基于PLC控制的機電一體化設備的安裝與調試

張曉霞

摘要：在現代科學技術的眾多領域，生產線的應用越來越廣泛，掌握自動化生產線的核心技術，熟悉生產線的安裝調試方法，是每一位機電類專業技術人員必須具備的基本能力之一。本文以甘肅機電職業技術學院機電一體化實訓裝置為設計平臺，使學生熟悉小型生產線的結構、各個單元的作用，按控制要求規范地繪制電路圖和氣路圖，并能正確連接，使學生初步掌握機械手的動作及控制要求，變頻器的選型與參數設置，各類傳感器的選擇與調整，能針對不同生產線的控制要求，設計、安裝與調試PLC程序。

Abstract： In many fields of modern science and technology， the production line is used more and more widely， so grasping the core technology of automatic production line， being familiar with the methods of installation and debugging of the production line， is one of the basic abilities that every mechanical and electrical professional and technical personnel must have. This paper takes the mechanical and electrical integration training system of Gansu Institute of Mechanical & Electrical Engineering as the design platform， so that students are familiar with the structure of small production lines and the role of each unit， can standardly draw circuit diagram and gas diagram according to the control requirements and can connect properly， and the students can master the action and control requirements of the manipulator， the selection and parameter setting of the transducer， the selection and adjustment of all kinds of sensors， the design， installation and debugging of the PLC program according to the control requirements of different production lines.

關鍵詞：機電一體化設備；組裝；調試；PLC控制

Key words： mechatronics equipment；assembly；debugging；PLC control

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0096-03

0 引言

可編程控制器（PLC）是集微電子技術、計算機技術、自動化技術、通信技術為一體，以工業自動化控制為目標的新型控制裝置。目前，由于PLC控制具有可靠性高、編程簡單、體積小、結構緊湊、安裝維修方便、接線少等優點，企業自動化生產線控制系統廣泛采用PLC技術。因此，讓學生學會機電一體化設備的安裝與調試尤為重要。

1 設計要求及實施

機電一體化設備的安裝與調試包括：機械手單元的機械安裝與調試，機械手PLC控制單元程序設計；物料輸送及分揀單元的機械安裝調試，變頻器參數的設置；各類傳感器的選擇及調節[1]。完成分揀功能的PLC程序設計；氣路系統及電路系統的連接與調試等。

1.1 自動線設備控制要求如下

①初始位置：在設備通電、通氣狀態下，機械手懸臂縮回、手臂上升、手指松開、機械手裝置處于左限止位置；各推料氣缸處于縮回狀態；紅色警示燈亮。

②按下啟動按鈕，紅色警示燈滅的同時綠色警示燈亮，料盤電機轉動，其撥桿把物料傳送到料盤出料口的料臺上。料臺上的物料檢測傳感器（I1.1）發出信號，料盤電機停止。同時驅動機械手把料臺上的物料運送到輸送皮帶頂端的落料口處。料臺上無料、料盤電機轉動送料，如此循環。

③落料口處的光電傳感器（I2.3）檢測到物料后驅動變頻器，電動機以12Hz的頻率帶動輸送帶自左向右轉動。金屬物料推入料槽一，白色塑料物料推入料槽二，黑色塑料物料推入料槽三。

④皮帶啟動后，如在超過30s的時間內，光電傳感器（I2.3）檢測不到物料，則停止變頻器，同時驅動蜂鳴器報警。

⑤按下停止按鈕設備在完成一個單循環工作后停止。示意圖如圖1所示。

1.2 任務實施

按照任務要求，筆者把人員分成了四個組，分別是：PLC程序設計組；變頻器參數設置和接線組；生產線設備安裝調試組及電路、氣路安裝組。以下依次是每個組實施的任務。

2 生產線PLC控制程序設計

總體方案：考慮到機械手部分的動作較為復雜，不宜采用基本指令，決定用順控指令編寫程序。由于順控指令具有思路清晰、層次分明、對復雜的電路分為各個步進行編程，便于修改。把機械手的動作分成四大步，即初始位置、抓料、右旋并放料、左旋返回初始位置，物料輸送及推料部分用S（置位）、R（復位）指令編寫[4]。

3 變頻器參數設置及接線

西門子SIEMENS MM420變頻器，具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。通過前期的調研，我們已經了解了MM420變頻器的結構，初步掌握了它的參數設置及調試方法。

變頻器參數設置、接線要點：

①在設置了P0010 30及P0970 1之后要等待3min，再進行相關參數的設置。

②變頻器的接線為三相電源輸入，代號分別為L1、L2、L3 PE，保護接地線PE絕對不能與電源零線N相混淆。否則，進線處的空氣開關會自動進行斷電保護[3]。

③U、V、W是電動機的聯線，分別接82、83、84號線，PE接81號線。

④把“5”W的鈕子開關往左撥動對電機進行調試運行。運行時如發現電動機反轉，在停電狀態下任意調換電動機的電源線即可。調試正常后，應將5、6、7口的鈕子開關全部撥到右邊。

⑤變頻器的“5”W接PLC的Q1.5口、“9”W接外部電源DC24V“—”端。

⑥變頻器的5、6、7、W與PLC的輸出口有連線時，絕不允許撥動相應的鈕子開關，以免兩個電源疊加，燒壞變頻器。

4 電路、氣路的安裝調試

4.1 電路系統

電路系統的接線較多，下面根據總的PLC I/O的電氣原理圖的設計，我們把電路部分分為三部分來考慮。

4.1.1 輸入部分的接線

生產線的輸入部分，除啟動、停止按鈕外，主要包括11個磁性開關和7個傳感器。磁性開關的藍色線接DC24V“—”，棕色線相應的接PLC的I口。傳感器的棕色線接DC24V“+”，藍色線接DC24V“—”，黑色線相應的接PLC的I口。為便于接線。

4.1.2 輸出部分接線

生產線的輸出部分主要包括警示燈、蜂鳴器、轉盤電機、變頻器及機械手和推料部分的電磁閥。

4.1.3 電源單元與PLC單元的接線

通常，PLC單元輸入部分的電源由PLC本身的DC24V電源（L M）提供；而輸出部分的電源由用戶本身單獨提供。由于實訓臺采用了DC24V，3A開關電源，足以滿足輸入、輸出的總電源需求。所以我們采用了輸入、輸出共用一套電源的方案，也可避免由于接線錯誤等原因，造成PLC內外電源的疊加問題。如圖2所示。

4.1.4 線路連接過程中的注意事項

①按設計出的圖表，一一進行連線，在連線過程中DC24V的電源連線，尤其是24V“—”端的連線最多，要特別加以小心。

②插拔導線一定要在“斷電”狀態下進行。

③要對生產線上所有電氣元件進行檢測，包括各類傳感器、磁性開關、電磁閥、電動機等。

1）三線式傳感器的檢測如圖4所示。

按圖連接好線路，通電試驗，一般傳感器尾部發光管不亮，繼電器線圈是不動作的。如果用金屬物體接近傳感器感應頭，發光管亮，同時繼電器線圈得電且觸點動作，則說明傳感器是好的；如果傳感器尾部發光管亮，但驅動不了繼電器，說明傳感器已損壞[2]。

2）磁性開關的檢測如圖4所示。

按圖連接好線路，通電試驗。用磁塊靠近開關頭，發光管亮的同時繼電器動作，說明磁性開關是好的。

4.1.5 電磁換向閥的安裝

電磁換向閥集中安裝在匯流底座上，底座上有三排通道，中間連通一排為進氣通道，與側邊進氣孔P連通，其余兩排是排氣通道，與側邊排氣孔R1、R2連通。

4.2 氣路系統

①壓縮空氣泵壓力調節范圍0.4-0.6MP左右。②調節過濾調節閥、各氣管是否連接牢固，壓力表指示是否正常。

5 生產線的機械安裝與調試

生產線的機械安裝工作量在認真分析生產工藝，明確控制要求之后展開的，此項工作需要足夠的細心與耐心，下面重點講述機械手與皮帶輸送機的安裝。

5.1 機械手組裝方法與步驟

機械手主要是完成手臂氣缸、手指（氣爪）氣缸、旋轉氣缸以及懸臂氣缸相互之間的走位安裝。機械手的安裝步驟為：①機械手安裝在平臺上之后，其安裝位置的尺寸與圖紙要求誤差不大于1mm。②懸臂安裝的高度與圖紙要求誤差不大于1mm。③機械手旋轉的角度應滿足生產工藝的要求、通過調節左右限位擋塊上的螺栓來實現。

5.2 皮帶運輸機的安裝與調試

在工業生產中，皮帶運輸機常用作生產機械設備三間構成連續生產的紐帶，以實現生產環節的連續性和自動化，提高生產效率，減輕人工的勞動強度。

①組裝皮帶輸送機應滿足下條件要求：皮帶輸送機主輥筒軸與皮帶輥筒軸在同一平面，兩軸的不平行度不超過0.5mm；調節兩軸之間的距離，傳皮帶松緊適度；轉動皮帶輸送機主輥筒軸時，皮帶應能運動，無卡組、打滑現象[3]。

②皮帶輸送機機架的組裝。皮帶輸送機機架組裝的方法與步驟：在機架上裝入主輥筒→套入輸送皮帶→裝上所有托輥→裝上皮帶輥筒→裝上上前梁→用4mm內六角扳手擰緊上前梁兩端固定螺栓，固定上前梁→用2mm內六角扳手調節螺栓，使主輥筒與皮帶輥筒平行，皮帶松緊適當→用4mm內六角扳手擰緊兩側軸承座緊固螺栓，即完成組裝，組裝工作完成后，要進行細調以滿足安裝要求。

③在安裝皮帶輸送機時，電動機轉軸與皮帶輸送機主輥筒軸的聯接是十分關鍵的。要求電動機轉軸的中心線與皮帶輸送機主輥筒軸的中心線在同一直線上，如果不在同一直線上，設備就會產生振動，導致聯軸器的壽命縮短。但實際安裝很難做到兩軸的中心線在同一直線上，總會有一些偏差。為了保證皮帶輸送機的正常工作，只要偏差在允許的范圍之內就可以了。

④為減小電動機的振動，在電機底座與安裝臺之間應采用帶有彈性的墊片，如橡膠墊等。

6 結論

通過本次設計不僅使學生熟練了小型生產線的結構、各個單元的作用并能正確連接，還使學生掌握了機械手的動作及控制要求，變頻器的選型與參數設置，各類傳感器的選擇與調整，并能針對不同生產線的控制要求，設計、安裝與調試PLC程序。

參考文獻：

[1]唐明宏.YL-235型光機電一體化設備的系統設計[J].機械研究與應用，2010（5）：78-80.

[2]劉強.基于YL-235A型光機電一體化設備的專業綜合實訓模式探討[J].現代教育，2013（6）：56-57.

[3]王宗才.機電傳動與控制[M].電子工業出版社，2011.

[4]孫平可.編程控制器原理及應用[M].二版.高等教育出版社，2008.