基于PLC控制的机电一体化设备的安装与调试

张晓霞

摘要：在现代科学技术的众多领域，生产线的应用越来越广泛，掌握自动化生产线的核心技术，熟悉生产线的安装调试方法，是每一位机电类专业技术人员必须具备的基本能力之一。本文以甘肃机电职业技术学院机电一体化实训装置为设计平台，使学生熟悉小型生产线的结构、各个单元的作用，按控制要求规范地绘制电路图和气路图，并能正确连接，使学生初步掌握机械手的动作及控制要求，变频器的选型与参数设置，各类传感器的选择与调整，能针对不同生产线的控制要求，设计、安装与调试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.

关键词：机电一体化设备；组装；调试；PLC控制

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

中图分类号：TH-39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0096-03

0 引言

可编程控制器（PLC）是集微电子技术、计算机技术、自动化技术、通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置。目前，由于PLC控制具有可靠性高、编程简单、体积小、结构紧凑、安装维修方便、接线少等优点，企业自动化生产线控制系统广泛采用PLC技术。因此，让学生学会机电一体化设备的安装与调试尤为重要。

1 设计要求及实施

机电一体化设备的安装与调试包括：机械手单元的机械安装与调试，机械手PLC控制单元程序设计；物料输送及分拣单元的机械安装调试，变频器参数的设置；各类传感器的选择及调节[1]。完成分拣功能的PLC程序设计；气路系统及电路系统的连接与调试等。

1.1 自动线设备控制要求如下

①初始位置：在设备通电、通气状态下，机械手悬臂缩回、手臂上升、手指松开、机械手装置处于左限止位置；各推料气缸处于缩回状态；红色警示灯亮。

②按下启动按钮，红色警示灯灭的同时绿色警示灯亮，料盘电机转动，其拨杆把物料传送到料盘出料口的料台上。料台上的物料检测传感器（I1.1）发出信号，料盘电机停止。同时驱动机械手把料台上的物料运送到输送皮带顶端的落料口处。料台上无料、料盘电机转动送料，如此循环。

③落料口处的光电传感器（I2.3）检测到物料后驱动变频器，电动机以12Hz的频率带动输送带自左向右转动。金属物料推入料槽一，白色塑料物料推入料槽二，黑色塑料物料推入料槽三。

④皮帶启动后，如在超过30s的时间内，光电传感器（I2.3）检测不到物料，则停止变频器，同时驱动蜂鸣器报警。

⑤按下停止按钮设备在完成一个单循环工作后停止。示意图如图1所示。

1.2 任务实施

按照任务要求，笔者把人员分成了四个组，分别是：PLC程序设计组；变频器参数设置和接线组；生产线设备安装调试组及电路、气路安装组。以下依次是每个组实施的任务。

2 生产线PLC控制程序设计

总体方案：考虑到机械手部分的动作较为复杂，不宜采用基本指令，决定用顺控指令编写程序。由于顺控指令具有思路清晰、层次分明、对复杂的电路分为各个步进行编程，便于修改。把机械手的动作分成四大步，即初始位置、抓料、右旋并放料、左旋返回初始位置，物料输送及推料部分用S（置位）、R（复位）指令编写[4]。

3 变频器参数设置及接线

西门子SIEMENS MM420变频器，具有很高的运行可靠性和功能的多样性。通过前期的调研，我们已经了解了MM420变频器的结构，初步掌握了它的参数设置及调试方法。

变频器参数设置、接线要点：

①在设置了P0010 30及P0970 1之后要等待3min，再进行相关參数的设置。

②变频器的接线为三相电源输入，代号分别为L1、L2、L3 PE，保护接地线PE绝对不能与电源零线N相混淆。否则，进线处的空气开关会自动进行断电保护[3]。

③U、V、W是电动机的联线，分别接82、83、84号线，PE接81号线。

④把“5”W的钮子开关往左拨动对电机进行调试运行。运行时如发现电动机反转，在停电状态下任意调换电动机的电源线即可。调试正常后，应将5、6、7口的钮子开关全部拨到右边。

⑤变频器的“5”W接PLC的Q1.5口、“9”W接外部电源DC24V“—”端。

⑥变频器的5、6、7、W与PLC的输出口有连线时，绝不允许拨动相应的钮子开关，以免两个电源叠加，烧坏变频器。

4 电路、气路的安装调试

4.1 电路系统

电路系统的接线较多，下面根据总的PLC I/O的电气原理图的设计，我们把电路部分分为三部分来考虑。

4.1.1 输入部分的接线

生产线的输入部分，除启动、停止按钮外，主要包括11个磁性开关和7个传感器。磁性开关的蓝色线接DC24V“—”，棕色线相应的接PLC的I口。传感器的棕色线接DC24V“+”，蓝色线接DC24V“—”，黑色线相应的接PLC的I口。为便于接线。

4.1.2 输出部分接线

生产线的输出部分主要包括警示灯、蜂鸣器、转盘电机、变频器及机械手和推料部分的电磁阀。

4.1.3 电源单元与PLC单元的接线

通常，PLC单元输入部分的电源由PLC本身的DC24V电源（L M）提供；而输出部分的电源由用户本身单独提供。由于实训台采用了DC24V，3A开关电源，足以满足输入、输出的总电源需求。所以我们采用了输入、输出共用一套电源的方案，也可避免由于接线错误等原因，造成PLC内外电源的叠加问题。如图2所示。

4.1.4 线路连接过程中的注意事项

①按设计出的图表，一一进行连线，在连线过程中DC24V的电源连线，尤其是24V“—”端的连线最多，要特别加以小心。

②插拔导线一定要在“断电”状态下进行。

③要对生产线上所有电气元件进行检测，包括各类传感器、磁性开关、电磁阀、电动机等。

1）三线式传感器的检测如图4所示。

按图连接好线路，通电试验，一般传感器尾部发光管不亮，继电器线圈是不动作的。如果用金属物体接近传感器感应头，发光管亮，同时继电器线圈得电且触点动作，则说明传感器是好的；如果传感器尾部发光管亮，但驱动不了继电器，说明传感器已损坏[2]。

2）磁性开关的检测如图4所示。

按图连接好线路，通电试验。用磁块靠近开关头，发光管亮的同时继电器动作，说明磁性开关是好的。

4.1.5 电磁换向阀的安装

电磁换向阀集中安装在汇流底座上，底座上有三排通道，中间连通一排为进气通道，与侧边进气孔P连通，其余两排是排气通道，与侧边排气孔R1、R2连通。

4.2 气路系统

①压缩空气泵压力调节范围0.4-0.6MP左右。②调节过滤调节阀、各气管是否连接牢固，压力表指示是否正常。

5 生产线的机械安装与调试

生产线的机械安装工作量在认真分析生产工艺，明确控制要求之后展开的，此项工作需要足够的细心与耐心，下面重点讲述机械手与皮带输送机的安装。

5.1 机械手组装方法与步骤

机械手主要是完成手臂气缸、手指（气爪）气缸、旋转气缸以及悬臂气缸相互之间的走位安装。机械手的安装步骤为：①机械手安装在平台上之后，其安装位置的尺寸与图纸要求误差不大于1mm。②悬臂安装的高度与图纸要求误差不大于1mm。③机械手旋转的角度应满足生产工艺的要求、通过调节左右限位挡块上的螺栓来实现。

5.2 皮带运输机的安装与调试

在工业生产中，皮带运输机常用作生产机械设备三间构成连续生产的纽带，以实现生产环节的连续性和自动化，提高生产效率，减轻人工的劳动强度。

①组装皮带输送机应满足下条件要求：皮带输送机主辊筒轴与皮带辊筒轴在同一平面，两轴的不平行度不超过0.5mm；调节两轴之间的距离，传皮带松紧适度；转动皮带输送机主辊筒轴时，皮带应能运动，无卡组、打滑现象[3]。

②皮带输送机机架的组装。皮带输送机机架组装的方法与步骤：在机架上装入主辊筒→套入输送皮带→装上所有托辊→装上皮带辊筒→装上上前梁→用4mm内六角扳手拧紧上前梁两端固定螺栓，固定上前梁→用2mm内六角扳手调节螺栓，使主辊筒与皮带辊筒平行，皮带松紧适当→用4mm内六角扳手拧紧两侧轴承座紧固螺栓，即完成组装，组装工作完成后，要进行细调以满足安装要求。

③在安装皮带输送机时，电动机转轴与皮带输送机主辊筒轴的联接是十分关键的。要求电动机转轴的中心线与皮带输送机主辊筒轴的中心线在同一直线上，如果不在同一直线上，设备就会产生振动，导致联轴器的寿命缩短。但实际安装很难做到两轴的中心线在同一直线上，总会有一些偏差。为了保证皮带输送机的正常工作，只要偏差在允许的范围之内就可以了。

④为减小电动机的振动，在电机底座与安装台之间应采用带有弹性的垫片，如橡胶垫等。

6 结论

通过本次设计不仅使学生熟练了小型生产线的结构、各个单元的作用并能正确连接，还使学生掌握了机械手的动作及控制要求，变频器的选型与参数设置，各类传感器的选择与调整，并能针对不同生产线的控制要求，设计、安装与调试PLC程序。

参考文献：

[1]唐明宏.YL-235型光机电一体化设备的系统设计[J].机械研究与应用，2010（5）：78-80.

[2]刘强.基于YL-235A型光机电一体化设备的专业综合实训模式探讨[J].现代教育，2013（6）：56-57.

[3]王宗才.机电传动与控制[M].电子工业出版社，2011.

[4]孙平可.编程控制器原理及应用[M].二版.高等教育出版社，2008.