【文章內(nèi)容簡介】 圖 34 電磁閥關閉氣流方向 電磁閥的選用電磁閥的選用一般從以下五點考慮: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。電磁閥允許液體粘度一般在20CST以下，大于20CST應注明。工作壓差，,2W,ZQDF,ZCM系列等直動式和分步直動式；（壓差式）電磁閥；最高工作壓差應小于電磁閥的最大標定壓力；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。 電源電流和消耗功率應根據(jù)輸出容量選取，電源電壓一般允許177。10%左右，必須注意交流起動時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，斷電關閉；但在開啟時間很長關閉時很短時要選用常開型了。壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業(yè)標準，因此選用電磁閥廠家時慎重。 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。三、安全性：一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，工廠可以定做。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。四、經(jīng)濟性： 有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點的基礎上應選用最經(jīng)濟的產(chǎn)品。五、根據(jù)持續(xù)工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電。 當電磁閥需要長時間開啟，并且持續(xù)的時間多余關閉的時間應選用常開型。 要是開啟的時間短或開和關的時間不多時，則選常閉型。鑒于以上特點，此次設計選擇電磁閥型號為：SY31205LDC63 本章小結(jié) 物件搬運系統(tǒng)主要的工作就是電磁閥控制氣動機械手完成物件的抓取、搬運、放置的過程。它和傳送帶的傳動調(diào)速系統(tǒng)一樣，都是工作在自動控制系統(tǒng)的控制之下。自動控制系統(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)行相應的操作。自動控制系統(tǒng)是整個工作單元的指揮者和調(diào)度者，其具體的設計將在下個章節(jié)詳細介紹。第四章 自動控制系統(tǒng)的設計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作的大腦中樞。所以軟件系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到整個工作單元運行的效果此次設計中，軟件系統(tǒng)是由PLC（可編程控制器）作為中央控制器進行設計。 可編程控制器簡介可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。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現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(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。但是為了避免與個人計算機（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(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)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術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械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”多年來，可編程控制器（以下簡稱PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實現(xiàn)了接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(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PLC在處理模擬量、數(shù)字運算、人機接口和網(wǎng)絡的各方面能力都已大幅提高，成為工業(yè)控制領域的主流控制設備，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PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，其機構(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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，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)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。CPUEPROMRAM電源模塊輸入模塊用戶輸入設備輸出模塊I/O接口通信接口總線用戶輸出設備外圍設備計算機或其他PCL圖41 PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖為了進一步提高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CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。PLC的主要特點有：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；安裝簡單，維修方便。 PLC的應用領域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類：1．開關量邏輯控制 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．工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，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用。3．運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。一般使用專用的運動控制模塊，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，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。4．數(shù)據(jù)處理 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。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與其它智能設備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡的發(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/輸出設備，常見的輸入電器有按鈕、行程開關、轉(zhuǎn)換開關、接近開關、霍耳開關、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。此次設計中，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。所以對應的輸入輸出設備有傳感器、限位開關、變頻器、電磁閥等。其中傳感器、限位開關是輸入設備，變頻器、電磁閥以及指示燈是輸出設備。 輸入接口確定：設計中，要實現(xiàn)兩條傳送帶的調(diào)速功能，所以需要接入4個傳感器；氣缸的限位分上下左右，所以需要接入4個限位開關?？傒斎虢涌谌缦拢簜鞲衅? 4*1限位開關 4*1總啟動，停止 2*1共需要10個輸入接口。 輸出接口確定：設計中，輸出設備包括控制傳送帶的變頻器和控制機械手的電磁閥。變頻器要實現(xiàn)兩條傳送帶的減速、停止功能；電磁閥要實現(xiàn)機械手的上下、左右、抓放的動作?？傒敵鼋涌谌缦拢鹤冾l器 2*2電磁閥 3*1兩條傳送帶啟動 2*1機械手原位指示燈 1*1共需要10個輸出接口。 PLC的選取根據(jù)設計要求，需要10個輸入接口，10個輸出接口。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 此次設計I/O設備主要為傳感器、限位開關、變頻器、電磁閥等?？侷/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SB1X0總啟動KM1Y0啟動傳送帶ASB2X1總停止KM2Y1啟動傳送帶BKM8X2傳感器1KM3Y2傳送帶A減速KM9X3傳感器2KM4Y3傳送帶B減速KM10X4傳感器3KM5Y4機械手上下運動KM11X5傳感器4KM6Y5機械手左右運動SQ1X6機械手上限位KM7Y6機械手抓放運動SQ2X7機械手下限位HL1Y7機械手原位SQ3X10機械手左限位KM12Y10變頻器1高頻控制開關SQ4X11機械手右限位KM13Y11變頻器2高頻控制開關下面將分別說明每個器件的連接電路和程序設計。 PLC對傳送帶調(diào)速系統(tǒng)的控制 在第二章中已經(jīng)介紹，傳送帶調(diào)速系統(tǒng)主要是由電動機、傳感器、變頻器組成，要實現(xiàn)傳送帶的啟動、減速、停止，就需要由傳感器檢測到物體后給PLC一個信號，然后由PLC處理后，將信號輸出給變頻器以控制電動機運轉(zhuǎn)。由于PLC與電動機不能直接相連，與變頻器和傳感器也要考慮COM口的連接問題，所以為了更有效的連接及維護，與硬件設備的連接統(tǒng)一以繼電器作為中轉(zhuǎn)。 PLC 與傳感器連接電路 對射式傳感器的工作是以紅外線射入接受器，如果有物體進過，則遮住紅外線，接受器會生成一個電平信號送給PLC。PLC根據(jù)這個電平信號判斷有無物體通過傳感器所在位置。其連接電路如圖42：KM1X1COM P L CKM1圖 42 PLC與傳感器連接圖 PLC與變頻器連接電路 當傳感器檢測到物件后，將信號送給PLC，PLC將控制變頻器執(zhí)行減速、停止的調(diào)速運動。如圖33所示，當繼電器KM1 KM3接通時，變頻器正常頻率。也就是電動機帶動傳送帶高速運動。當KM1 KM2接通，KM3關閉時，電動機帶動傳送帶減速。當KM1斷開，電動機停止運轉(zhuǎn)，傳送帶停止。 STF 10 2SD 5KM1KM1KM2KM3Y0Y2Y10COM P L CKM3KM2高低圖 43 PLC與變頻器連接圖 傳送帶調(diào)速系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及程序 關于傳送帶調(diào)速系統(tǒng)的程序設計，采用了步進指令，這樣可以簡潔明了的完成工作，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖（44）如下：S20SET Y0S21S22RSTY0X2X3Y2Y10圖 44 傳送帶調(diào)速系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖傳送帶調(diào)速系統(tǒng)程序如下：SET S0STL S0LD X0SET S20STL S20SET Y0LD X2ANI Y10SET S21STL S21OUT Y2LD X3SET S22STL S22RST Y0 PLC對物件搬運系統(tǒng)的控制 物件搬運系統(tǒng)是整個工作單元中自動化成分最高的工作系統(tǒng)，其控制結(jié)構(gòu)圖如下：（圖45）機 械 手動 作氣 缸 電磁閥 P L C圖 45 機械手控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖其中PLC是一級控制單元，由PLC發(fā)出的信號控制電磁閥的開合，再由電磁閥控制氣缸的運動方向，達到控制機械手動作的目的。 PLC與電磁閥連接電路KM1KM1線圈彈簧~Y5COM圖46 PLC與電磁閥連接電路如圖46所示，當Y5處于長閉狀態(tài)，KM1閉合，線圈帶電產(chǎn)生磁力，吸引活塞往左運動?？刂茪饬鲝挠覀?cè)進入氣缸。反之，KM1打開，磁力消失，活塞在彈簧彈力的作用下向右運動，氣流從左邊進入氣缸。如此，就達到了通過Y5的開合控制氣缸進氣方向，即控制了機械手的運動方向的目的。 PLC與限位開關的連接 PLC與限位開關是通過一個磁性開關相作用的，當氣缸運動到限位點時，狀態(tài)開關動作，活塞此方向動作結(jié)束，轉(zhuǎn)入下一個動作。X6SQ1 COM圖47 限位狀態(tài)開關接入 機械手運動狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 機械手工作的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下（圖48）：T4K10T3K1