YL 335A 自动生产线第一站说明.docx
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YL335A自动生产线第一站说明
8.5输送单元
8.5.1输送单元的结构组成
输送单元是YL-335A系统中最为重要同时也是承担任务最为繁重的工作单元。
该单元主要完成驱动抓取机械手装置精确定位到指定单元的物料台,在物料台上抓取工件,把抓取到的工件输送到指定地点然后放下的功能。
同时,该单元在PPI网络系统中担任着主站的角色,它接收来自按钮/指示灯模块的系统主令信号,读取网络上各从站的状态信息,加以综合后,向各从站发送控制要求,协调整个系统的工作。
输送单元由抓取机械手装置、步进电机传动组件、PLC模块、按钮/指示灯模块和接线端子排等部件组成,如图所示。
图8-23输送单元结构组成
1.气动手爪:
双作用气爪由一个二位五通双向电控阀控制,带状态保持功能用于各个工作站抓物搬运。
双向电控阀工作原理和双稳态触发器类似即输出状态由输入状态决定,如果输出状态确认了即使无输入状态双向电控阀一样保持被触发前的状态。
2.双杆气缸:
双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制,用于控制手爪伸出缩回。
3.回转气缸:
双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制,用于控制手臂正反90度旋转,气缸旋转角度可以任意调节,调节范围0-180度,调节通过节流阀下方两颗固定缓冲器进行调整。
4.提升气缸:
双作用气缸由一个二位五通单向电控阀控制,用于整个机械手提升下降。
以上气缸运行速度快慢由进气口节流阀调整进气量进行速度调节。
5.步进电动机:
步进电机传动组件用以拖动抓取机械手装置作往复直线运动,完成精确定位的功能。
6.按钮/指示灯模块
该模块放置在抽屉式模块放置架上,模块上安装的所有元器件的引出线均连接到面板上的安全插孔。
按钮/指示灯模块内安装了按钮/开关,指示灯/蜂鸣器和开关稳压电源等三类元器件,具体如下:
1)按钮/开关:
急停按钮1只,转换开关2只,复位按钮黄、绿、红各1只,自锁按钮黄、绿、红各1只。
2)指示灯/蜂鸣器:
24V指示灯黄、绿、红各2只,蜂鸣器1只。
3)开关稳压电源:
DC24V/6A、12V/2A各一组。
8.5.2气动控制回路
输送单元的抓取机械手装置是气动驱动的,其气动控制回路如图8-24所示。
图8-24输送单元气动原理图
图中,驱动气动手指气缸的电磁阀采用的是二位五通的带手控开关的双侧电磁先导控制阀(简称双电控电磁阀),双电控电磁阀采用两端都用电磁线圈控制的方式。
双电控电磁阀外形如图8-25所示。
图8-25双控电磁阀
双电控电磁阀与单电控电磁阀的区别在于,对于单电控电磁阀,在无电控信号时,阀芯在弹簧力的作用下会被复位,而对于双电控电磁阀,在两端都无电控信号时,阀芯的位置是取决于前一个电控信号。
注意:
双电控电磁阀的两个电控信号不能同时为“1”,即在控制过程中不允许两个线圈同时得电,否则,可能会造成电磁线圈烧毁,当然,在这种情况下阀芯的位置是不确定的。
8.5.3PLC的I/O接线图
输送单元所需的I/O点数较多。
其中,输入信号包括来自按钮/指示灯模块的按钮、开关等主令信号,单元各构件的传感器信号等;输出信号包括输出到抓取机械手装置各电磁阀的控制信号和输出到步进电机驱动器的脉冲信号和驱动方向信号;此外尚须考虑在需要时输出信号到按钮/指示灯模块的指示灯、蜂鸣器等,以显示本单元或系统的工作状态。
由于需要输出驱动步进电机的高速脉冲,PLC应采用晶体管输出型。
基于上述考虑,选用西门子S7-226AC/DC/DC型PLC,共24点输入,16点晶体管输出。
PLC安装在模块盒中。
PLC的引出线连接到面板上的安全插孔处。
面板上每一输入插孔旁都设有一个钮子开关,该开关的2根引出线分别连接到PLC输入端的公共参考点和相应的输入点,开关板到接通位置时,使该输入点ON,可以用于程序调试。
须注意的是,在调试后要把开关扳回OFF位置,以免影响程序正常的运行。
输送单元PLC的输入端和输出端接线原理图分别如图8-26和图8-27所示。
图8-26PLC输入接线原理图
图8-27PLC输出接线原理图
输送单元的电气接线与其他单元不同,PLC与按钮/指示灯/直流电源模块、步进电机驱动器模块间的接线是通过安全导线插接的,而PLC与该单元的传感器、气动电磁阀等的接线则是用安全导线插接到接线端子排上的安全插孔上,再由接线端子排引出的。
同样,步进电机驱动器输出电源线、分拣单元变频器的输出线和控制端子引出线也是经接线端子排引出。
此外,其他各工作单元的直流工作电源,也是由按钮/指示灯/直流电源模块提供,经接线端子排引到各单元上。
表8-5接线端子排的接线表如下表所示。
序号
端子排侧
PLC侧
序号
端子排侧
PLC侧
序号
端子排侧
PLC侧
1
电机PE
22
提升台下限+
I0.4
42
右限位继电器线圈+
+24V
2
23
提升台下限-
0V
43
右限位继电器线圈-
I0.2
3
电机U
24
提升台上限+
I0.5
44
左限位继电器线圈
+24V
4
电机V
25
提升台上限-
0V
45
在限位继电器线圈-
I0.3
5
电机W
26
转缸左转到位+
I0.6
46
右限位继电器触点
见
原
理
图
6
27
转缸左转到位-
0V
47
右限位继电器触点
7
变频器9
28
转缸右转到位+
I0.7
48
在限位继电器触点
8
变频器5
29
转缸右转到位-
0V
49
在限位继电器触点
9
30
手爪伸出到位+
I1.0
50
10
提升台上升电磁阀+
Q0.3
31
手爪伸出到位-
0V
51
11
提升台上升电磁阀-
0V
32
手爪缩回到位+
I1.1
12
转缸左旋电磁阀+
Q0.4
33
手爪伸出到位-
0V
70
+24V
来自
按钮
模块
13
转缸左旋电磁阀-
0V
34
手爪夹紧状态+
I1.2
71
0V
14
手爪伸出电磁阀+
Q0.5
35
手爪夹紧状态-
0V
15
手爪伸出电磁阀-
0V
36
原点行程开关NO
I0.0
79
步进电机绿
见
原
理
图
16
手爪夹紧电磁阀+
Q0.6
37
原点行程开关COM
0V
80
步进电机黄
17
手爪夹紧电磁阀-
0V
38
右限位行程开关NO
I0.2
81
步进电机红
18
手爪放松电磁阀+
Q0.7
39
右限位行程开关COM
0V
82
步进电机橙
19
手爪放松电磁阀-
0V
40
左限位行程开关NO
I0.3
83
步进电机白
20
41
左限位行程开关COM
0V
84
步进电机蓝
8.5.4顺序功能图
输送单元的顺序功能图如图8-28所示,读者在编写程序时可以参考该顺序功能图。
图8-28输送单元的顺序功能图
8.5.5步进电动机及其驱动器
输送单元所选用的步进电机是Kinco三相步进电机3S57Q-04056,与之配套的驱动器为Kinco3M458三相步进电机驱动器。
1.步进电机技术参数
3S57Q-04056部分技术参数如表8-6所示:
表8-63S57Q-04056技术参数表
3S57Q-04056的三个相绕组必须连接成三角形,接线图如图8-9所示。
图8-29步进电机绕组接线图
2.驱动器电气参数
Kinco3M458三相步进电机驱动器主要电气参数如下:
供电电压:
直流24V~40V
输出相电流:
3.0A~5.8A
控制信号输入电流:
6~20mA
冷却方式:
自然风冷
该驱动器具有如下特点;
①采用交流伺服驱动原理,具备交流伺服运转特性,三相正弦电流输出。
②内部驱动直流电压达40V,能提供更好的高速性能。
③具有电机静态锁紧状态下的自动半流功能,可大大降低电机的发热。
④具有最高可达10000步/转的细分功能,细分可以通过拨动开关设定。
⑤几乎无步进电机常见的共振和爬行区,输出相电流通过拨动开关设定。
⑥控制信号的输入电路采用光耦隔离。
⑦采用正弦的电流驱动,使电机的空载起跳频率达5kHz,(1000步/转)左右。
在3M458驱动器的侧面连接端子中间有一个红色的八位DIP功能设定开关,可以用来设定驱动器的工作方式和工作参数。
图8-30是该DIP开关功能说明。
图8-30步进电机驱动器DIP开关
表8-7DIP开关的功能
表8-8细分设定表
表8-9输出相电流设定表
驱动器的典型接线图如图8-31所示,在YL-335A中,控制信号输入端使用的是DC24V
电压,图中的限流电阻R1为2KΩ,FREE端没有使用。
图8-31步进电机驱动器的接线图
YL-335A为3M458驱动器提供的外部直流电源为DC24V,6A输出的开关稳压电源,
直流电源和驱动器一起安装在模块盒中,驱动器的引出线均通过安全插孔与其他设备连接。
3.步进电机传动组件的基本技术数据
3S57Q-04056步进电机步距角为1.8度,即在无细分的条件下每200个脉冲电机转一圈(通过驱动器设置细分精度最高可以达到10000个脉冲电机转一圈)。
步进电机传动组件采用同步轮和同步带传动。
同步轮齿距为5mm,共11个齿,即旋转一周机械手装置的位移为55mm。
YL335-A系统中为达到控制精度,驱动器细分设置为10000步/转即(每步机械手
位移0.0055mm),电机驱动电流设为5.2A。
8.5.6位置和速度控制配置
S7-200有两个PTO/PWM发生器,用以建立高速脉冲串(PTO)或脉宽调节(PWM)信号波形。
一个发生器指定给数字输出点Q0.0,另一个发生器指定给数字输出点Q0.1。
其中,PTO提供方波(50%占空比)输出,脉冲周期和数量可由用户控制。
STEP7V4.0软件的位控向导能自动处理PTO脉冲的单段管线和多段管线、脉宽调制、SM位置配置和创建包络表。
本节将给出一个在YL-335A上实现的简单工作任务例子,阐述使用位控向导编程的方法和步骤。
表8-10是YL-335A上实现步进电机运行所需的运动包络。
表8-10步进电机运行的运动包络
运动包络
站点
距离
脉冲量
移动方向
1
供料站→加工站
470mm
85600
2
加工站→装配站
286mm
52000
3
装配站→分拣站
235mm
42700
4
分拣站→高速回零前
925mm
168000
DIR
5
低速回零
单速返回
DIR
使用位控向导编程的步骤如下:
1)在STEP7V4.0软件命令菜单中选择“工具”→“位置控制向导”并选择“配置S7-200PLC内置PTO/PWM操作”,如图8-32所示:
图8-32选择PTO/PWM操作
2)单击“下一步”选择“QO.0”单击“下一步”选择“线性脉冲输出(PTO)”,如图8-33所示:
图8-33选择线性脉冲串输出
3)单击“下一步”填写最高电机速度“90000”和电机启动停止速度“600”,如图8-34所示:
图8-34选择最高速度和最低速度
4)单击“下一步”填写电机加速时间“1500”和电机减速时间“200”,如图8-35所示:
图8-35设置加速和减速时间
5)单击“下一步”出现配置运动包络界面请单击“新包络”提示“增加一个新的运动包络吗?
”选择“是”出现如图8-36所示:
图8-36配置运动包络
图8-37中所示新建了包络“0”,一个包络里可以完成29步独立动作,在本系统中只需要单步即梯形加速曲线。
在“操作模式”中选择“相对位置控制”,填写包络“0”中数据目标速度“60000”,结束位置“85600”如图8-37所示:
图8-37设置速度和位置参数
以上已完成一个包络的设置,按上述方法可以将将下表8-10中剩余序号为2、3、4的3个位置数据输入包络中去。
表8-10中还有一个单速返回即单速连续运行需要做一个包络,在图8-38“操作模式”中选择“单速连续运行”,写入目标速度“20000”。
图8-38单速连续旋转设置
运动包络编写完成后单击“确认”,向导会要求为运动包络指定V存储区地址,按“默认”后,单击“下一步”出现如图8-39所示,单击“完成”按钮即完成了运动位置向导配置。
图8-39配置完成后生成的子程序及存放地址
运动包络编写完成后,向导会为所选的配置生成三个项目组件(子程序),分别是:
PTOx_RUN子程序(运行轮廓),PTOx_CTRL子程序(控制)和PTOx_MAN子程序(手动模式)子程序。
它们的功能分述如下:
⑴PTOx_RUN子程序(运行轮廓)命令,PLC执行存储于配置/轮廓表的特定轮廓中的运动操作。
开启EN位会启用此子程序。
在“完成”位发出子程序执行已经完成的信号前,请确定EN位保持开启。
开启START参数会发起轮廓的执行。
对于在START参数已开启且PTO当前不活动时的每次扫描,此子程序会激活PTO。
为了确保仅发送一个命令,请使用上升沿以脉冲方式开启START参数。
Profile(轮廓)参数包含为此运动轮廓指定的编号或符号名。
开启Abort(终止)参数命令,位控模块停止当前轮廓并减速至电机停止。
当模块完成本子程序时,Done(完成)参数ON。
Error(错误)参数包含本子程序的结果。
C_Profile参数包含位控模块当前执行的轮廓。
C_Step参数包含目前正在执行的轮廓步骤。
⑵PTOx_CTRL子程序(控制)启用和初始化与步进电机或伺服电机合用的PTO输出。
请在您的程序中只使用一次,并且确定在每次扫描时得到执行。
即始终使用SM0.0作为EN的输入。
I_STOP(立即停止)输入是一开关量输入。
当此输入为低时,PTO功能会正常工作。
当此输入变为高时,PTO立即终止脉冲的发出。
D_STOP(减速停止)输入也是一开关量输入。
当此输入为低时,PTO功能会正常工作。
当此输入变为高时,PTO会产生将电机减速至停止的脉冲串。
“Done”输出是一开关量输出。
当“Done”位被设置为高时,它表明上一个指令也已执行。
当“Error”位为高时,错误字节会报告无错误或错误代码。
如果PTO向导的HSC计数器功能已启用,C_Pos参数为脉冲的数目,否则此数值始终为零。
⑶PTOx_MAN子程序(手动模式)将PTO输出置于手动模式,允许电机启动、停止和按不同的速度运行。
当PTOx_MAN子程序已启用时,任何其他PTO子程序都无法执行。
8.5.7参考程序
1.参考程序
限于篇幅,全部程序不再列出,这里只给出位置控制向导配置后生成的两个子程序的编写。
图8-40PTO0-CTRL的编程
图8-41PTO0-RUN的编程
2.编程要点
1)急停按钮是常闭按钮,且按下后不会自动复位。
2)在程序中必须调用配置生成的两个子程序:
PTO0-CTRL和PTO0-RUN。
PTO0-CTRL只需在程序的开头调用一次,而PTO0-RUN则是在需要发脉冲的地方才调用。
3)调用PTO0-CTRL时,其EN端用SM0.0一直接通;I-STOP端用两个限位开关、急停按钮和原点开关来触发,且注意原点触发要用使用上升沿,否则下一个循环无法进行;D-STOP端可以由停止按钮来触发。
4)调用PTO0-RUN时,其EN端用SM0.0一直接通;START端(即启动脉冲端)根据程序需要来触发,本例由M0.5(参见顺序功能图8-28)来触发2#到3#站的脉冲输出,这里需注意要用上升沿触发,否则将一直发脉冲。
5)PTO0-RUN的Done端是脉冲发完的标志,可以作为其他动作的条件,本例2#到3#站脉冲发完的标志是M5.1。
6)在机械手向回行驶时,应将步进电机方向控制端Q0.2接通,回到原点后应将其复位。
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