【正文】 C 需要 3 個輸入點和 1 個輸出點。 其特點如下： (1)超小型尺寸，具有世界上最小的安裝面積，寬 25mm高 90mm長 60mm； (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/O 10 點到最大 I/O 128 點的選擇空間； (4)擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。 PLC 的選型 本文選擇松下電工 FP0 系列 PLC， FP0 是日本松下電工株式會社繼小型機(jī)14 FP1 系列之后又開放的小型 PLC 產(chǎn)品。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。 (1)輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀 態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。 PLC 的 工作原理 PLC 則是采用循環(huán)掃描的工作方式。 PLC 的 配套齊全，功能完善，適用性能強(qiáng) ，可實現(xiàn)三電一體化，即電控、電儀、電傳一體化，一臺控制裝 置包括邏輯控制功能、過程控制功能、運動控制功能三種功能，可以方便、靈活地適應(yīng)各種工業(yè)需要 。當(dāng)前 PLC 在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用 PLC 設(shè)計自動控制系統(tǒng)已成為世界潮流 [7] 。 據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示， 1987 年世界 PLC 的銷售額為 25 億美元，此后每年以 13 20%左右的速度遞增。到 80 年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)的 (FMS)的發(fā)展，在提高單片機(jī)功能的同時，加強(qiáng)軟件的開發(fā)，提高同通信能力。但這一時期它主要用于順序控制，雖然也采用了計算機(jī)的設(shè)計思想，但當(dāng)時只能進(jìn)行邏輯運算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱 PLC（ programmable logic controller） 。 PLC 的產(chǎn)生可追溯到上世紀(jì) 70 年代， 1969 年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（ DEC）研制出世界上第一臺可編程控制器，并成功地應(yīng)用在 GM 公司的生產(chǎn)線上。它采用可編程序的存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過 數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 消聲器選用消聲效果為 30 分貝的 8200 KMAN — 消聲器；氣動三元件 FRL 單元空氣組合元件； 配管選用外徑為 8? 的配管；選用浮動接頭的型號為 1501063 ??JB 。設(shè)計中選 用 SMC(中國 )有限公司生產(chǎn)的 排氣 節(jié)流閥，其型號為： SSFAS 08022 3 0 1 ?? 。 12 其它氣動元件的選擇 (1)控制元件的選擇 1)二位四通電磁換向閥的選擇 選用 SMC(中國 )有限公司生產(chǎn)的 單電控二位四通電磁換向閥 ，其型號為：551121 MLVQD ?? ；為單體式直接配管型 ； 2)排氣 節(jié)流閥的選擇 節(jié)流閥依靠改變閥口的通流面積的大小或通流通道的長短來控制空氣流量的。 表 7 活塞的接頭形式 肘接頭 I 型單肘節(jié)頭 Y 型雙肘節(jié)頭 浮動接頭 標(biāo)準(zhǔn)型 法蘭型 腳座型 浮動接頭可避免工件與活塞軸向偏心的問題，故選用浮動接頭的法蘭型。 氣缸的緩沖方式選擇如表 6 所示。 本設(shè)計中氣缸選擇腳座型安裝形式。 (2)氣缸安裝的形式選擇 不同氣缸有不同的安裝形式，而各系列亦有多種不同的安裝形式可供選擇，應(yīng)根據(jù)氣缸的不同用途來選擇安裝形式。 (1)氣缸系列的選擇 SMC 氣缸的部分系列如表 5 所示 。 氣缸的選擇 目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。 常用氣缸直徑、材料和壁厚的關(guān)系如表 4 所示 。 (2)氣缸筒的壁厚 ? 壁厚 ? 可利用 薄壁圓筒的強(qiáng)度計算公式來確定 CpD?? ][2?? （ 4— 3） 式中 ： p —— 氣缸工作壓力 )(MPa ； D —— 氣缸內(nèi)徑 )mm( ； ? —— 氣缸材料的許用拉應(yīng)力 )(MPa ； nb/][ ?? ? ， b? —— 缸體材料的抗拉強(qiáng)度 )(MPa ， n —— 安全系數(shù)，一般取 8~6 ； C —— 考慮到剛度、加工制造、腐蝕等要求所加的裕量。 氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 氣缸筒的的主要作用是提供壓縮空氣的儲存與膨脹空間及對活塞實現(xiàn)導(dǎo)向，從而通過活塞將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 表 3 排氣口直徑與氣缸內(nèi)徑的關(guān)系 氣缸內(nèi)徑 mm/D 進(jìn)排氣口直徑 mm/d 40 50， 63 80,100,125 140,160,180 8 10 15 20 因為缸的直徑為 mm50?D ，所以查表 3 可得進(jìn)排氣口的直徑 mm10?d 。d 根據(jù)氣缸的內(nèi)徑 D 的大小來選取。 （ 4— 2） 式中， q 為工作壓力下輸入氣缸的空氣量。d 的確定可根據(jù)空氣流經(jīng)排氣口的速度 ][v 來計算，一般取 smv /25~10][ ? ，因而 。d 的大小，直接決定了氣缸進(jìn)氣速度，亦決定了活塞的運動速度。即 %)201( ????D ；經(jīng)圓整查表 2 可得氣缸的直徑為mm50?D ；活塞桿直徑 mm16?d ； (2)活塞的行程 L 9 活塞的行程 L 一般根據(jù)實際需要來確定，通常 L 的值取 D）（ 5~ 。 表 2 氣缸的 內(nèi)徑系列 氣缸直徑 mm/D 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 320 400 500 630 活塞桿直徑mm/d 12 14 16 18 20 25 32 40 50 63 70 80 90 100 在此設(shè)計中氣缸的活塞與齒條聯(lián)接，通過齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動，從而使自動門實現(xiàn)開閉。 (1)氣缸的直徑 D 氣缸的直徑也就是氣缸的內(nèi)徑，可根據(jù)外負(fù)載 F 的大小來確定，當(dāng)氣源提供氣壓為 p 時，氣缸的內(nèi)徑 D 為 pFD ?4? （ 4— 1） 所求的 D 值，一般要提高 %20 再圓整到系列標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)以上的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計。門與固定支座之間的摩擦因數(shù)為 ?? 。 在此次設(shè)計中，由于自動門分為左右兩扇相同的玻璃門，因此需要選用兩個相同的氣缸。 本次設(shè)計 中需要使用氣缸活塞的往返運動來 控制門的自動開閉，由于氣壓傳動受負(fù)載的影響較大，為了實現(xiàn)門的平穩(wěn)開啟，所選用的氣缸需要 帶有 緩沖裝置 。 5)沖擊氣缸 是一種以活塞桿高速運動形成沖擊力的高速缸， 可以用于沖壓、切斷等。 3)氣 —液阻尼缸 氣缸與液壓缸串聯(lián)，可控制氣缸活塞的運動速度，并使其速度相對穩(wěn)定。常用于無特殊的場合。 2)雙作用氣缸 雙作用氣缸的往返運動全靠壓縮空氣來完成。 氣缸是氣動系統(tǒng)中使用最多的一種執(zhí)行元件，根據(jù)使用條件不同 ， 其結(jié)構(gòu)、形狀也有多種形式， 氣缸也有不同的分類方式。除幾種特殊氣缸外，普通氣缸其種類及結(jié)構(gòu)形式與液壓缸基本相同。 氣壓傳動的壓力一般都在 ~ MP 范圍內(nèi)， 因為 CQ2 系列的氣缸最高使用壓力為 并且此次設(shè)計中所需要的使用的壓力為 ，所以此次選用的氣泵輸出的最高壓力必須大于 ，并小于 ，這樣 既能滿足設(shè)計要求，又能保證即使壓力達(dá)到最大時也不會對氣缸造成損害。 設(shè)計中選擇的氣動元件都來自于 SMC(中國 )有限公司生產(chǎn) 的 標(biāo)準(zhǔn) 氣動元 件 。典型的氣壓傳動系統(tǒng)由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成。 4 氣動系統(tǒng)的選擇 氣壓傳動與液壓傳動的工作原理完全相同，都是以密封容積中的受壓工作介質(zhì)來傳遞運動和動力的。 表 1 氣壓傳動與其它傳動方式性能的比較 類 型 操作 力 動作快慢 環(huán)境要 求 構(gòu)造 負(fù)載變化影響 操作距 離 無級調(diào) 速 工作壽命 維護(hù) 價格 氣壓傳動 中等 較快 適應(yīng)性 好 簡單 較 大 中距離 較 好 長 一般 便宜 液壓傳動 最大 較慢 不怕振 動 復(fù)雜 有一些 短距離 良好 一般 要求高 稍貴 電 傳 動 電氣 中等 快 要求高 稍復(fù)雜 幾乎沒有 遠(yuǎn)距離 良好 較短 要求較高 稍貴 電子 最小 最快 要求特高 最復(fù)雜 沒有 遠(yuǎn)距離 良好 短 要求更高 最貴 機(jī)械傳動 較大 一般 一般 一般 沒有 短距離 較困難 一般 簡單 一般 通過表 1 我們可以看出本設(shè)計采用氣壓傳動具有很多優(yōu)點，例如，對環(huán)境的適應(yīng)性好，構(gòu)造簡單，工作壽命長，維修簡單，價格低廉等優(yōu)點。 但是氣壓傳動也有自身6 的不足，空氣的可壓縮性較大，氣動裝置的動作穩(wěn)定性和連續(xù)性較差，當(dāng)外載發(fā)生變化時，對工作速度的影響比較大；氣壓傳動裝置工作時沒有潤滑液，所以采用氣壓傳動時一般都需要加油霧器裝置潤滑，傳動系統(tǒng)的噪聲較大，因此往往需要在系統(tǒng)中設(shè)置消聲裝置。氣壓傳動工作環(huán)境適應(yīng)性能好，對工作環(huán)境幾乎沒有特殊要求。 氣壓傳動的優(yōu)缺點 氣壓傳動有許多其他傳動方式所不具有 優(yōu) 點， 氣壓傳動的工作介質(zhì)是空氣，空氣是取之不盡、用之不竭。 (4)輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及元件間連接所需要的一些裝置。 (3)控制元件又是用來控制壓縮空氣流的壓力、流量和流動方向等，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定運動規(guī)律的元件。 (2)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。 典型的氣壓傳動系統(tǒng)由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成。氣壓傳動與液壓傳動的工作原理完全相同，都是以密封容積中的受壓工作介質(zhì)來傳遞運動和動力的。 自動門的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2 所示。當(dāng)氣缸完全 伸出時，使自動門完全打開，門開啟時間為 10 秒， 10 秒之后，若光電傳感器未檢測到信號，氣缸開始縮回，縮回至最大位置時，從而實現(xiàn)門的關(guān)閉。 圖 1 自動門氣動系統(tǒng)原理 A、 B—雙作用氣缸； 4—單 向節(jié)流閥 ； 6—二位四通 電磁換向閥 ； 8—消 聲 器； 9—氣泵； 10—FRL 單元 。通 4 過調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥來控制流量，從而控制門的開閉速度。 氣動系統(tǒng)的設(shè)計方案 根據(jù)自動門自動開閉系統(tǒng)的組成、功能和控制要求，設(shè)計自動門氣動系統(tǒng)原理圖，如圖 1 所示 。 (4)在門打開后的 10 秒等待時間內(nèi)，若有人員通過自動門時，光電傳感器檢測到信號，須重新開始等待 10 秒后，再自動進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人 員安全通過。 (2)自動門在開門位置停留 10 秒后，當(dāng)光電傳感器未檢查到信號時，電磁換向閥復(fù)位，氣缸縮回，從而自動進(jìn)入關(guān)門過程。 (2)手動控制方式 當(dāng)光電傳感器發(fā)生故障，未檢測到信號時可以按手動開啟按鈕來實現(xiàn)門的開啟，人通過門后，按手動關(guān)閉按鈕后門自動閉合。 自動門自動開閉氣動系統(tǒng)功能分析 (1)自動控制方式 當(dāng)光電傳感器檢測到有人或其他物體接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門口且門未關(guān)閉時， PLC 輸出信號控制氣缸活塞伸出或者保持活塞伸出狀態(tài)，從而使門處在開啟狀態(tài)。此系統(tǒng) 的工作介質(zhì)是空氣，空氣是取之不盡、用之不竭，所以此設(shè)計可節(jié)省能源，且氣體的排放無污染。此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理簡單，便于檢測和維修。 3 自動門自動開閉氣動系統(tǒng)的設(shè)計理念 目前市場上的自動門幾乎都通過 PLC 控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)門的開啟與閉合，這種控制系統(tǒng)的設(shè)計比較復(fù)雜， PLC 的編程也