MPS安装站单元的设计与PLC控制研究--毕业论文I.doc

学院机电工程系毕业论文 第一章 绪论现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。1.1机电一体化技术的概念及主要技术特征。概念 机电一体化技术是在以大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高度发展、并向传统机械工业领域迅速渗透、机械电子技术高度结合的现代工业的基础上，将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息技术、传感测试技术、信号变换技术、接口技术、 软件编程技术等多种技术有机地结合并综合应用的技术。特征1 . 机械技术，电子技术，信息技术的彼此功能交换，大多以机械系统的高级微机控制的形式出现。2. 在一个具体的物理单元中，在不同子系统空间上的控制。3机电一体化系统的控制功能的智能化，越来越先进的控制功能取代了许多操作人员的推理和判断。4.柔性化使的机电一体化产品能够灵活的满足各种要求，以适应各种环境。5.采用微处理器的系统，易于增加和改变功能，而无需增加硬件成本。6.控制功能采用电子技术，微电子技术，微机控制技术来实现，因此对用户来说，机电一体化系统的内部运行机制是隐蔽的。7.在机电一体化技术中，设计思想方法与制造技术紧密联系在一起，它是并行发展的。1.2课题的来源与研究意义随着工业生产和科学技术发展阶段的变化，自动化的含义也在发生着变化。早期的自动化是指用输送机和加工设备等机器人代替人的体力劳动，务日益加重，为了减控制机器设备的负担，人们研究出用自动调节器去控制机器和生产过程，这时把利用反馈技术对机器设备进行自动控制成为自动化。20世纪60年代以来，人们为了减轻脑力劳动，开始应用电子计算机控制和管理生产过程，这是，自动化不仅是指利用机器装置减轻或代替人的体力劳动，而且包括应用电子装置减轻或代替人的脑力劳动，即实现信息处理的自动化。因此，自动化是研究用机器仪器（仪表，电子计算机和机械等）对生产过程和其他过程进行自动化控制和信息处理，以延伸和扩展人的器官功能的综合科学技术，进入21世纪，自动化的功能在计算机技术，网络信息技术和人工智能技术的推动下，将部分的代替人的思维活动，生产出智能控制的设备，使工业生产过程有一定的自主能力和自适应能力，但必须指出，不管自动化技术如何发展，它只是人的器官功能的延伸和加强，并不能全部的代替人的创造性体力劳动和脑力劳动。研究的意义：采用自动化技术来装备工厂，其目的归结如下：1.提高企业的管理效率；2.体改产品的质量； 3.提高生产速度。在具体的工业自动化系统中可以发现，完成复杂动作或人力不能及的工极大的减少劳动强度，并节省劳力。在这点上，日本做得相当好。FAUNC机器人装配车间几乎完全无人，装配机器人一天三班无休止的进行着重复性工作，不需要照明，休息，使工业自动化达到极高程度的一个典型。一般的，自动化设备不仅可以代替人力完成搬运，涂敷，码垛，在化学危险及该文除去放物品等人力无法完成或需要扶助的工作，在一写有净化，对人体有伤害的核磁环境，矿山，深海，传染病区等，自动化机器设备已有可能部分或完全解脱人力，这是人类科技进步，文明发展的体现。1.3 主要研究工作通过对模块化自动生产线的认识与了解以及各站的工作原理，过程。重点研究安装站：1.安装站的真空吸盘与设计；2.安装站的气动控制和气动元件的造型；3.安装站的电器控制；4.把电器控制转化为PLC控制；5.安装站的动作顺序；1.4设计背景 MPS模块化生产系统设备该装置由七套各自独立而又紧密相连的工作站组成。 这七站分别为：上料检测站、搬运站、加工站、安装站、安装搬运站、分类站(智能立体仓库) 和现场总线。 该实验装置的一大显著特点是：具有较好的柔性，即每站各有一套PLC控制系统独立控制。将七个模块分开培训可以容纳较多的学员同时学习。在基本单元模块培训完成以后，又可以将相邻的两站、三站直至七站连在一起，学习复杂系统的控制、编程、装配和调试技术。 由于该系统囊括了机电一体化专业学习中所涉及的诸如电机驱动、气动、PLC（可编程控制器）、传感器等多种技术，给学生提供了一个典型的综合科技环境，使学生曾学过的诸多单科专业知识在这里得到全面认识、综合训练和相互提升。因此该套装置非常适合对在校学生和初上岗位的工程技术人员进行培训，是培养机电一体化人才的理想设备。通过该套系统可以学到： l.上料料斗的工作原理 2.各种传感器的使用 3.学习方法等 4.气动元件的使用和调整 5.技术技能 在实验过程中，通过这套系统还可以培训和发展学员如下能力；团队精神、合作精神和组织能力。 在现代的工业生产控制中，自动化技术起着非常重要的作用。在自动化技术中应具备有气动、电气动、液压、电液压、传感器、可编程序控制和总 线系统控制及计算机管理的功能。通过对FESTO教学系统的认识，了解现代工业自动化的基本型式，建立工业自动化的基本概念。掌握自动化系统的构成及各种构成自动化生产线的基础元件的功能及原理，使学生在进行自动化设计过程中充分发挥创造能力，提高学生的想象空间，能够设计出更结合生产及满足特殊产品生产质量控制的自动生产线。 通过FESTO教学系统的运行并结合教学软件，建立自动化生产系统及自动化控制系统的感性认识，了解现代生产过程中常用的自动化方式及自动化实现的基本过程和现代工业自动化系统的基本构成和建立系统的必备条 件。熟悉常用气动、电气元件的构成、内部结构、表示方法和基本功能作用以及在工业系统中的应用。重点是气动、电气控制元件及可编程控制器及气动回路、电气动回路的设计，传感器技术及应用。该自动化工业物流控制与管理系统每一站都有一套独立的控制系统，因此，该系统可拆分开来学习，以保证初学者容易入门和足够的学习工位，而将各站联在一起集成为系统后，能为学员提供一个学习复杂和大型控制系统的学习平台，该系统可用不同厂商所提供的控制器进行控制。第二章 传感器的应用2.1 传感技术概述 传感技术是实现自动化的关键技术之一。传感器已广泛地应用到了工业、农业、环境保护、交通运输、国防以及日常工作与生活等各个领域中。开发新的敏感材料是研制新型传感器的关键。功能陶瓷材料、高分子有机敏感材料、生物活性物质（如酶、激素等）和生物敏感材料（如微生物、组织切片）都是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型敏感材料。微型化、多维多功能化、集成化、数字化及智能化是传感器的发展方向。 2.1.1 传感器的基本概念 关于传感器的定义，众说不一根据我国的国家标准（GB7765-87），传感器（Transducer/Sensor）的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置”。 定义包含的意思：传感器是测量装置，能完成检测任务；它的输入量是某一种被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。它的输出量是某种物理量，这种量应便于传输、转换、处理、显示等等，这种量不一定是电量，还可以是气压、光强等物理量，但主要是电物理量；输出与输入之间有确定的对应关系，且能达到一定的精度。 输出量为电量的传感器，一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。 敏感元件调理电路转换元件被测量中间量输出电量敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件的输出转换成一定的电路参数。有时敏感元件和转换元件的功能是由一个元件（敏感元件）实现的。 调理电路：将敏感元件或转换元件输出的电路参数转换、调理成一定形式的电量输出。 2.1.2传感器的基本分类 1按物理原理分类 (1)电路参量式传感器。包括电阻式、电感式、电容式等三个基本型式 。 (2)磁电式传感器。包括磁电感应式、霍尔式、磁栅式等。 (3)压电式传感器。 (4)光电式传感器。包括一般光电式、光栅式、激光式、光电码盘式、光导纤维式、红外式等。 (5)气电式传感器。 (6)热电式传感器。 (7)波式传感器。包括超声波式、微波式等。 (8)射线式传感器。(9)半导体式传感器等。2按输出电信号类型分类 根据传感器输出电信号的类型不同，可以分为 ：(1)模拟量传感器(2)数字量传感器(3)开关量传感器。接近开关是一种采用非接触式检测、输出开关量的传感器。2.2 电感式接近开关2.2.1 电感式接近开关的基本工作原理 电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感器。 1.高频振荡型电感式接近开关：它以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，利用被测金属物体接近电感线圈时产生的涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。 2.差动线圈型电感式接近开关：它有两个电感线圈，由其中一个电感线圈作为检测线圈，另一个电感线圈作为比较线圈；由于被测金属物体接近检测线圈时会产生涡流效应，从而引起检测线圈中磁通的变化，检测线圈的磁通与比较线圈的磁通进行比较，然后利用比较后的磁通差，经由传感器的信号调理电路将该磁通差转换成电的开关量输出，从而达到检测的目的。 2.3 电容式接近开关2.3.1 电容式接近开关的基本工作原理 在高频振荡型电容式接近开关中，以高频振荡器（LC振荡器）中的电容作为检测元件，利用被测物体接近该电容时由于电容器的介质发生变化导致电容量C的变化，从而引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路将该变化转换成开关量输出，从而达到检测的目的。 2.4 光电式接近开关 光电式传感器是用光电转换器件作敏感元件、将光信号转换为电信号的装置。光电式传感器的种类很多按照其输出信号的形式，可以分为模拟式、数字式、开关量输出式。以开关量形式输出的光电传感器，即为光电式接近开关。 2.4.1 光电式接近开关 利用光电效应制成的传感器称为光电式传感器。光电式传感器的类很多，其中输出形式为开关量的传感器为光电式接近开关。 1.光电式接近开关主要由光发射器和光接收器组成。2.光发射器用于发射红外光或可见光。3.光接收器用于接收发射器发射的光，并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。4.按照接收器接收光的方式不同，光电式接近开关可以分为对射式、反射式和漫射式三种。光发射器和光接收器也有一体式和分体式两种第三章 MPS教学系统简介3.1概述1、 MPSModular Production System（模块化生产加工系统），MPS体现了机电一体化技术的实际应用。（有名的德国FESTO公司产品。）2、 MPS设备的主要特点：模块化、开放式结构体现机电一体化技术应用采用工业控制设备PLC控制可模拟多种实际的生产环节设备的组成元器件均为工业用器件，与工业实际实现了零距离3.2 MPS的基本组成有多个单元组成的MPS系统可以较为真实地模拟出一条自动生产加工流水线的工作过程。1基本组成上料单元 ， 操作手单元 ，加工单元 ， 安装单元 ， 安装搬运单元 ， 立体存贮单元 。2 MPS的基本功能 每个工作单元都可以自成一个独立的系统，同时也都是一个机电一体 化的系统。各个单元的执行机构主要是气动执行机构和电机驱动机构，这些执行机构的运动位置都可以通过安装在其上面的传感器的信号来判断。 在MPS设备上应用多种类型的传感器，分别用于判断物体的运动位置、物体的通过状态、物体的颜色、物体的材质、物体的高度等。传感器技术是机电一体化技术中的关键技术之一。 在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制。MPS设备的硬件结构是相对固定的，但学员可以根据自己对设备的理解、对生产加工工艺的理解，编写一定的生产工艺过程，然后再通过编写PLC控制程序实现该工艺过程，从而实现对MPS设备的控制3.2.1 供料单元功能简介：完成整个系统的上料工作，将大工件输出，判断出其颜色，并将其信息发给后一站。此站可配合触摸屏或组态控制而为整个系统的主站。（见左图）PLC主机：西门子S7系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络组成模块：回转料斗、提升装置、光电识别组件3.2.2 加工单元：（见下图）功能简介：工件将在旋转平台上被检测及加工。通过具有四个工位的加工旋转平台，进行加工模拟，并进行加工质量的模拟检测。 PLC主机：西门子S7系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络组成模块：旋转平台、模拟钻孔模块、模拟检测组件3.2.3 安装单元:（见下图）功能简介：该单元提供两色小工件，并能将其输入大工件的空腔中。气缸将料仓中的两色小工件交替推出，由真空吸盘吸取，通过转臂输入到大工件的空腔中。PLC主机：西门子S7系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络组成模块：送料模块、旋转模块、真空组件3.2.4 安装搬运单元:（见下图）功能简介：将工件从前一站搬运至下一站，并可在本站上完成大、小工件的组装。PLC主机：西门子S7系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络组成模块：直线旋转运动模块、气动夹爪装置3.2.5 仓库存储单元:（见下图）功能简介：该站为仓库存储的模拟，它将系统加工完成的合格产品，按照不同类别，进行分类立体存放。 PLC主机：西门子S7系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络组成模块：步进电机控制模块、滚珠丝杆模块、工件推出组件、立体仓库。3.3 具体研究工作通过对模块化自动生产线的认识与了解以及各站的工作原理，过程。重点研究安装站： 对此采用西门子S7-226PLC作为控制器,气动元件为执行元件,1具体设计内容包括：（1）系统设计方案的确定及说明（2）气动真空吸盘的机构设计和气动元件的选型；（3）利用气动仿真软件设计并进行仿真调试；（4）安装站的电气接线设计和通信接口设计；（5）PLC的I/O分配设计和编程设计；（6）完成对安装站的硬件和软件的安装、连接、调试、运行。实现MPS系统安装单元站的控制和动作要求。第四章 PLC的应用4.1 PLC的概述什么是PLC？可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC。PLC是一种工业控制装置。PLC是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。4.1.1 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着PLC性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从PLC应用类型看，大致可归纳为以下几个方面：（1）开关量逻辑控制 （2）运动控制 （3）过程控制（PID闭环控制 ）（4）数据处理 （5）通信联网（构成DCS、FCS系统） 4.2 PLC组成4.2.1 PLC组成概述1PLC的基本组成与一般的微机系统类似： 是一种以微处理器为核心的、用于控制的特殊计算机2PLC的基本组成包括硬件与软件两部分 PLC的硬件：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口、 输出接口、通信接口、电源等 PLC的软件：系统程序和用户程序.3PLC中的CPU及作用: PLC中常采用的CPU有三类： （1）通用微处理器（如Z80、8086、80286等） （2）单片微处理器（如8031、8096等） （3）位片式微处理器(如AMD29W等)CPU的作用：按系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊地进行工作。归纳起来主要有以下五个方面：（1）接收并存储编程器或其它外设输入的用户程序或数据（2）诊断电源、PLC内部电路故障和编程中的语法错误等（3）接收并存储从输入单元（接口）得到现场输入状态或数据（4）逐条读取并执行存储器中的用户程序，并将运算结果存入 存储器中（5）根据运算结果，更新有关标志位和输出内容，通过输出接 口实现控制、制表打印或数据通讯等功能4PLC中的存储器及作用在PLC中，存储器主要用于系统程序、用户程序、数据PLC的编程语言（IEC61131-3中的5种PLC基本语言） 顺序功能图（SFC）：不仅仅是一种语言，更是一种组织控制程序的图 形化方式. 梯形图（ L D ）：以图形方式表达触点和线圈以及特殊指令块的梯指令表（ I L ）：类似汇编程序的基于文本的语言与其相对应的是LD。结构文本（ S T ）：类似Pascal的基于文本的语言功能块图（FBD）：一种对应于线路图的图形语言。5PLC编程器及作用编程器的作用：是编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数，与PLC进行人机对话。它是开发、应用、维护PLC不可缺少的设备。6.PLC写入器及作用写入器:是用来将用户程序固化到EPROM存储器中的一种PLC外部设备。为了使调试好用户程序不易丢失，经常用EPROM写入器将PLC内RAM保存到EPROM中。4.2.2 PLC工作原理1.扫描工作方式 当PLC运行时，需要进行众多的操作而 PLC的CPU不可能同时去执行多个操作， 每一刻只能执行一个操作 。 解决的办法：采用分时操作原理 由于CPU的运算处理速度很快，所以从宏观上来看， PLC外部出现的结果似乎是同时完成的。这种分时操作的方法称为扫描工作方式 2.PLC扫描工作方式的特点集中采样：在一个扫描周期中，对输入状态的采样只在输入处理阶段进行。当PLC进入程序处理阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入处理阶段才对输入状态进行重新采样。集中输出：在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期内，只在输出处理阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。提高了抗干扰能力，增强了系统可靠性:PLC工作时大多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。 降低了系统的响应速度: PLC输入输出响应滞后：当PLC输入端输入信号发生变化到PLC输出端对该输入变化作出反应，需要一段时间。对一般的工业控制，这种滞后是完全允许的。注意：这种响应滞后不仅是由于PLC扫描工作方式造成，更主要是PLC输入接口滤波环节带来的输入延迟和输出接口中驱动器件动作时间带来输出延迟，还与程序设计有关。 对于小型PLC: I/O点数较少、用户程序较短。一般采用集中采样、集中输出的工作方式。 而对于大中型PLC: I/O点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高系统响应速度，采用定期采样、定期输出方式或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。 3. PLC的分类及特点:根据PLC的I/O点数，PLC分为小型、中型和大型三类。（1）小型PLC I/O点数为256点以下的为小型PLC（其中I/O点数小于64点的为超小型或微型PLC）（2）中型PLC I/O点数为256点以上、2048点以下的为中型PLC（3）大型PLC I/O点数为2048以上的为大型PLC （其中I/O点数超过8192点的为超大型PLC）这个分类界限不是固定不变的，它随PLC的发展而变化。PLC技术之所以高速发展，除了工业自动化的客观需要外，主要是因为它具有许多独特的优点:（1）可靠性高、抗干扰能力强（2）编程简单、使用方便（3）功能完善、通用性强（4）设计安装简单、维护方便 （5）体积小、重量轻、能耗低第五章 MPS安装站的设计5.1 MPS安装站介绍尺寸（长宽高）：7203501500净重量：35控制部分：1.可编程控制器 2.开关电源：220V/V24（带短路保护） 3.控制面板：八个按钮 4.两套I/O接口板 5.一套I/O通讯接口板 6.四组电控气阀机械部分： 1.送料模块 2.旋转模块 3.真空组件 4.电感式传感器技术指标： 1.供电：220V/1A 2. 执行驱动电压：24V/5A3.环境温度：5-55(工作)、20-70(保存)4.相对湿度：35-85%(不结露) 5.接地：第三种接地6.工作环境：不许有腐蚀性、可燃性气体及导电埃尘可以开展的试验：传感器实验 气动回路实习电气回路实验 机械安装调试实验系统故障检测实验 安装站程序控制实验相邻两站联网程序控制实验PLC基本指令学习和实际应用实验功能简介：该单元提供两色小工件，并能将其输入大工件的空腔中。气缸将料仓中的两色小工件交替推出，由真空吸盘吸取，通过转臂输入到大工件的空腔中。PLC主机：西门子S7系列扩展模块：485、PPI、MPI、Profibus网络组成模块：送料模块、旋转模块、真空组件 5.2 MPS安装站的顺序动作与流程图: 安装站顺序动作如下：复位按钮按下复位灯亮（摆臂摆回到位&换向气缸伸出到位& 气缸返回到位）开始按钮按下开始灯亮摆臂摆出到位推料气缸动作推出工件摆臂摆回到位计时真空吸盘工作吸住工件时间到摆臂摆出到位计时真空吸盘动作释放工件时间到换向气缸缩回到位推料气缸动作推出工件摆臂摆回到位计时真空吸盘动作吸住工件时间到摆臂摆出到位计时真空吸盘动作释放工件时间到换向气缸伸出到位摆臂摆回到位循环. 安装站流程图：总体设计思想:该单元提供两色小工件（黑色和白色），并能将其输入大工件的空腔中。当传感器检测到大工件到达时，转臂左旋的同时小工件换位移动(黑色或白色)，气缸将料仓中的两色小工件交替推出，由传感器检测到小工件已推出时，由真空吸盘吸取，通过转臂输入到大工件的空腔中。5.3 MPS安装站的气动设计 气动技术是以压缩空气作为动力源驱动气动执行元件完成一定的运动规律的应用技术。气动技术在工业生产中应用十分广泛，它可以应用于包装、进给、计量、材料的输送、工件的转动与翻转、工件的分类等场合，还可车、铣、钻、锯等机械加工的过程。 气源是给气动系统提供符合一定要求的压缩空气的系统。 气源系统包括：(1)压缩空气发生装置；(2)压缩空气净化装置；(3)传输管道等5.3.1气缸介绍 气缸一般包括：普通气缸在结构上只有一个活塞和一个气缸杆。单作用气缸只有一个方向上是受气压控制的气缸。双作用气缸两个方向上都受气压控制的气缸。 它的基本结构如图所示：图5.1 双作用气缸结构5.3.2 真空元件 1、真空吸盘 真空吸盘是真空系统中的的执行元件，用于吸持表面光滑平整的工件，通常它由橡胶材料和金属骨架压制而成。吸盘有多种不同的形状，常用的有圆形平吸盘和波纹形吸盘。波纹形吸盘相对圆形平吸盘有更强的适应性，允许工件表面有轻微的不平、弯曲或倾斜，同时在吸持工件进行移动时有较好的缓冲性能。 2、真空系统在使用时主要有以下注意事项：1.）供给的气源应经过净化处理，也不能含有油雾。在恶劣环境中工作时，真空压力开关前也应安装过滤器。2）真空发生器与吸盘间的连接管应尽量短，且不承受外力。拧动时要防止连接管扭曲变形造成漏气。 3）为保证停电后保持一定真空度，防止真空失效造成工件松脱，应在吸盘与真空发生器间设置单向阀，真空电磁阀也应采用常通型结构。4）吸盘的吸着面积应小于工件的表面积，以免发生泄漏。5. ）对于大面积的板材宜采用多个大口径吸盘吸吊，以增加吸吊平稳性。一个真空发生器带多个吸盘时，每个吸盘应单独配有真空压力开关，以保证其中任一吸盘漏气导致真空度不符合要求时，都不会起吊工件。 1234图形符号5.3.3 方向控制阀用于控制压缩空气的流动方向的控制阀即为方向控制阀。方向控制阀的种类最多，分类也较为复杂。 1分类 （1）按控制方式分类 按照阀的控制方式的不同，一般可以将方向控制阀分为：气控阀、电磁阀、机控阀和人控阀。 （2）按阀的气路端口数量分类 按照P口（输入口）、A口（输出口）和R口(排气口)的数目之和进行分类，可以将阀分为二通阀、三通阀、四通阀、五通阀等。 （3）按阀芯可变换的位置数量分类（4）按阀芯的工作位置数量分类，阀可分为二位阀和三位阀。 用阀芯工作位置的数量和阀的气路端口数量来描述，称为几位几通阀，例如：二位三通阀，三位五通阀等。按阀的控制方式及控制信号的数量描述。例如：单/双电磁（先导）阀（也称为单/双电控阀），单/双气控阀等。 主要介绍以下方向控制阀的图形符号（见图5.2） 图5.2 换向阀的符号电磁阀分类 :直动式电磁阀 直动式电磁阀是利用电磁力直接推动阀芯改变位置达到气路换向目的的。分为单电控直动式电磁阀和双电控直动式电磁阀先导式电磁阀先导式电磁阀是由小型的直动式电磁阀和大型的气控换向阀组成的。它是利用小型直动式电磁阀输出的先导气压来控制大型的气控换向阀的阀芯，从而达到换向目的的。因此，小型直动式电磁阀又被称为电磁先导阀。注意电磁先导阀与先导式电磁阀的区别。5.3.4 MPS安装站的气动图设计 根据所要完成的动作可只涉及该站所需要的机械元件有三个双作用气缸，四个单电控二位五通阀，为了更好的体现三个作用缸的动作顺序可以在设计得使加入六个可调式节流阀，一个气源。所以气动设计图为：(见图5.3)5.4 MPS安装站的电气控制设计5.4.1电气控制线路的设计方法人们希望在掌握了电气控制的基本原则和基本控制环节后，不仅能分析生产机械的电气控制线路的工作原理，而且换能根据生产工艺的要求，设计电气控制线。电气控制线的设计方法通常有两种：经验设计法和逻辑设计法1. 经验设计法 经验设计是根据生产机械的工艺要求和加工过程，利用各种典型的基本控制环节，加以修补，补充，完善，最后得出最佳方案。若没有典型的控制环可以采用，则按照生产机械的工艺要求逐步进行设计。经验设计比较简单，但必须熟悉大量的控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的实验经验。由于是靠经验进行设计，故没有 固定模式，通常是先采用一些典型的基本环节，实现工艺基本要求，然后逐步完善其功能，并加上适当的连锁与保护环节，初步设计出来的线路可能有几种，要加以分析比较。甚至通过实验加以验证，检验线路的安全和可靠性，最后确定比较合理，完善的方案。采用经验设计法，一般应注意以下几个问题。(1)保护控制线路工作的安全和可靠性(2)控制线路力求简单，经济(3)防止寄生电路(4)应具有必要的保护环节2.逻辑设计法 逻辑设计法是利用逻辑代数这一数学工具来设计电气控制线路，同时也可以用于线路的简化。把电气控制线路中的接触器，继电器等电气元件线圈的通电和断电，触头的闭合和断开看成逻辑变量，线圈的通电状态和触头的闭合状态设定为“1态；线圈的断点状态和触头的断开状态设定为“0”态。根据工艺要求，将这些逻辑变量关系表示为逻辑函数的关系式,再运用逻辑函数基本公式和运算规律，对逻辑函数式进行化简,然后由简化的逻辑函数式画出相应的电器原理图，最后再进一步检查完善,以期得到既满足工艺要求,又经济合理,安全可靠的最佳设计线路。用逻辑函数来表示控制元件的状态，实际上是以触头的状态作为逻辑变量，通过简单的“逻辑与”，“逻辑或”，“逻辑非”等基本运算，得出其运算结果,此结果既表明电器控制线路的结果。逻辑电路有两种基本类型：一种是为逻辑组合电路；另一种为逻辑时序电路。逻辑组合电路没有反馈电路（自锁电路），对于任何信号都没有记忆功能，控制线路的设计比较简单。逻辑时序电路据有反馈电路，即具有记忆功能，设计过程比较复杂，一般按照以下步骤进行：(1)根据工艺要求，作出工作循环图；(2)根据工作循环图作出执行元件和检测元件的状态表转换表；(3)根据转换表，增设必要的中间记忆元件（中间继电器）；(4)列出中间记忆元件逻辑函数关系式和执行元件的函数关系式，并进行化简；(5)根据逻辑函数关系式绘出相应的电器控制线路；(6)检查并完善所设计的控制线路。3.总结：根据两种设计法所陈述的对比,本设计采用经验法来设计,这种设计方法比较简单，易懂，保护工作的安全和可靠性高，在一般常规设计中经常被采用。 5.4.2 设计时所用到的电气元件及符号 电磁线圈 常开触点 常闭触点 继电器线圈 磁感应式接近开关 控制部件有:开关电源：220/24V（带短路保护），控制面板：八个按钮24V 齿轮减速电机，三组电控气阀及执行器件。5.4.3 MPS安装站的电气控制图（见图5.3）气动设计图与电气控制图，如下：气路动作顺序：按下开始按钮SB11A出4A动作1A回3A吸1A出3A放2A回4A动作1A回3A吸1A出3A放2A出1A回循环。图5.3 气动与电气控制图5.5 MPS安装站的PLC设计5.5.1 PLC主机外形主要采用西门子S7-226系统CPU 226的PLC主机（CPU模块）外形（见下图）图5.4 SIMATIC S7-226主机外形5.5.2 基本特点 (1)输出信号类型 (2)电源输出 (3)基本I/O (4)存储安全 (5)高速反应 (6)模拟电位器 (7)实时时钟 (8)输入输出可扩展性 4种CPU各有晶体管输出和8继电器输出两种类型，具有不同电源电压和控制电压。表5.1 CPU晶体管输出CPU类型电源电压输入电压输出电压输出电流CPU 221DC输出DC输入24VDC24VDC24VDC0.75A,晶体管继电器输出DC输入85264VAC24VAC24VAC24230VAC2A,继电器CPU 222CPU 224CPU 226DC输出24VDC24VDC24VDC0.75A,晶体管继电器输出85264VAC24VAC24VAC24230VAC2A,继电器西门子S7-226系统CPU 22X系列PLC主机及I/O特性表5.2 PLC主机及特性 型号主机输出类别主机输入点数主机输出点数可扩展模块数CPU 221DC/继电器64无CPU 222DC/继电器862CPU 224DC/继电器14107CPU 226DC/继电器24167本次设计主要采用CPU226的PLC主机,I/O点数较多,可扩展模块数多,控制功能强,用户程序较长，为提高系统响应速度，采用定期采样、定期输出方式或中断输入、输出方式以及采用智能I/O接口等多种方式。 它可靠性高,编程简单,使用方便,能耗低,维护也方便。5.5.3 PLC控制系统设计的原则对于工业领域或其它领域的被控对象来说,电气控制的目的是在满足其生产工艺要求的情况下,最大限度地提高生产效率低和产品质量。为达到此目的,在可编程控制系统设计时应遵循以下原则：1.最大限度地满足被控对象的要求；2.在满足控制要求的前提下,力求使控制系统简单,经济,使用及维护方便；3.保证系统的安全可靠；4.考虑生产发展和工艺改进的要求，在选型时应留有适当的余量。PLC控制系统设计的内容：1.分析控制对象,明确设计任务和要求2.PLC的型号,对控制系统的硬件进行配置3.选择所需的输入、输出模块，编制PLC的输入、输出分配表和输入，输出端子接线图4.根据系统设计要求编写程序规格要求说明书，再用相应的编程语言进行程序设计5.设计操作台，电器柜，选择所需的电气元件6.编写设计说明书和操作时说明书PLC控制系统设计的一般步骤由于PLC的结构和工作方式与一般微型计算机和继电器相比各有特点，所以其设计的步骤也不相同，具体设计步骤如下：1.详细了解被控对象的生产工艺过程，分析控制要求；2.根据控制要求确定所需的用户输入/输出设备；3.选择PLC类型；4.分配PLC的输入/输出点，涉及输入/输出连接图；5.PLC软件设计，同时可进行控制台的设计和现场施工；6.系