11YL

11YL--335B自动化生产线分拣

单元论文设计

YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

摘 要

自动生产线的最大特点是它的综合性和系统性，综合性主要涉及机械技术、微电

子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络通信技术等

多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是生产线的传感检测、

传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机

地融合在一起。本系统完成一个工件的拆卸、分拣工作，模拟一个生产流水线的生产

过程。首先由供料站提供原料，运输站将其送至加工站加工，然后送至装配站进行安

装，最后由分拣站进行分拣。

设计以送料、加工、装配、输送、分拣等工作单元作为自动生产线的整体设计，

构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采用了气动驱动、变频器驱动

和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每一工作单元由一台PLC

承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控制方式。所

以，本设计综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械

连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器技术等。

关键字 变频器 PLC 电机

II

YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

Abstract

The biggest characteristic of automatic production line is a comprehensive and its

system, comprehensive mainly relates to the mechanical technology, microelectronics

technology, electrical and electronic technology, nsor technology, interface

technology, information transformation technology, network communication

technology and other technology organically, and applied to production equipment and

systems; that is production line of nsing, processing and transmission, control,

execution and driving mechanism in the control of the micro processing unit of work

coordinately, organically fus in together. The system completed the demolition,

sorting a work piece, the production process simulation of a production line. First by

the feeding station to provide raw materials, transport station will be nt to the

processing station for processing, and then nt to the asmbly station for installation,

and finally by the sorting station sorting.

Design work to feed, processing, asmbling, transporting, sorting unit as the

overall design of automatic production line, forming a mechanical platform is a typical

automatic production line, the mechanism of the system adopts pneumatic drive,

inverter drive and stepper (rvo) motor position control technology. Control system

adopts each work unit is compod of a PLC for the control task, the PLC through the

RS485 rial communication to achieve the interconnection of distributed control mode.

So, the design of integrated application of a variety of technical knowledge, such as

pneumatic control technology, mechanical technology (mechanical transmission,

mechanical connections), nsor technology, PLC control and networking, stepping

motor position control and inverter technology.

Key Words transducer ,PLC , motor

III

YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

目 录

摘 要

..................................................................................................................................... I

Abstract

................................................................................................................................ II

目 录

....................................................................................................................................III

1绪论

..................................................................................................................................... 1

2 YL-335B自动生产线概述

.......................................................................................... 3

2.3 自动化生产线工艺流程介绍 .................................................................................. 10

3 分拣单元的结构与控制

............................................................................................ 12

3.1 分拣单元的结构 ...................................................................................................... 12

3.2 分拣单元的PLC控制及编程 ................................................................................ 18

4组态软件的系统构成及其简介

................................................................................ 28

4.1组态软件的结构划分 ............................................................................................... 28

5 自动生产线监控画面的制作

................................................................................... 31

5.1 规划联机所需要的辅助继电器清单 ...................................................................... 31

5.2 建立仿真画面 .......................................................................................................... 32

5.3 工程下载 .................................................................................................................. 37

结 论

.................................................................................................................................. 39

致 谢

.................................................................................................................................. 40

参考文献

YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

1绪 论

现代化的自动生产设备（自动生产线）的最大特点是它的综合性和系统性，在这里，

机械技术、微电子技术、电工电子技术、传感测试技术、接口技术、信息变换技术、网络

通信技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；而系统性指的是，生产线的

传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机构在微处理单元的控制下协调有序地工作，

有机地融合在一起。

可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而

广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。因

此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。

亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备在铝合金导轨式实训台上安装送料、加工、

装配、输送、分拣等工作单元，构成一个典型的自动生产线的机械平台，系统各机构的采

用了气动驱动、变频器驱动和步进（伺服）电机位置控制等技术。系统的控制方式采用每

一工作单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分

布式控制方式。因此，YL-335B综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机

械传动、机械连接等）、传感器应用技术、PLC控制和组网、步进电机位置控制和变频器

技术等。利用YL-335B，可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学习者得

到一个非常接近于实际的教学设备环境，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。

YL-335B采用模块组合式的结构，各工作单元是相对独立的模块，并采用了标准结构

和抽屉式模块放置架，具有较强的互换性。可根据实训需要或工作任务的不同进行不同的

组合、安装和调试，达到模拟生产性功能和整合学习功能的目标，十分适合教学实训考核

或技能竞赛的需要。

MCGS嵌入版组态软件具有强大的功能，并且操作简单，易学易用，普通工程人员经

过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS嵌入版

组态软件能够避开复杂的嵌入版计算机软、硬件问题，而将精力集中于解决工程问题本身，

根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控

系统。

MCGS嵌入版采用全中文、可视化、面向窗口的开发界面，符合中国人的使用习惯和

要求。实时性强、有良好的并行处理性能。MCGS嵌入版以图像、图符、报表、曲线等多

种形式，丰富、生动的多媒体画面。完善的安全机制完善的安全机制多样化的报警功能。

支持多种硬件设备，实现“设备无关”。良好的可维护性。

可编程序控制器（PLC）以其高抗干扰能力、高可靠性、高性能价格比且编程简单而

广泛地应用在现代化的自动生产设备中，担负着生产线的大脑——微处理单元的角色。因

此，培养掌握机电一体化技术，掌握PLC技术及PLC网络技术的技术人材是当务之急。

因此，本设计将组态技术与PLC技术，有机结合起来，运用组态技术，对自动生产

线的各单元进行高仿真。达到模拟运行的目的。

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YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

2 YL-335B自动生产线概述

2.1 自动化生产线（YL-335B）的基本组成

亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装备由安装在铝合金导轨式实训台上的供料单

元、加工单元、装配单元、输送单元和分拣单元5个单元组成。其外观如图2.1所示。

图2.1 YL-335B外观图

其中，每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体化的系统。

各个单元的执行机构基本上以气动执行机构为主，但输送单元的机械手装置整体运动则采

取步进电机驱动、精密定位的位置控制，该驱动系统具有长行程、多定位点的特点，是一

个典型的一维位置控制系统。分拣单元的传送带驱动则采用了通用变频器驱动三相异步电

动机的交流传动装置。位置控制和变频器技术是现代工业企业应用最为广泛的电气控制技

术。

在YL-335B设备上应用了多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体

通过的状态、物体的颜色及材质等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一，是

现代工业实现高度自动化的前提之一。

在控制方面，YL-335B采用了基于RS485串行通信的PLC网络控制方案，即每一工作

单元由一台PLC承担其控制任务，各PLC之间通过RS485串行通讯实现互连的分布式控

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YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

制方式。用户可根据需要选择不同厂家的PLC及其所支持的RS485通信模式，组建成一

个小型的PLC网络。小型PLC网络以其结构简单，价格低廉的特点在小型自动生产线仍

然有着广泛的应用，在现代工业网络通信中仍占据相当的份额。另一方面，掌握基于RS485

串行通信的PLC网络技术，将为进一步学习现场总线技术、工业以太网技术等打下了良

好的基础。

2.1.1YL-335B的基本功能

YL-335B各工作单元在实训台上的分布如图2.2的俯视图所示。

图2.2 俯视图

1、供料单元的基本功能：供料单元是YL-335B中的起始单元，在整个系统中，起着

向系统中的其他单元提供原料的作用。具体的功能是：按照需要将放置在料仓中待加工工

件（原料）自动地推出到物料台上，以便输送单元的机械手将其抓取，输送到其他单元上。

如图2.3所示为供料单元实物的全貌。

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YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

图2.3供料单元实物的全貌

2、加工单元的基本功能：把该单元物料台上的工件（工件由输送单元的抓取机械手

装置送来）送到冲压机构下面，完成一次冲压加工动作，然后再送回到物料台上，待输送

单元的抓取机械手装置取出。如图2.4所示为加工单元实物的全貌。

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图2.4 加工单元实物的全貌

3、装配单元的基本功能：完成将该单元料仓内的黑色、白色和金属小圆柱工件嵌入

到已加工的工件中的装配过程。装配单元总装实物图如2.5所示。

图2.5 装配单元实物的全貌

4、分拣单元的基本功能：完成将上一单元送来的已加工、装配的工件进行分拣，使

不同颜色、材质的工件从不同的料槽分流的功能。如图2.6所示分拣单元实物的全貌。

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YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

图2.6 分拣单元实物的全貌

5、输送单元的基本功能：该单元通过直线运动传动机构驱动抓取机械手装置到指定

单元的物料台上精确定位，并在该物料台上抓取工件，把抓取到的工件输送到指定地点然

后放下，实现传送工件的功能。输送单元的外观如图2.7所示。

图2.7 输送单元外观图

直线运动传动机构的驱动器可采用伺服电机或步进电机，视实训目的而定。YL-335B

的标准配置为伺服电机。

2.2 YL-335B的电气控制

2.2.1 YL-335B 工作单元的结构特点

YL-335B设备中的各工作单元的结构特点是机械装置和电气控制部分的相对分离。每

一工作单元机械装置整体安装在底板上，而控制工作单元生产过程的PLC装置则安装在

工作台两侧的抽屉板上。因此，工作单元机械装置与PLC装置之间的信息交换是一个关

键的问题。YL-335B的解决方案是：机械装置上的各电磁阀和传感器的引线均连接到装置

侧的接线端口上。PLC的I/O引出线则连接到PLC侧的接线端口上。两个接线端口间通

过多芯信号电缆互连。图2.8和图2.9分别是装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口。

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图2.8 装置侧接线端口 图2.9 PLC侧接线端口

装置侧的接线端口的接线端子采用三层端子结构，上层端子用以连接DC24V电源的

+24V端，底层端子用以连接DC24V电源的0V端，中间层端子用以连接各信号线。

PLC侧的接线端口的接线端子采用两层端子结构，上层端子用以连接各信号线,其端

子号与装置侧的接线端口的接线端子相对应。底层端子用以连接DC24V电源的+24V端和

0V端。

装置侧的接线端口和PLC侧的接线端口之间通过专用电缆连结。其中25针接头电缆

连接PLC的输入信号，15针接头电缆连接PLC的输出信号。

2.2.2 YL-335B的控制系统

YL-335B的每一工作单元都可自成一个独立的系统，同时也可以通过网络互连构成一

个分布式的控制系统。

1、当工作单元自成一个独立的系统时，其设备运行的主令信号以及运行过程中的状

态显示信号，来源于该工作单元按钮指示灯模块。按钮指示灯模块如图2.10所示。模块上

的指示灯和按钮的端脚全部引到端子排上。

图2.10 按钮指示灯模块

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YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

模块盒上器件包括：

⑴指示灯（24VDC）：黄色（HL1）、绿色（HL2）、红色（HL3）各一只。

⑵主令器件：绿色常开按钮SB1一只

红色常开按钮SB2一只

选择开关SA（一对转换触点）

急停按钮QS（一个常闭触点）

2、当各工作单元通过网络互连构成一个分布式的控制系统时，对于采用西门子S7-200

系列PLC的设备，YL-335B的标准配置是采用了基于RS485串行通信的N：N通信方式。

设备出厂的控制方案如图2.11所示。

图2.11 YL-335B的通信网络

各工作站PLC配置如下：

⑴输送单元：S7-226 DC/DC/DC 主单元，共24点输入，16点晶体管输出。

⑵供料单元：S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共14点输入和10点继电器输出。

⑶加工单元：S7-224 AC/DC/RLY 主单元，共14点输入和10点继电器输出。

⑷装配单元：S7-226 AC/DC/RLY 主单元，共24点输入，16点继电器输出。

⑸分拣单元：S7-224 XP AC/DC/RLY 主单元，共14点输入和10点继电器输出

3、人机界面

系统运行的主令信号（复位、启动、停止等）通过触模屏人机界面给出。同时，人机

界面上也显示系统运行的各种状态信息。

人机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁。使用人机界面能够明确指

示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误，

即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准

化、简单化，同时也能减少PLC 控制器所需的I/O 点数，降低生产的成本，同时由于面

板控制的小型化及高性能，相对的提高了整套设备的附加价值。

YL-335B采用了昆仑通态（MCGS）TPC7062KS触摸屏作为它的人机界面。

TPC7062KS是一款以嵌入式低功耗CPU为核心（主频400MHz）的高性能嵌入式一体化

工控机。该产品设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻

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YL--335B自动化生产线分拣单元论文设计

式触摸屏（分辨率4096×4096），同时还预装了微软嵌入式实时多任务操作系统

（中文版）和MCGS嵌入式组态软件（运行版）。

2.3 自动化生产线工艺流程介绍

2.3.1 供料站的工作流程

供料站接收到系统发来的供料指令后，如果出料台上没有工件，即进行把工件推到出

料台上的操作。工件推出到出料台后，应向系统发出出料台上有工件信号。若供料站的料

仓内没有工件或工件不足，则向系统发出报警或预警信号。当系统发来的启动信号被复位

时，工作站在完成本工作周期后退出运行状态。

2.3.2 装配站的工作流程

① 启动后，如果回转台上的左料盘内没有小圆柱零件，就执行下料操作；如果左料

盘内有零件，而右料盘内没有零件，执行回转台回转操作。

② 如果回转台上的右料盘内有小圆柱零件且装配台上有待装配工件，开始执行装配

过程。执行装配机械手抓取小圆柱零件，放入待装配工件中的操作。装入动作完成后，向

系统发出装配完成信号。

③ 完成装配任务后，装配机械手应返回初始位置，等待下一次装配。

2.3.3 加工站的工作流程

加工站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。当加工台上有工件且被检出

后，设备执行将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工

工序。冲压动作完成且加工台返回待料位置后，向系统发出加工完成信号。

如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周

期工作。

2.3.4 输送站的工作流程

输送站接收到人机界面发来的启动指令后，即把启动指令发往各从站。

在接收到供料站的“出料台上有工件”信号后，输送站抓取机械手装置应执行抓取供

料站工件的操作。动作完成后，伺服电机驱动机械手装置以不小于300mm/s的速度移动到

装配站装配台的正前方，把工件放到装配站的装配台上。

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接收到加工完成信号后，机械手装置应执行抓取已压紧工件的操作。抓取动作完成后，

机械手臂逆时针旋转90°，然后伺服电机驱动机械手装置移动到分拣站进料口。执行在传

送带进料口上方把工件放下的操作。机械手装置的运动速度要求与②相同。

机械手装置完成放下工件的操作并缩回到位后，手臂应顺时针旋转90°，等待下一次

搬运工作。

2.3.5 分拣站的工作流程

分拣站接收到系统发来的启动信号时，即进入运行状态。当输送站机械手装置放下工

件、缩回到位后，分拣站的变频器即启动，驱动传动电动机人机界面所指定的变频器运行

频率的速度，把工件带入检测区,如果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感

器动作，作为1号槽推料气缸启动信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为

黑色，检测黑色的光纤传感器作为2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里。

满足套件关系的第一类成品工件(每个白色槽工件和一个白色芯工件搭配组合成一组

套件，不考虑二个工件的排列顺序) 到达1号滑槽中间时，传送带停止，推料气缸1动作

把工件推出；满足套件关系的第二类成品工件(每个白色槽工件和一个黑色芯工件搭配组

合成一组套件，不考虑二个工件的排列顺序) 到达2号滑槽中间时，传送带停止，推料气

缸2动作把工件推出，满足套件关系的第三类成品工件（每个白色槽工件和金属芯工件搭

配组合成一组套件，不考虑二工件的排列顺序）到达3号滑槽中间时，传送带停止推料气

缸3动作把工件推出。

从分拣站1号滑槽、2号滑槽和3号滑槽输出的总套件数达到指定数量时，一批生产

任务完成，系统发出停止运行指令。

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3 分拣单元的结构与控制

3.1 分拣单元的结构

3.1.1 分拣单元的功能

分拣单元是YL-335B中的最末单元，完成对上一单元送来的已加工、装配的工件进

行分拣，使不同颜色材质的工件从不同的料槽分流的功能。当输送站送来工件放到传送带

上并为入料口光电传感器检测到时，即启动变频器，工件开始送入分拣区进行分拣。如图

3.1所示分拣单元实物的全貌。

图3.1分拣单元实物的全貌

3.1.2 分拣单元的结构组成

分拣单元的结构组成如图3.2所示。其主要结构组成为：传送和分拣机构，传动机构，

变频器模块，电磁阀组，接线端口，PLC模块，底板等。

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3

1

2

3

2

1

序号

拖出总成

电机驱动总成

皮带总成

名 称

335-05-03

335-05-02

335-05-01

图 号

型号规格制造商

材质

单位

数量生产方式

物料机构

图3.2分拣单元的主要结构组成

1、传送和分拣机构

传送和分拣机构如图3.3所示。传送已经加工、装配好的工件，在光纤传感器和电传

感器检测到并进行分拣。它主要由传送带、物料槽、推料（分拣）气缸、漫射式光电传感

器、光纤传感器、磁感应接近式传感器组成。

图3.3传送和分拣机构

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传送带是把机械手输送过来加工好的工件进行传输，输送至分拣区。导向件是用

纠偏机械手输送过来的工件。物料槽分别用于存放加工好的黑色工件、金属工件和白色工

件。

传送和分拣的工作原理：本站的功能是完成从装配站送来的装配好的工件进行分拣。

当输送站送来工件放到传送带上并为入料口漫射式光电传感器检测到时，将信号传输给

PLC，通过PLC的程序启动变频器，电机运转驱动传送带工作，把工件带进分拣区，如

果进入分拣区工件为白色，则检测白色物料的光纤传感器动作，作为1号槽推料气缸启动

信号，将白色料推到1号槽里，如果进入分拣区工件为黑色，检测黑色的光纤传感器作为

2号槽推料气缸启动信号，将黑色料推到2号槽里，如果进入分拣区工件为金属，检测金

属的电感式传感器作为3号槽推料气缸启动信号，将金属料推到3号料槽。自动生产线的

加工结束。

在每个料槽的对面都装有推料（分拣）气缸，把分拣出的工件推到对号的料槽中。在

两个推料（分拣）气缸的前极限位置分别装有磁感应接近开关，在PLC的自动控制可根

据该信号来判别分拣气缸当前所处位置。当推料（分拣）气缸将物料推出时磁感应接近开

关动作输出信号为“1”，反之，输出信号为“0”。

在安装和调试传送、分拣机构时须注意：

⑴分拣单元的两个气缸安装时需注意：一是安装位置，应使工件从料槽中间被推入；

二是要注意安装水平，否则有可能推翻工件。

⑵为了准确且平稳地把工件从滑槽中间推出，需要仔细地调整两个分拣气缸的位置和

气缸活塞杆的伸出速度，调整方法在前面已经叙述过了。

⑶在传送带入料口位置装有漫射式光电传感器，用以检测是否有工件输送过来进行分

拣。有工件时，漫射式光电传感器将信号传输给PLC，用户PLC程序输出启动变频器信

号，从而驱动三相减速电动机启动，将工件输送至分拣区。

该光电开关灵敏度的调整以能在传送带上方检测到工件为准，过高的灵敏度会引入干

扰。

⑷在传送带上方分别装有两个光纤传感器如图3.4所示，光纤传感器由光纤检测头、

光纤放大器两部分组成，放大器和光纤检测头是分离的两个部分，光纤检测头的尾端部分

分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。放大器的安装示意如图3.5所示。

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图3.4 光纤传感器

图3.5 光纤传感器放大器单元的安装示意图

光纤传感器也是光电传感器的一种，相对于传统电量型传感器（热电偶、热电阻、压

阻式、振弦式、磁电式），光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣环境，

传输距离远，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在很小空间

的地方。

光纤式光电接近开关的放大器的灵敏度调节范围较大。当光纤传感器灵敏度调得较小

时，反射性较差的黑色物体，光电探测器无法接收到反射信号；而反射性较好的白色物体，

光电探测器就可以接收到反射信号。反之，若调高光纤传感器灵敏度，则即使对反射性较

差的黑色物体，光电探测器也可以接收到反射信号。从而可以通过调节灵敏度判别黑白两

种颜色物体，将两种物料区分开，从而完成自动分拣工序。

图3.6给出了放大器单元的俯视图，调节其中部的8旋转灵敏度高速旋钮就能进行放

大器灵敏度调节（顺时针旋转灵敏度增大）。调节时，会看到“入光量显示灯”发光的变

化。当探测器检测到物料时，“动作显示灯”会亮，提示检测到物料。

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图3.6 光纤传感器放大器单元的俯视图

E3Z-NA11型光纤传感器电路框图如图3.7所示，接线时请注意根据导线颜色判断电

源极性和信号输出线，本单元使用的是褐色、黑色、和蓝色线。

图3.7 E3Z-NA11型光纤传感器电路框图

2、传动机构

传动机构如图3.8所示。采用的三相减速电机，用于拖动传送带从而输送物料。它主

要由电机支架、电动机、联轴器等组成。

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图3.8 传动机构

三相电机是传动机构的主要部分，电动机转速的快慢由变频器来控制（变频器具体操

作见3.2.2），其作用是带传送带从而输送物料。电机支架用于固定电动机。联轴器由于把

电动机的轴和输送带主动轮的轴联接起来，从而组成一个传动机构。在安装和调整时，要

注意电动机的轴和输送带主动轮的轴必须要保持在同一直线上。

3.电磁阀组

分拣单元的电磁阀组只使用了两个由二位五通的带手控开关的单电控电磁阀，它们安

装在汇流板上。这两个阀分别对白料推动气缸和黑料推动气缸的气路进行控制，以改变各

自的动作状态。

所采用的电磁阀所带手控开关有锁定（LOCK）和开启（PUSH）2种位置。在进行

设备调试时，使手控开关处于开启位置，可以使用手控开关对阀进行控制，从而实现对相

应气路的控制，以改变推料缸等执行机构的控制，达到调试的目的。

3.1.3 气动控制回路

本单元气动控制回路的工作原理如图3.9所示。图中1A和2A分别为分拣一气缸和分

拣二气缸。1B1为安装在分拣一气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关，2B1为安装在

分拣二气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制分拣一气缸和分

拣二气缸的电磁阀的电磁控制端。

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图3.9 分拣单元气动控制回路工作原理图

3.2 分拣单元的PLC控制及编程

3.2.1 PLC的I/O 接线

本单元中，传感器信号占用5个输入点，留出2个点提供给急停按钮和启/停按钮作本

地主令信号，共需7点输入；输出点数为4个，其中2个输出点提供给变频器使用。选用

西门子S7-222 AC/DC/RLY主单元，共8点输入和6点继电器输出，供料单元的I/O接线

原理图如图3.10所示。

如果用户希望增加变频器的控制点数，可重新组态，更改输出端子的接线，即把Q0.4、

Q0.5和Q0.6分配给分拣气缸电磁阀，而把Q0.0～Q0.2分配给变频器的5、6、7号控制

端子用。

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图3.10 分拣单元PLC的I/O接线原理图

分拣单元与前述几个单元电气接线方法有所不同，该单元的变频器模块是安装在抽屉

式模块放置架上的。因此，该单元PLC输出到变频器控制端子的控制线，须首先通过接

线端口连接到实训台面上的接线端子排上，然后用安全导线插接到变频器模块上。同样，

变频器的驱动输出线也须首先用安全导线插接到实训台面上的接线端子排插孔侧，再由接

线端子排连接到三相交流电动机。图3.11是本单元的端子接线图。

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图3.11 分拣单元端子接线图

3.2.2 西门子MM420变频器简介

西门子MM420（MICROMASTER420） 是用于控制三相交流电动机速度的变频器

系列。该系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率

11KW 可供用户选用。

YL-335B选用的MM420订货号为6SE6420-2UD17-5AA1，额定参数为：

电源电压：380V～480V，三相交流

额定输出功率：0.75KW

额定输入电流：2.4A

额定输出电流：2.1A

外形尺寸：A型

操作面板：基本操作板（BOP）

变频器安装在模块盒中，变频器的电源端头、电动机端头、主要的输入、输出端头都

引出到模块面板的安全导线插孔上，以确保实训接线操作时的安全。在模块面板上还安装

了调速电位器，用来调节变频器输出电压的频率。变频器模块面板如图3.12所示。

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图3.12 变频器模块

MM420变频器方框图如图3.13所示。

进行主电路接线时，变频器模块面板上的L1、L2、L3插孔接三相电源，接地插孔接

保护地线；三个电动机插孔U、V、W连接到三相电动机（千万不能接错电源，否则会损

坏变频器）。

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图3.13 MM420变频器方框图

一、M420变频器的BOP操作面板

1、基本操作面板（BOP）的功能概述

图3.14是基本操作面板（BOP）的外形。利用BOP可以改

变变频器的各个参数。

BOP 具有7 段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数

值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。参数的信息不能用

BOP 存储。

图3.14 操作面板

二、MM420变频器的参数设置

1、参数号和参数名称

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参数号是指该参数的编号。参数号用0000 到9999 的4 位数字表示。在参数号的前

面冠以一个小写字母“r”时，表示该参数是“只读”的参数。其它所有参数号的前面都

冠以一个大写字母“P”。这些参数的设定值可以直接在标题栏的“最小值”和“最大值”

范围内进行修改。[下标] 表示该参数是一个带下标的参数，并且指定了下标的有效序号。

2、更改参数的数值的例子

用BOP 可以修改和设定系统参数，使变频器具有期望的特性，例如，斜坡时间，最小

和最大频率等。选择的参数号和设定的参数值在五位数字的LCD上显示。更改参数的数值

的步骤可大致归纳为①查找所选定的参数号；②进入参数值访问级，修改参数值；③确认

并存储修改好的参数值。

3、部分常用参数设置说明（更详细的参数设置说明请参考MM420用户手册）

⑴ 参数P0003用于定义用户访问参数组的等级，设置范围为0～4，其中：

1 标准级：可以访问最经常使用的参数。

2 扩展级：允许扩展访问参数的范围，例如变频器的I/O功能。

3 专家级：只供专家使用。

4 维修级：只供授权的维修人员使用—具有密码保护。

该参数缺省设置为等级1（标准级），YL-335B装备中预设置为等级3（专家级），

目的是允许用户可访问1、2级的参数及参数范围和定义用户参数，并对复杂的功能进行

编程。用户可以修改设置值，但建议不要设置为等级4（维修级）。

⑵ 参数P0010是调试参数过滤器，对与调试相关的参数进行过滤，只筛选出那些与

特定功能组有关的参数。P0010的可能设定值为：0（准备），1（快速调试），2（变频

器），29（下载），30（工厂的缺省设定值）；缺省设定值为0。

当选择P0010=1时，进行快速调试；若选择P0010=30，则进行把所有参数复位为工

厂的缺省设定值的操作。应注意的是，在变频器投入运行之前应将本参数复位为 0。

⑶ 将变频器复位为工厂的缺省设定值的步骤：

为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应按照下面的数值设定参数：①

设定P0010 = 30，② 设定P0970 = 1。这时便开始参数的复位。变频器将自动地把它的所

有参数都复位为它们各自的缺省设置值。

如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，实践证明这种复位操

作方法是非常有用的。复位为工厂缺省设置值的时间大约要60 秒钟。

3.2.3 分拣单元的编程要点

1、在YL-335B的加工单元中，提供启动/停止按钮和急停按钮各一个作为该单元的主

令信号。与供料单元同样，如果需要有启动和停止2种主令信号，只能由软件编程实现，

实现方法在第三章中已经阐述，这里不再重复。本单元的急停按钮是当本单元出现紧急情

况下提供的局部急停信号，一旦发生，本单元所有机构应立即停止运行，直到急停解除为

止；同时，急停状态信号应回馈到系统，以便协调处理。

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2、现有的PLC的输出端子接线中，分配Q0.4和Q0.5给变频器的5、6号控制端子。

若要求电动机转速可分级调整，则应调整变频器的P701和P702参数，而参数P1001和

P1002则按转速要求设定固有频率值。与此同时，应编制相应的PLC程序。

例：要求电动机能实现高、中、低三种转速的调整，高速时运行频率为40Hz, 中速时

运行频率为25Hz, 低速时运行频率为15Hz。则步骤如下：

⑴调整变频器参数

① 在BOP操作板上修改P0004，使P0004=7,选择命令组。

② 修改P0701（数字输入1的功能），使P0701=16，设定为固定频率设定值（直接

选择+ON）。

③ 修改P0702（数字输入2的功能），使P0702=16，设定为固定频率设定值（直接

选择+ON）。

④ 再修改P0004，使P0004=10,选择设定值通道。

⑤ 修改P1001（固定频率1），使P1001=25。

⑥ 修改P1002（固定频率2），使P1001=15。

⑵ 相应的PLC程序要求：

①当要求调整为中速时，使Q0.4 ON，Q0.5 OFF，输出频率为25 Hz。

②当要求调整为低中速时，使Q0.4 OFF，Q0.5 ON，输出频率为15 Hz。

③当要求调整为高速时，使Q0.4 ON，Q0.5 ON，这时变频器输出频率为固定频率1

与固定频率2之和，即40Hz。

3、分拣单元需要完成在传送带上把不同颜色的工件从不同的滑槽分流的功能。为了

使工件能准确地推出，光纤传感器灵敏度的调整、变频器参数（运转频率、斜坡下降时间

等）的设置以及软件编程中定时器设定值的设置等，应相互配合。

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4、YL-335B分拣单元程序清单如图3.15所示。

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图3.15分拣单元程序

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4组态软件的系统构成及其简介

在组态软件中，通过组态生成的一个目标应用项目在计算机硬盘中占据唯一的物理空

间（逻辑空间），可以用唯一的一个名称来标识，就被称为一个应用程序。在同一计算机

中可以存储多个应用程序，组态软件通过应用程序的名称来访问其组态内容，打开其组态

内容进行修改或将其应用程序装入计算机内存投入实时运行。

组态软件的结构划分有多种标准，这里以使用软件的工作阶段和软件体系的成员构

成两种标准讨论其体系结构。

4.1组态软件的结构划分

4.1.1以使用软件的工作阶段划分

也可以说是按照系统环境划分，从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的：

系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进

行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。通过建立一系列用户数据文件，生成

最终的图形目标应用系统,供系统运行环境运行时使用。系统开发环境由若干个组态程序组

成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。系统运行环境：在系统运行环境下，

目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。系统运行环境由若干个运行程序组成，

如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。组态软件支持在线组态技术，即在不退出

系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。

自动化工程设计工程师最先接触的一定是系统开发环境，通过一定工作量的系统组态

和调试，最终将目标应用程序在系统运行环境投入实时运行，完成一个工程项目。

4.1.2 按照成员构成划分

组态软件因为其功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立性，因此其组成形

式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。其中必备的典型组件包括：应用程序管理

器。

应用程序管理器是提供应用程序的搜索、备份、解压缩、建立新应用等功能的专用管

理工具。在自动化工程设计工程师应用组态软件进行工程设计时，经常会遇到下面一些烦

恼：经常要进行组态数据的备份；经常需要引用以往成功应用项目中的部分组态成果（如

画面）；经常需要迅速了解计算机中保存了哪些应用项目。虽然这些要求可以用手工方式

实现，但效率低下，极易出错。有了应用程序管理器的支持，这些操作将变得非常简单。

图形界面开发程序 是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在图形编辑工具的支

持下进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。通过建立一系列用户数据文件，生成最终

的图形目标应用系统,供图形运行环境运行时使用。 图形界面运行程序

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在系统运行环境下，图形目标应用系统被图形界面运行程序装入计算机内存并投入实

时运行。

实时数据库系统组态程序 ：

有的组态软件只在图形开发环境中增加了简单的数据管理功能，因而不具备完整的实

时数据库系统。目前比较先进的组态软件（如力控等）都有独立的实时数据库组件，以提

高系统的实时性，增强处理能力。实时数据库系统组态程序是建立实时数据库的组态工具，

可以定义实时数据库的结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数。

实时数据库系统运行程序 ：

在系统运行环境下，目标实时数据库及其应用系统被实时数据库系统运行程序装入计

算机内存并执行预定的各种数据计算、数据处理任务。历史数据的查询、检索、报警的管

理都是在实时数据库系统运行程序中完成的。 I/O驱动程序

是组态软件中必不可少的组成部分，用于和I/O设备通讯，互相交换数据，DDE和

OPC Client是两个通用的标准I/O驱动程序，用来和支持DDE标准和OPC标准的I/O设

备通讯。多数组态软件的DDE驱动程序被整合在实时数据库系统或图形系统中，而

OPC Client则多数单独存在。

扩展可选组件包括： 通用数据库接口（ODBC接口）组态程序 、通用数据库接口组

件用来完成组态软件的实时数据库与通用数据库（如Oracle、Syba、Foxpro、DB2、

Infomix、SQL Server等）的互联，实现双向数据交换，通用数据库既可以读取实时数据，

也可以读取历史数据；实时数据库也可以从通用数据库实时地读入数据。通用数据库接口

（ODBC接口）组态环境用于指定要交换的通用数据库的数据库结构、字段名称及属性、

时间区段、采样周期、字段与实时数据库数据的对应关系等。 通用数据库接口（ODBC

接口）运行程序。

已组态的通用数据库连接被装入计算机内存，按照预先指定的采样周期，对规定时间

区段按照组态的数据库结构建立起通用数据库和实时数据库间的数据连接。策略（控制方

案）编辑组态程序策略编辑/生成组件是以PC为中心实现低成本监控的核心软件，具有很

强的逻辑、算术运算能力和丰富的控制算法。策略编辑/生成组件以IEC-1131-3标准为使

用者提供标准的编程环境，共有4种编程方式：梯形图、结构化编程语言、指令助记符、

模块化功能块。使用者一般都习惯于使用模块化功能块，根据控制方案进行组态，结束后

系统将保存组态内容并对组态内容进行语法检查、编译。

编译生成的目标策略代码即可以与图形界面同在一台计算机上运行，也可以下装

（Download）到目标设备（如PC/104、Windows CE系统等PC-Bad设备）上运行。

策略运行程序：

组态的策略目标系统被装入计算机内存并执行预定的各种数据计算、数据处理任务，

同时完成与实时数据库的数据交换。 实用通讯程序组件

实用通讯程序极大地增强了组态软件的功能，可以实现与第三方程序的数据交换，是

组态软件价值的主要表现之一。通讯实用程序具有以下功能： 1.可以实现操作站的双机

冗余热备用； 2.实现数据的远程访问和传送； 3.通讯实用程序可以使用以太网、RS485、

RS232、PSTN等多种通讯介质或网络实现其功能。实用通讯程序组件可以划分为Server

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和 Client两种类型，Server是数据提供方，Client是数据访问方，一但Server和Client

建立起了连接，二者间就可以实现数据的双向传送。

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5 自动生产线监控画面的制作

5.1 规划联机所需要的辅助继电器清单

在进行组态之前，首先我们要对烛台画面中所要用到的一些辅助继电器进行规划，从

而做到有条不紊。如图5.1所示。

图5.1 PLC与触摸屏通讯的存储器分配

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5.2 建立仿真画面

5.2.1 创建新的工程

打开MCGS嵌入版组态软件，鼠标点击左上方的文件。在下拉框中选择“新建工程”。

如图5.2所示：

图5.2 新建画面

5.2.2 建立新的画面

根据任务和实际要求创建相对的画面，所以，必须得创建的界面有欢迎界面，测试界

面，运行界面，和一些提示界面等。这里要注意的是提示界面的语言和界面的大小。因为

提示界面可以在运行过程中跳出来的。所以界面的大小，我们设置的应该合理。

1.创建欢迎界面，测试界面和运行界面。

首先，欢迎界面，我们应该写上欢迎的标语。随后用一张自动化生产线的图片作为界

面的背景。如图5.3所示

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图5.3 欢迎画面

测试界面和运行界面，我们只需要适当添加上按钮，文本框即可。这里需要注意的是

测试监控画面中。我们需要选择一根刻度尺来表示小车当前的位置。测试界面和运行界面

如图5.4图,5.5所示

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图5.4 测试画面

图5.5 运行界面

2.创建提示界面

提示界面的大小，我们设置为（325，134），然后提示画面中，我们只要放入提示的

内容和一个按钮即可。如图5.6所示

图5.6 提示界面窗口

5.2.3 定义变量及命令语言

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1.定义变量

根据前面所列出的辅助继电器的规划表，这里我们就可以很方便的定义变量，我们现

在“设备组态”下面的“设备0”中增加这些设备通道。然后在实时数据中添加几个界面

中所需要的这些变量。如图5.7,图5.8所示。

图5.7 设备窗口

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图5.8 实时数据库

2.命令语言

（1）欢迎界面中欢迎标语的移动命令语言

欢迎界面屏幕上方的标题文字向左循环移动，循环周期约14秒，所以，先双击欢迎

文字，然后在它的水平移动上面打钩，然后单击水平移动，进行变量的关联和移动距离的

设置，具体如下图5.9所示。

图5.9 水平移动设置

（2）提示界面的窗口跳出命令语言

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提示窗口的弹出根据要求的不同来定义不同的弹出条件，但是方法总是千遍一律的。

例如复位完成后跳出的复位完成提示框。在测试画面的空白处，右击然后单击选择属性，

然后选择循环脚本，在循环脚本里面写入语句。如图5.10所示。

图5.10 循环脚本

在这里“M1=0 AND ( M911=1 OR M912=1 )”是做为弹出窗口的条件。而

“!OpenSubWnd(复位提示,200,127,300,100,16 )”是弹出画面的命令语言。其中“复位提

示”是画面的名称，“200,127”是画面所弹出在主窗口的坐标。“300,100”就是弹出子

窗口的长宽。

5.3 工程下载

在MCGS组态软件上把资料下载到HMI时，只要在下载配置里，选择“连机运行” ，

单击“工程下载”即可进行下载。如下图所示。如果工程项目要在电脑模拟测试，则选择

“模拟运行”，然后下载工程。如下图5.11所示

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图5.11 工程下载

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结 论

自动化生产技术是一门综合性的先进制造技术学科，也是一门应用型技术学科。一方

面自动化生产线包括诸多方面的知识如：机械技术、电工电子技术、传感测试技术、接口

技术、信息变换技术等多种技术有机地结合，并综合应用到生产设备中；另一方面对于模

拟的一个自动化生产线的工作流程有个基本概念。

一个自动化生产线的基本组成部分有传感检测、传输与处理、控制、执行与驱动等机

构在微处理单元的控制下协调有序地工作，有机地把这些独立部分融合在一起。在这次设

计中应用PLC技术，它是一门实践性很强的专业课程，PLC编程控制器技术在当今社会

发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，

使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成

为实现工业自动化的一种强有力的工具。经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩

固了以前所学过的知识，而且通过这次课程设计使我运用了课堂上的理论与实际相结合重

要性，既要从理论中分析问题，又要从实际中解决问题发现才是根本。所以把所学的理论

知识与实践相结合起来，才能真正的学学以至用。

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致 谢

本课题的圆满完成特别感谢沈震老师详细的指导。沈震老师严谨的治学态度，和思考

问题的全面性给我在设计过程中有了多方面的设计思路中，也提前判断设计中可能出现的

问题作了详细的分析，从而使我少走很多弯路节省了很多时间。老师的高深的学术水平，

科学的思维方法和深入浅出的讲解更准确更形象的把设计中的知识传输给我。再次感谢指

导老师的帮助永远是我学习的榜样，在此向他致以衷心的感谢。

同时感谢我的同组同学，在圆满完成课题设计的过程中给予我毅力上的鼓励，在资料

的收集中给我提供了很多路径，在设计安装中也提出多种参考意见，以至与我能够顺利的

完成。

真诚地感谢所有在我读书期间帮助过我的老师、同学和朋友给我提出宝贵意见和热情

的帮助！

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