂则固定在旋转气缸的 转轴上；摆臂的另一端安装有一个可以自由转动带有齿轮的 吸嘴，吸嘴的齿轮与旋转气缸输出轴外围的固定齿轮通过一 个同步带相连。当旋转气缸驱动摆臂转动时，摆臂与固定齿 轮之间形成相对运动，导致同步带的运动，通过同步带带动 了吸嘴的转动；固定齿轮与活动齿轮的传动比为1:1，这样摆 臂转动的角度等于吸嘴转动的角度，因此，保证了吸嘴在摆 臂转动的过程中始终保持方向不变。
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4.2 供料单元的PLC控制及编程
即每执行一个新的工作循环都需按一次启动按钮。要求在启 动前，供料单元的执行机构必须处于初始位置，否则不允许 启动。在启动前，供料单元的执行机构不在初始位置或料仓 中无工件，则不允许启动。
2. 编写程序 供料单元的控制程序框图如图4-3所示，按此框图编写PLC程
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4.2 供料单元的PLC控制及编程
4.2.1 PLC的I/O接线
MPS中的每个部件上的输入、输出信号与PLC之间的通信电 路的连接是通过I/O接线端口实现的。各接口地址已经固定。 各单元中需要与PLC进行通信连接的线路（包括各个传感器 的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先连接 到了各自的I/O接线端口上，在与PLC连接时，只需使用一根 专用电缆即可实现快速连接。
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4.3 实验操作训练
1. 控制任务 当设备接通电源与气源、PLC运行后，首先执行复位动作，
推料缸缩回到位，旋转摆臂摆回到位。然后进入工作运行模 式，在料仓中有工件、各个执行机构都在其初始位置的情况 下，当按触开始（S1）按钮时，供料单元的执行机构将把存 放在料仓中的工件取出并转送出去（例如：送到下一个工作 单元）；并且，只要料仓中有工件，此工作就继续，即自动 连续运行。在运行过程中，当按触停止按钮后或者当料仓中 无工件时，供料单元应该在完成当前的工作循环之后停止运 行，并且各个执行机构应该回到初始位置。 在启动前，供料单元的执行机构不在初始位置或料仓中无工 件，则不允许启动。 当料仓中缺少工件超过5 s后，蜂鸣器响起报警，直到料仓中 有工件后停止。
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图4-3 供料单元控制程序框图
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表4-2 实验操作技能训练测试记录
学生姓名 专业 课程
下列清单为测评依据，用于判断学生是否通过测评已经达到所需能力标准 第一阶段 测量数据
测评项目
学号 班级 指导老师
是否遵守实验室的各项规章制度
是否熟悉原理图中各气动元件的基本工作原理
是否熟悉原理图的基本工作原理
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图4-2 供料单元气动控制原理图
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表4-1 供料单元I/O端口分配说明表
序号 1
2 3
4
5 6 7 8 9 10 11
12
设备符号 B1
1B1 1B2
2B1
3B1 3B2 K1 1Y1 1Y2 2Y1 2Y2
3Y1
设备名称 对射式光电传感器
磁感应式接近开关 磁感应式接近开关
真空压力传感器
件，学生在计算机上分别画出气动回路图4-2和根据图4-3设 计电气控制回路，然后进行测试和模拟仿真。通过仿真的实 时显示与软件连接的实际控制回路的动作，逐步解决控制回 路中的问题，直到最后实现图4-3要求的控制过程。
4.2.4 供料单元的本地控制和网络控制
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4.2 供料单元的PLC控制及编程