4.4.2 分拣单元程序设计与调试
1.任务引入
完成分拣单元的电气接线、气动控制回路连接和PLC程序编制与调试。
2.任务目标
1）知识目标
（1）掌握分拣单元的气动控制回路。
（2）了解变频器的使用方法。
2）技能目标
能够对分拣单元进行PLC程序编制与调试。
3）素养目标
3.任务分析
分拣单元满足以下控制要求。
（1）初始状态。当3个气缸均处于缩回状态时，进料口没有工件，初始位置指示灯HL 1常亮，否则闪烁；按下启动按钮，设备启动，运行指示灯HL 2常亮。
（2）设备运行后，将工件放入进料口，进料口传感器检测到工件2 s后，电动机以20 Hz的频率运行，带动传送带将工件送入分拣区域，如果是白色和黑色塑料外壳的工件则分别推入1号、2号出料滑槽，如果是金属外壳工件则推入3号出料滑槽，改变电动机的频率为30 Hz，重复上述操作。
（3）按下停止按钮，如果传送带上有工件，待工件分拣入槽后，系统停止，HL 2灭。
4.相关知识
本任务只要求变频器输出20 Hz和30 Hz的两个固定频率，可以使用变频器调速外部控制模式的多段速控制方式驱动电动机运行。工件运行的位置利用PLC内部定时器的定时值判断，测算出到达指定位置的时间值，如工件从进料口运行到一号、二号和三号出料滑槽的时间值。
工件材质的判别是通过光纤传感器和电感传感器来完成的，调整光纤传感器只能检测到非黑的工件，电感传感器的检测距离较小，要调整到能够检测到金属材质的工件。
1）分拣单元的气动控制回路
分拣单元的气动部分包括3个推料气缸，因此使用了3个由二位五通、带手控开关的单控电磁换向阀构成的电磁阀组结构，它们安装在汇流板上。这3个阀分别对3个出料滑槽的推料气缸的气路进行控制，以改变各自的动作状态。
分拣单元气动控制回路的工作原理如图4-33所示，图中1B1、2B1和3B1分别为安装在各推料气缸的前极限工作位置的磁感应接近开关；1Y1，2Y1和3Y1分别为控制3个推料气缸电磁换向阀的电磁控制端，电磁换向阀和推料气缸中间是排气型单向节流阀，控制推料气缸的伸出/缩回速度。
图4-33 分拣单元气动控制回路的工作原理
2）三菱FR-E700系列变频器
变频器的功能是将频率固定（通常为工频50 Hz）的交流电（三相或单相）变换成频率连续可调（多数为0～400 V）的三相交流电。
通用变频器是指适用于工业通用电动机和一般变频电动机并由一般电网供电（单相220 V、三相380 V 50 Hz）进行调速控制的变频器。此类变频器由于工业领域的广泛使用已成为变频器的主流。
分拣单元的三相减速电动机采用变频器驱动方式，变频器选用三菱FR-E700系列变频器中的FR-E740-0.75K-CHT型变频器，该变频器的额定电压等级为三相400 V，适用容量为0.75 kW及以下的电动机。三菱FR-E700系列变频器的外观和型号定义如图4-34所示。
三菱FR-E700系列变频器是FR-E500系列变频器的升级产品，是一种小型、高性能变频器。在生产线设备上进行的实训，所涉及的是使用通用变频器所必需的基本知识和技能，着重于变频器的接线、常用参数的设置等方面。
图4-34 三菱FR-E700系列变频器的外观和型号定义
（a）外观；（b）型号定义
（1）变频器的操作面板。(https://www.daowen.com)
使用变频器之前，首先要熟悉其操作面板显示和键盘操作单元（或称控制单元），并且按使用现场的要求合理设置参数。三菱FR-E700系列变频器的参数设置，通常利用固定在其上的操作面板（不能拆下）实现，也可以使用连接到变频器PU接口的参数单元（FR-PU07）实现。使用操作面板可以进行运行方式、频率的设定，运行指令监视，参数设定，错误表示等。
（2）变频器的运行模式。
所谓运行模式是指对输入变频器的启动指令和设定频率命令来源的指定。在变频器不同的运行模式下，各种按键、M旋钮的功能各异。一般来说，使用控制电路端子或在外部设置电位器和开关来进行操作的是“外部运行模式”，使用操作面板或参数单元输入启动指令、设定频率的是“PU运行模式”，通过PU接口进行RS-485通信或使用通信选件的是“网络运行模式”（NET运行模式）。在进行变频器操作以前，必须了解其各种运行模式，以便进行各项操作。
三菱FR-E700系列变频器通过参数Pr.79的值来指定变频器的运行模式，设定值范围为0，1，2，3，4，6，7。这7种运行模式的内容以及相关LED指示灯的状态参考变频器说明书。变频器出厂时，参数Pr.79的设定值为0。当停止运行时用户可以根据实际需要修改其设定值。
（3）变频器的参数设定与清除方法。
变频器参数的出厂设定值被设置为完成简单的变速运行所用的参数。如需按照负载和操作要求设定参数，则应进入参数设定模式，先选定参数号，然后设置其参数值。设定参数分两种情况，一种是在停机时（STOP方式下）重新设定参数，这时可设定所有参数；另一种是在运行时设定，这时只允许设定部分参数，但是可以核对所有参数号及参数值。
5.任务实施
1）气动控制路连接与调整
按照分拣单元的气动控制回路图连接气动控制回路，连接方法在前面已经介绍过，这里不再赘述。连接好气回路后，调整气回路，使3个推料气缸初始都处于缩回状态。在推料头位置放置一个工件，通过电磁横向阀的手动控制按钮控制推料气缸推料，调整推料气缸的位置和速度，使得推料过程中工件不会卡住或弹出，推料气缸能够正确地将工件推入对应的出料滑槽内，力度适中。
2）电气接线
分拣单元PLC的I/O分配表见表4-25，其中STF、STR分别是变频器的端子名称，控制电动机的正转和反转，RM、RH是变频器多段速控制的中速和高速控制端子。
表4-25 分拣单元PLC的I/O分配表
3）传感器调整
调整传感器的检测灵敏度，光纤传感器只能检测到非黑的工件，调整方法如下。在光纤传感器检测头的位置放置一个白色塑料工件，调整光纤传感器，使其能够感应到信号，按照上述方法再放置一个黑色塑料工件，调整光纤传感器，使其感应不到信号，然后再次放上白色塑料工件，直至能够检测到信号为止。金属传感器只能检测到金属材质的工件，其调整方法同供料单元。
4）变频器参数设置
本任务中电动机的运行频率固定为20 Hz和30 Hz，可以用变频器的多段速控制实现。连接变频器的两个速度控制端子，例如“RM”和“RH”端。本任务中的连接端子参见表4-25。完成电气接线后，需要设置变频器的参数，相关参数见表4-26，参数的具体使用方法参考变频器使用手册。
表4-26 变频器参数设置
续表
5）出料滑槽时间测算
传送带运行后将带动放置其上的工件移动，那么根据要求工件需要在移动一定时间后停下，然后推料气缸将满足各个出料滑槽要求的工件推入出料滑槽，那么究竟需要多长时间停止才可以保证工件正好停在该位置呢？分拣单元主动轮的直径为d=43 mm，则减速电动机每旋转一周，传送带上工件的移动距离L=π·d=3.14×43=136.35（mm）。
由电动机铭牌可知，当频率为50 Hz时转速为1 300 r/min，由于减速电动机的减速比例是10∶1，所以实际的速度为130 r/min。当频率为20 Hz时，转速为52 r/min，即0.86 r/s，每秒钟带动工件移动的距离为L=0.86×136.5=118.17（mm）。根据图4-35所示的安装尺寸，运行到1号出料滑槽的时间为167.5/118.7=1.41（s），到达2号出料滑槽的时间为2.21 s，到达3号出料滑槽的时间为2.95 s，见表4-27。当频率为30 Hz时，也可依此算出到达每个出料滑槽和分拣区域的时间。
图4-35 传送带位置计算示意
表4-27 不同运行频率下到达相应出料滑槽的时间值
6.任务评价
任务评价见表4-28。
表4-28 任务评价
