自動(dòng)上料控制設(shè)備

江南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文自動(dòng)上料控制設(shè)備PAGE10第26頁(yè)共27頁(yè)第一章緒論P(yáng)LC作為工控機(jī)的一員，在主要工業(yè)國(guó)家中成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機(jī)市場(chǎng)份額的50%，PLC將在工控機(jī)市場(chǎng)中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢(shì)頭。在本次設(shè)計(jì)中我所設(shè)計(jì)的是自動(dòng)上料控制設(shè)備，它主要是由PLC控制的，它分成了料倉(cāng)工位和搬運(yùn)工位兩部分。首先，電機(jī)通電時(shí)帶動(dòng)料倉(cāng)旋轉(zhuǎn)，工件可順著滑道依次滑下?；赖谋M頭與一個(gè)受氣缸控制的工件平臺(tái)相通，平臺(tái)旁邊裝有光電式接近開關(guān)，用來檢測(cè)有無工件到位。工件到位則工作臺(tái)上升將工件送至輸出位置，并向搬運(yùn)站送出信號(hào)，同時(shí)對(duì)工件進(jìn)行顏色檢測(cè)，并將顏色信號(hào)向搬運(yùn)站送出。搬運(yùn)站檢測(cè)到信號(hào)后機(jī)械手到上料檢測(cè)站抓取工件，同時(shí)將顏色信號(hào)往后送出。設(shè)備的工藝好壞，功能的大小或多或少會(huì)給流量控制系統(tǒng)帶來影響，所以對(duì)這些設(shè)備的選用不能忽視。硬件設(shè)備確定以后，軟件的程序編輯就成了最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，要使自動(dòng)上料控制設(shè)備能按照工作要求正常的運(yùn)作，合理的編輯程序是非常重要的，所以程序編輯也應(yīng)認(rèn)真對(duì)待。第二章自動(dòng)上料控制設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理2.1工作桌面圖1控制面板圖MPS的每一個(gè)工位的控制面板都一樣，共有八只操作開關(guān)，其中六只為按鈕開關(guān)，二只為轉(zhuǎn)換開關(guān)，具體位置見圖1所示。當(dāng)設(shè)備接通電源時(shí)，PLC即上電。當(dāng)按下“上電”按鈕時(shí)，外圍設(shè)備通電，同時(shí)“上電圖1控制面板圖外圍設(shè)備時(shí)，可按下“急停”按鈕切斷外圍設(shè)備的電源，但此時(shí)PLC并不停止運(yùn)行?！凹蓖！卑粹o具有自鎖功能，當(dāng)設(shè)備斷電后需手動(dòng)復(fù)位才可重新上電。急停系統(tǒng)控制電路如圖2所示。另外四個(gè)按鈕和兩個(gè)開關(guān)分別對(duì)應(yīng)PLC的六個(gè)輸入點(diǎn)，面板上分別命名為“開始”、“復(fù)位”、“特殊”、“自動(dòng)/手動(dòng)”、“聯(lián)網(wǎng)”、“停止”，其實(shí)際操作功能由編程決定?！伴_始”、“復(fù)位”、“上電”、“特殊”、“停止”五個(gè)按鈕均為帶指示燈的按鈕，上電除外四個(gè)指示燈分別由PLC的四個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，可根據(jù)需要通過編程實(shí)現(xiàn)不同的指示功能?！吧想姟卑粹o中的指示燈為圖2中的HL，作為上電指示。一般在編程中應(yīng)盡量根據(jù)面板名稱使用各按鈕、開關(guān)及指示燈。如“開始”按鈕一般用來使設(shè)備中PLC及外圍設(shè)備開始按程序進(jìn)行工作，當(dāng)按下“停止”按鈕時(shí)，PLC程序進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。圖圖2急停電路原理圖2.2上料工位（1）料倉(cāng)（上料檢測(cè)）工位如圖3所示。它主要是由回轉(zhuǎn)料倉(cāng)及滑道、1號(hào)氣缸帶動(dòng)的工件平臺(tái)、檢測(cè)傳感器、警燈和蜂鳴器等組成?；剞D(zhuǎn)料倉(cāng)的旋轉(zhuǎn)是由直流電機(jī)M通過減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的，當(dāng)電機(jī)M通電時(shí)帶動(dòng)料倉(cāng)旋轉(zhuǎn)，大工件（有黑白兩種顏色）可順著滑道依次滑下。滑道的盡頭與一個(gè)受1號(hào)氣缸控制的工件平臺(tái)相通，平臺(tái)旁邊裝有光電式接近開關(guān)1SQ1，用來檢測(cè)有無工件到位。工件平臺(tái)在1號(hào)氣缸控制下可作上下運(yùn)動(dòng)，安裝在1號(hào)氣缸上的兩只磁性接近開關(guān)1SQ5、1SQ6分別用作1號(hào)氣缸上、下到位的檢測(cè)。在工件平臺(tái)的上限位置旁邊裝有光電式接近開關(guān)1SQ2，其作用是檢測(cè)工件的顏色（只區(qū)分黑白）。報(bào)警裝置（警燈和蜂鳴器）可用作各種異常情況的報(bào)警或信號(hào)指示，具體用途由程序控制。（2）PLC地址分配料倉(cāng)（上料檢測(cè)）系統(tǒng)用的可編程控制器均為三菱FX2N—48MR型，該機(jī)型共有24個(gè)輸入點(diǎn)，24個(gè)輸出點(diǎn)。具體分配為：X000~X007，X010~X017，Y000~Y007，Y010~Y017用于本工位的基本控制；X020~X027，Y020~Y027用于各工位之間的信號(hào)通訊。上料檢測(cè)工位中占用了14個(gè)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn),地址分配表見表1。連接示意圖4如圖所示。表1料倉(cāng)工位輸入輸出地址表輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址1SQ1檢測(cè)工件X0001KA3(電動(dòng)機(jī))Y0001SQ2檢測(cè)工件顏色X0011KA2(警燈)Y0011SQ3暫時(shí)無用X0021KA1(蜂鳴器)Y0021SQ4暫時(shí)無用X0031YA1上升Y0031SQ5上升到位X0051HL1開始燈Y0101SQ6下降到位X0061HL2復(fù)位燈Y0111SB1開始X010X23—從前站讀入前站狀態(tài)X24—從后站讀入后站狀態(tài)Y23—向前站輸出本站狀態(tài)Y24—向后站輸出本站狀態(tài)1SB2復(fù)位X0111SB3特殊X0121SA1自動(dòng)/手動(dòng)X0131SA2單站/聯(lián)網(wǎng)X0141SB4停止X015（3）系統(tǒng)復(fù)位、開始系統(tǒng)設(shè)備接通氣源和電源后，向PLC輸入編制好的程序。將PLC設(shè)為運(yùn)行（RUN）狀態(tài)，PLC進(jìn)入控制程序運(yùn)行。按下“上電”按鈕后，外圍設(shè)備得電（應(yīng)先確認(rèn)“急停”按鈕復(fù)位）。這時(shí)程序控制復(fù)位指示燈閃爍，提示系統(tǒng)復(fù)位。按下“復(fù)位”按鈕后，設(shè)備回到起始位置。對(duì)于上料檢測(cè)工位來講，就是工件平臺(tái)下降到滑道的盡頭。這時(shí)“開始”按鈕中的指示燈開始閃爍，當(dāng)按下“開始”按鈕后系統(tǒng)開始動(dòng)作。（4）工作過程1）料倉(cāng)輸出工件回轉(zhuǎn)料倉(cāng)在電機(jī)M帶動(dòng)下開始旋轉(zhuǎn)，大工件被推入滑道依次滑下到達(dá)工件平臺(tái)上，當(dāng)裝在工件平臺(tái)旁邊的光電式接近開關(guān)1SQ1檢測(cè)到工件時(shí)（如圖5所示）。1SQ1送出信號(hào)至PLC的輸入繼電器X000，通過程序控制輸出繼電器Y000復(fù)位，使電機(jī)M斷電，回轉(zhuǎn)料倉(cāng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。2）工件平臺(tái)上升并送出檢測(cè)信號(hào)當(dāng)電磁線圈1Y1通電時(shí)，換向閥控制壓縮空氣的走向，使1號(hào)氣缸的活塞桿縮進(jìn)，帶動(dòng)工件平臺(tái)上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位時(shí)，裝在1號(hào)氣缸體上端的磁性接近開關(guān)1SQ5動(dòng)作，1SQ5送出信號(hào)至PLC的X005，告知工件平臺(tái)上升到位（如圖6所示）。這時(shí)，光電式接近開關(guān)1SQ2對(duì)大工件進(jìn)行顏色檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果送至PLC的X001。PLC將大工件準(zhǔn)備好的狀態(tài)信號(hào)和大工件的顏色信號(hào)通過通訊接口（后面介紹）向第二工位（搬運(yùn)工位）發(fā)送，等待機(jī)械手來取走大工件并讀取工件顏色信號(hào)。3）工件平臺(tái)下降搬運(yùn)工位機(jī)械手從工件平臺(tái)取走大工件，并從通訊接口讀取顏色信號(hào)后，向上料檢測(cè)工位發(fā)送一個(gè)工件已取走的信號(hào)，PLC得到信號(hào)后使線圈1Y1斷電，1號(hào)氣缸活塞桿伸出，使工件平臺(tái)下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位時(shí)，裝在1號(hào)氣缸體下端的磁性接近開關(guān)1SQ6動(dòng)作。1SQ6送出信號(hào)至PLC的X006，使電機(jī)M再次得電，帶動(dòng)回轉(zhuǎn)料倉(cāng)旋轉(zhuǎn)，大工件又順著滑道滑下，進(jìn)入新一輪工作循環(huán)。2.3搬運(yùn)工位搬運(yùn)工位工作桌面如圖7所示，它由一只具有四個(gè)自由度的機(jī)械手及相關(guān)器件組成。機(jī)械手的動(dòng)作是依靠氣缸來驅(qū)動(dòng)完成的。1號(hào)氣缸是擺動(dòng)氣缸，受1號(hào)換向閥（雙控三位五通電磁換向閥）的控制，帶動(dòng)機(jī)械手的左右旋轉(zhuǎn)。2SQ1、2SQ2是電感式接近開關(guān)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的位置檢測(cè)；2號(hào)氣缸是可調(diào)雙向緩沖氣缸，受2號(hào)換向閥（雙控二位五通電磁閥）的控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的伸縮動(dòng)作。2SQ3、2SQ4實(shí)現(xiàn)伸縮動(dòng)作的位置檢測(cè)；3號(hào)氣缸是可調(diào)雙向緩沖氣缸，受3號(hào)換向閥（雙控二位五通電磁閥）的控制，使機(jī)械手夾爪實(shí)現(xiàn)放松和夾緊動(dòng)作，2SQ5對(duì)它的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)；4號(hào)氣缸是可調(diào)雙向緩沖氣缸，受3號(hào)換向閥（單控二位五通電磁閥）的控制，帶動(dòng)機(jī)械手上下動(dòng)作。2SQ6、2SQ7對(duì)它進(jìn)行上下動(dòng)作的限位檢測(cè)。（1）PLC地址分配搬運(yùn)工位基本控制共占有了15個(gè)輸入點(diǎn)，11個(gè)輸出點(diǎn),地址表見表2。連接示意圖如圖8所示。表2搬運(yùn)工位輸入輸出地址表輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址2SQ1靠近第一工位X0001Y1靠近第一工位Y0002SQ2靠近第三工位X0011Y2靠近第三工位Y0012SQ3縮進(jìn)到位X0022Y1縮回Y0022SQ4伸出到位X0032Y2伸出Y0032SQ5松開X0043Y1松開Y0042SQ6上升到位X0053Y2夾緊Y0052SQ7下降到位X0064Y1下降Y0062SB1開始X010HL1開始燈Y0102SB2復(fù)位X011HL2復(fù)位燈Y0112SB3特殊X012X23—從前站讀入前站狀態(tài)X24—從后站讀入后站狀態(tài)Y23—向前站輸出本站狀態(tài)Y24—向后站輸出本站狀態(tài)2SA1自動(dòng)/手動(dòng)X0132SA2單站/聯(lián)網(wǎng)X0142SB4停止X015圖8搬運(yùn)工位連接示意圖（2）設(shè)備操作設(shè)備接通氣源、電源后，向PLC輸入編制好的程序。將PLC設(shè)為運(yùn)行（RUN）狀態(tài)，PLC進(jìn)入控制程序運(yùn)行。按下“上電”按鈕后，外圍設(shè)備得電（應(yīng)先確認(rèn)“急?！卑粹o復(fù)位）。這時(shí)程序控制復(fù)位指示燈閃爍，提示系統(tǒng)復(fù)位。按下“復(fù)位”按鈕后，設(shè)備回到起始位置。對(duì)于搬運(yùn)工位來講，一般應(yīng)通過程序控制讓機(jī)械手夾爪放松、上升到位、手臂處于縮進(jìn)狀態(tài)并轉(zhuǎn)向靠近第一工位的位置。這時(shí)“開始”按鈕中的指示燈開始閃爍，當(dāng)按下“開始”按鈕后系統(tǒng)開始動(dòng)作。（3）工作過程1）系統(tǒng)復(fù)位、開始當(dāng)按下“上電”按鈕、“復(fù)位”按鈕后，PLC的外圍設(shè)備都回到起始位置。這時(shí)“開始”按鈕中的指示燈開始閃爍，當(dāng)按下“開始”按鈕后系統(tǒng)開始動(dòng)作。2）機(jī)械手抓取工件雙控電磁閥2Y2得電動(dòng)作，2號(hào)換向閥動(dòng)作，使2號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手伸出。當(dāng)伸出到位時(shí)，裝在2號(hào)氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ4動(dòng)作。2SQ4送出信號(hào)至PLC的X003，PLC得到信號(hào)后接通單控電磁閥4Y1，4號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)下端限位時(shí)，裝在4號(hào)氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ7動(dòng)作。2SQ7送出信號(hào)至PLC的X006，PLC得到信號(hào)后接通雙控電磁閥3Y2，機(jī)械手夾爪夾緊上料檢測(cè)工位工件臺(tái)上的大工件，如圖9所示。機(jī)械手在抓取大工件的同時(shí)，也將大工件的顏色信號(hào)由上料檢測(cè)工位讀入搬運(yùn)工位。抓取大工件后PLC使單控電磁閥4Y1斷電，4號(hào)氣閥復(fù)位，4號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)上端限位時(shí)，裝在4號(hào)氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ6動(dòng)作。2SQ6送出信號(hào)至PLC的X005，PLC得到信號(hào)后接通電磁閥2Y1，2號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手縮回。當(dāng)縮回到位時(shí)，裝在2號(hào)氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ3動(dòng)作，2SQ3送出信號(hào)至PLC的X002。3）由第一工位向第三工位移位PLC得到2SQ3送出的信號(hào)后使電磁線圈2Y1斷電并接通電磁閥1Y2，1號(hào)擺動(dòng)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)。當(dāng)機(jī)械手靠近加工工位時(shí)，裝在機(jī)械手旁邊的電感式接近開關(guān)2SQ2動(dòng)作送出信號(hào)至PLC的X001。4）機(jī)械手放下工件PLC得到2Y2送出的信號(hào)后使雙控電磁閥2Y2通電，2號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手伸出。當(dāng)?shù)竭_(dá)伸出限位時(shí)，裝在2號(hào)氣缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ4動(dòng)作，2SQ4送出信號(hào)至PLC的X003。PLC得到信號(hào)后使雙控電磁閥2Y2斷電并接通電磁閥4Y1，4號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)下限位時(shí)，裝在4號(hào)氣缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ7動(dòng)作，2SQ7送出信號(hào)至PLC的X006。PLC得到信號(hào)后接通電磁閥3Y1，機(jī)械手夾爪松開，將大工件放置在加工工位的1號(hào)工位上，同時(shí)也將大工件的顏色信號(hào)在輸出口送出，如圖10所示。圖圖10放下大工件5）機(jī)械手返回大工件放好后PLC使單控電磁閥4Y1斷電，4號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)上限位時(shí)，裝在4號(hào)氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ6動(dòng)作，2SQ6送出信號(hào)至PLC的X002，PLC得到信號(hào)后并接通雙控電磁閥2Y1，2號(hào)氣缸帶動(dòng)機(jī)械手縮回。當(dāng)?shù)竭_(dá)限位時(shí)，裝在2號(hào)氣缸缸體上的磁性接近開關(guān)2SQ3動(dòng)作，2SQ3送出信號(hào)，PLC得到信號(hào)后使2Y1斷電并接通雙控電磁閥1Y1，1號(hào)氣缸帶動(dòng)接寫手選扎。當(dāng)機(jī)械手靠近第一工位時(shí)，裝在機(jī)械手旁邊的磁性接近開關(guān)2SQ1動(dòng)作送出信號(hào)，PLC等待下一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)。2.4上料與搬運(yùn)工位的聯(lián)站2.4.1單站間狀態(tài)的傳送將每站的PLC通過通訊接口用標(biāo)準(zhǔn)電纜進(jìn)行連接，使各站的工作狀態(tài)和工件顏色信號(hào)能夠互相傳送。工件顏色信號(hào)是黑為0，白為1。工件顏色的信號(hào)通過每站的Y20、X20傳送。上料檢測(cè)站完成上料后，通過Y24向搬運(yùn)站發(fā)出“工件已準(zhǔn)備好”信號(hào)。搬運(yùn)站從X23得到信號(hào)后來取走工件，并通過Y23向上料檢測(cè)站回送“工件已取走”信號(hào)，上料檢測(cè)站從X24得到信號(hào)后轉(zhuǎn)入下一個(gè)工作周期。連接圖如圖11所示。工件準(zhǔn)備好圖11PLC聯(lián)站圖工件已取走工件準(zhǔn)備好圖11PLC聯(lián)站圖工件已取走PLC第一站Y24X24Y20PLC第二站X23Y24Y23X24X20Y202.4.2工作過程按下“開始”按鈕后，上料檢測(cè)站回轉(zhuǎn)料倉(cāng)開始旋轉(zhuǎn)并輸送工件，如無工件輸送到位則報(bào)警燈亮。工件到位則工作臺(tái)上升將工件送至輸出位置，并通過Y24向搬運(yùn)站送出工件已準(zhǔn)備好信號(hào)，同時(shí)由1SQ1對(duì)工件進(jìn)行顏色檢測(cè)，并將顏色信號(hào)通過Y20向搬運(yùn)站送出。搬運(yùn)站檢測(cè)到X23信號(hào)后機(jī)械手到搬運(yùn)站抓取工件。上料檢測(cè)站檢測(cè)到X24信號(hào)后進(jìn)入下一工作循環(huán)。上料檢測(cè)工位與搬運(yùn)工位的工作過程前面已經(jīng)介紹過了，在上述工作過程基礎(chǔ)上加入工件顏色信號(hào)和工作狀態(tài)信號(hào)的傳送，就可實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，具體工作過程如下：（1）上料檢測(cè)工位料倉(cāng)輸出工件（2）1SQ1檢測(cè)到大工件。（2）1SQ1檢測(cè)到大工件。Y000輸出復(fù)位，1M停止。Y000輸出，1M轉(zhuǎn)，送出大工件。（2）工件平臺(tái)上升并向搬運(yùn)工位送出工件顏色和狀態(tài)信號(hào)。工件平臺(tái)上升到位，1SQ5置位。工件平臺(tái)上升到位，1SQ5置位。1YA1通電，工件平臺(tái)上升。1SQ2檢測(cè)大工件顏色。（3）（1）（2）2SQ4置位，2YA7通電。4號(hào)缸下降。2YA4通電，2號(hào)缸伸出。(4)2YA7斷電，4號(hào)缸復(fù)位，上升。2SQ7置位，2YA6通電，夾緊。同時(shí)讀取顏色信號(hào)。（（2）2SQ4置位，2YA7通電。4號(hào)缸下降。2YA4通電，2號(hào)缸伸出。(4)2YA7斷電，4號(hào)缸復(fù)位，上升。2SQ7置位，2YA6通電，夾緊。同時(shí)讀取顏色信號(hào)。（4）上料檢測(cè)工位工作平臺(tái)下降并再次送出工件（5）（3）Y000輸出，1M轉(zhuǎn)，送出大工件。（5）（3）Y000輸出，1M轉(zhuǎn)，送出大工件。1YA1斷電，工件平臺(tái)下降工件平臺(tái)下降到位，1SQ6置位(6)(5)2YA2通電，1號(hào)缸旋轉(zhuǎn)。(6)(5)2YA2通電，1號(hào)缸旋轉(zhuǎn)。2SQ3置位。2YA3斷電。2SQ6置位，2YA3通電，2號(hào)缸縮回。旋轉(zhuǎn)到位，2SQ2置位。（6）機(jī)械手在加工工位放下工件(7)(7)2SQ4置位，2YA4斷電，2YA7通電，4號(hào)缸下降。2SQ2置位，2YA4通電。2號(hào)缸伸出。2SQ7置位，2YA5通電，松開工件。同時(shí)送出顏色信號(hào)。(5)(6)2SQ3置位，2YA3斷電，2YA1通電。1號(hào)缸轉(zhuǎn)回。2YA7斷電，4號(hào)缸上升。2SQ6置位，2YA3通電，2號(hào)缸縮回。(6)2SQ3置位，2YA3斷電，2YA1通電。1號(hào)缸轉(zhuǎn)回。2YA7斷電，4號(hào)缸上升。2SQ6置位，2YA3通電，2號(hào)缸縮回。2SQ1置位，進(jìn)入下一循環(huán)。第三章設(shè)備的電氣結(jié)構(gòu)3.1設(shè)備元件的選用氣壓傳動(dòng)是利用空氣壓縮機(jī)使空氣介質(zhì)產(chǎn)生壓力能，并在控制元件的作用下，把氣體壓力能傳輸給執(zhí)行元件，而使執(zhí)行元件完成直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。調(diào)壓過濾器調(diào)壓過濾器調(diào)壓過濾器的作用是濾除壓縮空氣中的雜質(zhì)，達(dá)到系統(tǒng)所要求的凈化程度，并將從貯氣罐傳來的壓縮空氣調(diào)到所需的壓力，減小壓力波動(dòng)，保持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定如圖1換向閥換向閥是氣動(dòng)回路的控制元件，其工作原理是利用換向閥內(nèi)閥芯相對(duì)閥體的運(yùn)動(dòng)，使氣路接通或關(guān)斷，從而使氣動(dòng)執(zhí)行元件實(shí)現(xiàn)起動(dòng)、停止或變換運(yùn)動(dòng)方向。按操縱控制方式可分為：氣壓控制、電磁控制、機(jī)械控制。氣缸氣缸是氣動(dòng)回路的執(zhí)行元件，作用是將壓縮空氣的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，用于實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。緩沖氣缸內(nèi)設(shè)置有緩沖裝置，使活塞接近氣缸端蓋時(shí)逐漸減速，可以防止活塞與氣缸端蓋發(fā)生碰撞。氣缸有單作用活塞桿氣缸和雙作用活塞桿氣缸。單作用活塞桿氣缸是壓縮空氣作用在活塞端面上，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，而活塞的反向運(yùn)動(dòng)依靠復(fù)位彈簧力、重力或其他外力；雙作用單活塞桿氣缸是活塞在兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)都是依靠壓縮空氣的作用而實(shí)現(xiàn)的。3.2傳感器的選型一、傳感器（transducer）的定義信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以及微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測(cè)量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。二、傳感器的分類可以用不同的觀點(diǎn)對(duì)傳感器進(jìn)行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號(hào)類型以及制作它們的材料和工藝等。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類傳感器工作原理的分類物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。傳感器系統(tǒng)的性能主要取決于傳感器，傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類傳感器：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵(lì)源。無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵(lì)能，傳感器承擔(dān)將某個(gè)對(duì)象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。其“對(duì)象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)(即過程)的。對(duì)象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多種方式檢測(cè)。對(duì)象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，傳感器將對(duì)象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測(cè)定的電學(xué)量，然后將此電信號(hào)分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評(píng)測(cè)或標(biāo)示。3.光電傳感器（光電式接近開關(guān)）實(shí)物如圖1所示，光電式接近開關(guān)原理示意圖如圖2所示，它是由發(fā)射器、接收器和檢測(cè)電路三部分組成。發(fā)射器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于發(fā)光二極管（LED）或激光二極管。接收器由光電二極管或光電三極管組成。在發(fā)射器、接收器的前面，裝有光學(xué)元件如濾鏡和光圈等。在接收器后面的是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)并應(yīng)用該信號(hào)。根據(jù)光電開關(guān)在檢測(cè)物體時(shí)，發(fā)射器所發(fā)出的光線被折回到接收器的途徑的不同，可分為對(duì)射型、漫反射型、鏡面反射型等。3.2.2電感傳感器電感式傳感器（接近開關(guān)）外形如圖3所示。它對(duì)機(jī)械手的左右位置進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)機(jī)械手的手臂（伸縮氣缸體）靠近電感式接近開關(guān)時(shí)，它將到位信號(hào)傳送給PLC的相應(yīng)輸入端。電感式接近開關(guān)是一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，工作原理框圖如圖4所示。它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體接近時(shí)，在物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)內(nèi)部振蕩電路的參數(shù)發(fā)生變化，識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。由此可見電感式傳感器（接近開關(guān)）所檢測(cè)的物體必須是金屬物體，此性能亦可用于判別金屬與非金屬工件。這種接近開關(guān)能準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性等優(yōu)點(diǎn)和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力，是一般機(jī)械式行程開關(guān)所不能相比的。3.3PLC的選型一、PLC的發(fā)展PLC作為工控機(jī)的一員，在主要工業(yè)國(guó)家中成為自動(dòng)化系統(tǒng)的基本電控裝置。它具有控制方便、可靠性高、容易掌握、體積小、價(jià)格適宜等特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今世界PLC生產(chǎn)廠家約150家，生產(chǎn)300多個(gè)品種。2000年銷售額約為86億美元，占工控機(jī)市場(chǎng)份額的50%，PLC將在工控機(jī)市場(chǎng)中占有主要地位，并保持繼續(xù)上升的勢(shì)頭。PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%～30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。二、PLC的應(yīng)用目前，在國(guó)內(nèi)外PLC已廣泛應(yīng)用治金、石油、化工、建材，機(jī)械、制造、電力、汽車、輕工、環(huán)保及文化娛樂等。在我國(guó)，一般按I/O點(diǎn)數(shù)將PLC分為以下級(jí)別（1）小型PLC一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。

（2）中型PLC其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間，I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出，它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。（3）大型PLC一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC，大型PLC的軟硬件功能極強(qiáng)，具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化，大型PLC還可以采用冗余或三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)使機(jī)器的可靠性更高。PLC的市場(chǎng)的潛力是巨大的，不僅在我國(guó)，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明，PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器，接觸器控制尚有24%，所以說，需要應(yīng)用PLC的場(chǎng)合還很多，在我國(guó)就更是如此了。三、PLC的種類在國(guó)內(nèi)外的幾家著名的工控產(chǎn)品廠商的PLC產(chǎn)品上，主要有西門子S7-200系列、松下FP系列、歐姆龍C200H系列和三菱FX系列，下面就各自介紹一下它們：1、西門子S7-200系列PLCS7-200系列PLC適用于各行各業(yè),各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列PLC是西門子公司1995年底推出的具有很高性能價(jià)格比的微型PLC。由于它體積小、運(yùn)行速度高、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，使其在各種自動(dòng)控制領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。S7-200的主要功能：①執(zhí)行指令速度高。②豐富的指令功能。③靈活的中斷功能。④輸入和輸出的直接查詢與賦值。⑤嚴(yán)格的口令保護(hù)。⑥友好的調(diào)試和故障診斷功能。⑦輸入或輸出的強(qiáng)制功能。⑧通信功能。S7-200的應(yīng)用范圍極為廣泛,包括：沖壓機(jī)床、磨床、橡膠化工機(jī)械、中央空調(diào)、電梯控制、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、印刷機(jī)械等。2、歐姆龍C200H系列PLCC200HPLC系統(tǒng)為模塊式結(jié)構(gòu)，CPU單元為系統(tǒng)的核心，包括電源、微處理器、系統(tǒng)存儲(chǔ)器、控制邏輯和接口電路等?；綢/O單元和智能I/O單元提供現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備和控制輸出設(shè)備與CPU的接口電路。它們都通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)總線SYS-BUS與CPU單元連接，I/O單元的個(gè)數(shù)可根據(jù)用戶需要配置。另外，CPU單元上還提供了用戶存儲(chǔ)器、錄音機(jī)以及編程器等外設(shè)接口。C200HPLC系統(tǒng)的基本組成是：一個(gè)母板（安裝機(jī)架）提供系統(tǒng)總線和模塊插槽、一個(gè)CPU單元、一個(gè)存儲(chǔ)器單元、一個(gè)編程器及基本I/O單元若干個(gè)?；綢/O單元的個(gè)數(shù)視系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)及母板上的槽位而定。因?yàn)镃PU單元內(nèi)裝電源，所以系統(tǒng)不需再配電源單元。此外，CPU單元內(nèi)系統(tǒng)存儲(chǔ)器中固化了系統(tǒng)管理程序。C200HPLC系統(tǒng)還有兩種擴(kuò)展方式可滿足用戶的不同需求。一種是在CPU單元所在的母板上用電纜連接I/O擴(kuò)展母板，最多可連兩個(gè)擴(kuò)展母板，采用串聯(lián)方式連接，兩母板間最大距離10m，但CPU與兩個(gè)擴(kuò)展母板的距離總和不得超過12m，擴(kuò)展母板上可根據(jù)需要配置I/O單元，不需要再配CPU單元，但要配置擴(kuò)展電源單元。另一種擴(kuò)展方式是建立遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，即在CPU母板或擴(kuò)展母板上配置遠(yuǎn)程I/O主單元，而在另外的擴(kuò)展母板上配置遠(yuǎn)程I/O從單元，用雙絞線或其他通信電纜將遠(yuǎn)程I/O主單元和遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展單元連接起來構(gòu)成遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)，這樣既可以擴(kuò)展系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，又可以控制遠(yuǎn)距離的I/O點(diǎn)。每個(gè)C200HPLC的CPU單元最多可連接兩個(gè)遠(yuǎn)程I/O主單元，系統(tǒng)中最多可配置5個(gè)遠(yuǎn)程I/O從單元。3、松下FP系列PLC（1）超小型尺寸，具有世界上最小的安裝面積，寬25X高90X長(zhǎng)60毫米（2）輕松擴(kuò)展，擴(kuò)展單元可直接連接到控制單元上、不需任何電纜（3）從I/O10點(diǎn)到最大I/O128點(diǎn)的選擇空間（4）擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域（5）內(nèi)部使用了EEPROM.32K步的程序容量適用于比較簡(jiǎn)單的I/O控制,USB口通訊（6）緊湊小巧的外形時(shí)期可以靈活的應(yīng)用于空間比較緊張的環(huán)境中（7）C14型輸出有3個(gè)獨(dú)立的公共端,可接3種不同的外部負(fù)載（8）具高級(jí)處理功能的C14/C30/C60型可實(shí)現(xiàn)高速過程及串行通訊程序可存放在EEPROM存儲(chǔ)器4、三菱FX系列PLCFX1n系列PLC是一種普遍選擇方案，最多可達(dá)128點(diǎn)控制。并且能增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。通信和數(shù)據(jù)鏈接功能選項(xiàng)使得FX1n在體積、通信和特殊功能模塊等重要的應(yīng)用方面非常完美。FX1s系列PLC是一種卡片大小的PLC，適合在小型環(huán)境中進(jìn)行控制,提供多達(dá)30個(gè)I/O。它具有卓越的性能、串行通訊功能以及緊湊的尺寸，這使得它們能用在以前常規(guī)PLC無法安裝的地方。FX2n系列PLC是FX系列中最高級(jí)的模塊。它擁有無以匹及的速度、高級(jí)的功能、邏輯選件以及定位控制等特點(diǎn)，F(xiàn)X2n是從16到256路輸入/輸出的多種應(yīng)用的選擇方案。FX2nc系列PLC在保留其原有的強(qiáng)大功能特色的前提下實(shí)現(xiàn)了極為可觀的規(guī)?？s小。I/O型連接口降低了接線成本并節(jié)省了時(shí)間。經(jīng)過對(duì)多種PLC功能的詳細(xì)比較，最終選定三菱的FX2N-48MT系列的PLC。3.3.1三菱FX2N-48MT系列PLC可編程序控制器(ProgrammableController,簡(jiǎn)稱PC),是在繼電順序控制基礎(chǔ)上發(fā)展起來的以微處理器為核心的通用自動(dòng)控制裝置。PLC是電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電邏輯自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物。它不僅充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，以滿足各種工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的需要，同時(shí)又照顧到一般電氣操作人員的技術(shù)水平和習(xí)慣，采用梯形圖或狀態(tài)流程圖等編程方式，使PLC的使用始終保持大眾化的特點(diǎn)。PLC可以用于單臺(tái)機(jī)電設(shè)備的控制，也棵用語生產(chǎn)流水線的控制。使用者可根據(jù)生產(chǎn)過程和工藝要求編制程序。程序運(yùn)行后，PLC就根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出入信號(hào)（按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)或其他傳感信號(hào)），按照預(yù)先編入的程序?qū)?zhí)行機(jī)構(gòu)（如電磁閥、電動(dòng)機(jī)等）的動(dòng)作進(jìn)行控制。PLC的型號(hào)繁多，各種型號(hào)的PLC功能不盡相同，但目前PLC一般都具有下列功能：（1）條件控制PLC具有邏輯運(yùn)算功能，它能根據(jù)輸入繼電器觸點(diǎn)的與（AND）、(OR)、等邏輯關(guān)系決定輸出繼電器的狀態(tài)（ON或OFF），故它可代替繼電器進(jìn)行開關(guān)控制。（2）定時(shí)控制為滿足生產(chǎn)工藝對(duì)定時(shí)控制的要求，一般PLC都為用戶提供足夠的定時(shí)器，如三菱FX2型PLC共有256個(gè)定時(shí)器。所有定時(shí)器的定時(shí)值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，即使在運(yùn)行定時(shí)值也可被讀出或修改，使用靈活，操作方便。（3）計(jì)數(shù)控制為滿足對(duì)計(jì)數(shù)控制的需要，PLC向用戶提供上百個(gè)功能較強(qiáng)的計(jì)數(shù)器，如FX2型PLC可向用戶提供241個(gè)計(jì)數(shù)器。其中6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，121個(gè)電池后備計(jì)數(shù)器。所有計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可由用戶在編程時(shí)設(shè)定，且隨時(shí)可以修改。（4）步進(jìn)控制步進(jìn)順序控制PLC的最基本的控制方式，但是PLC為方便用戶編制較復(fù)雜的步進(jìn)控制程序，設(shè)置了專門的步進(jìn)控制指令。如FX2型PLC中擁有上千個(gè)狀態(tài)元件，為用戶編寫較復(fù)雜的步進(jìn)順序控制程序提供了極大的方便。（5）數(shù)據(jù)控制PLC具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，除能進(jìn)行加減乘除四則運(yùn)算甚至開方運(yùn)算外，還能進(jìn)行字操作、移位操作、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼等數(shù)據(jù)處理。（6）通信和聯(lián)網(wǎng)PLC采用哩哩啦啦力量了通信技術(shù)，可進(jìn)行遠(yuǎn)程的I/O控制。多臺(tái)PLC之間可進(jìn)行同位鏈接（PLCLink），還可用計(jì)算機(jī)進(jìn)行上位鏈接（HostLink），接受計(jì)算機(jī)的命令，并將執(zhí)行結(jié)果告訴計(jì)算機(jī)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)與墮胎PLC可構(gòu)成集中管理、分散控制的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。（7）對(duì)控制系統(tǒng)的監(jiān)控PLC具有較強(qiáng)的監(jiān)控功能，它能記憶某些異常情況或在發(fā)生異常情況時(shí)自動(dòng)終止運(yùn)行。操作人員通過監(jiān)控命令，可以監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，可以改變?cè)O(shè)定值等，方便了程序的調(diào)試。可編程序控制器被認(rèn)為是真正的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中占有極其重要的地位，最重要的原因是它具有如下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高可編程序控制器的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)，這是一個(gè)難以置信的數(shù)字，也就是說，一臺(tái)可編程序控制器可連續(xù)運(yùn)行30多年不出故障，大概到目前為止沒有一種工業(yè)控制設(shè)備有如此高的可靠性。一般來說，可編程序控制系統(tǒng)中發(fā)生的故障絕大多數(shù)是由傳感器、執(zhí)行器等外圍部件所造成的。有些公司已公布不將可靠性作為一項(xiàng)指標(biāo)了，因?yàn)閷?duì)可編程序控制器來說，這一指標(biāo)已無多大意義。（2）編程方便對(duì)一般電氣控制線路，可采用梯形圖編程，這種編程方式與實(shí)際電路原理圖非常接近，即使是普通的工人，也能在較短的時(shí)間內(nèi)掌握。3.4設(shè)備軟件編程3.4.1編程（1）進(jìn)入三菱可編程序控制器編程軟件界面，如圖1所示。（2）若是要編寫新的程序，則點(diǎn)擊“新文件”快捷按鈕，并選擇PLC類型，如圖2所示；若不是新程序，則點(diǎn)擊“打開”快捷按鈕，并選擇原有文件的路徑和文件名，打開原有文件。（3）利用“功能圖”中的元件圖形符號(hào)和連接線（功能圖如圖3所示），根據(jù)流程圖編制程序梯形圖