模板支撑体系
工业生产流水线自动化测控
实验指导书
主编： 梁 森，王 洋，计丽霞
www.liangsen
liangsen163@163
适用专业：电气技术及其自动化
（请预习后再来实验）
实验地点：技术中心 A 506
2010-12-27，29
目 录
第一章 流水线自动化测控综合实验台综述 1
1.1 结构和功能综述 1
1.2实验项目 6
1.3实验台的配置 7
1.4 技术参数 8
第二章 传感器与检测技术综合实验台的动作过程综述 9
2.1 整机工作流程和步骤 9
2.2 送料机构说明 11
2.3 机械手搬运机构说明 11
2.5涉及到的其他气动元件知识 13
第三章 传感器与检测技术综合实验的目的、步骤及结果 18
3.1 系统的初始化操作 18
3.2 分选实验 20
3.4 电涡流位移传感器实验及线性化的研究 27
3.5 应变传感器称重实验及非线性和温漂的研究 31
第一章 流水线自动化测控综合实验台综述
1.1 结构和功能综述
1.1.1 YL237型工业流水线自动化测控综合实验台的特点
本实验设备是中国亚龙科技有限公司生产的，名称为“工业流水线自动化测控综合实验台”，简称为“传感器与检测技术综合实验台”，配置了电脑和三菱PLC。
本实验指导书阐述了工业生产流水线自动化测控综合实验台的基本结构、工作原理、工作过程和操作步骤，给出了较详细的使用说明。阅读和理解本实验指导书，也是机电一体化知识学习的一部分。
本实验台将多门理论课中学到的机械、电子、传感器、检测、PLC、电气控制等课程有关知识加以综合。为了进行研究性实验，本实验系统还允许进行模块化拆分和组合，可以通
过重新定义输入/输出口地址，重新对PLC进行编程，完成学生自己想要的动作和功能。
图1-1 流水线自动化测控综合实验台示意图
图1-2 传感器与检测技术综合实验室
1.1.2传感器与检测技术综合实验台总体实验目的
①验证学过的几种常用传感器的原理；②对几种常用传感器的特性进行测试；
③学习几种常用传感器的调试；④学习传感器在气动、流水线运行中的测控方法；⑤学习气动系统的组成；⑥学习如何组成综合测试系统等。具体的实验目的及内容见后述。
1.1.3 传感器与检测技术综合实验台的组成
实验平台的尺寸为1.2m×0.8m，设置了送料机构、搬运机械手、工件传送、多种传感器、分拣汽缸等。学生可以自由集成、组装和调试。机械手采用“电磁换向阀-气缸”驱动，工件采用电动机驱动的传送带输送。
控制器采用可编程控制器（PLC），并配套安全的强电控制模块、24V电源模块、按钮模块以及输入/输出接线端子等。
1.1.4 典型的工业分选过程综述
在实验台左边抽屉中，放置有供实验和分选用的34个工件，其中10个白塑料工件，10个黑塑料工件，10个铝质工件，5个白磁性工件，5个黑磁性工件，2个铁质工件，2个铜质工件。他们的直径和高度都是一样的，重量不一样。
实验时，将多个工件混合后随机放到图1-3a所示的送料圆盘中。圆盘的驱动电动机在PLC的Y0（指PLC的输出端编号，低电平有效，以下同）控制下旋转，将7种不同材质的圆柱状工件排队，并运送到抓取机械手的正下方。
当工件运动到圆盘右边的缺口处时，反射式“光电接近开关”发出的红光线被该工件的圆柱面反射，产生“到位”信号X1（指PLC的输入端，低电平有效，以下同），送到PLC。机械手上的“气动手指”（也称气动手爪）在PLC的Y1控制下，“气动手指”产生夹紧动作，抓取圆柱状工件，如图1-3所示。
接着，机械手下部的提升汽缸Y3将机械手的杠杆向上推起，气动手指被举起。附着在提升气缸侧面的“磁性开关”X4（见图1-3c）测得提升“到位”后，通知PLC，机械手旋转轴下方的“旋转汽缸”Y6使气动手指逆时针旋转60°，机械手摆动到流水线的输送传送带上方，Y4油管锚控制提升气缸的活塞下降，使气动手指慢慢放下，Y2控制气动手指张开，工件被轻轻地放
到输送传送带上。
图1-3a）送料机构 b）机械手抓取
图1-3c）提升汽缸上的磁性开关X5 d）气动手指
图1-4 流水线的传送带、传感器及落料斜槽
传送带由可正、反转的24V直流电动机驱动。电动机的转速可用电位器调节，调节范围为30~300r/min（0.5~5r/s）。
流水线的上方安装有工业中常用的传感器，从左到右为：
霍尔接近开关（垂直安装），电感接近开关（内部的工作原理事实上是“电涡流效应”，工业中俗称“电感接近开关”，垂直安装）、反射式光电接近开关（垂直安装）、遮断式光电开关（水平安装）。被测工件从各个传感器面前通过，传感器对不同材质的工件产生不同的反应。例如：当磁性工件从霍尔接近开关下方掠过时，接近开关尾部的指示灯亮；当导
电工件从电感接近开关下方掠过时，接近开关尾部的指示灯亮；白工件从反射式接近开关下方掠过时，接近开关尾部的指示灯亮。实验者可以分别用不同的工件试验一下。
图1-5 从左到右为：霍尔接近开关、电涡流接近开关和反射式光电接近开关
1.1.5 分选步骤
首先，带有磁性的工件被“霍尔接近开关”所测知，X14通知PLC，对应的汽缸Y7将该工件推出传送带，落到对应的落料槽中；其次，导电的铝工件被电感接近开关识别，输出X15，白的塑料工件被反射式光电接近开关所识别，输出X16，给自被对应的汽缸Y10和
Y11，推到对应的落料槽中。最后，黑的塑料工件（既无磁性，也不导电，反光率也较低）被遮光型光电开关识别，输出X17，被对应的汽缸Y12推到最后一个落料槽中，从而完成不同材质工件的分选。
图1-6 遮光型光电开关
在本综合实验台上，实验者还可以通过改变PLC编程，改变流水线的运行方向和速度，设计自己的测控系统，研究在不同组合方式下，不同运行速度下，传感器的反应及信号传送，进行包括PLC、调速、检测等多学科联合的自主实验和创新实验。
本实验台还能进行如下传感器特性测试实验：①应变电子秤实验；②电涡流位移传感器实验；③电容接近开关实验。
在应变电子秤和电涡流位移传感器的特性实验中，可以进行传感器输出的模拟信号处理，例如线性度计算，非线性纠正，温度补偿等。
在电容接近开关的特性测试中，可以分析不同材料对电容接近开关的作用，以及接近开关的特性测试等。
1.2实验项目
表1-1 实验的主要项目名称及内容
序号 | 实验项目名称 | 实验内容 |
1 | 气动技术测控实验 | 气动元件的认知、气动基本组合和调试实验 （PLC默认工况的实验），学习气动元件的气路连接，气动系统的调试 |
2 | 霍尔接近开关的性能测试 | 测定霍尔接近开关对磁性物体的作用、回差等特性，调试安装距离 |
3 | 电涡流接近开关的性能测试 | 学习电涡流接近开关（俗称电感接近开关）的实验方法，测试其对不同材料（铝、铁、塑料）的作用、动作距离复位距离、回差等特性，调试安装距离研究流水线运行速度与测量频率的关系，调试安装距离 |
4 | 反射式光电接近开关的性能测试 | 测定反射式光电接近开关对不同颜物体的作用距离，调试安装距离 |
5 | 透射式光电接近开关的性能测试 | 研究透射式光电接近开关的边界条件 |
6 | 传送带速度和光纤转速表的调试 | 学习传送带速度与下道工序衔接的调试，学习光纤传感器（流水线主轴转速测量）的定位及调试，学习配套的LT6000P型智能显示调节仪（转速表）的设定 |
7 | 传感器作为PLC输入设备的研究 | 学习PLC输入端口的分配、输入口与传感器电路的连接 |
8 | 应变称重传感器的特性 | 了解箔式应变片和悬臂梁称重的结构；有关桥路和放大器，输入/输出的线性度；零漂，灵敏度漂移，温度补偿，线性化 |
9 | 皮带架电涡流位移传感器的性能测试 | 测试电涡流传感器对不同金属材料的“/mV距离”关系，计算端基线性度 |
10 | 电容接近开关的性能测试 | 测定电容近接开关对不同材料、材质，如铝、塑料、纸张、水、人的手掌、水杯等的工作距离、回差等参数；研究回差与抗干扰的关系 |
11 | 气动元件和机械手的自主测控 （自选动作） | 自主制定实验的动作次序，通过改变PLC的程序，改变输入/输出的定义，从而改变系统的功能 |
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1.3实验台的配置
表1-2 主要部件配置表
序号 | 名称 | 主要元件的型号、规格 | 数量 | 单位 |
1 | 工作台 | 1400mm900mm | 1 | 张 |
2 | PLC模块 | 三菱MELSEC Fx2n-40MR PLC | 1 | 台 |
3 | 电源模块 | 三相电源总开关（带漏电和短路保护）、开关电源（24V/6A）、熔断器、单相三眼电源插座、安全插座 | 1 | 套 |
4 | 按钮模块 | 急停按钮、绿启动按钮（启动送料机构）、红停止按钮（关闭送料机构）各1只 | 1 | 块 |
5 | 报警灯灯 | 24V电源指示灯、待机、系统报警灯 （橙、绿、红） | 1 | 套 |
6 | 送料机构 | 24V送料旋臂电动机，工件出口槽（包括支撑架），“工件到位”反射式光电接近开关，流水线传送带直流减速电动机（24V，最高转速40r/min砂洗），联轴器（圆周上带有测量转速用的黑白相间条码），送料盘（包括旋臂）， | 1 | 套 |
7 | 气动送料机械手及附件 | 机械手气缸（其中一只用于机械手的旋转，另一只用于机械手的上升），配套极限位置报警磁性开关，气动手指（抓取工件），旋转支架（60º限位），双向电磁换向阀 | 1 | 套 |
8 | 工件传送 | 平传送带70mm1500mm | 1 | 套 |
9 | 气压导管 | Φ6防紫外线灯 | 1 | 套 |
10 | 空气压缩机 | 医用静音空气压缩机 | 1 | 台 |
11 | 圆柱体工件 | 铝合金(黑、白各10个)、磁性（黑、白各5个）、 塑料（黑、白各15个） | 60 | 只 |
12 | 光纤接近开关 | （用于测量电动机联轴器的转速） | 1 | 只 |
13 | 霍尔接近开关 | 上海通尔传感器有限公司 | 1 | 只 |
14 | 电感接近开关 | 同上 | 1 | 只 |
15 | 电感接近开关的接线端子 | 由学生按产品说明书的颜接线（红、黑、蓝） | 3 | 根 |
16 | 反射式光电接近开关 | 上海通尔传感器有限公司 | 1 | 只 |
17 | 遮断式光电开关 | 同上 | 1 | 只 |
18 | 单向电磁换向阀 | 2位五通单电控 | 4 | 只 |
19 | 双向电磁换向阀 | 2位五通双电控 | 3 | 网络电视广告只 |
20 | 推料阀汽缸 | SMC（CDZ2B16-60-B） | 4 | 只 |
21 | PLC编程线缆 | SC-09 | 1 | 根 |
22 | 计算机 | 1G内存，60G硬盘 | 1 | 套 |
| | | | |
1.4 技术参数
1.电源：单相 AC 220V±10%，50Hz，500VA
2.温度：-10～40℃；环境湿度：≤90%（25℃）；
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