作者：杨洪明
出版社：暨南大学出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
国家高技能人才培训基地系列教材·传感器、触摸屏与变频器应用试读：
前言
随着科技水平不断提高，机电一体化控制技术已经进入社会各个领域，其中传感器、触摸屏与变频器技术成为机电、电气专业人员必须掌握的控制技术，目前企业需要大量具备这些技能的人才。为了解决人才需求的问题，很多企业加强对员工的培训工作，通过培训提高员工的技能水平及综合素质。为此，我们针对机电专业培训的要求编写了这本教材。
本教材可用于机电行业及相关企业员工培训，也可用于机电类及其他相关专业课程教学。
本教材共分3个模块，共13个任务。模块1是传感器应用，共有7个任务。模块2是触摸屏应用，共有2个任务。模块3是变频器应用，共有4个任务。
本教材采用任务引领编写模式，把各模块的知识点融入每个任务中。通过任务名称、任务描述、任务要求、能力目标、任务准备、任务计划、任务实施、任务评价等环节，旨在培养学生的应用能力和实践技能。
本教材由广州市轻工技师学院杨洪明主编，陆志强、苏国辉参编。
由于编者水平有限，书中难免会有错误及不当之处，欢迎读者及同行予以指正。编者2016年10月目录
国家高技能人才培训基地系列教材 编委会
总序
前言
模块1 传感器应用
任务1 接近开关、光电传感器及光纤传感器在分拣机构中的应用
任务2 分拣机构中传感器的灵敏度调节
任务3 温度传感器在化工混合反应釜中的应用
任务4 压力传感器在化工混合反应釜中的应用
任务5 流量传感器在化工混合反应釜中的应用
任务6 液位传感器在化工混合反应釜中的应用
任务7 各种传感器在化工混合反应釜中的应用
模块2 触摸屏应用
任务1 认识三菱GOT-F940触摸屏
任务2 应用GOT对电动机进行基本控制
模块3 变频器应用
任务1 认识变频器
任务2 应用变频器的基本运行功能控制传送带
任务3 应用变频器的基本参数控制传送带
任务4 应用变频器的多段速控制传送带
参考文献模块1 传感器应用任务1 接近开关、光电传感器及光纤传感器在分拣机构中的应用
一、任务名称
接近开关、光电传感器及光纤传感器在分拣机构中的应用。
二、任务描述
一套采用金属、白色塑料、蓝色塑料三种材料制成的圆形物件，分别放置在环形皮带传送机构上，用磁性接近开关、光电传感器及光纤传感器进行自动分拣，拣出不同的物件，并利用推出气缸推至指定位置，在分拣机构的装置上分别安装磁性接近开关、光电传感器及光纤传感器，设计其位置装配图、传感器与PLC连接的接线图，并对安装的传感器进行位置调整和物件信号测试识别（利用PLC的输入信号指示灯作信号测试识别）。
三、任务要求（1）理解接近开关、光电传感器及光纤传感器的工作原理和应用范围。（2）熟悉接近开关、光电传感器及光纤传感器的结构类型与特点。（3）各小组发挥团队合作精神，共同设计出分拣机构各传感器的装配图以及与PLC连接的接线图。（4）各小组根据设计的装配图和接线图，在分拣机构不同位置上分别安装接近开关、光电传感器及光纤传感器。
四、能力目标（1）能根据控制要求的描述，弄清各种传感器的原理、型号和接线方法。（2）能根据控制要求的描述，以小组合作的方式合理设计出传感器装配图和接线图。（3）能根据控制要求的描述，以小组合作的方式对安装的传感器进行位置调整、接线和分拣信号测试。（4）能描述各传感器在分拣机构中的作用。
五、任务准备
传感器用于感知外部信息与检测位置、颜色等信息，并且把相应的信号输入PLC等控制器进行处理，生产线分拣机构中常见的传感器有以下几种。
1.磁性接近开关
分拣机构的推动气缸都是带磁性接近开关的气缸。这些气缸的缸筒采用导磁性弱、隔磁性强的材料，如硬铝、不锈钢等。在非磁性体的活塞上安装一个永久磁铁的磁环，这样就提供了一个反映气缸活塞位置的磁场。而安装在气缸外侧的磁性接近开关则是用来检测气缸活塞位置，即检测活塞的运动行程的。触点式的磁性接近开关用舌簧开关作为磁场检测元件。舌簧开关成型于合成树脂块内，并且一般还有动作指示灯、过电压保护电路也塑封在内。图1-1是磁性接近开关实物图，图1-2是磁性接近开关气缸的工作原理图。当气缸中随活塞移动的磁环靠近开关时，舌簧开关的两根簧片被磁化而相互吸引，触点闭合；当磁环移开开关后，簧片失磁，触点断开。触点闭合或断开时发出电控信号，在PLC的自动控制中可以利用该信号判断推料及顶料缸的运动状态或所处的位置，以确定工件是否被推出或气缸是否返回。图1-1 磁性接近开关图1-2 磁性接近开关气缸的工作原理图
在磁性接近开关上设置的LED显示用于显示其信号状态，供调试时使用。磁性接近开关动作时，输出信号“1”，LED亮；磁性接近开关不动作时，输出信号“0”，LED不亮。
磁性接近开关的安装位置可以调整，调整方法是松开固定螺栓，让磁性接近开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧固定螺栓。图1-3 磁性接近开关内部电路
磁性接近开关有蓝色和棕色两根引出线，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC的对应输入信号端。磁性接近开关的内部电路如图1-3中虚线框内所示。
2.电感式接近开关
电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器。电涡流效应是指当金属物体处于一个交变磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场的一种物理效应。如果这个交变磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。
利用这一原理，以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路），将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。电感式接近开关工作原理如图1-4所示。供料单元中，为了检测待加工工件是不是金属材料，一般在供料管底座侧面安装一个电感式接近开关，如图1-5所示。图1-4 电感式接近开关的工作原理图图1-5 供料单元上的电感式接近开关
在电感式接近开关的选用和安装中，必须认真考虑检测距离、设定距离，保证生产线3上的传感器可靠动作。安装距离注意说明如图1-6所示。图1-6 安装距离注意说明
3.漫射式光电接近开关
光电式接近开关是利用光的各种性质，检测物体的有无和表面状态变化的传感器。其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。
光电式接近开关主要由光发射器和光接收器构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被遮掩或反射，到达光接收器的光线将会发生变化。光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为电气信号进行输出。大多使用可视光（主要为红色，也用绿色、蓝色来判断颜色）和红外光。
按照接收器接收光的方式的不同，光电式接近开关可分为对射式、漫射式和反射式三种，如图1-7所示。（a）对射式光电接近开关的工作原理图（b）漫射式（漫反射式）光电接近开关的工作原理图图1-7 光电式接近开关的工作原理图（c）反射式光电接近开关的工作原理图
漫射式光电接近开关是利用光照射到被测物体上后反射回来的光线而工作的，由于物体反射的光线为漫射光，故称为漫射式光电接近开关。它的光发射器与光接收器处于同一侧位置，且为一体化结构。在工作时，光发射器始终发射检测光，若接近开关前方一定距离内没有物体，则没有光被反射到光接收器，接近开关处于常态而不动作；反之，若接近开关的前方一定距离内出现物体，只要反射回来的光强度足够，光接收器接收到足够的漫射光就会使接近开关动作而改变输出的状态。图1-7（b）为漫射式光电接近开关的工作原理示意图。
在供料单元中，用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关一般选用OMRON公司的E3Z-L61放大器内置型光电接近开关或神视公司的CX-441型光电接近开关，这两种光电接近开关都是细小光束型，NPN型晶体管集电极开路输出。E3Z-L61型光电接近开关的外形与顶端面上的调节旋钮和显示灯如图1-8所示。图1-8 E3Z-L61型光电接近开关的外形与调节旋钮、显示灯
图1-8中动作转换开关的功能是选择受光动作（Light）或遮光动作（Drag）模式。当此开关按顺时针方向充分旋转时（L侧），则进入检测ON模式；当此开关按逆时针方5向充分旋转时（D侧），则进入检测OFF模式。
距离设定旋钮是5回转调节器，调整距离时注意逐步轻微旋转。若充分旋转，距离调节器会空转。调整的方法是，首先按逆时针方向将距离调节器充分旋到最小检测距离（E3Z-L61型约20mm），然后根据要求的距离放置检测物体，按顺时针方向逐步旋转距离调节器，找到传感器进入检测条件的点；拉开检测物体距离，按顺时针方向进一步旋转距离调节器，找到传感器再次进入检测状态，一旦进入，向后旋转距离调节器直到传感器回到非检测状态的点。两点之间的中点为稳定检测物体的最佳位置。
图1-9给出该光电接近开关的内部电路原理框图。图1-9 E3Z-L61型光电接近开关电路原理图
用来检测物料台上有无物料的光电接近开关是一个圆柱形的漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，透过小孔检测是否有工件存在，该光电开关选用SICK公司产品MHT15-N2317型，其外形如图1-10所示。图1-10 MHT15-N2317型光电接近开关的外形
4.接近开关的图形符号
部分接近开关的图形符号如图1-11所示。图中（a）、（b）、（c）三种情况均使用NPN型三极管集电极开路输出。如果是使用PNP型的，正负极性应反过来。图1-11 接近开关的图形符号
5.光纤传感器
光纤传感器由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，光纤检测头和光纤放大器是分离的两个部分，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。光纤传感器组件和图形符号如图1-12所示，放大器的安装示意图如图1-13所示。
光纤传感器也是光电传感器的一种。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，由于光纤头体积较小，因此可以被安装在空间很小的地方。图1-12 光纤传感器组件和图形符号图1-13 光纤传感器组件外形及放大器的安装示意图
光纤传感器的放大器的灵敏度调节范围较大。当其放大器的灵敏度调得较低时，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，若调高放大器的灵敏度，则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。
图1-14为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的灵敏度调节（顺时针旋转调高灵敏度）。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。图1-14 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1-15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，切勿把信号输出线直接连接到电源24V端。图1-15 E3Z-NA11型光纤传感器电路框图
6.环形分拣机构的结构组成
图1-16是环形分拣机构结构装配示意图，它是由零件料仓、推料缸、光纤传感器、运输皮带、交流电动机、光电传感器、电感传感器、金属零件料仓、非金属零件料仓、开关电源、PLC、变频器、旋转编码器等组成的。图1-16 环形分拣机构的结构装配图
7.传感器与PLC连接接线图
图1-17是各传感器与PLC连接的接线图。对于磁性接近开关而言，信号输出是由两根线引出，分别为棕色和蓝色，输出信号接到对应的PLC的输入点和公共端上即可，对于光电传感器、电感传感器、光纤传感器等三根引出线的，棕色的为电源线正极，蓝色的为电源线负极和PLC的输入公共端，黑色的为传感器的信号输出端（接PLC的信号输入端）。图1-17 各传感器与PLC连接的接线图
六、任务计划（决策）（1）按照小组的讨论内容，制订实施方案计划。（2）每组以框图的形式展示并说明本组的实施流程。（3）其他组的同学给你们提供的意见或建议，请记录在下面。
七、任务实施（1）根据制订出的任务方案领取实施任务所需要的工具及材料。
为了完成工作任务，每个工作小组需要向仓库工作人员借用工具及领取材料。表1-1 借用工具清单表1-2 领用材料清单（2）完成任务前，填写以下内容：
①电感式接近开关是利用________制造的传感器。________是指当金属物体处于一个交变的________中，在金属内部会产生交变的________，该涡流又会反作用于产生它的________的一种物理效应。
②光电式接近开关主要由________和________构成。如果光发射器发射的光线因检测物体不同而被_________，到达光接收器的光线将会发生变化。光接收器的敏感元件将检测出这种变化，并转换为________进行输出。
③光纤传感器由________、________两部分组成，光纤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________，使用时分别插入光纤放大器的________。
④对于磁性接近开关而言，信号输出是由________线引出，分别为________和________，输出信号接到对应的PLC的输入点和公共端上即可，对于光电传感器、电感传感器、光纤传感器等三根引出线的，棕色的为________，蓝色的为________和PLC的输入公共端，黑色的为传感器的_________。（3）按照设计思路，绘制各传感器的接线图。（4）按照方案内容，装调分拣装置上的各个传感器，并描述各传感器的位置和作用。（5）按接线图对各传感器进行接线，并调试各传感器的输出信号。（6）调试注意事项。
①通电调试时，应认真观察各电器元件及线路。
②在安装、调试过程中，工具、仪表的使用应符合要求。
将本组设计的传感器和PLC接线图、传感器的安装位置、信号调试的结果与其他组的进行对比，看看是否正确或相同，在组内和组间进行充分的讨论和修改，以达到最佳效果。
八、任务评价（1）各小组派代表展示传感器与PLC连接的接线图（利用投影仪），并解释含义。（2）各小组派代表展示传感器信号的调试效果，接受全体同学的检阅，测试控制要求的实现情况，记录如下。
当按下启动按钮，环形电机工作，带动分拣机构运行。分拣机构上如有物件经过光电传感器位置时，会出现的现象为：
分拣机构上如有金属物件经过电感传感器位置时，会出现的现象为：
分拣机构上如有白色物件经过光纤传感器1探头位置时，会出现的现象为：
分拣机构上如有蓝色物件经过光纤传感器2探头位置时，会出现的现象为：
如推出气缸动作推出到前端，磁性接近开关会出现的现象为：
其他小组提出的建议：（3）学生自我评价与总结。（4）小组评价与总结。（5）教师评价（根据各小组学生完成任务的表现，给予综合评价，同时给出该工作任务的正确答案供学生参考）。（6）清洁保养及“6S”处理。
所有测试完毕后，检测工作台设备各种功能是否正常，关闭技能岛总电源，进行拆线，清点工具及实习材料，维护保养仪器设备，确保其在最佳状态下工作，并对工作岗位进行“6S”处理（整理、整顿、清扫、清洁、安全、素养），归还所借的工具、量具和实习工件。（7）评价表。表1-3“接近开关、光电传感器及光纤传感器在分拣机构中的应用”任务评价表（续上表）任务2 分拣机构中传感器的灵敏度调节
一、任务名称
分拣机构中传感器的灵敏度调节。
二、任务描述
在“接近开关、光电传感器及光纤传感器在分拣机构中的应用”任务的基础上，编写分拣机构控制程序，调节各传感器测量的灵敏度（识别精度）。
三、任务要求（1）控制要求。
①按下启动按钮，系统工作，工作指示灯亮，实行自动分拣程序，任何时候按下停止按钮，系统复位停止，工作指示灯熄。
②工作时，环形分拣机构高速（20Hz）运行，如果输送带上有物件（金属、白色塑料或蓝色塑料）时，分别在输送带旁的不同位置处利用电感传感器、光纤传感器（两个）分拣出不同物件，并由对应的推出气缸分拣推出。如果在1分钟内检测到输送带上无物件（光电传感器检测输送带上有无物件信号），输送带由高速转为低速（10Hz）运行；如果在低速运行的1分钟内又检测到有物件送到输送带上，则输送带又由低速转为高速运行进行分拣；如果在低速运行的1分钟时间内还未检测到物件，则输送带停止运行（0Hz）；当有物体被放到物料台上时，则能循环工作。（2）各小组发挥团队合作精神，定义好PLC的I/O分配，绘制PLC的I/O接线图，按控制要求编写出分拣控制程序，下载到PLC中进行调试和运行。（3）各小组根据任务目标配合程序调节各传感器的灵敏度，使电感传感器准确识别金属物件，光纤传感器1准确识别白色塑料物件，光纤传感器2准确识别蓝色塑料物件，磁性接近开关能准确检测气缸活塞伸出位置。光电传感器能准确检测输送带上是否有物件。
四、能力目标（1）能根据控制要求的描述，合理分配PLC的I/O点，正确绘制PLC的I/O接线图，正确编写控制程序。（2）能根据控制要求的描述，学会电感传感器、光电传感器、光纤传感器和磁性接近开关的灵敏度调节方法与操作流程。（3）能根据控制要求的描述，将程序下载到PLC中，并根据控制要求，能调试并优化程序。（4）各小组发挥团队合作精神，学会传感器灵敏度的调节方法、步骤、实施和成果评估。
五、任务准备
1.分拣机构中各传感器的灵敏度调节
分拣机构上用到的传感器有磁性接近开关、光电传感器、光纤传感器、电涡流传感器等。磁性接近开关是用来检测气缸活塞的行程位置。磁性接近开关的位置灵敏度调节方法是松开它的固定螺栓，让磁性接近开关顺着气缸滑动，到达指定位置后，再旋紧固定螺栓。光电传感器、电涡流传感器则通过安装位置与被检物件的距离来调节灵敏度。光纤传感器则通过设置光纤放大器中的电流大小和安装时光纤探头与物件的距离来调节灵敏度。
2.环形分拣机构的结构说明
图1-18是环形分拣机构的结构装配图，它是由零件料仓、推料缸、光纤传感器、运输皮带、交流电动机、光电传感器、电感传感器、金属零件料仓、非金属零件料仓等组成的。要完成分拣控制功能，还需要配置开关电源、PLC、变频器、旋转编码器等设备，组成一个完整的控制系统。图1-18 环形分拣机构的结构装配图
3.分拣机构的控制电路图（PLC的I/O分配图）
图1-19是分拣机构的电气控制原理图。输入端中，X0作启/停按钮用，X1～X3端用作各推料气缸的到位检测，X4用来检测输送带上是否有物件放入，X5用来分拣金属物件信号，X6用来分拣白色塑料物件信号，X7用来分拣蓝色塑料物件信号。输出端中，用Y0控制变频器高速挡；Y1控制变频器低速挡；Y2控制变频器启动信号，当Y2、Y0同时接通时，电机高速运行，当Y2、Y1同时接通时，电机低速运行；Y4～Y6分别用来控制各分拣气缸的电磁阀线圈，分拣推出各物件；Y7作系统工作指示灯用。图1-19 分拣机构的电气控制原理图
4.根据控制要求，设计控制程序
分拣机构的参考控制程序，如图1-20所示。
根据PLC的I/O分配图和控制要求以及分拣机构参考控制程序，自行编写出分拣机构的控制程序，并进行程序优化和传感器灵敏度的调节。图1-20 分拣机构的参考控制程序
六、任务计划（决策）（1）按照任务目标和任务的要求，制定PLC的I/O分配表，并填写于表1-4中。表1-4 PLC的I/O分配表
在环形分拣机构上有________个传感器。光电传感器的作用是________，可以设想分配到PLC的________输入点上。电涡流传感器的作用是________，可以设想分配到 PLC的________输入点上。两个光纤传感器的作用是________，可以设想分配到PLC的________输入点上。在气缸上的各磁性接近开关的作用是________________，可以设想分配到 PLC的________各输入点上。PLC的输出是控制变频器的，可假设用________作为电机高速信号，用________作为电机低速信号，用________作为变频器的启动信号。（2）按照制定的PLC的I/O分配表，绘制PLC的I/O接线图。（3）按照任务要求，画图表达本组的编程流程。（4）每组派代表上台展示本组所设计的各传感器的接线图。（5）各组以框图的形式展示并说明本组的实施流程。（6）其他组的同学给你们提供的意见或建议，记录在下面。
七、任务实施（1）根据制订的任务方案领取实施任务所需要的工具及材料。
为了完成工作任务，每个工作小组需要向仓库工作人员借用工具及领取材料。表1-5 借用工具清单
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]