基于plc控制的氣動機械手設計

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1、I目目錄錄 摘摘 要要.IV第一章第一章 緒論緒論.11.1 氣動機械手的應用領域.11.2 機械手的發(fā)展狀態(tài)及前景方向.11.3 本課題的研究目的與意義.1第二章第二章 氣壓傳動的工作原理氣壓傳動的工作原理.32.1 氣壓傳動概述.32.1.1 氣壓傳動組成及工作原理.32.1.2 氣壓傳動系統(tǒng)的組成.32.1.3 氣壓傳動的優(yōu)點.32.1.4 氣壓傳動的缺點.32.2PLC 與氣壓控制 .42.2.1 基礎氣壓.4 2.2.2PLC 與氣壓過程控制.62.3 電磁閥應用技術.132.3.1 概述.132.3.2 電磁閥的應用領域.142.3.3 電磁閥的種類及工作原理.15 2.3.4 電

2、磁閥的特點.152.3.5 電磁閥的應用.16第三章第三章 FX 系列可編程控制器系列可編程控制器.203.1 PLC 概述.203.1.1 PLC 的歷史及發(fā)展.203.1.2 PLC 的應用領域.213.1.3 PLC 的特點.223.2 FX 系列 PLC.233.2.1 FX2N 結(jié)構特點及硬件配置.233.2.2 可編程控制器的軟元件的作用和功能.25第四章第四章 機械手機械手 PLC 控制系統(tǒng)總體設計方案概述控制系統(tǒng)總體設計方案概述.274.1 機械手 PLC 控制系統(tǒng)總體設計 .274.2 機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖.274.3 機械手輸送系統(tǒng) I/O 接口分配表 .284.4 機

3、械手控制系統(tǒng)的工作原理和運行模式.304.5 機械手 PLC 控制程序設計 .314.6 各運行模式下程序設計.324.6.1 初始化程序.324.6.2 手動運行程序設計.324.6.3 回原點運行程序設計.324.6.4 自動運行程序設計.33摘 要II第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.365.1 設計總結(jié).365.2 前景展望.36致致 謝謝.37參考文獻參考文獻.38目 錄III摘摘 要要在生產(chǎn)中廣泛存在著很多不能直接由人手完成的工作，尤其是搬運笨重物體或在高溫、高壓、低溫、低壓、粉塵、易爆、有毒氣和放射性等惡劣的環(huán)境下工作。人工在這樣環(huán)境下生產(chǎn)，不僅效率低，生產(chǎn)成本高，企業(yè)的競爭能

4、力差，而且還會危及人的生命安全。針對上述問題，本課題利用 PLC技術，結(jié)合氣動技術、位置控制技術設計了一種安全高效的氣動機械手控制系統(tǒng)，來代替人進行正常工作，大大提高生產(chǎn)的機械化水平和勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)安全生產(chǎn)。本系統(tǒng)利用各種檢測裝置進行位置檢測，再通過 PLC 做出相應的控制，來模擬人手的部分動作，按給定的順序、軌跡和要求實現(xiàn)自動搬運、抓舉等操作?？梢詮V泛應用于汽車、交通、運輸?shù)雀餍懈鳂I(yè)。本系統(tǒng)由于采用的是PLC 作為主控制器，比起其他控制器更易實現(xiàn)機電一體化，也更適合在工業(yè)等惡劣環(huán)境下工作。本系統(tǒng)具有很強的實用性和廣泛的應用范圍。它操作簡單，具有良好的擴展性和可靠性。PLC 軟

5、件編程簡單，易于修改，只要通過修改相應軟件程序，就實現(xiàn)更多更強的功能。因此在生產(chǎn)實際中具有很高的實際應用價值。關鍵詞關鍵詞：機械手 PLC 電磁閥緒論1第一章第一章 緒論緒論1.1 氣動機械手的應用領域氣動機械手的應用領域由于氣壓傳動系統(tǒng)使用安全、可靠，可以在高溫、震動、易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射等惡劣環(huán)境下工作。而氣動機械手作為機械手的一種，它具有結(jié)構簡單、重量輕、動作迅速、平穩(wěn)、可靠、節(jié)能和不污染環(huán)境、容易實現(xiàn)無級調(diào)速、易實現(xiàn)過載保護、易實現(xiàn)復雜的動作等優(yōu)點。所以，氣動機械手被廣泛應用于汽車制造業(yè)、半導體及家電行業(yè)、冶金、電子、輕工、化肥和化工，食品和藥品的包裝、精密儀器和軍事工業(yè)等。

6、1.2 機械手的發(fā)展狀態(tài)機械手的發(fā)展狀態(tài)及前景方向及前景方向機械手可分為專用機械手和通用機械手兩大類。專用機械手:它作為整機的附屬部分，動作簡單，工作對象單一，具有固定(有時可調(diào))程序，使用大批量的自動生產(chǎn)。如自動生產(chǎn)線上的上料機械手，自動換刀機械手，裝配焊接機械手等裝置。通用機械手:它是一種具有獨立的控制系統(tǒng)、程序可變、動作靈活多樣的機械手。它適用于可變換生產(chǎn)品種的中小批量自動化生產(chǎn)，它的工作范圍大，定位精度高，通用性強，廣泛應用于柔性自動線。在 21 世紀可編程控制器會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計及制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、組網(wǎng)

7、能力更強的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展。從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富，規(guī)模更齊備。完美的人機界面、完備的通訊設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求。從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言。這是有利于可編程技術的發(fā)展及可編程產(chǎn)品的普及的。從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機組網(wǎng)，構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向，目前的計算機集散控制系統(tǒng)（Distributed Control System）及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中已有大量的可編程控制器應

8、用，伴隨著總線技術及計算機網(wǎng)絡的進一步發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡或國際通用網(wǎng)絡的重要的組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。機械手的發(fā)展前景方向：（1）重復高精度（2）模塊化（3）無給油化（4）機電一體化FX 系列可編程控制器21.3 本課題的研究目的與意義本課題的研究目的與意義隨著工業(yè)自動化程度的提高，機械手的應用領域越來越廣。機械手能模擬人的手臂的部分動作，按預定的程序、軌跡及其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱工具。機械手可以代替很多重復性的體力勞動，從而減輕工人的勞動強度、提高生產(chǎn)效率。目前，對機械手的控制可采用以下幾種方式：（1）用繼電器控制，這種控制系統(tǒng)

9、故障率高、控制方式不靈活且功耗大，已逐漸被人們所淘汰；（2）用微機控制，雖然它在智能控制方面有較強大的功能，但它的抗干擾性差，系統(tǒng)設計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術，廣泛應用也不太容易；（3）PLC 控制，此控制系統(tǒng)具有運行可靠、使用維修方便、抗干擾性強、能經(jīng)受惡劣環(huán)境的考驗等優(yōu)越性，已經(jīng)成為在機械手控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式。電磁閥應用技術3第第 2 章章 氣壓傳動的工作原理氣壓傳動的工作原理2.1 氣壓傳動概述氣壓傳動概述 2.1.1 氣壓傳動組成及工作原理氣壓傳動組成及工作原理氣壓傳動簡稱氣動，是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來傳遞動力和控制信號，控制和驅(qū)動各種機械和設備，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程

10、機械化、自動化的一門技術。2.1.2 氣壓傳動系統(tǒng)的組成氣壓傳動系統(tǒng)的組成（1）氣源裝置： 把原動機輸出的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝鈮毫δ艿难b置，其主要設備是空氣壓縮機。 （2）控制元件：對壓縮空氣的壓力、流量和流動方向進行控制的裝置，以保證執(zhí)行元件具有一定的輸出力和速度并按設計的程序正常工作。例如壓力閥、節(jié)流閥、換向閥和邏輯閥等。（3）執(zhí)行元件：把壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置，如氣缸和氣馬達。 （4）輔助元件：指用于輔助保證氣動系統(tǒng)正常工作的一些裝置。如空氣過濾器、消聲器和油霧器等。（5）傳動介質(zhì)：即傳遞能量的壓縮空氣。2.1.3 氣壓傳動的優(yōu)點氣壓傳動的優(yōu)點（1）空氣隨處可取，取之不盡，無介質(zhì)

11、費用和供應上的困難；用后的空氣直接排入大氣，對環(huán)境無污染，處理方便，不必設置回收管路，因而也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充及更換等問題。 （2）空氣粘度小(約為液壓油的萬分之一)，在管內(nèi)流動阻力小，壓力損失小，便于集中供氣和遠距離輸送。即使有泄漏，也不會嚴重影響工作，不會污染環(huán)境。 （3）和液壓相比，氣動反應快，動作迅速，維護簡單，管路不易堵塞。 （4）氣動元件結(jié)構簡單、制造容易，適于標準化、系列化、通用化。 （5）氣動系統(tǒng)對工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中工作時，安全可靠性優(yōu)于液壓、電子和電氣系統(tǒng)。 （6）空氣具有可壓縮性，使氣動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護，也

12、便于儲氣罐儲存能量，以備急需。 （7）排氣時氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動設備可以自動降溫，長期運行也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院畢業(yè)設計論文4 空 壓 機 干 燥 機 儲 氣 槽 氣 壓 缸 方 向 閥 壓源2.1.4 氣壓傳動的缺點氣壓傳動的缺點（1)由于空氣的可壓縮性大，所以氣動系統(tǒng)的穩(wěn)定性差，負載變化時對工作速度的影響較大，速度調(diào)節(jié)較難。（2）氣壓傳動系統(tǒng)工作壓力低，輸出力較小，且傳動效率低。（3)氣動裝置中的信號傳遞速度僅限于聲速范圍內(nèi)， 其工作頻率和相應速度遠不如電子裝置，并且信號要產(chǎn)生較大的失真和延滯，也不便于構成較復雜的回路。（4)需對氣源中的雜質(zhì)及水蒸氣進行凈化處理

13、，凈化處理的過程較復雜?？諝鉄o潤滑性能，故在系統(tǒng)中需要潤滑處應設潤滑給油裝置。（5)氣動系統(tǒng)有較大的排氣噪聲，使環(huán)境惡化、危害人體健康，影響人的情緒，應設法消除或降低噪聲。（6)氣動系統(tǒng)有泄漏，這是能量的損失。一定量的外泄漏也是允許的，但應盡可能減少泄漏。2.2PLC 與氣壓控制與氣壓控制2.2.1 基礎氣壓基礎氣壓（）氣壓系統(tǒng)基本架構三點組合電磁閥應用技術5 （2）氣壓源：工作壓力 47 bar ( 1 Kg / cm2 = 0.981 bar) （3）三點組合（調(diào)理組）：調(diào)壓、濾水、潤滑 （4）氣壓缸:單動缸、雙動缸 （5）方向閥： 口與位的觀念 一個方塊代表一個作動位置 方塊內(nèi)的箭頭表示

14、氣流的方向 ( T 代表不通的口 ) 一個作動位置中進氣與出氣口的總和為口數(shù) 作動與復歸方式 按鈕作動 手炳作動 踏板作動 輥輪作動 氣壓作動 電磁作動 電磁導引氣壓作動 彈簧復歸 氣壓復歸 電磁復歸 電磁導引氣壓復歸 （6）基本氣壓回路 淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文6 2.2.2PLC 與氣壓過程控制與氣壓過程控制（一）單一流程一）單一流程 A、B 皆為雙動缸，分別以雙邊電磁閥控制動作順序如圖 PB ON (Pulse) ，則系統(tǒng)激活一次循環(huán)后自動停止。 電磁閥應用技術7 I/O 規(guī)劃如下規(guī)劃如下 輸入：PB=X0 a1=X1 a0=X2 b1=X3 b0=X4 輸出：A+=Y0 A-=

15、Y1 B+=Y2 B-=Y3按下激活開關 START步驟步驟步驟一開始（RUN）系統(tǒng)處于待機狀態(tài)A 氣壓缸到達前頂點B 氣壓缸后退A 氣壓缸到達后頂點回到步驟 S 0 S 20 S 22Jump S0X0X1X3步驟 4步驟 5A 氣壓缸前進B 氣壓缸前進B 氣壓缸到達前頂點B 氣壓缸到達后頂點A 氣壓缸后退 S 24X4 S 26X2LDM8002SETS0STLS0RSTY0RSTY2SETY1SETY3LDX0ANDX2ANDX4SETS20STLS20RSTY1SETY0LDX1SETS22STLS22RSTY3SETY2LDX3SETS24STLS24RSTY2SETY3LDX4SE

16、TS26STLS26RSTY0SETY1LDX2SETS0RETEND淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文8（二）選擇性分歧（二）選擇性分歧A、B 皆為雙動缸，分別以雙邊電磁閥控制動作順序如圖，當 PBON 時，A 氣壓缸來回運動一次； 當 PBON 時，B 氣壓缸來回運動一次。 I/O 規(guī)劃如下：規(guī)劃如下： 輸入：PB1=X0 PB2=X1 a1=X2 a0=X3 b1=X4 b0=X5 輸出：A+=Y0 A-=Y1 B+=Y2 B-=Y3電磁閥應用技術9 按下 PB1一開始（RUN）系統(tǒng)處于待機狀態(tài)A 氣壓缸到達前頂點B 氣壓缸后退A 氣壓缸到達后頂點 S 0 S 20 S 22X0X2X3A

17、 氣壓缸前進B 氣壓缸前進B 氣壓缸到達前頂點B 氣壓缸到達后頂點A 氣壓缸后退 S 24X4 S 26X1X5按下 PB2 Jmp S0LD X3SETS0STLS24RSTY3SETY2LD X4SETS26STLS26RSTY2SETY3LD X5SETS0RETENDLDM8002SETS0STLS0RSTY0RSTY2SETY1SETY3LD X0SETS20LD X1SETS24STLS20RSTY1SETY0LD X2SETS22STLS22RSTY0SETY1淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文10（三）并進式分歧（三）并進式分歧 A、B 皆為雙動缸，分別以雙邊電磁閥控制動作順序如

18、圖，當 PB ON 時， A 氣壓缸來回運動一次同時，B 氣壓缸來回運動一次。 I/O 規(guī)劃如下規(guī)劃如下 輸入：PB=X0 a1=X2 a0=X3 b1=X4 b0=X5 輸出：A+=Y0 A-=Y1 B+=Y2 B-=Y3電磁閥應用技術11 按下 PB一開始（RUN）系統(tǒng)處于待機狀態(tài)A 氣壓缸到達前頂點B 氣壓缸后退A 氣壓缸到達后頂點 S 0 S 20 S 22X0X2X3A 氣壓缸前進B 氣壓缸前進B 氣壓缸到達前頂點B 氣壓缸到達后頂點A 氣壓缸后退 S 24X4 S 26X5 Jmp S0LDM8002SETS0STLS0RSTY0RSTY2SETY1SETY3LDX0SETS20S

19、ETS24STLS20RSTY1SETY0LDX2SETS22STLS22RSTY0SETY1STLS24RSTY3SETY2LDX4SETS26STLS26RSTY2SETY3STLS22STLS26LDX3ANDX5SETS0RETEND淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文122.3 電磁閥應用技術電磁閥應用技術2.3.1 概述概述在壓力調(diào)節(jié)方面，減壓閥得到了廣泛的應用，但幾乎所有的減壓閥都存在著壓力調(diào)節(jié)方面問題：采用減壓閥只能進行某一壓力值的調(diào)節(jié)，如果需要調(diào)節(jié)到其它的壓力值，則需要人工進行調(diào)節(jié)。人工進行調(diào)節(jié)需要根據(jù)經(jīng)驗，與操作人員的操作熟練程度相關，此外還需要采用專用的調(diào)節(jié)設備和花費一定的調(diào)

20、節(jié)時間。在某些特殊的條件下，如在試驗過程中存在危險的情況，則不能進行壓力的調(diào)節(jié)。根據(jù)減壓閥的這一特點，工程上也采用了步進電機結(jié)合減壓閥來調(diào)整出口壓力值，但這一做法明顯增加了系統(tǒng)的復雜性。減壓閥出口壓力的調(diào)整精度不高。流量跨度較大時，減壓閥出口壓力的調(diào)整精度受到的影響就更大。減壓閥自身特性是導致出口壓力調(diào)整精度不高的主要原因，減壓閥下游易出現(xiàn)超雁情況。由于減壓閥設計過程中的密封比壓一般并不是很高，因此減壓閥下游超壓情況很常見，在空間推進系統(tǒng)的設計中一般還采用了安全閥來防止減壓閥超壓。減壓閥需要采用措施去防止“嗚叫”現(xiàn)象。由于減壓閥有著較大的低壓腔，因此易于出現(xiàn)“嗚叫”現(xiàn)象。采取一定的措施后才能夠

21、減弱此現(xiàn)象。而采用電磁閥調(diào)節(jié)壓力相比于采用減壓閥調(diào)節(jié)壓力，電磁閥調(diào)節(jié)壓力可進行多種壓力值的調(diào)節(jié)，出口壓力的調(diào)整精度也可以控制得更高，而且在彈簧力和壓力差的共同作用下，密封比壓很高，密封更可靠。此外由于不存在低壓腔，不會產(chǎn)生“嗚叫”現(xiàn)象。2.3.2 電磁閥的應用領域電磁閥的應用領域電磁閥技術與控制技術、計算機技術、電子技術相結(jié)合，已經(jīng)能夠進行多種復雜的控制。比如可以把電磁閥應用在智能控制領域，應用在無線控制技術等方面。電磁閥正是因為能夠用電磁進行控制，所以它能與現(xiàn)在的各種電子系統(tǒng)很好地接口，這也是它得到廣泛應用的一個主要原因。電磁閥已經(jīng)廣泛地應用在生產(chǎn)的各個領域中，隨著電磁控制技術和制造工藝的提

22、高，電磁閥能夠?qū)崿F(xiàn)更加精巧的控制，為實現(xiàn)不同的氣動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)發(fā)揮它的作用。電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。電磁閥是用電磁控制的工業(yè)設備，用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥是用電磁的效應進行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥電磁閥應用技術13可以配合不同的電路來實現(xiàn)預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。以氣動系統(tǒng)為例子

23、說明電磁閥在工業(yè)控制中的應用。所謂氣動系統(tǒng)，就是以氣體為介質(zhì)的控制系統(tǒng)。氣動系統(tǒng)中，這種能源的介質(zhì)通常就是空氣。在真正使用的時候，通常把大氣中的空氣的體積加以壓縮，從而提高它的壓力。壓縮空氣主要通過作用于活塞或葉片來作功。氣動系統(tǒng)中，電磁閥的作用就是在控制系統(tǒng)中按照控制的要求來調(diào)整壓縮空氣的各種狀態(tài)，氣動系統(tǒng)還需要其他元件的配合，其中包括動力元件、執(zhí)行元件、開關、顯示設備及其它輔助設備。動力元件包括各種壓縮機，執(zhí)行元件包括各種氣缸。這些都是氣動系統(tǒng)中不可缺少的部分。而閥體是控制算法得以實現(xiàn)的重要設備。比如單向閥讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當壓縮機關閉時，阻止壓縮空氣反方向流動；安全閥當儲氣罐內(nèi)

24、的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣排出；方向控制閥通過對氣缸兩個接口交替地加壓和排氣，來控制運動的方向；速度調(diào)節(jié)閥能簡便實現(xiàn)執(zhí)行元件的無級調(diào)速。2.3.3 電磁閥的種類及工作原理電磁閥的種類及工作原理電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。（1）直動式電磁閥有常閉型和常開型二種。常閉型斷電時呈關閉

25、狀態(tài)，當線圈通電時產(chǎn)生電磁力，使動鐵芯克服彈簧力同靜鐵芯吸合直接開啟閥，介質(zhì)呈通路；當線圈斷電時電磁力消失，動鐵芯在彈簧力的作用下復位，直接關閉閥口，介質(zhì)不通。結(jié)構簡單，動作可靠，在零壓差和微真空下正常工作。常開型正好相反。（2）分步直動式電磁閥該閥采用一次開閥和二次開閥連在一體，主閥和導閥分步使電磁力和壓差直接開啟主閥口。當線圈通電時，產(chǎn)生電磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合，導閥口開啟而導閥口設在主閥口上，且動鐵芯與主閥芯連在一起，此時主閥上腔的壓力通過導閥口卸荷，在壓力差和電磁力的同時作用下使主閥芯向上運動，開啟主閥介質(zhì)流通。當線圈斷電時電磁力消失，此時動鐵芯在自重和彈簧力的作用下關閉導閥孔，此時

26、介質(zhì)在平衡孔中進入主閥芯上腔，使上腔壓力升高，此時在彈簧復位和壓力的作用下關閉主閥，介質(zhì)斷流。結(jié)構合理，動作可靠，在零壓差時工作也可靠。（3）間接先導式電磁閥淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文14該系列電磁閥由先導閥和主閥芯聯(lián)系著形成通道組合而成；常閉型在未通電時，呈關閉狀態(tài)。當線圈通電時，產(chǎn)生的磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合，導閥口打開，介質(zhì)流向出口，此時主閥芯上腔壓力減少，低于進口側(cè)的壓力，形成壓差克服彈簧阻力而隨之向上運動，達到開啟主閥口的目的，介質(zhì)流通。當線圈斷電時，磁力消失，動鐵芯在彈簧力作用下復位關閉先導口，此時介質(zhì)從平衡孔流入，主閥芯上腔壓力增大，并在彈簧力的作用下向下運動，關閉主閥口，

27、常開式原理相反。2.3.4 電磁閥的特點電磁閥的特點（1）適用性管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標定的介質(zhì)一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標定溫度。流體清潔度不高時應在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁閥對介質(zhì)要求清潔度要好。注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關兩位控制；條件允許請安裝旁路管，便于維修；有水錘現(xiàn)象時要定制電磁閥的開閉時間調(diào)節(jié)。同時還要注意環(huán)境溫度對電磁閥的影響。（2）可靠性電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關閉；但在開啟時間很長關閉時很短時要選用常開型了。動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。（3）安全性一般電磁閥不防水，在

28、條件不允許時請選用防水型。電磁閥的最高標定公稱壓力一定要超過管路內(nèi)的最高壓力，否則使用壽命會縮短或產(chǎn)生其它意外情況。有腐蝕性液體的應選用全不銹鋼型，強腐蝕性流體宜選用塑料王（SLF）電磁閥。爆炸性環(huán)境必須選用相應的防爆產(chǎn)品。2.3.5 電磁閥的應用電磁閥的應用在氣動技術中，2 位 3 通閥（3/2 閥）常被用于控制單作用氣缸的簡單回路中，或是用于開關閥來使用。雖然 3/2 閥結(jié)構簡單，功能相對單一，但是 3/2 閥經(jīng)過組合后，會帶來很多更高級的作用。巧用 3/2 閥在工業(yè)生產(chǎn)中有很大意義，不僅可以節(jié)省成本，還可以提高整個氣動回路的安全性和可靠性。在控制雙作用氣缸的典型回路中，大家通常是使用 2

29、 位 5 通閥（5/2 閥）作用控制元件，在電氣氣動回路中，一般選用 5/2 雙電控電磁閥。如圖 3-1 所示：電磁閥應用技術15 圖 3-1 2 位 5 通雙電控電磁閥圖為雙作用氣缸的控制回路，氣體經(jīng)二聯(lián)件或三聯(lián)件處理后，進入 5/2 雙電控電磁閥，該閥可以控制無桿氣缸、雙作用氣缸或擺動氣缸。但當用 PLC 控制電磁線圈時，若 1M1 得電，1M2 失電，管路 1-4 導通，氣缸滑塊向右運動；若 1M2 得電，1M1 失電，管路 1-2 導通，氣缸滑塊向左滑動。如圖 3-2 所示：圖 3-2 雙電控電磁閥原理在上述 PLC 控制順序中，兩個電磁線圈只有一個得電一個失電的情況下，氣缸才能運動。

30、即兩個線圈的狀態(tài)為 1-0，或 0-1。但是，我們不能保證 PLC 的程序在初次調(diào)試時萬無一失，無法保證程序的編寫沒有錯誤，或者也不能保證淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文16PLC 在正常運行時由于各種因素，程序被干擾。一旦出現(xiàn)錯誤，機械手上下運動，且攜帶重物，會造成嚴重的后果?？梢?，5/2 雙電控電磁閥在控制上是存在先天不足的，原因在于它的兩個線圈只能有 1-0 和 0-1 兩種狀態(tài)，而一旦出現(xiàn) 1-1 和 0-0 的狀態(tài)時，換向閥就不知道如何運動了。因為經(jīng)過試驗表明，當同時給兩個線圈得電時，換向閥閥芯如何運動無法評估，有時會向左，有時會向右，且無固定概率。但是當出現(xiàn) 1-1 時，絕對不會出

31、現(xiàn)線圈燒毀的問題。如果想解決由于程序問題而造成的故障，我們只能更換 5/2 雙電控電磁閥，尋找一種新的換向閥代替它。而最保險，最可靠，成本最低的選擇就是使用兩個 3/2 單電控電磁閥，無論該閥是常開型還是常閉型，只要保證兩個電磁閥的類型一樣即可?？刂苹芈啡鐖D 3-3 所示：圖 3-3 兩同類型 3/2 單電控電磁閥圖中，我們把一個 5/2 雙電控電磁閥換成兩個同類型的 3/2 單電控電磁閥。在 PLC 控制中，如果 1M1 得電，2M1 失電，氣缸滑塊向右移動，即 1-0 狀態(tài)；如果 2M1 得電，1M1 失電，氣缸滑塊向左運動，即 0-1 狀態(tài)；如果 1M1 和 2M1都得電，氣缸滑塊保持不

32、動，即 1-1 狀態(tài)，但是氣缸活塞兩端充滿氣體，壓力相等；如果 1M1 和 2M1 都失電，氣缸滑塊保持不動，即 0-0 狀態(tài)，但是氣缸活塞兩端無氣體，壓力為零。這樣，無論程序出現(xiàn)問題，電磁閥都可以保證在 1-0，0-1，1-1 和 0-0 四個狀態(tài)下都有穩(wěn)定的運動狀態(tài)。由于機械手需要攜帶重物作上下運動，所以最好選用常閉型的電磁閥，當 1-1 狀態(tài)下氣缸活塞兩端壓力為零，0-0 狀態(tài)下氣缸活塞兩端充滿氣體，這樣才更安全。電磁閥應用技術17可見，3/2 電磁閥雖然結(jié)構最簡單，但是靈活運用會帶來很大的好處，而對于 5/2 雙電控電磁閥來說，雖然使用場合很多，而由于其自身結(jié)構的缺點，在使用時一定要注

33、意安全隱患。淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文18第三章第三章 FX 系列可編程控制器系列可編程控制器3.1 PLC 概述概述可編程控制器 PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關的外圍設備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。作為通用工業(yè)控制計算機，30 多年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領域接線邏輯到儲存邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控

34、制到數(shù)字控制的進步；其應用領域從小到大，實現(xiàn)了單體設備簡單控制到勝任運動控制、過程控制及集散控制等各種任務的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，在世界工業(yè)控制中發(fā)揮著越來越大的作用。3.1.1 PLC 的歷史及發(fā)展的歷史及發(fā)展世界上公認的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設備公司研制的。限制當時的元件條件及計算機發(fā)展水平，早期的 PLC 主要由分立元件和小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20 世紀 70 年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，成為真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。

35、為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲單元都以繼電器命名。因而人們稱可編程控制器為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20 世紀 70 年代中末期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度，超小型的體積，可靠的工業(yè)抗干擾設計，模擬量運算、PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得了廣泛的應用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系

36、列化。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機及超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各種各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元，通訊單元，使應用可編程控制器的工業(yè)控制系統(tǒng)配套更加容易。在 21 世紀可編程控制器會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用與可編程控制器的設計及制造上，會有運算速度更快、存儲容電磁閥應用技術19量更大、組網(wǎng)能力更強的品種出現(xiàn)。從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型方向及大型方向發(fā)展。

37、從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富，規(guī)模更齊備。完美的人機界面、完備的通訊設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求。從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言。這是有利于可編程技術的發(fā)展及可編程產(chǎn)品的普及的。從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其他工業(yè)控制計算機組網(wǎng)，構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向，目前的計算機集散控制系統(tǒng)及現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中已有大量的可編程控制器應用，伴隨著總線技術及計算機網(wǎng)絡的進步發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡或國際通用網(wǎng)絡的重要的組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾

38、多領域發(fā)揮越來越大的作用。3.1.2 PLC 的應用領域的應用領域機械手最早應用在汽車制造工業(yè)，常用于焊接、噴漆、上下料和搬運。機械手延伸和擴大了人的手足和大腦功能，它可替代人從事危險、有害、有毒、低溫和高熱等惡劣環(huán)境中的工作;代替人完成繁重、單調(diào)重復勞動，提高勞動生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量。目前主要應用于制造業(yè)中，特別是電器制造、汽車制造、塑料加工、通用機械制造及金屬加工等工業(yè)。機械手與數(shù)控加工中心，自動搬運小車與自動檢測系統(tǒng)可組成柔性制造系統(tǒng)(FMS )和計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS )，實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，功能和性能的不斷改善和提高，機械手的應用領域日益擴大。目前，PLC 在國內(nèi)外

39、已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等行業(yè),使用情況大致可歸納為如下幾類。(1)開關量的邏輯控制這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。(2)模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都

40、生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。（3）運動控制PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在一般使用專用的運動控淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文20制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（4）過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多

41、的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。（5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票怼?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（6）通

42、信及聯(lián)網(wǎng)PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。3.1.3 PLC 的特點的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術和嚴格的生產(chǎn)制造工藝，在內(nèi)部電路中采用了先進的抗干擾技術，因此具有很高的可靠性。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障率也

43、就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷保護。所以使整個系統(tǒng)的可靠性得到極大提升。（2）配套齊全，功能完善，適用性強，性價比高PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能外，現(xiàn)代 PLC 具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來 PLC 新型功能單元的涌現(xiàn)使 PLC迅速滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通訊能電磁閥應用技術21力的增加及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得

44、非常容易，與功能相同的繼電器系統(tǒng)相比價格也很便宜。（3）易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只使用少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)很復雜的繼電器電路的功能。為了熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，改造容易PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大地減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大大縮短了。同時維護也變得容易起來。更重要的是，使同一設備經(jīng)過改

45、變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型 PLC 為例，底部尺寸小于 100mm 見方，重量小于 150g，功耗僅數(shù)瓦的品種已屢見不鮮。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。3.2 FX 系列系列 PLCFX 系列 PLC 是三菱公司近年來推出的高性能小型可編程控制器，具有較高的性價比，應用廣泛。3.2.1 FX2N 結(jié)構特點及硬件配置結(jié)構特點及硬件配置（1）FX2N系列產(chǎn)品的結(jié)構特點FX2N系列 PLC 采用一體化箱體結(jié)構，其基本單元（Basic Unit）將所有的電路，含 CPU、存儲器、輸入輸出接口及電源等

46、都裝在一個模塊內(nèi)，是一個完整的控制裝置。這樣結(jié)構緊湊，體積小巧，成本低，安裝方便。FX2N系列 PLC 基本單元的輸入輸出比為 1：1。（2）FX2N系列 PLC 硬件配置FX2N 系列 PLC 的硬件包括基本單元(可獨立工作)、擴展單元、擴展模塊、模擬量輸入（輸出）模塊、各種特殊功能模塊及外部設備等。FX2N 基本單位有 16、32、48、65、80、128 點，6 個基本 FX2N 單元中的每個單元都可以通過 IO 擴展單元擴充為 256IO 點，其基本單元見表 2-1。FX2N系列 PLC 具有豐富的元件資源，有 3072 點輔助繼電器。提供了多種特殊功能模塊，可實現(xiàn)過程控制和位置控制。

47、FX2N系列 PLC 有 RS-232C、RS-422、RS-485 等多種串行通信模塊或功能擴展板支持網(wǎng)絡通信。FX2N系列 PLC具有較強的數(shù)學指令集，使用 32 位處理浮點數(shù)?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院畢業(yè)設計論文22表 2-1 基本單元一覽表FX2N系列系列AC 電源電源 DC 輸入輸入輸入輸輸入輸出總點出總點數(shù)數(shù)輸入點數(shù)輸入點數(shù)輸出點數(shù)輸出點數(shù)繼電器輸出繼電器輸出晶閘管輸出晶閘管輸出晶體管輸晶體管輸出出1688FX2N-16MR-001FX2N-16MT-001321616FX2N-32MR-001FX2N-32MS-001FX2N-32MT-001482424FX2N-48MR-001F

48、X2N-48MS-001FX2N-40MT-001643232FX2N-64MR-001FX2N-64MS-001FX2N-64MT-001804040FX2N-80MR-001FX2N-80MS-001FX2N-80MT-0011286464FX2N-128MR-001FX2N-128MT-001DC 電源電源 AC 輸入型輸入型輸入輸輸入輸出總點出總點數(shù)數(shù)輸入點數(shù)輸入點數(shù)輸出點數(shù)輸出點數(shù)繼電器輸出繼電器輸出晶體管輸出晶體管輸出321616FX2N-32MR-DFX2N-32MT-D482424FX2N-48MR-DFX2N-48MT-D643232FX2N-64MR-DFX2N-64MT-

49、D804040FX2N-80MR-DFX2N-80MT-DFX2N系列 PLC 的擴展單元見表 2-2。FX2N系列 PLC 擴展模塊見表 2-3。表 2-2 擴展單元一覽表AC 電源電源 DC 輸入輸入輸入輸輸入輸出總點出總點數(shù)數(shù)輸入點數(shù)輸入點數(shù)輸出點數(shù)輸出點數(shù)繼電器輸出繼電器輸出晶閘管輸出晶閘管輸出晶體管輸出晶體管輸出321616FX2N-32ERFX2N-32ET482424FX2N-48ERFX2N-48ET表 2-3 擴展模塊一覽表輸入輸輸入輸出總點出總點數(shù)數(shù)輸入輸入點數(shù)點數(shù)輸出輸出點數(shù)點數(shù)繼電器輸出繼電器輸出輸入輸入晶體管輸出晶體管輸出晶閘管晶閘管輸出輸出輸入信輸入信號電壓號電壓8

50、(16)4(8)4(8)FX0N-8ERDC24V880FX0N-8EXDC24V808FX0N-16EYRFX0N-8EYT16160FX0N-16EXDC24V16016FX0N-16EYRFX0N-16EYT16160FX2N-16EXDC24電磁閥應用技術23V16016FX2N-16EYRFX2N-16EYTFX2N-16EYS此外，F(xiàn)X2N系列 PLC 還有其他的模塊，模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、PID 過程控制模塊、定位控制模塊、通信模塊和通信擴展板和高速計數(shù)模塊等。3.2.2 可編程控制器的軟元件的作用和功能可編程控制器的軟元件的作用和功能在 FX 系列的 PLC 中，對于

51、每種繼電器都用一定的字母來表示，X 表示輸入繼電器，Y 表示輸出繼電器，M 表示輔助繼電器, D 表示數(shù)據(jù)繼電器， T 表示時間繼電器， S 表示狀態(tài)繼電器等，并對這些軟繼電器進行編號，X 和 Y 的編號用八進制表示。（1）輸入繼電器(X)輸入繼電器與輸入端相連，它是專門用來接受 PLC 外部開關信號的元件。PLC 通過輸入接口將外部輸入信號狀態(tài)(接通時為“1”，斷開時為“0”)讀入并存儲在輸入映像寄存器中。（2）輸出繼電器(Y)輸出繼電器是用來將 PLC 內(nèi)部信號輸出傳送給外部負載(用戶輸出設備)的。由輸出單元對應的硬觸點來驅(qū)動外部負載。（3）輔助繼電器(M)輔助繼電器是 PLC 中數(shù)量最多

52、的一種繼電器，一般的輔助繼電器與繼電器控制系統(tǒng)中的中間繼電器相似。輔助繼電器不能直接驅(qū)動外部負載。通用輔助繼電器(M0M499)常在邏輯運算中作為輔助運算、狀態(tài)暫存、移位等。FX2N 系列共有 500 點通用輔助繼電器。通用輔助繼電器在 PLC 運行時，如果電源突然斷電，則全部線圈均斷電(OFF)。斷電保持輔助繼電器(M500M3071)共 2572 個斷電保持輔助繼電器。它與普通輔助繼電器不同的是具有斷電保護功能，即能記憶電源中斷瞬時的狀態(tài)，并在重新通電后再現(xiàn)其狀態(tài)。特殊輔助繼電器有 256 個，可分成觸點型和線圈型兩大類。觸點型線圈由PLC 自動驅(qū)動，用戶只可使用其觸點，線圈型線圈由用戶程

53、序驅(qū)動線圈后 PLC執(zhí)行特定的動作。（1）狀態(tài)器(S)狀態(tài)器用來記錄系統(tǒng)運行中的狀態(tài)，是編制順序控制程序的重要編程元件，它與后述的步進順控指令 STL 配合應用。狀態(tài)器有五種類型：初始狀態(tài)器 SOS9 共 1O 點；回零狀態(tài)器 S10S19共 10 點；通用狀態(tài)器 S2OS499 共 480 點；斷電保持的狀態(tài)器 S5OOS899，共 400 點；報警狀態(tài)器(可用作外部故障診斷輸出)S9OOS999 共 l00 點。（2）定時器(T)淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文24PLC 中的定時器(T)相當于繼電器控制系統(tǒng)中的通電型時間繼電器。它可以提供無限對常開、常閉延時觸點。FX2N 系列 PLC

54、中定時器可分為通用定時器、積算定時器兩種。它們是通過對一定周期的時鐘脈沖進行累計而實現(xiàn)定時的。時鐘脈沖的周期有1ms、10ms、1OOms 三種，當所計數(shù)達到設定值時觸點動作。設定值可用常數(shù)K 或數(shù)據(jù)寄存器 D 的內(nèi)容來設置。通用定時器的特點:不具備斷電的保持功能，即當輸入電路斷開或停電時定時器復位。通用定時器有 1OOms 和 10ms 通用定時器兩種。積算定時器具有計數(shù)累積的功能。在定時過程中如果斷電或定時器線圈為OFF，積算定時器將保持當前的計數(shù)值(當前值)，通電或定時器線圈為 ON 后繼續(xù)累積，即其當前值具有保持功能.只有將積算定時器復位，當前值才變?yōu)?O。電磁閥應用技術25第四章第四

55、章 機械手機械手 PLC 控制系統(tǒng)總體設計方案概述控制系統(tǒng)總體設計方案概述4.1 機械手機械手 PLC 控制系統(tǒng)總體設計控制系統(tǒng)總體設計機械手的工作是由氣缸驅(qū)動的，氣缸由對應的電磁閥控制其中，上升、下降和左移、右移分別由雙線圈兩位置電磁閥控制例如，當下降電磁闊通電時，機械手下降；當下降電磁閥斷電時，機械手下降停止，只有當上升電磁閥通電時，機械手才上升；當上升電磁閥斷電時，機械手上升停止同樣，左移、右移分別由左移電磁閥和右移電磁閥控制機械手的放松、夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥(稱為夾緊電磁閥)控制當該線圈通電時，機械手夾緊； 當該線圈斷電時，機械手放松當機械手右移到位并準備下降時，為了確保安全，

56、必須在右工作臺無工件時才允許機械手下降也就是說，若上一次搬運到右工作臺上的工件尚未搬走時，機械手應自動停止下降，所以要用光電開關進行無工件檢測。機械手是整個機械設備中的一部分，主要有伸縮臂、升降臂、抓工件、放料等功能。假設機械手原點處于位置點(初始位)，把工件從左工作臺搬到右工作臺處加工。該機械手的工作方式有手動和自動循環(huán)操作，在單步手動工作方式下每按一下“開始” 按鈕，機械手按程序執(zhí)行一步相應的動作，可實現(xiàn)上升、下降、伸臂、縮臂、夾緊、放料操作。自動操作方式又分為步進、單周期和連續(xù)操作方式。在自動工作方式下機械手的動作順序為：下降一夾緊一上升一右移一下降一放料一上升一左移(回到初始位)，按下

57、開始按鈕，機械手自動完成一個周期的動作后停止。當出現(xiàn)異常時按下該站的“急停”按鈕，機械手會立刻停止運動。在系統(tǒng)通電后按下“啟動 ”按鈕，下降電磁閥通電，機械手下降下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊夾緊后，上升電磁閥通電，機械手上升，上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移右移到位時，碰到右限位開關，右移電磁閥斷電，右移停止若此時右工作臺上無工件，則光電開關接通，下降電磁閥通電，機械手下降下降到底時，碰到下限位開關，下降電磁閥斷電，下降停止； 同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松放松后，上升電磁閥通電，機械手

58、上升上升到頂時，碰到上限位開關，上升電磁閥斷電，上升停止； 同時接通左移電磁閥，機械手左移左移到原點時，碰到左限位開關， 左移電磁閥斷電，左移停止至此，機械手經(jīng)過八步動作完成了一個周期的動作?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院畢業(yè)設計論文264.2 機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖機械手傳送工件系統(tǒng)示意圖在水平、垂直位移的機械設備中，用機械手將工件從左工作臺搬至右工作臺，如圖 4-1 所示，機械手的動作采用氣缸驅(qū)動，氣缸的動作由氣動電磁換向閥控制，其動作過程如圖 4-2 所示。從原點開始，經(jīng)過下降、夾緊、上升、右移、下降、放松、上升、左移 8 個動作完成一個循環(huán)并回到原點。圖 4-1 機械手結(jié)構示意圖圖 4-2 機

59、械手動作示意圖4.3 機械手輸送系統(tǒng)機械手輸送系統(tǒng) I/O 接口分配表接口分配表機械手的控制分為手動控制和自動控制兩種方式。手動控制分為手動和回原點兩種操作。自動操作分為步進、單周期和自動循環(huán)操作方式，因此需要設電磁閥應用技術27置一個工作方式選擇開關 SA1(手動、回原點、步進、單周期、自動循環(huán))，占 5個輸入點，手動時設置一個運動選擇開關 SA2(左，右、上，下、夾，松)，占 3個輸入點，限位開關 SQ1-SQ4 占 4 個輸入點，一個光電無工件檢測開關 SQ5，占 1 個輸入點；回原點按鈕 SB1、啟動按鈕 SB2、停止按鈕 SB3 占 3 個輸入點，共需 l6 個輸入點。輸出設備有電磁

60、鐵 1YA、2YA、3YA、4YA、5YA，共占 5個輸出點。設原點指示燈 1 個，占 1 個輸出點。共需 6 個輸出點，其輸入輸出端子分配情況如表 4-1 所示。表4-1 PLC輸入、輸出端子分配表輸入設備SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SA1-1SA1-2SA1-3輸入端子X00X01X02X03X04X05X06X07輸入設備SA1-4SA1-5SA2-1SA2-2SA2-3SB1SB2SB3輸入端子X08X09X10X11X12X13X14X15輸出設備1YA2YA3YA4YA5YA原點指示燈輸出端子Y0Y1Y2Y3Y4Y10在選擇 PLC 的型式時，輸入點和輸出點的多少應考慮工藝過程和

61、控制要求變動對輸入點的需要，應考慮有 15的余量，所以選擇 FX2-48MR 型 PLC，這種機型有 24 個輸入點和 24 個輸出點，可以滿足本例要求。如果選擇 FX232MR，也可以滿足本例要求，但是輸入點沒有余量，即 PLC 的控制系統(tǒng) IO接口見圖 4-3 所示?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院畢業(yè)設計論文28圖 4-3 機械手 PLC 控制系統(tǒng) IO 接線圖4.4 機械手控制系統(tǒng)的工作原理和運行模式機械手控制系統(tǒng)的工作原理和運行模式手動控制分為手動和回原點兩種操作。手動操作主要用于維修，用按鈕對機械手的每一個動作單獨進行控制，如選擇上，下運動時，按下啟動按鈕，機械手上升，按下停止按鈕，機械手下降

62、。而機械手在最上、最左并且夾緊裝置松開時，系統(tǒng)處于原點狀態(tài)。按下回原點按鈕，機械手會自動返回至原點，即碰到左限和上限行程開關。自動操作分為步進、單周期和自動循環(huán)操作。把選擇開關旋在自動操作的三種位置之一上，則進行相應的自動操作。所有自動操作，機械手必須先回零點。在零點位置上，把選擇開關旋到“單步”位置，每按下一次步進按鈕，機械手就前進一個工序。在零點位置上，把選擇開關旋到“單周期” 位置，按下啟動按鈕，機械手就進行一次循環(huán)運行，并返回在原點停止。途中按下停止按鈕，其工作停止，再按下啟動按鈕，則繼續(xù)動作至原點后自動停止。在零點位置上，把選擇開關旋到“自動循環(huán)”位置，按下啟動按鈕，機械手就開始連續(xù)

63、運行。途中按下停止按鈕，則運行至原點位置后停止。電磁閥應用技術29圖 4-4 機械手的氣壓傳動原理圖機械手的氣壓傳動原理如圖 4-4，其工作原理如下：開始時，機械手停在原位，此時 5YA 通電，機械手松開，按下啟動按鈕 SB2 時，電磁鐵 2YA 通電，氣缸 5 的活塞帶動機械手下降，下降到位時，壓下限位開關 SQ1，2YA 斷電，氣缸使機械手停止下降；同時使電磁鐵 5YA 斷電，氣缸 17 的活塞帶動機械手夾緊工件。夾緊后，電磁鐵 1YA 通電，氣缸 5 的活塞帶動機械手上升。上升到位時，壓下限位開關 SQ2，使電磁鐵 1YA 斷電，上升停止；同時使電磁 3YA 通電，氣缸 11 的活塞帶動

64、機械手右移。右移到位時，壓下限位開關 SQ3，使 3YA斷電，機械手右移停止。若此時在工作臺上沒有工作，則光電開關 SQ5 接通，使電磁鐵 2YA 通電，氣缸 5 的活塞帶動機械手下降。下降到位時，壓下限位開關 SQ1，使 2YA 斷電，機械手停止下降；同時 5YA 通電，氣缸 17 的活塞帶動機械手松開。放松后，1YA 通電，氣缸 5 的活塞帶動機械手上升，上升到位時，壓下限位開關 SQ2，使 1YA 斷電，機械手停止上升，同時使電磁鐵 4YA 通電，氣缸 11 的活塞帶動機械手左移。移動至原點時，壓下限位開關 SQ4，使電磁鐵4YA 斷電，機械手左移停止，一個周期的工作循環(huán)結(jié)束。機械手上升

65、和下降的速度分別由節(jié)流閥 4 和節(jié)流閥 6 來調(diào)節(jié)，在機械手停止時，液控單向閥 3 和液控單向閥 7 來防止機械手上下漂移。機械手向左和向右運動的速度分別由節(jié)流閥 l0 和節(jié)流閥 l2 來調(diào)節(jié)，氣缸 l7 的速度分別由節(jié)流閥l6 和節(jié)流閥 l8 來調(diào)節(jié)。淮安信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文304.5 機械手機械手 PLC 控制程序設計控制程序設計根據(jù)機械手的工作過程要求，確定各動作的先后順序和相互關系，得出機械手控制流程圖如圖 4-5 所示。PLC 控制程序主要由手動操作和自動操作兩部分組成，自動操作程序包括步進操作，單周期操作和連續(xù)循環(huán)程序。圖 4-5 機械手控制流程圖4.6 各運行模式下程序設

66、計各運行模式下程序設計4.6.1 初始化程序初始化程序用狀態(tài)初始化指令 IST 來設置具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)，IST 指令執(zhí)行條件滿足時，初始狀態(tài)繼電器 S0-S2 和下列特殊輔助繼電器被自動指定為以下功能：M8040：禁止轉(zhuǎn)移，其線圈接通時，禁止所有的狀態(tài)轉(zhuǎn)化。M8041：轉(zhuǎn)換啟動，其線圈接通時，允許從初始狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。M8042：啟動脈沖，僅在按啟動按鈕時瞬時動作。S0：手動操作的初始狀態(tài)繼電器。S1：回原點操作的初始狀態(tài)繼電器。S2：自動操作的初始狀態(tài)繼電器。電磁閥應用技術314.6.2 手動運行程序設計手動運行程序設計手動程序見圖 4-6，手動程序用初始狀態(tài)繼電器 S0 控制，由于手動程序、自動運行程序和回原點程序均采用 STL 觸點驅(qū)動，這三部分程序不會同時被驅(qū)動。圖 4-6 手動操作流程圖4.6.3 回原點運行程序設計回原點運行程序設計自動回原點運行程序如圖 4-7 示，當原點條件滿足時，特殊輔助繼電器M8044(原點條件)為 ON。自動返回原點結(jié)束后， 用 SET 指令將 M8043(回原點完成)置為 0N ，并用 RST 指令將回原點的最后一步 S12 復位