【文章內(nèi)容簡介】 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。 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212ba 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：ba圖 34 電磁閥關(guān)閉氣流方向 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，,2W,ZQDF,ZCM系列等直動(dòng)式和分步直動(dòng)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。鑒于以上特點(diǎn)，此次設(shè)計(jì)選擇電磁閥型號為：SY31205LDC63 本章小結(jié) 物件搬運(yùn)系統(tǒng)主要的工作就是電磁閥控制氣動(dòng)機(jī)械手完成物件的抓取、搬運(yùn)、放置的過程。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。自動(dòng)控制系統(tǒng)是整個(gè)工作單元的指揮者和調(diào)度者，其具體的設(shè)計(jì)將在下個(gè)章節(jié)詳細(xì)介紹。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(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器，用于其內(nèi)部存儲程序，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)?！倍嗄陙?，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)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(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。CPUEPROMRAM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。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)?？傒斎虢涌谌缦拢簜鞲衅? 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：設(shè)計(jì)中，輸出設(shè)備包括控制傳送帶的變頻器和控制機(jī)械手的電磁閥。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)機(jī)械手的上下、左右、抓放的動(dòng)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(dòng) 2*1機(jī)械手原位指示燈 1*1共需要10個(gè)輸出接口。 PLC的選取根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要10個(gè)輸入接口，10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SB1X0總啟動(dòng)KM1Y0啟動(dòng)傳送帶ASB2X1總停止KM2Y1啟動(dòng)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(jī)械手上下運(yùn)動(dòng)KM11X5傳感器4KM6Y5機(jī)械手左右運(yùn)動(dòng)SQ1X6機(jī)械手上限位KM7Y6機(jī)械手抓放運(yùn)動(dòng)SQ2X7機(jī)械手下限位HL1Y7機(jī)械手原位SQ3X10機(jī)械手左限位KM12Y10變頻器1高頻控制開關(guān)SQ4X11機(jī)械手右限位KM13Y11變頻器2高頻控制開關(guān)下面將分別說明每個(gè)器件的連接電路和程序設(shè)計(jì)。 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(dòng)機(jī)、傳感器、變頻器組成，要實(shí)現(xiàn)傳送帶的啟動(dòng)、減速、停止，就需要由傳感器檢測到物體后給PLC一個(gè)信號，然后由PLC處理后，將信號輸出給變頻器以控制電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于PLC與電動(dòng)機(jī)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(hù)，與硬件設(shè)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(jìn)過，則遮住紅外線，接受器會生成一個(gè)電平信號送給PLC。PLC根據(jù)這個(gè)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(dāng)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(yùn)動(dòng)。如圖33所示，當(dāng)繼電器KM1 KM3接通時(shí)，變頻器正常頻率。也就是電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶高速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)KM1 KM2接通，KM3關(guān)閉時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶減速。當(dāng)KM1斷開，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)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(guān)于傳送帶調(diào)速系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，采用了步進(jìn)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