情境4立体仓库PLC控制系统的运行与维护.ppt

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PLC应用技术 学习情境四 立体仓库PLC控制系统的运行与维护 PLC应用技术情境四——实施过程参考 立体仓库立体仓库PLCPLC控制系统的运行与维护控制系统的运行与维护 我能做好 认识系统认识系统 熟悉工艺熟悉工艺 读懂程序读懂程序 运行维护运行维护 PLC应用技术立体仓库系统结构认识与分析一 电气结构及电器元件安装位置3 1 系统整体结构1 典型机械结构及在本系统的应用2 PLC应用技术 本系统以“机电一体化柔性装配系统 —升降梯立体仓库单元”为依托而展 开；系统由升降梯与立体仓库两部分 组成，可进行两个不同生产线的入库 和出库。在本装配生产线中可根据检 测单元对销钉材质的检测结果将工件 进行分类入库（金属销钉和尼龙销钉 分别入不同的仓库）。若传送至本单 元的为分拣后的空托盘，则将其放行。 升降梯 立体仓库 系统结构认识与分析—1.整体结构 PLC应用技术 升降梯单元将分拣站放行的托盘接 收，若托盘为空则将其放行；若有 工件，则根据材质选择仓库号，再 依据仓库库位的信息决定目标库位。 由步进及伺服等精密控制电机带动 丝杠，链条等传动装置对垛机进行 定位，并完成入库动作。 运动过程动画演示 系统结构认识与分析—1.整体结构 PLC应用技术 升降步进电机 水平移动伺服 水平移动导轨升降传动机构 凸轮传动机构 电磁阀 传感器 垛机传动装置 指示灯 仓 库 仓 库 垛 机 整体组成 系统结构认识与分析—1.整体结构 PLC应用技术 1. 齿轮、齿条差动升降机构 机构名称：齿轮、齿 条差动升降机构 工作特性：即时速度 V2=2V1行程S2=2S1 本机应用目的：增大 举升高度。 系统结构认识与分析—2.典型机械结构 PLC应用技术 机构名称：齿轮、 齿条传动机构 工作特性：传动平 稳。 本机应用目的：升 降货梯水平传动。 2.齿轮、齿条传动机构 系统结构认识与分析—2.典型机械结构 PLC应用技术 3.滚珠丝杆传动机构 机构名称：滚珠丝 杠传动机构 工作特性：传动平 稳，精度高。 本机应用目的：升 降货梯水平传动。 系统结构认识与分析—2.典型机械结构 PLC应用技术 4.链轮、链条差动升降机构 机构名称：链轮、 链条差动升降机构 工作特性：即时速 度V2=2V1行程 S2=2S1 本机应用目的：增 大举升高度。 系统结构认识与分析—2.典型机械结构 PLC应用技术 5.链条长度补偿机构 机构名称：链条长度 补偿机构。 工作特性：可使二根 链条平衡受力，即通 过杠杆A使二根链条 在制造和工作中的磨 损后产生的长度不一 致相互补偿。 本机应用目的：提升 升降平台。 系统结构认识与分析—2.典型机械结构 PLC应用技术 6.平衡重块机构 机构名称：平衡重块 机构 工作特性：G1依一定 关系小于G，且与G 同步运动。 本机应用目的：重块 与升降平台配合，以 减小动力电机功率。 系统结构认识与分析—2.典型机械结构 PLC应用技术 7.丝杠、丝母机构 机构名称：丝杠、丝母机 构 工作特性：省力、自锁、 可靠、安全。 附：轴承 可以承受大的轴向力及径 向力、自动定心。 本机应用目的：举升、升 降台系统 系统结构认识与分析—2.典型机械结构 PLC应用技术 A SQ12 SQ15 SQ13 SQ16 SQ14 SQ17 SQ18 SQ19 SQ20 A B SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 HL SQ3SQ1 M2 YM2 SQ2 YM1 SM S1 S2 C1 M1 S3 C B SQ21 SQ24 SQ22 SQ25 SQ23 SQ26 SQ27 SQ28 SQ29 系统结构—3.电气结构及元件安装位置 A库、B库及升降机构C PLC应用技术 A B SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 HL SQ3 SQ1 M2 YM2 SQ2 YM1 SM S1 S2 C1 M1 S3 C S1—托盘检测 S2—销钉检测 S3—销钉气缸复位 S4—销钉气缸至位 S5—止动气缸至位 S6—止动气缸复位 C1—止动气缸 C2—销钉气缸 M1—传送电机 HL1—红色指示灯 HL2—绿色指示灯 YV1—止动气缸电磁阀 YV2—销钉气缸电磁阀 系统结构—3.电气结构及元件安装位置 PLC应用技术 A SQ12 SQ15 SQ13 SQ16 SQ14 SQ17 SQ18 SQ19 SQ20 B SQ21 SQ24 SQ22 SQ25 SQ23 SQ26 SQ27 SQ28 SQ29 SQ12—库 1 SQ13—库 2 SQ14—库 3 SQ15—库 4 SQ16—库 5 SQ17—库 6 SQ18—库 7 SQ19—库 8 SQ20—库 9 SQ21—库 10 SQ22—库 11 SQ23—库 12 SQ24—库 13 SQ25—库 14 SQ26—库 15 SQ27—库 16 SQ28—库 17 SQ29—库 18 系统结构—3.电气结构及元件安装位置 A（左）库、B（右）库 PLC应用技术检测元件、执行机构、控制元件一览表  PLC应用技术 检测元件、执行机构、控制元件一览表（续）  PLC应用技术 为实现本系统的控制功能，在结构的相应位置装设了光 电式传感器、光栅尺、磁性接近开关等检测装置，并配 备了伺服电机、步进电机、标准气缸等执行机构和继电 器、电磁阀等控制元件 。 典型电器元件描述二 步进电机 伺服电机 直流电机 总线 光电开关 微动开关 光栅尺 PLC应用技术 典型电气元件—1.光栅尺 光栅位移传感器原理       是由一对光栅副中的主光栅（即 标尺光栅）和副光栅（即指示光栅） 进行相对位移时，在光的干涉与衍 射共同作用下产生黑白相间（或明 暗相间）的规则条纹图形，称之为 莫尔条纹。经过光电器件转换使黑 白（或明暗）相同的条纹转换成正 弦波变化的电信号，再经过放大器 放大，整形电路整形后，得到两路 相差为90o的正弦波或方波，送入光 栅数显表计数显示。 PLC应用技术 典型电气元件—1.光栅尺 1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。 2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和 油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。 3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。 4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一 薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。 5）为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用 乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面， 保持玻璃光栅尺面清洁。 6）光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺， 如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。 光栅尺使用注意事项 PLC应用技术 典型电气元件—1.光栅尺 7） 不要自行拆开光栅传感器，更不能任意 改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方 面可能破坏光栅传感器的精度；另一方面还 可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏 铬层也就损坏了栅线，进而造成光栅尺报废。 8） 应注意防止油污及水污染光栅尺面，以 免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。 9） 光栅传感器应尽量避免在有严重腐蚀作 用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅 尺表面，破坏光栅尺质量。 光栅尺使用注意事项 PLC应用技术 典型电气元件—2.伺服电机 伺服电机工作特点    伺服电动机又称执行电动机， 在自动控制系统中，用作执行元 件，把所收到的电信号转换成电 动机轴上的角位移或角速度输出。 分为直流和交流伺服电动机两大 类，其主要特点是，当信号电压 为零时无自转现象，转速随着转 矩的增加而匀速下降 。 PLC应用技术 典型电气元件—2.伺服电机 伺服电机工作原理 伺服电机内部的转子是永磁铁， 驱动器控制的U/V/W三相电形成 电磁场，转子在此磁场的作用下 转动，同时电机自带的编码器反 馈信号给驱动器，驱动器根据反 馈值与目标值进行比较，调整转 子转动的角度。伺服电机的精度 决定于编码器的精度（线数）。   PLC应用技术 按键功能 1 选择伺服模式。 为数值的减量(-1)。 选择伺服模式。 为数值的增量(+1)。 切换模式(MODE)。 删除(ESC)。 将设定位向右侧移位(SHIFT)。 确定模式与数值(ENT)。 确定的时候要按住此键1秒以上 典型电气元件—2.伺服电机 伺服参数调整方法 PLC应用技术 模式的选择 2 顺序监控模式 监控模式 参数编集模式 试运行模式 通电 选择子模式 显示实例模式选择 典型电气元件—2.伺服电机 伺服参数调整方法 PLC应用技术 参数调整 3 ∧ ∨ ∧ ∨ ENT(1秒以上) ESC ENT(1秒以上) ESC ENT(1秒以上) ESC ENT(1秒以上) ESC 采用参数编集模式，可以进行参数的编集。 按下MODE键，显示［ ］，按ENT键(1秒 以上)，对参数编集进行选择。 选择参数编集以后，再选择由∧键或∨键进 行编集的参数号。 按ENT键可以编集其内容。 典型电气元件—2.伺服电机 伺服参数调整方法 PLC应用技术 操作实例 4 为顺序模式的显示实例。 返回模式选择。 选择参数模式。 显示参数号。 选择参数33号。 显示33号的设定内容。H侧(上位3位)的最上 位闪亮。(显示初始值的上位2位) (1秒以上) 显示键操作 备注 闪亮 (1秒以上) 接下页 典型电气元件—2.伺服电机 伺服参数调整方法 PLC应用技术 典型电气元件—2.伺服电机 伺服参数调整方法 减少数值成为0。 显示L侧(下位4位)。 移动到编集的位上。 数值设为1。 确定变更后的数值。 如进行确定，直接保留其显示。 显示键操作 备注 闪亮 (1秒以上) 闪亮 闪亮 闪亮 操作实例 4 PLC应用技术 典型电气元件—3.步进电机 步进电机基本结构 PLC应用技术 典型电气元件—3.步进电机 步进电机工作原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执 行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号， 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固 定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以 固定的角度一步一步运行的。可以通过控制 脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定 位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控 制电机转动的速度和加速度，从而达到调速 的目的。步进电机可以作为一种控制用的特 种电机，利用其没有积累误差(精度为100%) 的特点，广泛应用于各种开环控制。   步进电机驱动器 PLC应用技术 典型电气元件—3.步进电机 步进电机基本参数术语 电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机 所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如6BYG250A 型电机给出的值为°/°（表示半步工作时为°、整步工作时 为°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定 是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、 三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一 般二相电机的步距角为°/°、三相的为°/°、五相的为 °/°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步 进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数 ’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变 步距角。   PLC应用技术 典型电气元件—3.步进电机 保持转矩(HOLDING TORQUE)：是指步进 电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力 矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常 步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由 于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断 衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所 以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的 参数之一。比如，当人们说的步进电 机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩 为的步进电机。   步进电机基本参数术语 PLC应用技术系统控制要求和运行分析三 1 系统控制动作分解1 控制流程图2 分析读懂控制程序3 PLC应用技术 1 当接受到前 站分拣单元放行 合格品信号后工 作指示灯发光， 垛机左行，同时 垛机左限位电磁 铁吸合准备接件。 2 当垛机左行 到位后，左限位 开关发出信号， 垛机停止左行等 待接件，秒后 垛机接件换向右 行。 系统控制运行分析—1.动作分解 控制过程初始状态：换 向气缸处于复位；垛机 处于中间限位；伺服电 机（内进/外退）处于 外限位；步进电机（升 降）处于底限位；凸轮 （库内）处于下限位。 此时所有执行机构均为 停止状态，工作指示灯 熄灭。 动作分解 PLC应用技术 4 通过串口读取 光栅尺高度数值， 并将此数值与目标 仓库单元的高度进 行比较后垛机随升 降梯到达指定层位 高度停止上行，伺 服电机启动向内运 送工件。 5 伺服电机将垛 机向内送到指定某 排位，某排位限位 开关发出信号，此 时伺服电机停止内 进，凸轮动作使垛 机提升30mm的行程。 3 当垛机载工件右 行到中间位置且检测 到工件后，中间限位 开关和工件检测传感 器发出信号，垛机停 止右行并释放左限位 电磁铁，同时启动步 进脉冲（此时步进方 向向上输出为0），使 垛机载工件随升降梯 定向上行运送工件。 系统控制运行分析—1.动作分解 动作分解 PLC应用技术 7 垛机左（右） 行到位使左（右） 限位开关发出信 号后停止左（右） 行，凸轮动作放 置托盘工件。 8 当凸轮下限 位发出信号且库 位微动开关动作 后，入库动作结 束，垛机右（左） 行。 6 凸轮上限位 发出检测信号时 凸轮电机停止动 作，垛机左（右） 行，左（右）限 位电磁铁吸合放 行工件入库。 系统控制运行分析—1.动作分解 动作分解 PLC应用技术 10 当伺服电机向 外退至原位后外限 位开关动作停止外 退，步进方向转为 向下（输出为1）， 并同时启动步进脉 冲使升降梯下行。 11 升降梯下行至 底层（原位），底 层限位开关动作， 此时停止步进脉冲， 并使步进方向输出 为0，将升降梯停放 在原位，工作指示 灯熄灭。 9 当垛机右（左） 行到中间位置时中 限位开关发出信号 停止右（左）行， 并释放左（右）限 位电磁铁。此时启 动伺服电机向外退 出。 系统控制运行分析—1.动作分解 动作分解 PLC应用技术 垛机工件检测（Ｉ０.2） 是否到达目标垂直位置 输出伺服电机脉冲 是否到达目标水平位置 停止伺服电机脉冲 金属 销钉是哪种材质 尼龙 检索金属仓库 检索尼龙仓库 确定入库路线 输出步进电机脉冲 停止步进电机脉冲 是 否 否 接下页 是 流程图 系统控制运行分析—2.流程图 PLC应用技术 金属 凸轮上限位是否到达 尼龙 垛机左移，左 限位电磁铁 接下页 输出凸轮电机 否 销钉是哪种材质 垛机右移，右 限位电磁铁 垛机左限位 垛机右限位 流程图 系统控制运行分析—2.流程图 PLC应用技术 停止垛机左移，输 出凸轮电机 停止垛机右移，输 出凸轮电机 凸轮下限位 凸轮下限位 停止凸轮电机，输 出垛机右移 停止凸轮电机，输 出垛机左移 垛机中间限位 垛机中间限位 接下页 流程图 系统控制运行分析—2.流程图 PLC应用技术 停止垛机右移及左 限位电磁铁 停止垛机左移及右 限位电磁铁 输出伺服电机脉冲 及方向 外侧限位 停止伺服电机脉冲 及方向 输出步进电机脉冲 及方向 下限位 停止步进电机脉冲 及方向，工作指示 灯灭 流程图 系统控制运行分析—2.流程图 PLC应用技术 反复观察分站运行演示，深刻理解控制要求； 根据控制要求描述及工作状态表，对照I/O编号， 分析理解控制程序； 根据I/O编号逐个核对PLC与输入输出设备的连 接，观察并验证系统运行情况。 系统控制运行分析—3.分析读懂控制程序 步进电机 伺服电机 直流电机 总线 光电开关 微动开关 光栅尺 PLC应用技术    系统维护四 1 读懂电源系统图和气动原理图1 熟悉PLC控制接线图2 了解柔性系统的网络控制结构3 常见故障分析4 PLC应用技术 系统维护—1.电源系统图 PLC应用技术 系统维护—1.气动原理图 PLC应用技术 系统维护—控制接线图 PLC应用技术 S7-300 主站 变频器 主站 PG/PC STE P 7 S7-200 S7-200 DP 从站 模块EM277  S7-200 …… S7-200 系统维护—3.柔性系统网络控制结构 PLC应用技术 主站 CPU单元6ES7 315-2AG10-0AB0+6SE7 307-1BA00-0AA0电 池+40针前连接器 6ES7 392-1AM00-0AA0+存储卡6SE7 953- 8LF00-0AA0+I/O数字模块 (16) 6SE7323-1BL00-0AA0+背板 6ES7 390-1AE80-0AA0+STEP7 编程软件 PROFIBUS 总线 从 站 1 E T 200S 从 站 4 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 5 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 7 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 9 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 10 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 2 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 3 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 6 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 + 模 拟 量 输 入 模 块 + 模 拟 量 输 出 模 块 从 站 11 变 频 器 主 机 + 变 频 器 D P 接 口 + 变 频 器 B O P 面 板 PC+WINCC 组态监控软件 从 站 8 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 11 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 从 站 12 中 央 处 理 单 元 （ C P U ） C P U 226 +P R O F IB U S D P 模 块 E M 277 + 输 入 扩 展 模 块 系统维护—3.柔性系统网络控制结构 PLC应用技术 故障： 前一站有托盘，但垛机不向左进行接件动作 可能原因：控制模式开关未选在自动 故障： 垛机定位时，产生的偏差较大 可能原因：1.步进电机或伺服电机的驱动器参数调整不正确 2.程序中发送脉冲量不正确 3.初始位置的开关位置不正确 故障：垛机行进至导轨尾端后，再也无法移动，复位也无效 可能原因：保护用微动开关被压住，造成供电断路 系统维护—4.常见故障分析 PLC应用技术 思考问题 如何进行库位信息的检索，哪种检索方法更好 如果接到的是空托盘，那么托盘应该怎样处理 想要指定库位进行出库，该怎样编程 1. 2. 3. PLC应用技术 情境四结束——谢谢！