机电一体化设备组装与调试(讲义)

机电一体化设备调试与检修（内部资料）天津职业技术师范大学工程实训中心机电教研室目  录 1、TVT-METS3机电气一体化实训装置概述..............................................................................3 2、供料井控制单元训练...............................................................................................................11 2.1自动供料控制系统1........................................................................................................12 2.2自动供料控制系统2........................................................................................................12 2.3自动供料控制系统3........................................................................................................12 3、传送带控制单元训练...............................................................................................................13 3.1变频器接线与参数设置...................................................................................................13 3.2传送带调速控制系统1....................................................................................................14 3.3传送带调速控制系统2....................................................................................................15 3.4物料传送控制系统...........................................................................................................15 4、 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 分检单元训练...................................................................................................................16 4.1物料材质 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 1................................................................................................................16 4.2物料材质检测2................................................................................................................17 5、机械手运动控制单元训练.......................................................................................................17 5.1机械手自动往返系统设计...............................................................................................17 5.2机械手定位系统设计.......................................................................................................22 5.3机械手抓取系统设计.......................................................................................................23 5.4出入库系统设计...............................................................................................................24 5.5自动分拣仓储系统设计与调试.......................................................................................24 附录1旋转编码器及高速计数器的原理与应用.......................................................................26 1.1旋转编码器的原理与应用..............................................................................................26 1.2西门子CPU226CN内部高速计数器应用........................................................................27 1.3高速计数器的应用..........................................................................................................29 1、TVT-METS3机电气一体化实训装置概述TVT-METS3机电气一体化实训装置具有模拟工业自动化生产线货物分拣过程的功能,可完成货物识别、搬运、分拣、加工、装配、出入库及管理等过程。TVT-METS3机电气一体化实训装置主要由2个PLC控制单元（西门子S7-200型PLC，含网络）、变频器单元（西门子MM420型）、触摸屏单元（西门子TP177A型）、指示与主令单元、电源单元、传感器检测单元、气动机械手搬运单元、供料单元、传输带单元、有轨小车单元、加工单元、装配单元、气动控制单元、自动化仓库单元、电气接口单元、载货台单元、抽屉式实训台等组成。图1-1METS-3机电气一体装置结构图各模块、单元又构成行走气动机械手机构、平面仓储机构、传送机构、料块供给机构、传感器检测分拣机构、气动控制机构、加工机构、装配机构等。各机构能够通过选择不同单元及单元位置变化进行重组，构成2工位加工系统，2工位装配系统，加工装配系统，物流仓储系统，柔性生产系统，生产物流系统等，从而可构成自动化生产流水线，让实训装置的培训内容从基本模块、单元到各种小机构，再到综合系统及自动化生产线，逐步由简单、基础的训练到复杂、综合的培训。⑴PLC控制单元：PLC控制模块包括西门子S7-200CPU226型PLC主机（含网络）及配套编程电缆，I/O接口开放到控制面板，并提供误接线保护功能，具有保险管座(250V、1A)，输入低电平有效，输出为NPN形式。图1-2西门子S7-200CPU226型PLC控制模块⑵变频器单元：模块包括西门子MM440型变频器或松下VF0C型变频器，控制三相同步电机。图1-3变频器模块⑶指示与主令单元：模块包括按扭开关、拨动开关、急停开关、蜂鸣报警器、8位拨码开关、数码管显示等。图1-4指示与主令模块⑷电源模块：电源模块配有三相短路器及漏电保护器，保险管座、电源指示灯等。可供欧姆龙直流24V/5A，交流220V，380V电压。配备5线航空插头，增加操作安全性。图1-5电源单元电源接口座⑸气动机械手搬运单元：气动机械手:由3自由度的机械手（回转缸：RTB-20平行夹：HDP-20S治具缸：JTD32×20）、机械装置、气动控制装置、传感器装置等组成。图1-6气动机械手搬运单元⑹有轨小车单元：有轨小车装配拖运机械手直线运动，定位精度：0.5mm；总行程440mm；运行速度可变；由直线行走机构、直流电机、旋转编码器、交流伺服电机接口等组成。旋转编码器:欧姆龙DC12V～24V、分辨率：100P/R、集电极开路输出、最高转速：5000r/min。图1-7直流电机及直线行走单元⑺供料单元：由供料机构、光电传感器、气动推动装置等组成。可供给货物数量：每次不少于6个，供货数量奇偶可变。气动推动机：DC24V5—40mAAC110V5—20mA。光电传感器：神视检测距离：5m、重复精度：0.05mm以下、PNP、最大源电流：100mA、外加电压：30VDC以下。图1-8井式供料塔单元⑻三相电机及传输带单元：由三相电机、皮带传送装置、光电传感器等组成。传送带尺寸:390mm。三相电机：电压：三相380V/220V、频率：50Hz、额定转矩：3000mN·m，转速：60r/min、电流：0.22/0.4A。光电传感器：神视检测距离：5m、重复精度：0.05mm以下、PNP、最大源电流：100mA、外加电压：30VDC以下。图1-9三相电机及传输带单元⑼传感器检测单元：传感器检测单元由传感器组及传感器固定带滑道支架等组成。传感器组包括电容传感器、电感传感器、颜色传感器。电容传感器：欧姆龙检测距离不小于8mm，具有检测显示灯。电感传感器：百斯特检测距离不小于8mm。颜色传感器：欧姆龙检测距离不小于10mm。图1-10传感器检测单元⑽仓储单元：库位总数：5个。仓库库位位置可调。光电传感器：神视检测距离：5m、重复精度：0.05mm以下、PNP、最大源电流：100mA、外加电压：30VDC以下。图1-11仓储单元⑾触摸屏单元:西门子TP177A5.7英寸液晶显示。图1-12西门子TP177A触摸屏单元图片⑿气动控制单元：①1个带有可调压的二联体（MAXPRESSUAE1.0Mpa）②6个电磁阀组成的电磁阀组1（PRESS；0.15—0.9Mpa）③4个电磁阀组成的电磁阀组2（PRESS；0.15—0.9Mpa）④1个气压调节器（SETPASSURE：0.05—0.85Mpa）⑤1个气压表（PRESS：0—1.0Mpa）图1-13气动控制单元⒀电气接口单元:装置的所有传感器、执行器、控制器接口开放。电气接口单元采用开放式结构，装置所有控制线和信号线均通过导线引到面板上来。接口红色为+24V，黑色为0V，蓝色为传感器信号输出，绿色为控制信号输入。图1-14电气接口单元⒁加工装配单元：加工单元中包括气动装夹装置、输送直线导轨、加工装置等组成。能够插齿加工、零件自动供给。装配单元应由井式供料装置、气动装夹装置、输送导轨、冲压装配装置等组成。能够完成零件自动供给，工件自动夹紧功能⒂图1-15加工单元及装配单元2、供料井控制单元训练如图2-1所示为供料井单元，本节将进行供料井控制单元的训练。图2-1供料井控制单元供料井控制单元主要由1个直线气缸、2个磁性开关、1个对射式光电传感器及相关结构组成。其中气缸用于将物料推出，气缸的动作通过电磁阀控制，气缸上的2个磁性开关用于检测气缸是否推出，对射式光电传感器用于检测料井中是否有物料。2.1自动供料控制系统1利用供料井单元实现基本控制要求：1）系统具有2个按钮，分别为启动和停止。2）按下启动，如果料井中有料，则系统开始工作，气缸将料块推出后返回，间隔3S后，继续推料，直到将料块全部推出。3）在推料过程中，如果按下停止钮，则将当前料块推出后，系统停止运行。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；编写程序，并进行调试。2.2自动供料控制系统21）系统具有2个按钮，分别为启动和停止，1个急停开关；2个指示灯颜色分别1红、1绿。2）按下启动，如果料井中有料，则系统开始工作，气缸将料块推出后返回，间隔3S后，继续推料，直到将料块全部推出。3）在推料过程中，如果按下停止钮，则将当前料块推出后，系统停止运行。4）在工作过程中，如果按下急停开关，则系统立即停止工作，气缸保持收回状态，急停解除后，系统正常待机。5）系统正常待机时，绿色灯亮、红灯熄灭；系统进行推料工作时绿灯闪烁；系统急停时，绿灯灭、红灯亮；料井中无料时，绿灯亮、红灯闪烁画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；编写程序，并进行调试。2.3自动供料控制系统31）系统具有2个按钮，分别为启动和停止，1个急停开关；3个指示灯颜色分1红、1绿、1黄。2）按下启动，如果料井中有料，则系统开始工作，气缸将料块推出后返回，间隔3S后，继续推料，直到将料块全部推出。3）在推料过程中，如果按下停止钮，则将当前料块推出后，系统停止运行。4）在工作过程中，如果按下急停开关，则系统立即停止工作，气缸保持收回状态，急停解除后，系统正常待机。5）系统正常待机时，绿色灯亮、红灯熄灭；系统进行推料工作时绿灯闪烁；系统急停时，绿灯灭、红灯亮；料井中无料时，绿灯亮、红灯闪烁。6）如果气缸推料过程中，发生机械卡死或气路故障，利用黄色灯闪烁进行报警。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；编写程序，并进行调试。3、传送带控制单元训练如图2-2所示为传送带控制单元，本节将进行供料井控制单元的训练。图2-2传送带控制单元传送带控制单元主要由三相同步电动机、松下VF0C型变频器、及相关传动机构组成。接线时应特别注意主电路接线方向：*三相电源输入接至L1，L2，L3端，电动机接变频器的输出U、V、W！3.1变频器接线与参数设置根据变频器的使用说明，对变频器的基本功能进行调试，功能要求如下：利用变频器控制电动机实现电动机的启停和调速控制，要求电动机可分别运行于15HZ、20HZ、25HZ、30HZ、35HZ、40HZ、45HZ七种状态，对其进行线路连接和参数设置。3.1.1变频器外部接线参见图3-1进行变频器的接线，应注意主电路接线方向，三相电源输入接至L1，L2，L3端，电动机接变频器的输出U、V、W。控制电路在连接时，将变频器的端子7、8、9、10、11分别接到开关SW1，SW2，SW3，SW4，SW5五个开关，以控制电动机的运行情况，12端口各个端子的公共端。3.1.2变频器参数设置按照说明书进行变频器的参数设置，注意在进行参数设置应使外部开关处于断开状态，否则可能导致参数设置失败。分别设置如下参数序号参数号设置值说明1P931参数初始化。设定参数为1使变频器参数初始化2P015第一加速度时间（秒），设定范围：0·0.1~999。用于设定变频器的启动时间3P022.5第二减速度时间（秒）设定范围：0·0.1~999。用于设定变频器的停止时间4P082运转指令选择，设定范围：0~7。参数设为2使得变频器外控作用5P091频率设定信号，设定范围：0~6。参数为1使得变频器为操作面板控制3.1.3功能调试在完成了线路连接和参数设置后，对系统进行功能调试，观察是否与 表格 关于规范使用各类表格的通知入职表格免费下载关于主播时间做一个表格详细英语字母大小写表格下载简历表格模板下载 中一致。SW1SW2SW3SW4SW5外控开关转向频率输出0XXXX无010000正转20.010001...15.010010...30.010011...35.0开10100...20.0关10101...25.0状10110...40.0态10111...45.011000反转20.011001...15.011010...30.011011...35.011100...20.011101...25.011110...40.011111...45.0进行变频器其它功能调试训练，掌握变频器参数的设置方法。3.2传送带调速控制系统1利用PLC的输出点替代调试时所用的开关、按钮，对变频器进行控制。具体要求如下：1）当按下启动按钮，传送带正向低速运动，每按下一次加速钮，传送带速度上升一档，直至到达最高档位，共设4个档位；每按下一次减速速钮，传送带速度下降一档，直至到达最低档位。2）每按下方向钮一次，传送带运动方向发生改变。3）当按下停止钮，传送带逐渐减速至停止状态。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；进行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。3.3传送带调速控制系统2利用PLC控制变频器，模拟自动扶梯控制系统，具体要求如下：1）传送带具有启动、停止两个按钮和一个方向开关；2）方向开关通断状态分别表示扶梯上、下行状态；3）按下启动后，扶梯低速运行，当扶梯入口处传感器检测到有人上梯的信号后，扶梯逐渐加速并以高速运行；4）在高速运行状态下，若连续20S没有上梯信号，则切换到低速运行状态；5）按下停止钮，扶梯减速停车；6）系统不同状态下，应有相应的指示信号。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。3.4物料传送控制系统将供料装置与传送装置组合，完成物料的传送，控制要求：1）系统具有单个出料和连续出料两种模式。2）当按下单个出料按钮后，出料装置自动推出一个物料，传送带将物料运送到最左端停止，单个出料工作结束。3）当按下连续出料按钮后，出料装置自动推出一个物料，传送带将物料运送到最左端停止，当物料被移走后，出料井推出下一个物料，直到将物料全部推出，连续出料工作结束。4）在系统工作时按下停止，在完成当前物料传送后进入待机，如按下急停，则传送带立即停止。5）系统待机时绿灯亮，系统工作时绿灯闪烁，供料井无料时黄灯亮。系统出现故障时黄灯闪烁。系统急停时红灯闪烁。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。4、材料分检单元训练材料分检单元主要由三种传感器组成，包括电感传感器、电容传感器和颜色传感器。4.1物料材质检测1利用传感器的组合对物料的材质进行检测，具体要求如下：1）传送带运载工件由始端运行末端，利用工业传感器判断工件的类型；2）系统具有启动、停止两个按钮；3）按下启动后，传送带向左运行，将工件由最右端运送到最左端后停车；4）传送带停止后，根据各传感器检测结果利用数码管显示工件类型；底托料芯类型电感电容颜色颜色材料编号黄铁1111黄铝2011蓝铁3110蓝铝4010X空5001、0画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；进行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。4.2物料材质检测2利用传感器的组合对物料的材质进行检测，具体要求如下：1）传送带运载工件由始端运行末端，利用工业传感器判断工件的类型；2）系统具有启动、停止两个按钮；3）按下启动后，传送带向左运行，将工件由最右端运送到最左端后停车；4）传送带停止后，根据各传感器检测结果利用数码管显示工件类型；5）取走工件后，传送带继续工作；6）传送带右端利用供料井自动上料；7）供料井中缺料进行报警。画出系统接线图；按照接线图进行硬件接线；进行变频器参数设置；编写程序，并进行调试。5、机械手运动控制单元训练机械手运动单元主要包括1个直流电机、2个接近开关、1个旋转编码器、3个气缸（带磁性开关）、1个同步带传动机构等组成。5.1机械手自动往返系统设计利用直流电机拖动机械手实现自动往返控制，系统要求：（1）利用直流电机通过同步带拖动机械手在轨道上自动进行往返运动；（2）轨道两端分别设有接近开关，用来保护机械手防止撞车；（3）系统设有启动、停止按钮，急停开关；（4）当按下启动按钮，如机械手不在原点则向原点运动，达到原点后开始向终点运动，如机械手在原点位置则直接向终点运动；达到终点后停车5S，返回原点，停车3S再向终点运动，并循环此过程；（5）任何状态下按下停止钮，机械手立即向原点运动，达到原点后停车；如按下停止钮时机械手已在原点，则直接停车；*（6）任何状态下，按下急停，机械手立即停车，急停解除后，可再次启动；*（7）设红、绿两个指示灯，机械手运动时，绿灯闪烁，正常停车时绿灯常亮；处于急停时红灯闪烁，绿灯熄灭。5.1.1硬件设计：1）直流电机驱动电路设计时应注意在满足正反转控制要求的基础上，避免单侧桥臂短路，电路图如图2-1所示；24VK1MK2图1-1直流电机驱动电路设计2）系统I/O分配I/O分配表I/O元件符号元件名称I0.2SQ2左限位输I0.3SQ3右限位I0.4SB1启动按钮入I0.5SB2急停按钮I0.6SB3停止按钮Q0.0KM1正转向终点输Q0.1KM2反转向原点Q0.2HL1红灯出Q0.3HL2绿灯3）硬件连接A、导线选择时应注意颜色与极性的关系，一般情况下，红、黑两种颜色分别应用于电源的正负；黄、蓝色线用于信号传输，尽可能规范统一。B、导线选择时应根据连接距离选择合适长度，禁止连接后接头裸露悬空放置。C、一个连接点上禁止超出两根导线搭接。D、导线之间不能出现互绞，走线应清晰，线束规范4）硬件接线图24V_+FUK224VK1K1K21M1L+Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5Q0.6Q0.72M2L+Q1.0ML+S7-200-226CNDC/DC/DC1MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.72MI0.0I0.0ML+K1K2SB3SQ2SQ3SB1SB2主回路控制回路5.1.2程序设计：为了避免因程序错误导致的危险，在程序设计的逻辑操作中所有对电机的操作利用中间继电器表示，最后中间继电器采用立即输出的方式对控制电机的输出点进行控制，在此网络中必须串入所有保护条件，输出控制电机的梯形图如图1-2所示，这样在程序逻辑混乱的情况下，可以最大程度保证系统安全。注意：在调试程序前必须确保所有输入输出点接线正确，信号有效！1）输出控制回路安全措施图2-2输出控制回路安全措施2）系统程序如图2-3所示网络1梯形图为系统启动程序，在启动回路中，应考虑到在急停关或停止钮按下的情况下，系统不允许启动。网络2为系统启动后进入第1种状态，即先返回原点，在此网络中，利用M1.0作为状态标志，当进入此过程可能有两种情况，已在原点或不在原点，对于这两种情况，程序应分两个分支处理，若小车不在原点（SQ3无信号）则启动反转（注意不对Q点进行操作，而是对临时变量M0.1置位操作），当小车到达原点（SQ3有信号）则进行三个动作-停止反转、结束当前状态（M1.0=0）、进入下一状态（M1.1=1）。图2-3图2-4中的网络3为第2过程，向终点运动，此过程包括小车运动至终点，并停车5S。按此过程结束后，结束当前过程，并进入下一过程-向原点运动。图2-4如图2-5所示，网络4程序为向原点运动过程，观察可发现，此网络程序与网络有所区别，在到达原点（SQ3有信号）后的处理增加了一个分支，如果停车标志为0，则此过程结束后进入上一过程M1.1=1，并往复循环。如果停车标志有效，则结束所有过程状态。图2-5图2-6的网络5程序为扫描停车功能，当停车钮按下后，按照题目要求，结束当前过程状态，直接开始向原点运动的过程（M1.2=1），并置位停车标志M2.0=1。图2-6如图2-7中网络6为急停处理，网络7为电机输出安全回路，其显示等功能不再进行说明。图2-75.1.3系统调试1）硬件检查观察系统连线是否正确，检查输入的所有按钮传感器是否正常，利用手工按压按钮，利用金属材料接近限位开关，观察PLC输入指示灯变民化是否正常；确认直流电机方向控制正确，分别将正、反转控制的继电器线圈接入24V，观察电机运行方向是否正确，然后再将控制信号接至PLC的相应输出点。2）将程序编译后下载至PLC中，在运行程序前，为保证安全先手工控制小车运动到轨道中点附近，启动系统，观察小车运动是否正确。注意在调试时根据小车运动方向，在小车到达终点前利用金属材料模拟小车接近限位开关，观察小车能否停车，如果调试时发生撞车现象应及时拔下电机的驱动线。5.2机械手定位系统设计系统要求：1）当按下启动按钮，如机械手不在原点则向原点运动，达到原点后开始向终点运动，如机械手在原点位置则直接向终点运动；达到终点后停车5S，返回原点，停车3S再向终点运动，并循环此过程；2）在要求（1）中，在机械手由原点向终点运动过程中，在距离原点10cm、25cm、40cm、60cm的四个位置分别停车3S、4S、5S、6S；在由终点返回原点的过程中，路径中间位置停车5S；3）系统运行过程中，以cm为单位利用数码管显示当前坐标位置，原点处坐标为0；4）任何状态下按下停止钮，机械手立即向原点运动，达到原点后停车；如按下停止钮时机械手已在原点，则直接停车；5）任何状态下，按下急停，机械手立即停车，急停解除后，可再次启动；6）设红、绿两个指示灯，机械手运动时，绿灯闪烁，正常停车时绿灯常亮；处于急停时红灯闪烁，绿灯熄灭。5.2.1硬件设计：要完成本控制要求，需要利用旋转编码器完成，为了顺利进行本课题，对旋转编码器知识和PLC高速计数器应用进行补充，请参见附录1、2。I/O分配表I/O分配表PlC软元件元件文字符号元件名称I0.0SQ1A编码器A相输I0.1SQ1B编码器B相I0.2SQ2左限位入I0.3SQ3右限位I0.4SB1启动按钮I0.5SB2急停按钮I0.6SB3停止按钮Q0.0KM1正转向终点输Q0.1KM2反转向原点Q0.2HL1红灯出Q0.3HL2绿灯QB1LED_BCD数码显示5.2.2程序设计（略）5.2.3系统调试（略）5.3机械手抓取系统设计系统要求：1）系统具有抓取、释放、暂停三个按钮；2）抓取功能：当按下抓取按钮后，通过控制升降和夹紧气缸，完成将工料抓取的动作：气夹打开—>延时1S—>下降—>延时1S—>夹紧—>延时1S—>上升；3）释放功能：当按下释放按钮后，通过控制升降和夹紧气缸，完成将工料释放的动作：下降—>延时1S—>气夹打开—>延时1S—>上升；4）在进行抓取时不响应释放按钮，在进行释放时不响应抓取按钮；5）动作执行过程中利用一个灯闪烁表示工作过程，执行完毕后常亮；6）动作执行过程中按下暂停钮，机械手将暂停，再次按下暂停钮机械手继续运动。5.4出入库系统设计系统要求：1）系统具有出库、入库、库号（1-4）、急停共7个按钮；2）入库操作：按下库号后按下入库按钮，机械手将置于传送带末端的工件抓起，并送入相应库号的库位中；3）出库操作：按下库号后按下出库按钮，机械手将对应库位中的工件取出，送放到传送带末端；4）机械手在运动过程中，进行灯光闪烁指示，机械手静止时，灯光熄灭；5）按下急停，机械手将停止动作，并保持当前状态。6）在进行入库操作时，如传送带末端无工件或目标库位已有工件，应进行报警；7）在进行出库操作时，如传送带末端已有工件或目标库位无工件，应进行报警。5.5自动分拣仓储系统设计与调试系统要求1）部件的初始位置启动前，设备的运动部件必须在规定的位置，这些位置称作初始位置。有关部件的初始位置是：①急停按钮复位。②机械手停在原点并处于皮带传送机正上方，机械手升降气缸的活塞杆伸出，气动手指处于抓紧状态。③井式供料机的推料气缸处于缩回状态。④皮带输送机的拖动电动机不转动。2）设备运行过程①按下启动键后，若设备部件未处于初始状态则先进行初始化，使各部件处于初始状态，然后开始工作，若设备处于初始状态，则直接开始工作；②开始工作后，传送带启动，运行方向使工件可以自右向左运动；③在井式供料机内有料的情况下，将一个工件推出至传送带，传送带上每次传送一个工件，当前工件被机械手取走后方可推出下一个工件；④工件到达传送带终点位置时，传送带停止，等待机械手取走工件后继续运动；⑤机械手取走工件后按照下表所示，将工件放至指定仓库；铁铝黄12蓝34⑥以上过程循环进行。3）设备的停止（1）正常停止如果在运行过程中按下停止按钮SB1，发出设备正常停机指令，分拣线设备在完成当前工作周期后回到初始位置，所有部件均停止运行。（2）紧急停止在出现异常情况时，压下急停按钮，所有部件复位，若机械手夹持有物料，手指应保持抓取状态，以防止工件在急停时掉落发生事故，急停复位后按下启动按钮，设备应继续运行，指示灯恢复正常。4）状态指示（1）待机状态：绿色指示常亮；（2）正常运行：绿色指示灯以0.5HZ频率闪烁；（3）急停状态：红色指示灯以1HZ频率闪烁；（4）报警状态：当供料井中缺料，利用黄色指示灯闪烁。旋转编码器货物运输及质量检测系统机械手原颜色电容电感光电传感器点传传感器传感器传感器感器位置2位置1皮带输送机机械手架井式供料机传感器井式供料机1三相电机行走一号库位磁性传感器井式供料系统1机42械推料气缸1手二号库位搬32运平系三号库位面统货22架四号库位机械手限位传38感器60直流电机32附录1旋转编码器及高速计数器的原理与应用在运动控制系统中，定位准确尤其重要，例如：旋转角度、位移等。常用的定位技术包括：红外激光测距定位，霍尔传感器磁检测定位，超声波测距定位，GPS卫星定位，光栅定位，发光二极管定位，激光定位，球轨迹定位，PPD定位技术（工业自动化过程控制装置（电动执行机构、电动执行器、电动调节阀等）机械和电气元件的定位装置）等。本单元重点进行旋转编码的应用训练。1.1旋转编码器的原理与应用光电编码器是集光、机、电技术于一体的数字化传感器，可以高精度测量被测物的转角或直线位移量。按编码方式的分类：绝对式编码器、增量式编码器、混合式编码器。本讲义主要介绍增量式编码器。增量式旋转编码器采用光信号扫描分度盘（分度盘与转动轴相联），通过检测、统计信号的通断数量来计算旋转角度。增量式旋转编码器的特点：编码器每转动一个预先设定的角度将输出一个脉冲信号，通过统计脉冲信号的数量来计算旋转的角度，因此编码器输出的位置数据是相对的。由于采用固定脉冲信号，因此旋转角度的起始位可以任意设定。由于采用相对编码，因此掉电后旋转角度数据会丢失需要重新复位。图1-1增量式编码器s0s1S2BAA逆时钟S0S1S0顺时钟SS11Bs2s2顺时钟逆时钟透镜码盘光敏元件光源透镜放大整形脉冲输出转轴图1-2增量式编码器结构原理图如图1-2所示，为编码器结构原理图，图中A、B为光电器件，之间间距为S2，码盘的齿和空的间隙分别为S1和S0，S0=S1=2S2。当码盘顺时针转动时，A、B两光电器件会依次被遮挡，并输出对应波形，如图1-3所示，如逆时针旋转，则两个光电器件被遮挡的先后次序颠倒，从而可以判断出其旋转方向。编码器输出波形的频率则对应其旋转的速度。ABAB1-3增量式编码器输出信号1.2西门子CPU226CN内部高速计数器应用要实现准确的定位控制，需精确读取编码器输出脉冲的个数，由于脉冲频率较高，利用通用计数器计数可能导致丢失脉冲，所以应使用高速计数器。下面介绍西门子CPU226CN内部高速计数器应用1.2.1数量及编号高速计数器在程序中使用时的地址编号用HCn来表示（在非程序中有时用HSCn），HC表编程元件名称为高速计数器，n为编号。HCn除了表示高速计数器的编号之外，还代表两方面的含义：高速计数器位和高速计数器当前值。编程时，从所用的指令可以看出是位还是当前值。不同型号的PLC主机，高速计数器的数量对应如表1-1所示。表1-1不同机型高速计数器的编号主机型号CPU221CPU222CPU224CPU226可用HSC数量4466HSC编号范围HC0,HC3,HC4,HC5HC0,HC3,HC4,HC5HC0～HC5HC0～HC51.2.2中断事件类型高速计数器的计数和动作可采用中断方式进行控制，与CPU的扫描周期关系不大，各种型号的PLC可用的高速计数器的中断事件大致分为3类：当前值等于预设值中断、输入方向改变中断和外部复位中断。所有高速计数器都支持当前值等于预设值中断。每个高速计数器的3种中断的优先级由高到低，不同高速计数器之间的优先级又按编号顺序由高到低。1.2.3工作模式及输入点高速计数器的工作模式共有12种，当选用某个高速计数器在某种工作模式下工作，高速计数器的输入端不是任意选择，必须按系统指定的输入点，如表1-2所示。表1-2高速计数器输入连接高速计数器编号I0.y.y的取值I1.y.y的取值01234567012345HSC0√√√HSC1√√√√HSC2√√√√HSC3√HSC4√√√HSC5√输入输出中断√√√√1.2.4高速计数器指令（1）HDEF指令HDEF，定义高速计数器指令。使能输入有效时，为指定的高速计数器分配一种工作模式，即用来建立高速计数器与工作模式之间的联系。梯形图指令盒中有两个数据输入端：HSC，高速计数器编号，为0~5的常数，字节型；MODE，工作模式，为0~11的常数，字节型。（2）HSC指令HSC，高速计数器指令。使能输入有效时，根据高速计数器特殊存储器位的状态，并按照HDEF指令指定的工作模式，设置高速计数器并控制其工作。梯形图指令盒数据输入端N：高速计数器编号，为0~5的常数，字型。1.2.5相关寄存器的应用每个高速计数器都有固定的特殊功能存储器与之相配合，完成高速计数功能。具体对应关系如表1-3所示。表1-3高速计数器相关寄存器列表高速计数器编码状态字节控制字节当前值双字预设值双字HSC0SMB36SMB37SMD38SMD42HSC1SMB46SMB47SMD48SMD52HSC2SMB56SMB57SMD58SMD62HSC3SMB136SMB137SMD138SMD142HSC4SMB146SMB147SMD148SMD152HSC5SMB156SMB157SMD158SMD162每个高速计数器都有一个状态字节，程序运行时根据运行状况自动使某些位置位，可以通过程序来读相关位的状态，用以作为判断条件实现相应的操作。状态字节中各状态位的功能如表1-4所示。表1-4高速计数器状态寄存器状态位SMХХ6.0～SMХХ6.4SMХХ6.5SMХХ6.6SMХХ6.7功能描述不用当前计数方向当前值>预设值当前值>预设值0增，1减0不等，1等0<=,1>1.3高速计数器的应用使用高速计数器时，要按以下步骤进行：（1）选择计数器及工作模式（2）设置控制字节（见表1-5）（3）执行HDEF指令（4）设定当前值和预设值（5）设置中断事件并全局开中断（6）执行HSC指令表1-5高速计数器控制字控制位功能描述适用的计数器HCnSMХХ7.0复位高低有效控制位：0，高电位有效；1，低电位有效0，1，2，4SMХХ7.1启动高低有效控制位：0，高电位有效；1，低电位有效1，2SMХХ7.2正交计数速率选择位：0，4x计数速率；1，1x计数速率0，1，2，4SMХХ7.3计数方向控制位：0，减计数；1，增计数0，1，2，3，4，5SMХХ7.4写计数方向允许控制：0，不更新；1，更新计数方向0，1，2，3，4，5SMХХ7.5写入预设值允许控制：0，不更新；1，更新预设值0，1，2，3，4，5SMХХ7.6写入当前值允许控制：0，不更新；1，更新当前值0，1，2，3，4，5SMХХ7.7HSC指令执行允许控制：0，禁止HSC；，允许HSC0，1，2，3，4，5应用举例：利用HSC0的模式9，对机械手运动的位置变化进行采集，可利用指令向导中的高速计数器，选择计数器及工作模式，完成高速计数器初始化程序的编写，程序如图所示。在应用高速计数器之前必须调用初始化子程序，初始化子程序主要完成高速计数器控制模式、计数初值、当前值的设定以及计数编号和工作模式的选择。如图1-4所示编写一简单程序对高速计数器的计数值进行监控，通过对VD200进行监控，可随时了解计数器当前值的变化。将旋转编码器的输出分别接至PLC的I0.0和I0.1，将工作台上机械手的驱动电机接至24V，注意机械手运动方向，避免出现撞车事件，当电动机带动旋转编码器旋转时，在PLC输入点上，可以观察到高速闪烁，在主程序上应可以看到VD200数值的变化，通过测量运动距离和数值变化，可以计算出计数值变化与机械手位移的关系。图1-4高速计数器初始化程序图1-5监控高速计数器输出值