项目2 电气原理认知与气动控制

2.1 供料单元的结构和工作过程

供料单元的主要结构组成为：管形料仓，工件推出装置，支架，阀组，端子排组件，PLC，急停按钮和启动/停止按钮，走线槽，底板等。其中，机械部分结构组成如图2-1所示。

其中，管形料仓和工件推出装置用于储存工件原料，并在需要时将料仓中最下层的工件推出到物料台上。工件推出装置主要由推料气缸、顶料气缸、磁感应接近开关和漫射式光电式传感器组成。

机械部分的工作原理是：工件被垂直叠放在管形料仓中，推料气缸处于料仓的底层并且其活塞杆可从料仓的底部通过。当活塞杆在退回位置时，它与最下层工件处于同一水平位置，而顶料气缸则与次下层工件处于同一水平位置。在需要将工件推出到物料台上时，首先使顶料气缸的活塞杆推出，压住次下层工件；然后使推料气缸活塞杆推出，从而把最下层工件推到物料台上。在推料气缸从料仓底部返回后，再使顶料气缸返回，并松开次下层工件。这样，料仓中的工件在重力的作用下，就自动向下移动一个工件，为下一次推出工件做好准备。图2-2为供料操作示意图。

在底层和管形料仓的第4层工件（从底层起的）位置，分别安装一个漫射式光电接近开关。它们的功能是检测料仓中有无储料或储料是否足够。若料仓内没有工件，则处于底层和第4层（从底层起的）位置的两个漫射式光电接近开关均处于常态；若从底层起只有3个工件，则底层处光电接近开关动作而第4层（从底层起的）位置处光电接近开关处于常态，表明工件已经快用完了。因此，料仓中有无储料或储料是否足够，就可用这两个光电接近开关的信号状态反映出来。

推料气缸把工件推出到物料台上后，由于物料台台面开有小孔，下面设有一个圆柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而可以透过小孔检测是否有工件存在，以便向系统提供本单元物料台有无工件的信号。在输送单元的控制程序中，可以利用该信号状态来判断是否需要驱动机械手装置来抓取此工件。

2.1.1 供料单元PLC的I/O接线

供料单元PLC的I/O接线如图2-3所示。

2.1.2 供料单元气动控制回路工作原理

气动控制回路是供料单元的执行机构，该执行机构的逻辑控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图2-4所示。图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。1B1和1B2为安装在推料气缸上两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在顶料气缸上两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料气缸和顶料气缸上电磁阀上电磁控制端。通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。

2.1.3 供料单元的调试与运行

1．工作任务

本节只考虑供料单元作为独立设备运行时的情况，供料单元工作的主令信号和工作状态显示信号来自PLC旁边的按钮/指示灯模块。并且，按钮/指示灯模块上的工作方式选择开关SA应置于“单站方式”位置。其具体的控制要求如下。

1）设备通电和气源接通后，若工作单元的两个气缸均处于缩回位置，且料仓内有足够的待加工工件，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备已准备好。否则，该指示灯以1Hz的频率闪烁。

2）若设备已准备好，按下启动按钮，工作单元启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。启动后，若物料台上没有工件，则应把工件推到物料台上。物料台上的工件被取出后，若没有停止信号，则进行下一次推出工件操作。

3）若在运行中按下停止按钮，则在完成本工作周期任务后，各工作单元停止工作，指示灯HL2熄灭。

4）若在运行中料仓内工件不足，则工作单元继续工作，但“正常工作”指示灯HL1以1Hz的频率闪烁，“设备运行”指示灯HL2保持常亮。若料仓内没有工件，则指示灯HL1和指示灯HL2均以2Hz的频率闪烁。工作单元在完成本周期任务完成后停止。除非向料仓补充足够的工件，否则工作单元不能再启动。

本节要求完成的任务总结如下。

1）规划PLC的I/O分配及接线端子分配。

2）进行系统安装和接线。

3）按控制要求编制PLC程序。

4）进行调试与运行。

2．供料单元单站控制的编程思路

1）程序结构：程序由两部分组成，一部分是系统状态显示，另一部分是供料控制。主程序在每一扫描周期都调用系统状态显示子程序，仅当在运行状态已经建立时才可能调用供料控制子程序。

2）PLC通电后应首先进入初始状态检查阶段，确认系统已经准备就绪后，才允许投入运行，这样可及时发现存在的问题，避免出现事故。例如，若两个气缸在通电和气源接入时不在初始位置（气路连接错误的缘故），那么在这种情况下不允许系统投入运行。通常的PLC控制系统都有这种常规的要求。

3）供料单元运行的主要过程是供料控制，这是一个步进顺序控制过程。

4）如果没有停止要求，步进顺序控制过程将周而复始地不断循环。常见的步进顺序控制系统正常停止的要求是，接收到停止指令后，系统完成本工作周期任务即返回到初始步后才停止下来。

5）当料仓中最后一个工件被推出后，将发生缺料报警。推料气缸复位到位（完成本工作周期任务）即返回到初始步后，推料任务暂停下来，等待装满工件重新启动。

按上述分析，可画出图2-5所示的系统主程序梯形图。

供料控制子程序的步进顺序流程如图2-6所示。图中，初始步S0在主程序中，当系统准备就绪且接收到启动脉冲时被置位。

3．调试与运行

1）调整气动部分，检查气路是否正确，气压是否合理，气缸的动作速度是否合理。

2）检查磁性开关的安装位置是否到位，磁性开关工作是否正常。

3）检查I/O接线是否正确。

4）检查光电式传感器安装是否合理，其灵敏度是否合适，保证检测的可靠性。

5）放入工件，运行程序且观察供料单元动作是否满足任务要求。

6）调试各种可能出现的情况，如需在任何情况下都可以加入工件，那么系统要确保能可靠工作。

7）优化程序。