【文章內(nèi)容簡介】 電時(shí)，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥 門打開。當(dāng)入口與出口壓差 ，通電時(shí)，電磁力先打開先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥和主閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門關(guān)閉。 特點(diǎn)：在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能可靠工作，但功率較大，要求豎直安裝。 三、先導(dǎo)式電磁閥 原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門打開；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過旁通孔迅速進(jìn)入上腔室在關(guān)閥件周圍形成下低上 高的壓差，推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門。 a b 17 特點(diǎn)：流體壓力范圍上限很高，但必須滿足流體壓差條件。 電磁閥工作原理圖 此次設(shè)計(jì)采用的是直動(dòng)式電磁閥，其工作原理是電磁閥內(nèi)線圈通斷電來控制閥門所在位置，以控制氣流的行駛方向，從而達(dá)到使氣缸活塞兩邊運(yùn)動(dòng)的目的。 當(dāng)需要?dú)飧谆钊蛴疫\(yùn)動(dòng)時(shí)，即氣缸左邊空間進(jìn)氣。此時(shí) PLC 給出信號，電磁閥開關(guān)打開，線圈斷電，使彈簧處于放松狀態(tài)。氣體從 a 管進(jìn)入氣缸。如圖 212 圖 33電磁閥打開氣流方向 當(dāng)需要活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，則電磁閥開關(guān)閉合，線圈帶電，產(chǎn)生磁力。彈簧被壓縮，氣體此時(shí)只能從 b管進(jìn)入氣缸，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)。如圖 215： 圖 34 電磁閥關(guān)閉氣流方向 a b a b 18 電磁閥的選用 電磁閥的選用一般從以下五點(diǎn)考慮 : 一、適用性： 管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標(biāo)定的介質(zhì)一致。流體的溫度必須小于選用電磁閥的標(biāo) 定溫度。電磁閥允許液體粘度一般在 20CST 以下，大于20CST 應(yīng)注明。工作壓差，管路最高壓差在小于 時(shí)應(yīng)選用如 ZS,2W,ZQDF,ZCM 系列等直動(dòng)式和分步直動(dòng)式；最低工作壓差大于 時(shí)可選用先導(dǎo)式（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應(yīng)小于電磁閥的最大標(biāo)定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。 流體清潔度不高時(shí)應(yīng)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。 電源電流和消耗功率應(yīng)根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許177。 10%左右，必須注意交流起動(dòng)時(shí) VA 值較 高。 二、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(guān)閉；但在開啟時(shí)間很長關(guān)閉時(shí)很短時(shí)要選用常開型了。壽命試驗(yàn)，工廠一般屬于型式試驗(yàn)項(xiàng)目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此選用電磁閥廠家時(shí)慎重。 動(dòng)作時(shí)間很短頻率較高時(shí)一般選取直動(dòng)式，大口徑選用快速系列。 三、安全性：一般電磁閥不防水，在條件不允許時(shí)請選用防水型，工廠可以定做。電磁閥的最高標(biāo)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(huì)縮短或產(chǎn)生其它意外情況。有腐蝕性液體的應(yīng)選用全不銹鋼型，強(qiáng)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(yīng)的防爆產(chǎn)品。 四、經(jīng)濟(jì)性： 有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點(diǎn)的基礎(chǔ)上應(yīng)選用最經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品。 五、根據(jù)持續(xù)工作時(shí)間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電。 當(dāng)電磁閥需要長時(shí)間開啟，并且持續(xù)的時(shí)間多余關(guān)閉的時(shí)間應(yīng)選用常開型。 要是開啟的時(shí)間短或開和關(guān)的時(shí)間不多時(shí)，則選常閉型。 本章小結(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)流水線主要的工作就是 PLC 控制流水線的步進(jìn)以及停頓，氣缸以及電磁閥結(jié)構(gòu)用來控制半成品以及成品的上下。它和傳送帶的傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)一樣，都是工作在自 動(dòng)控制系統(tǒng)的控制之下。 自動(dòng)控制系統(tǒng)以 PLC 為主控單元，接受從信號采集器件即傳感器處采集來的信號，經(jīng)過處理發(fā)送給各部分硬件執(zhí)行相應(yīng)的操作。 19 第四章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及軟件編寫 如果說硬件系統(tǒng)是仿佛是人的軀干，那么軟件系統(tǒng)就是可以控制軀干完成各種動(dòng)作的大腦中樞。所以軟件系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到整個(gè)工作單元運(yùn)行的效果 此次設(shè)計(jì)中，軟件系統(tǒng)是由 PLC（可編程控制器）作為中央控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)。 可編程控制器簡介 可編程控制器（ Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 國際電工委員會(huì) (IEC)在 1987 年 2 月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電 子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算 ,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！? 多年來，可編程控制器（以下簡稱 PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制及集散控制等 各種任務(wù)的跨越。今天的 PLC 在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來越大的作用 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和主要特點(diǎn) 20 PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，其機(jī)構(gòu)圖入圖 41： 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先 它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 圖 41 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的 表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 PLC 的主要特點(diǎn)有：可靠性高； I/O 接口模塊豐富；采用模塊化結(jié)構(gòu)；編程簡單易學(xué)；安裝簡單，維修方便。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類： 1．開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械 、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 CPU EPROM RAM 電源模塊 輸入模塊 用戶輸入設(shè)備 輸出模塊 I/O 接口 通信接口 總 線 用戶輸出設(shè)備 外圍設(shè)備 計(jì)算機(jī)或其他 PCL 21 2．工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量）， PLC 采用相應(yīng)的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。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(yīng)用。 3．運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊， 廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 4．?dāng)?shù)據(jù)處理 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)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。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 5．通信及聯(lián)網(wǎng) PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 I/O 口確定及 PLC 的選取 控制要求分析 PLC 的控制系統(tǒng)中有輸入 /輸出設(shè)備 ，常見的輸入電器有按鈕、行程開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)、接近開關(guān)、霍耳開關(guān)、各種傳感器等。輸入電器有接觸器、繼電器、電磁閥、指示燈及其他有關(guān)顯示、執(zhí)行電器等。正確的連接輸入 /輸出電路，是保證 PLC 安全可靠工作的前提。 此次設(shè)計(jì)中， PCL 需要完成由傳感器接收信號經(jīng)過處理再輸出變頻器和電磁閥的任務(wù)。所以對應(yīng)的輸入輸出設(shè)備有傳感器、限位開關(guān)、變頻器、電磁閥等。 其中傳感器、限位開關(guān)是輸入設(shè)備，變頻器、電磁閥以及指示燈是輸出設(shè)備。 輸入接口確定： 設(shè)計(jì)中，要實(shí)現(xiàn)兩條傳送帶的調(diào)速功能，所以需要接入 4 個(gè)傳感器；氣缸 的限位分上下左右，所以需要接入 4個(gè)限位開關(guān)?？傒斎虢涌谌缦拢? 傳感器 4*1 限位開關(guān) 4*1 總啟動(dòng)，停止 2*1 共需要 10 個(gè)輸入接口。 輸出接口確定： 22 設(shè)計(jì)中，輸出設(shè)備包括控制傳送帶的變頻器和控制自動(dòng)化流水線設(shè)備的電磁閥。變頻器要實(shí)現(xiàn)兩條傳送帶的減速、停止功能；電磁閥要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水線設(shè)備的上下、左右、抓放的動(dòng)作?？傒敵鼋涌谌缦拢? 變頻器 2*2 電磁閥 3*1 兩條傳送帶啟動(dòng) 2*1 共需要 9個(gè)輸出接口。 PLC 的選取 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要 9個(gè)輸入接口， 9 個(gè)輸出接口。所以選取 I/O 接口為 16/16 的三菱 FX2N32MR001 型 PLC。 I/O 分配及主要器件的 I/O 連接圖 此次設(shè)計(jì) I/O 設(shè)備主要為傳感器、限位開關(guān)、變頻器、電磁閥等。總 I/O 口為 16/16，使用接口為 10/10。其輸入 /輸出地址表如下： 表 41 系統(tǒng)輸入 /輸出地址表 輸 入 輸 出 器件代號 地址號 功能說明 器件代號 地址號 功能說明 SB1 X0 總啟動(dòng) KM1 Y0 啟動(dòng)傳送帶 A SB2 X1 總停止 KM2 Y1 啟動(dòng)傳送帶 B KM8 X2 傳感器 A KM3 Y2 傳送帶 A 減速 KM9 X3 傳感器 A1 KM4 Y3 傳送帶 B 減速 KM10 X4 傳感器 B KM5 Y4 變頻器 1 高頻控制開關(guān) KM11 X5 傳感器 B1 KM6 Y5 變頻器 2 高頻控制開關(guān) PLC 工作可靠性措施 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性直接影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行， PLC 系統(tǒng)的抗干擾能力是整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。因此，分析研究 PLC 應(yīng)用中的可靠性和抗干擾技術(shù)是十分必要的。要提高 PLC 控制系統(tǒng)的可靠性，一是在硬件上采取措施 。二是在軟件上設(shè)計(jì)相應(yīng)的保護(hù)程序 。因此， PLC 控制系統(tǒng)的抗干擾非常重要。 23 第五章 變速箱的選擇 減速機(jī)是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，利用齒輪的速度轉(zhuǎn)換器，將電機(jī)（馬達(dá)）的回轉(zhuǎn)數(shù)減速到所要的回轉(zhuǎn)數(shù)，并得到較大轉(zhuǎn)矩的機(jī)構(gòu)。在目前用于傳遞動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中，減速機(jī)的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。幾乎在各式機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)中都可以見到它的蹤跡，從交通工具的船舶、汽車、 機(jī)車，建筑用的重型機(jī)具，機(jī)械工業(yè)所用的加工機(jī)具及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，到日常生活中常見的家電，鐘表等等 .其應(yīng)用從大動(dòng)力的傳輸工作，到小負(fù)荷，精確的角度傳輸都可以見到減速機(jī)的應(yīng)用，且在工業(yè)應(yīng)用上，減速機(jī)具有減速及增加轉(zhuǎn)矩功能。因此廣泛應(yīng)用在速度與扭矩的轉(zhuǎn)換設(shè)備。減速機(jī)的作用主要有： 1）降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速機(jī)額定扭矩。 2）減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。大家可以看一下一般電機(jī)都有一個(gè)慣量數(shù)值。減速機(jī)其體積小，