MPS系统安装站单元的设计与PLC控制

陕西国防工业职业技术学院SHAANXIINSTITUTEOFTECHNOLOGY毕业设计说明书题目MPS系统安装站单元的设计与PLC控制专业数控设备应用与维护班级数电3101班姓名白浩学号08指导教师张俊勇二一二年十二月二十二日陕西国防工业职业技术学院二一三届毕业设计（论文）任务书专业数控设备应用与维护班级数电3101班姓名白浩学号08设计题目MPS系统安装站单元的设计与PLC控制设计条件要求采用西门子S7226PPLC作为控制器，以气动元件作为执行元件，设计MPS系统安装站单位，并实现其动作控制要求。设计任务1启动机构设计和气动元件的选型2利用气动仿真软件设计气动回路并进行仿真调试；3安装站的电气接线设计和通信接口设计；4PLC的I/O分配设计和编程设计；5完成对安装站的硬件和软件的安装，连接，调试运行；6毕业设计（论文）内容包括1）课题的来源和意义，系统设计方案的确定及说明。2）系统硬件结构及功能说明。3）系统软件编辑及功能实现。起止日期2012年11月5日2012年12月21日（共7周）指导老师张俊勇审核（教研室主任）批准（系主任）设计评语指导教师签字年月日答辩考核组长总成绩MPS工件安装单元控制系统设计与PLC控制摘要本设计首先介绍PMS安装单元研究重点及发展状况，并阐述了设计PMS安装单元的PLC控制系统的思路和方法；讲述了控制系统所要达到的安装要求，分析每个动作的步骤，提出了达成该要求的元件选择，绘制出了控制系统图，控制系统原理框图，控制系统的PLC原理图以及气动原理图及组态的设计。阐述了各气动元件的选择过程以及对安装单元的技术参数做了设计，编写了梯形图。关键词MPS安装单元；PLC控制；系统设置；梯形图目录1绪论111课题来源112设计MPS工件安装单元的目的12可编程控制器概述221PLC的发展概况222PLC的分类及特点2221PLC的分类2222PLC的特点323PLC的基本组成以及应用领域4231CPU的构成4232I/O模块5233电源模块5234底板或机架5235PLC的外部设备5236PLC的通信联网624PLC的结构和工作原理6241PLC的模块结构6242PLC的运行过程分析725S7200PLC系列的介绍73MPS单元1131MPS模块化加工系统1132MPS的基本组成1133MPS的基本功能1134电机的执行机构13341传感器的分类和选型13342传感器的工作原理及其应用1435控制面板连线1536气动元件的特点以及选型16361气动元件的特点16362安装单元气动元件种类及结构符号164安装单元的结构与控制设计2041I/O接线端口2042料仓模块2043转运模块2044气动控制回路2145安装站PLC控制回路设计2246程序控制24461控制任务24462编写程序24463下载调试245安装站系统控制程序的设计2651安装站的动作顺序2652安装站的I/O分配2653安装站单元顺序功能流程图2654安装站的梯形图28致谢29数控工程学院毕业设计11绪论11课题来源MPS英译为MULTIPROCESSINSSYSTEM，即多处理器模块化加工系统。它是为高端工作站或文件服务器而设计的。MPS系统是为提高我们的动手能力和实践技能而设计、生产的一套实用性实验设备。该装置由六套各自独立而又紧密相连的工作站组成。其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。该系统涉及知识点主要有机械、气动、电子、传感器、PLC、电机拖动等。在当前科学技术日新月异的时代，各种新技术、新工艺、新材料、新设备的出现，已不再是单纯某一门学科的发展，而是各门相关学科、多种先进技术的互相渗透和相辅相成的结果。机电一体化技术就是这样的一种新技术，它是在信息论、控制论和系统论的基础上建立起来的综合技术。机电一体化又称机械电子学，英语称为MECHATRONICS，它是由英文机械学MECHANICS的前半部分与电子学ELECTRONICS的后半部分组合而成。机电一体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电子技术紧密集合的一门技术，它的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。电一体化技术是多学科技术的综合运用，是技术密集型的系统工程。其技术组成包括机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。12设计MPS工件安装单元的目的我这次的毕业设计的课题来源于机械系实验室现有的MPS系统的实现装置。设计目标是在已有硬件条件的基础上对其控制系统进行设计。通过这次毕业设计，掌握控制系统的基本设计思路，了解PLC构成和编程方法。模块化生产系统（MPS）是进行PLC编程与操作以及PLC联网控制技能训练的教学设备。该系统由上料监测站、搬运站加工站、安装站、安装搬运站、分类站等六个部分组成。每一站都有一套独立的PLC控制系统，都能单独完成一个动作过程。MPS安装单元控制系统设计是通过传送带工作台实现物流传输，并通过摆臂对工件进行模拟安装。数控工程学院毕业设计22可编程控制器概述21PLC的发展概况可编程控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的。在可编程控制器诞生之前，工业电气自动化控制主要采用传统的继电器控制方式，这种方式往往需要在多种低压电器之间进行复杂的硬件接线，才能实现某一固定的逻辑功能。若想改变其控制功能就必须改变继电控制电路的硬件接线，显然这样的控制电路使用起来既不灵活,也很麻烦。可编程控制器PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER简称PLC。它是一种新型通用的自动控制装。它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，专门为工业控制而设计，具有功能强、可靠性高、通用性好、编程方便、体积小、重量轻、设计、施工和调试周期短等优点，因此在工业控制方面的应用极为广泛。目前PLC技术已经发展成为现代工业自动化的三大支柱之一。1969年美国数字公司研制出了世界上第一台可编程控制器，并在美国通用汽车公司的生产线上试用，取得了满意的效果，可编程控制器由此诞生。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。1980年美国电气制造协会把这种新的控制设备正式命名为可编程序控制器。1987年2月美国电气制造协会对可编程控制器作了如下的规定“可编过程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。展望未来可编程控制器在规模和功能上将向大方向发展，大型可编程控制器向高速、大容量和高性能方向发展。PLC再也不是以前那种处理能力低的PLC了，从某种意义上说，PLC的体积越来越小，可靠性越来越强，促使它成为将来工业的一大支柱。22PLC的分类及特点221PLC的分类由于PLC的品种、型号、规格、功能各不相同，要按统一的标准对它们进行分类十分困难。通常各类PLC产品可按结构形式、I/0点数以及所具备的功能数控工程学院毕业设计3等三个方面进行分类1）按结构型式分类可分为整体式和模块式。2）按I/0点数和存储容量分类可分为小型机、中型机、大型机。3）按功能划分可分为低档机、中档机、高档机。222PLC的特点可编程控制器最初是为了替代继电器控制系统而研制的，它本身又是一个计算机系统，所以它除了具备继电器控制系统和微型计算机系统的原有功能外，还有其自己的特点1）PLC与继电器控制系统的比较A电器控制系统的组成任何一个电器控制系统，都是由输入部分、输出部分和控制部分组成。其中输入部分是由各种输入设备，如按钮、位置开关及传感器等组成；控制部分是按照控制要求设计的，由若干继电器及触点构成的具有一定逻辑功能的控制电路；输出部分是由各种输出设备，如接触器、电磁阀、指示灯等执行元件组成。电器控制系统是根据操作指令及被控对象发出的信号，由控制电路按规定的动作要求决定执行什么动作或动作的顺序，然后驱动输出设备去实现各种操作。由于控制电路是采用硬接线将各种继电器及触点按一定的要求连接而成，所以接线复杂且故障点多，同时不易灵活改变。BPLC控制系统的组成由PLC构成的控制系统也是由输入、输出和控制三部分组成，PLC控制系统的输入、输出部分和电器控制系统的输入、输出部分基本相同，但控制部分是采用“可编程”的PLC，而不是实际的继电器线路。因此，PLC控制系统可以方便地通过改变用户程序，以实现各种控制功能，从根本上解决了电器控制系统控制电路难以改变的问题。同时，PLC控制系统不仅能实现逻辑运算，还具有数值运算及过程控制等复杂的控制功能。2）PLC与微型机算机的比较APLC输入输出接口较多，中大型PLC输入输出接口更多，便于多路多点控制。BPLC编程方便、简单。而计算机使用汇编语言或其他高级语言编程，比PLC编程复杂。CPLC可靠性高、抗干扰能力强。数控工程学院毕业设计4DPLC技术较容易掌握，使用维护方便，对使用者的技术水平要求低。EPLC采用扫描方式进行工作，加上其他原因，所以PLC输入输出响应比计算机慢。FPLC体积小，调试周期短。23PLC的基本组成以及应用领域PLC是一种通用的工业控制装置，其组成与一般的微机系统基本相同。按结构形式的不同，PLC可分为整体式和组合式两类。整体式PLC如图21是将中央处理单元CPU、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的I/0扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU是PLC的核心，I/0单元是连接CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式PLC将CPU单元、输入单元、输出单元、I/0单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有CPU单元的底板称为CPU底板，其它称为扩展底板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过10M无论哪种结构类型的PLC，都可以根据需要进行配置与组合。图21整体式结构231CPU的构成PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要数控工程学院毕业设计5用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。232I/O模块PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。233电源模块有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。234底板或机架大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。235PLC的外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类。1编程设备有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。2监控设备有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。3存储设备有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储数控工程学院毕业设计6用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。4输入输出设备用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。236PLC的通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。24PLC的结构和工作原理241PLC的模块结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。模块式（又称组合式）结构的PLC是将中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）单元、电源电路和通信端口等分别做成相应的模块，应用时将这些模块根据控制要求插在机架上，各模块间通过机架上的总线相互联系。模块式的PLC安装完成后，需进行登记，以便PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认，其特点是系统构成的灵活性较高，可以构成不同控制规模和功能的PLC，但同时价格也较高。基本结构框图如图22所示。图22模块式结构数控工程学院毕业设计7242PLC的运行过程分析PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工作方式不同，继电器控制是并行运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作，只要形成电流通路，就有可能有几个电器同时动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈触点才会动作，而且每次它只能执行一条指令，这也就是说PLC以“串行”方式工作的，这种工作方式可以避免继电器控制的触点竞争和时序失配等问题。也可以说，继电器控制装置是根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。扫描过程如图23所示。图23循环扫描在输入阶段中，PLC先进行自我诊断，然后与编程器或计算机通信，同时中央处理器扫描各个输入端并读取输入信号的状态和数据，并把它们存入相应的输入存储单元。在执行阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存储单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存储器单元。在输出阶段中，PLC将相应的输出存储单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部没备传送输出信号，开始控制外部设备。25S7200PLC系列的介绍德国的西门子（SIEMENS）公司是欧洲最大的电子和电气设备制造商，生产的SIMATIC可编程序控制器欧洲处于领先地位。其第一代可编程控制器是1975年投放市场的SIMATICS3系列的控制系统。在1979年，微处理器技术被数控工程学院毕业设计8应用到可编程控制器中，产生了SIMATICS5系列，取代了S3系列，之后在二十世纪末又推出了S7系列产品。最新的SIMATIC产品为SIMATICS7、M7和C7等几大系列。从CPU模块的功能来看，SIMATICS7200系列小型PLC发展经历了两代第一代产品其CPU模块为CPU21X，主机都可以进行扩展，它具有四种不同结构配置的CPU单元CPU212，CPU214，CPU215和CPU216。第二代产品其CPU模块为CPU22X，是在二十一世纪初投放市场的，速度快，具有较强的通讯能力，它具有四种不同结构配置的CPU单元CPU221，CPU222，CPU224和CPU226，除CPU221之外，其他都可以加扩展模块。SIMATICS7200系统由硬件和工业软件两大部分组成如图24所示图24SIMATICS7200系统1）硬件基本单元、扩展单元、特殊功能模块、相关设备2）工业软件工业软件是为更好的管理和使用这些设备而开发的与之配套的程序、文档及其规则的总和，它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口等几类构成。ACPU介绍及I/O系统（如表21）表21不同种类CUP的I/O对比B主机外形数控工程学院毕业设计9SIMATICS7200系统CPU22X系列PLC主机（CPU模块）的外形如图25所示。图25CPU22X系列PLC主机外形图C基本结构特点CPU各有晶体管输出直流输出和继电器输出（交、直流输出）两种类型，具有不同电源电压和控制电压。各类型的型号如表22所示表22各种CPU输出电压、电流的对比D扩展模块及基本功能（1）功能模块扩展当需要完成某些特殊功能的控制系统，CPU主机可以扩展特殊功能模块，一般是特殊功能模块有SM253位置控制模块，EM241调制解调器模块等。（2）输入输出扩展S7200PLC的CPU所提供的本机I/O点和I/O地址是固定的，进行扩展时可以在CPU右边连接多个扩展模块连接。每个扩展模块的组态地址编号取决于各模块的类型和该模块在I/O链中所处的位置。编制方法就是同种类型输入或输出数控工程学院毕业设计10点的模块在链中按与主机的位置而递增，其他类型模块的有无及所处的位置不影响本类型模块的编号。最大I/O配置的预算需考虑映像寄存器数量及电流提供能力。各CPU能提供的最大5VDC电流如23表表23CPU的最大扩展电流ES7200之间的PPI通信PPI协议是专门为S7200开发的通信协议。S7200CPU的通信口（PORT0、PORT1）支持PPI通信协议，S7200的一些通信模块也支持PPI协议。MICRO/WIN与CPU进行编辑通信也通过PPI协议。S7200CPU的PPI网络通信是建立在RS485网络的硬件基础上，因此其连接属性和需要的网络硬件设备与其它RS485网络一致。S7200CPU之间的PPI网络通信只需要两条简单的指令，它们是网络读（NETR）和网络写（NETW）指令。在网络读/写通信中，只有主站需要调用NETR/NETW指令，从站只需编辑处理数据缓冲区（取用或准备数据）。在S7200系统中，无论是组成PPI、MPI、还是PROFIBUSDP网络用到的主要部件都是一样的。数控工程学院毕业设计113MPS单元31MPS模块化加工系统模块化加工系统MPS,MODULARPRODUCTIONSYSTEM体现了机电一体化的技术实际应用。MPS设备是一套开放式的设备，用户可根据身产需要选择设备组成单元的数量、类型，最少时一个单元亦可自成一个独立的控制系统，而由多个单元组成的生产系统可以体现自动生产线的控制特点。在由多个MPS工作单元组成的系统中，综合应用了多种技术知识，如气动控制技术、机械技术（机械传动、机械连接等）、电工电子技术、传感应用技术、PLC控制技术、组态控制技术、信息技术等。利用该系统可以模拟一个与实际生产情况十分接近的控制过程，使学员在一个非常接近于实际的教学设备环境，使学员在学习过程中很自然地就将理论应用到了实际中，实现了理论与实践的完美结合，从而缩短了理论教学与实际应用之间的距离。32MPS的基本组成多个单元组成的MPS系统可以较为真实地模拟出一个自动生产加工流水线的工作过程。其中，每个工作单元都可以自成一个独立系统，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之一，是现代工作实现高度自动化的前提之一。在控制方面，MPS设备采用PLC进行控制，用户可根据需要原则不同厂家的PLC例如三菱公司的FX2N系列PLC、西门子公司的S7200系列PLC和S7300系列PLC。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。33MPS的基本功能MPS设备给学员提供了一个开放式的学习环境，虽然各个组成单元的结构已经固定，但是，设备的各个执行机构按照什么样的动作顺序执行、各个单元之间如何配合、最终使MPS模拟一个什么样的生产加工过程、MPS作为一条自动数控工程学院毕业设计12图31多单元组成的MPS系统生产流水线具有怎么样的操作运行模式等，学员都可以根据自己的理解，运用所学的理论知识，设计出PLC控制程序，使MPS设备实现一个最符合的自动控制过程。MPS系统中每个单元都具有最基本的功能，学员可在这些基本功能的基础上进行流程编排设计和发挥。MPS系统的基本组成单元主要有上料检测单元、操作手单元、加工单元、安装单元、安装搬运单元、立体存储单元。下面以安装站为例介绍安装单元在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供装配用的小工件。安装单元如图32所示。PLC主机三菱FX3N系列、西门子S7系列。组成模块料仓模块、转运模块、小工件平台、气动处理组件、I/O接线端子、阀组等部件组成。图32安装单元结构图数控工程学院毕业设计1334电机的执行机构341传感器的分类和选型传感器（英文名称TRANSDUCER/SENSOR）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。1）传感器的组成传感器的组成传感器的种类繁多，其工作原理、性能特点和应用领域各不相同，所以结构、组成差异很大。但总的来说，传感器通常由敏感器件、转换器件及测量电路组成，有时还加上电源电路。A敏感器件SENSINGELEMENT是指传感器中能直接感受被测量的变化，并输出与被测量成为确定关系的某一物理量的器件。敏感器件是传感器的核心，也是研究、设计和制作传感器的关键。这里膜盒就是敏感器件，其外部与大气压力相通，内部感受被测压力户。当压力户变化时，引起膜盒上半部移动，即输出相应的位移量。B转换器件TRANSDUCTIONELEMENT是指传感器中能将敏感器件输出的物理量转换成适于传输或测量的电信号的部分。它把输入的位移量转换成电感的变化。需要指出的是，并不是所有的传。感器都能明显地区分敏感器件和转换器件两部分的，有的传感器转换器件不止一个，需要经过若干次的转换，有的传感器则是两者合二为一的。C测量电路MEASURINGCIRCUIT又称转换电路或信号处理电路，它的作用是将转换器件输出的电信号进行进一步的转换和处理，如放大、滤波、线性化、补偿等，以获得更好的品质特性，便于后续电路实现显示、记录、处理及控制等功能。测量电路的类型视传感器的工作原理和转换器件的类型而定，一般有电桥电路、信号放大电路、阻抗变换电路、振荡电路等。2）传感器的分类A按传感器能量变换关系进行分类按能量变换关系，传感器分为发电型传感器和参量型传感器。B按传感器输入量即被测参数进行分类按输入量分类，传感器以被测物理量命名，如位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等。C按传感器的输出量进行分类数控工程学院毕业设计14按输出量分类，传感器可分为模拟式传感器和数字式传感器两类。模拟式传感器是指传感器的输出信号为模拟量，数字式传感器是指传感器的输出信号为数字量。D按传感器工作原理进行分类按传感器的工作原理为依据分类，可分为电阻应变式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、热电式传感器等。342传感器的工作原理及其应用1）电感式接近开关电感式传感器为信号发生器，它被用于在加工机械，机器人，生产线以及传送带系统中检测和功能相关的动作,并将检测结果转换成电信号。它是以非接触的方式工作的。当有金属物体接近规定的感应距离时，传感器会发出一个电信号。电感式接近开关就是利用电涡流效应制造的传感器。A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。B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）电感式接近开关的通用符，如图33所示。（A）正逻辑（PNP）（B）负逻辑（NPN）常开型常开型（C）正逻辑（PNP）（D）负逻辑（NPN）常闭型常闭型如图33电感式接近开关的通用符数控工程学院毕业设计153）电感式传感器的特点无机械磨损和撕扯动作，因此使用寿命长；不会因灰尘或触点焊接在一起而出现故障；无触点反弹，因此无切换故障；切换频率高达3000HZ；抗震；安装位置随意；黄色LED显示切换状态；完全密闭，防护等级高。35控制面板连线控制面板有七个按键，分别是开始键、复位键、特殊键、“手/自”键、单联键、停止键、上电键和急停键。这七个按键一端共用24V电压，另一端依次接往CPU的I10，I11，I12，I13，I14，I15，I16，I17其中，开始键和复位键上还接了两个灯，连线方法是灯的一端接零伏电压，另一端依次接往CPU的Q10，Q11。MPS的控制面板如图33所示。各开关的控制功能定义为带灯按钮，绿色开始带灯按钮，黄色复位按钮，黄色特殊两位旋钮，黑色自动/手动两位旋钮，黑色单站/联网按钮，红色停止带灯按钮，红色上电急停按钮，红色急停如图33MPS的控制面板当需要控制PLC的输入输出时，要将24线插头从上料检测单元引导我们的实验板上来。以下是具体连线方法。首先将上料检测单元中执行面板连线端子排上的24线插头和其对应的插座分开，然后将插头引入我们的板子上，在板子上已经焊好与之相对应的插座，可以完成从上料检测单元到控制面板的连接。在控制面板的另一侧，又有一个24线插座，通过一个两端是插头的连线连回到上料检测单元执行面板的插座里。上料检测单元中控制面板的插头也用上述方法，与控制板相连接。这样，当我们想要完成分类工作的时候，只需要将控制板上插座的24跟线对应连接就可以完成了。数控工程学院毕业设计1636气动元件的特点以及选型气动元件通过气体的压强或膨胀产生的力来做功的元件，即将压缩空气的能量转换为动能的机件。如气缸，电磁阀，蒸汽机等。它是一种动力传动形式，亦为能量转换装置，利用气体压力来传递能量。361气动元件的特点1）气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低、故使用安全。2）工作介质是取之不尽的空气、空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低。3）输出力以及工作速度的调节非常容易。气缸的动作速度一般为50500MM/S，比液压和电气方式的动作速度快。4）可靠性高，使用寿命长。电器元件的有效动作次数约为百万次，而SMC的一般电磁阀的寿命大于3000万次，小型阀超过2亿次。5）利用空气的压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保持能力。6）全气动控制具有防火、防爆、防潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场合使用。7）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。气动技术是以压缩空气为介质来传动和控制机械的一门专业技术。由于它具有节能、无污染、高效、低成本、安全可靠、结构简单等优点，广泛应用于各种机械和生产线上。362安装单元气动元件种类及结构符号1）导向气缸导向气缸的外形、结构及符号如图35和图36所示。双作用双活塞式气缸，行程长度250MM，用于机械手单元X轴的左右伸缩，双活塞气缸是由两个活塞进行驱动的，因此在相同高度的情况下能产生2倍于标准气缸的推力。双作用双活塞式气缸，行程长度80MM，用于机械手单元Y轴的上下伸缩，其特点是该气缸结构简单，将导轨和气缸做于一体，如图37所示。数控工程学院毕业设计17图35导向气缸1图36导向气缸2图37双作用气缸的工作原理2电磁换向阀电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。气动电磁阀里有密闭的腔，在不同的位置开有通孔，气动电磁阀的每个孔都向不同的油管，腔中间有阀，两面是两块电磁铁，那面的电磁线圈通电阀体就会被吸引到那边；气动电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；气动电磁阀并不限于液压，气动电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机数控工程学院毕业设计18械装置一般都由液压钢或电磁阀来控制，如图38和图39所示。图38气动连接图39电磁阀外形及符号3双电控二位五通阀如下图310为双电控二位五通阀的工作原理图。它有两个电磁铁，当右线圈通电、左线圈断电时，阀芯被推向右端，其通路状态是P与A、B与T2相通，A口进气、B口排气。当右线圈断电时，阀芯仍处于原有状态，即具有记忆性。当电磁左线圈通电、右断电时，阀芯被推向左端，其通路状态是P与B、A与T1相通，B口进气、A口排气。若电磁线圈断电，气流通路仍保持原状态。图310双电控二位五通阀的工作原理图4真空吸盘的概述以及选型A真空吸盘的特点真空吸附装置是依靠真空源产生的真空吸力来对物体进行起吊、搬运及夹持的一种省力机械。和机械、电磁起吊装置相比,具有以下特点1结构简单、成本低2安装方便、操作容易,3维修费用少4不损伤工件5吸附、放开工件迅速,6工件材料的种类不限,7最大吸附力有限,8难以得到准确的位置精度。真空吸盘是真空吸附装置的执行元件,它将真空能转化为机械能。真空吸盘设计的数控工程学院毕业设计19合理程度直接影响着真空吸附装置的工作性能。根据不同的应用场合,有效地选择、设计真空吸盘是成功地应用真空吸附技术的关键之一。B真空吸盘的结构和选型图312A为普通型直进气吸盘,靠头部的螺纹可直接与真空发生器的抽吸口相连省掉接管道。图312B为普通型侧向进气吸盘,其中弹簧用来缓冲吸盘部件的运动惯性,减小对工件的撞击力。图312C为带支撑楔的吸盘,这种吸盘结构稳定,变形量小,并能在竖直吸吊物体时产生更大的摩擦力。图312D为采用金属骨架,由橡胶压制而成的碟盘形大直径吸盘,吸盘作用面采用双重密封结构面,大径为轻吮启动面,小径为吸牢有效作用面。柔软的轻吮启动使得吸着动作特别轻柔,不伤工件,且易于吸附。图312E为波纹型吸盘,利用波纹的变形来补偿高度的变化,往往用于工件的高度难以确定的场合。图312F为球铰式吸盘,吸盘可适应工件吸附表面的倾斜而自由转动,转动范围可达3050,吸盘体普通型吸盘上的抽吸孔通过贯穿球节的孔,与安装在球节端部的吸盘相通。在实际的教学实验当中一般会用到（A）型，因为结构简单，易于操作。图312各种真空吸盘结构图数控工程学院毕业设计204安装单元的结构与控制设计安装单元在整个系统中，起着向系统中的其它单元提供装配用的小工件。它的具体功能是按照需要将放置在料仓中的待安装的小工件（黑、白双色）自动地取出，并将其传送到下个工作单元上的大工件空腔中。安装单元主要由I/O接线端口、料仓模块、转运模块、小工件平台、气源处理组件、阀组等部件组成。41I/O接线端口它是该工作单元与PLC之间进行通讯的线路联接端口。该工作单元中的所有电信号（直流电源、输入、输出）线路都接到该端口上，再通过信号电缆线连接到PLC上。42料仓模块该模块用于储存小工件、并在需要时将料仓中的工件分离出来，为转送模块取走一个小工件作好准备。该模块主要由料仓、换向气缸、推料缸，推料块、小工件平台等组成。料仓模块的工作过程是这样的两色小工件分别垂直叠放在各自的料仓中，推料杆位于料仓的底层并可从料仓的底部通过，推料杆与最下层的工件处于同一水平位置。当气缸驱动推料杆前进时，推料杆便把最下层的工件水平推到预定位置（小工件平台），从而把工件移出料仓；而当推料杆返回时，料仓中的工件在重力的作用下，就自动下落，向下移动一个工件，为下次工作作好了准备。在推料缸的两个极限位置分别装有一个磁感应式接近开关，分别用于识别推料缸运动的两个极限位置。在该模块的料仓有两个料仓，分别装着黑、白两色小工件，根据需要而选择输出哪种颜色的小工件，而料仓的换向问题由一个双作用的换向气缸解决。43转运模块它的功能是吸取工件，并将工件传送到下一个工作单元。转运模块主要由旋转气缸、摆臂、真空吸盘、真空压力检测传感器、真空吸盘方向保持装置等组成。旋转气缸是摆臂的驱动装置，其转轴的最大转角为180，转角可以根据需要进行调整。在转动气缸的两个极限位置上各装有一个磁感应式的接近开关，利用接近开关的信号状态来标识两个极限位置。数控工程学院毕业设计21真空吸盘用于吸取小工件。吸盘内腔的负压（真空）是靠真空发生器产生的。真空吸盘方向保持装置，它的作用是使真空吸盘在摆臂转动的过程中始终保持垂直向下的姿态，以使被运送的工件在运送过程中不致翻转。它的工作原理是旋转气缸固定在支架上，输出轴从固定齿轮的轴孔中穿过，并可自由转动，摆臂则固定在旋转气缸的转轴上；摆臂的另一端安装有一个可以自由转动带有齿轮的吸嘴，吸嘴的齿轮与旋转气缸输出轴外围的固定齿轮通过一个同步带相连。当旋转气缸驱动摆臂转动时，摆臂与固定齿轮之间形成相对运动，导致同步带的运动，通过同步带带动了吸嘴的转动；固定齿轮与活动齿轮的传动比为11，这样摆臂转动的角度等于吸嘴转动的角度，因此，保证了吸嘴在摆臂转动的过程中始终保持方向不变。44气动控制回路该单元的气动控制回路图，如图41所示。该工作单元的执行机构是气动控制系统，其方向控制阀的控制方式为电磁控制或手动控制。各执行机构的逻辑控制功能是通过PLC控制实现的。在安装单元的气动控制原理图中，1A为旋转缸；1B1和1B2为磁感应式接近开关；2A为双作用换向气缸；2B1、2B2为磁感应式接近开关；3A为真空发生器；4A为双作用推料气缸；4B1、4B2为磁感应式接近开关；1Y1、1Y2为控制旋转气缸的电磁阀的两个控制信号；2Y1、2Y2为控制换向气缸的电磁阀的两个控制信号；3Y1、3Y2为控制真空发生器的电磁阀的两个电磁控制信号；4Y1为控制推料缸的电磁阀的电磁控制信号。图41安装站气动回路图数控工程学院毕业设计2245安装站PLC控制回路设计MPS中的每个部件上的输入、输出信号与PLC之间的通讯电路联接是通过I/O接线端口实现的。各接口地址已经固定。各单元中的需要与PLC进行通讯联接的线路（包括各个传感器的线路、各个电磁阀的控制线路及电源线路）都已事先联接到了各自的I/O接线端口上，在与PLC联接时，只需使用一根专用电缆即可实现快速连接。安装站电气接口地址如表41所示。表41安装站电气接口地址表序号设备符号设备名称设备用途信号特征11B1磁感应式接近开关判断摆臂的左右位置信号为1摆臂摆出到位21B2磁感应式接近开关判断摆臂的左右位置信号为1摆臂摆回到位32B1磁感应式接近开关判断料仓位置情况信号为1当前为白色料仓42B2磁感应式接近开关判断料仓位置情况信号为1当前为黑色料仓54B1磁感应式接近开关判断推料块的位置信号为1推料缸返回到位64B2磁感应式接近开关判断推料块的位置信号为1推料缸推出到位71Y1电磁阀控制旋转气缸左右动作信号为1旋转缸摆回81Y2电磁阀控制旋转气缸左右动作信号为1旋转抽摆出92Y1电磁阀控制料仓换位信号为1调整为黑色料仓102Y2电磁阀控制料仓换位信号为1调整为白色料仓113Y1电磁阀控制真空发生器的动作信号为1真空发生器复位123Y2电磁阀控制真空发生器的动作