材料分拣实验指书

1、求是教仪材料分拣实训系统实 验 指 导 书目 录材料分拣实训系统2第一章 系统介绍2第二章 使用说明3第三章 安装4第四章 基础入门篇5第五章 系统的实训实验课题23课题一 认识材料分拣装置23课题二 利用 PLC的高数计数功能完成材料的分拣功能26实验一：控制要求：在出料塔中现有一个货物，要求将其送入到 1 号仓库26实验二：控制要求：在出料塔中现有四个货物，要求按下面要求完成实验29课题三 利用传感器的检测技术完成材料的分拣功能32实验一：控制要求：系统运行时，传送带启动，当检测到铁质材料时，送入到1号仓库；检测到铝质材料时，送入到2号仓库；检测到黄色货物时，将其送入到 3号仓库。要求将其

2、送入到1 号仓库32实验二：控制要求：现有一堆货物，要求挑选黄色铁质货料送入到 3号仓库，黄色塑料货料送入到 4#仓库。34课题四 系统组态软件操作训练36实验一：编写上位机监控界面，监控传送带的运行。要求实时显示电机的运行效果。36系统的综合训练501材料分拣实训系统第一章 系统介绍一、QSPLC-CL1 材料分拣系统简介 该装置采用台式结构，内置电源，单相交流电动机，进口气缸、电磁阀、旋转编码器等部件，转接面板上接口可与 PLC或单片机、工控机连接。涵盖 PLC技术、气动技术、传感器技术、位置控制技术等内容，选用了颜色识别传感器及对不同材质敏感的电容式和电感式传感器，分别被固定在网板上。允

3、许学员重新安装传感器排列位置或选择网板不同区域安装。可增加编程难度，开发学员创造能力。 本装置还设置了气动方面的减压器、滤清、气压指示等，可与各类气源相连接。可完成传感器、交流电机、旋转编程器、PLC编程及调试、计算机组态监控、气动等方面的综合应用设计训练。其结构如下图所示： 各传感器位置见下图所示： 第二章 使用说明安装环境：避免将设备安装到下列场所： 日光直射或者环境温度超出 0到 50范围的场所。 相对湿度超出 35%RH到75%范围或者由于剧烈温度变化产生结露的场所。 空气中存在腐蚀气体或可燃气体场所。 对本体造成直接振动或撞击的场所。 粉尘、铁屑或盐分较多的场所。 会使本设备附着水、

4、油或化学物质的场所。 空气中含有有机溶济的例如苯、涂料稀释济、酒精或者强碱物质如氨和苛性碱的场所。 静电防护： 在干燥的环境下有产生静电累积的危险，所以当需要触摸设备时，应选通过接地设备对其进行放电再触摸。清洗：不要使用稀料或类似的溶液清洗，因为会溶解本体的某些部件并且会造成褪色。供电顺序：在给变频器供电之前控制单元应处于停止工作状态。在接通电源之前当您是第一次接通供电时，请注意以下事项： 请确认没有接线的碎屑或者尤其是导电物质在印制电路板上。 确认电源接线、输入/输出接线和电压是正确的。 确认控制单元是处于停止工作状态。第三章 安装 设备的安装 1）实验桌的选择： QSPLC-CL1采用平板

5、式结构，应放置在一个平台上，同时为了实验需要，最好配备一台电脑，其尺寸应满足： 长度 800mm 宽度 500mm 高度 750mm 2）电源的选择 供电电压：交流 AC 220V 输出功率：大于 150W 3）气源的选择 工作压力：0.8Mpa 功率：0.75KW 排气量：0.067m3 转速：2800rpm 储气罐容积：18L 供电电压：交流 AC 220V/50Hz 4）电脑配置 CPU：主频 600MHz以上。 RAM：256MB内存（推荐 512MB） 空余磁盘空间：600MB以上。 显示设备：XGA，支持 1024*768分辨率，16bit以上彩色深度。第四章 基础入门篇 一、PL

6、C入门知识 （一）概述 可编程序控制器是一种数字运算的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在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。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充的原则设计 PLC与传统的继电器逻辑相比： 1、可靠性高、逻辑功能强、体积小。 2、在需要大量中间继电器、时间继电器及计数继电器的场合，PLC 无需增加硬设备。 3、随着要求的变更 PLC对程序修改方便。继电器线路要想改变控制功能，必须变更硬接线，灵活性差。 4、具有网络通讯

7、功能，可附加高性能模块对模拟量进行处理，实现各种复杂控制功能。PLC与工业控制计算机相比 1、PLC继承了继电器系统的基本格式和习惯，对于有继电器系统方面知识和经验的人来说，尤其是现场的技术人员，学习起来十分方便。 2、PLC一般是由电气控制器的制造厂家研制生产，各厂家的产品不通用。工业控制机是由通用计算机推广应用发展起来的，一般由微机厂、芯片及板卡制造厂开发生产。它在硬件结构方面的突出优点是总线标准化程度高，产品兼容性强。 3、PLC的运行方式与工业控制机不同，微机的许多软件不能直接使用。工业控制机可使用通用微机的各种编程语言，对要求快速、实时性强、模型复杂的工业对象的控制占有优势。但它要求

8、使用者具有一定的计算机专业知识。 （二）PLC的系统结构二、PLC各部分的作用 （一）CPU 诊断 PLC电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。 采集现场的状态或数据，并送人 PLC的寄存器中。 逐条读取指令，完成各种运算和操作。 将处理结果送至输出端。 响应各种外部设备的工作请求。 （二）存储器 系统程序存储器：用以存放系统管理程序、监控程序及系统内部数据。PLC出厂前已将其固化在只读存储器 ROM或 PROM中，用户不能更改。 用户存储器：包括用户程序存储区及工作数据存储区。这类存储器一般由低功耗的 CMOS-RAM构成，其中的存储内容可读出并更改。 注意： PLC产品手册中给出

9、的“存储器类型”和“程序容量”是针对用户程序存储器而言的。 （三）输入输出接口电路 输入接口电路：采用光电耦合电路，将限位开关、手动开关、编码器等现场输入设备的控制信号转换成CPU所能接受和处理的数字信号。 输出接口电路：采用光电耦合电路，将 CPU处理过的信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动接触器、电磁阀等外部设备的通断电。 （四）电源PLC的电源是指将外部输入的交流电处理后转换成满足 PLC的 CPU、存储器、输人输出接口等内部电路工作需要的直流电源电路或电源模块。许多PLC的直流电源采用直流开关稳压电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。 （五）

10、输入输出I0扩展接口 若主机单元的IO点数不能满足需要时，可通过此接口用扁平电缆线将IO扩展单元与主机相连，以增加IO点数。PLC的最大扩展能力主要受 CPU寻址能力和主机驱动能力的限制。 三、PLC的基本工作原理 与微机等待命令的工作方式不同，PLC采用循环扫描的工作方式 。CPU从第一条指令开始按指令步序号作周期性的循环扫描，如果无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期，一个扫描周期主要分为三个阶段：1、输入刷新阶段 2、程序执行阶段 3、输出刷新阶段由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所

11、以亦将这两个阶段统称为IO刷新阶段。实际上，除了执行程序和IO刷新外，PLC还要进行各种错误检测(自诊断功能)并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”。一般在程序执行后进行。 扫描周期的长短主要取决于程序的长短。 由于每一个扫描周期只进行一次I0刷新，故使系统存在输入、输出滞后现象。这对于一般的开关量控制系统不但不会造成影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。但对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞. S7-200 PLC系统是紧凑型可编程序控制器。系统的硬件构架由成系统的 CPU模块和丰富的扩展模块组成。它能够

12、满足各种设备的自动化控制需求。S7-200除具有 PLC基本的控制功能外，更在如下方面具有独到之处。 1、功能强大的指令集 指令内容包括位逻辑指令、计数器、定时器、复杂数学运算指令、PID指令、字符串指令、时钟指令，以及和智能模块配合的专用指令等。 2、丰富强大的通讯功能 S7-200提供了近 10种通讯方式以满足不同的应用需求，从简单的 S7-200之间的通讯到 S7-200通过 PROFIBUS-DP网络通讯，甚至到 S7-200通过以太网通讯。在联网需要已日益成为必需的今天，强大的通讯无疑会使 S7-200为更多的用户服务。可以说，S7-200的通讯功能已经远远超过了小型 PLC的整体通

13、讯水平。 3、编程软件的易用性 STEP7-MICRO/WIN32编程软件为用户提供了开发、编辑和监控的良好编程环境。全中文的界面、中文的在线帮助信息、WINDOWS的界面网络以及丰富的编程向导，能使用户快速进入状态，得心应手。 四、S7-200 CPU （一）S7-200 CPU的外形如下图所示： （二）S7-200 CPU规格 S7-200 CPU将一个微处理器、一个集成的电源和若干数字量 I/O点集成在一个紧凑的封装中，组成一个功能强大的PLC。西门子提供多种类型的 CPU以适应各种应用要求。不同类型的 CPU具有不同的数字量 I/O点数、内存容量等规格参数。 目前提供的S7-200 C

14、PU有：CPU221、CPU222、CPU224、CPU226和CPU 226XM。 S7-200 CPU规格如表 1-1所示列。 表 1-1 S7-200 CPU规格对于每个型号，西门子提供DC（24V）和AC（120 220V）两种电源供电的 CPU类型。如 CPU 224 DC/DC/DC和 CPU 224 AC/DC/RELAY。每个类型都有各自的订货号，可以单独订货。 DC/DC/DC：说明 CPU是直流供电，直流数字量输入，数字量输出点是晶体管直流电路的类型。 AC/DC/RELAY：说明 CPU是交流供电，直流数字量输入，数字量输出点是继电器触点的类型。 （三）扩展模块 S7-2

15、00 CPU为了扩展I/O点和执行特殊的功能，可以连接模块（除CPU 221外）。扩展模块主要有如下几类： 1、数字量I/O模块： 2、 模拟量I/O模块： 3、通讯模块； 4、 特殊功能模块； （1） 数字量 I/O扩展模块 EM221：数字量输入扩展模块。包括 3种类型： 8点24V DC输入 8点 AC 120/230V输入 16点 24V DC 输入。 EM222：数字量输出扩展模块，包括 5种类型： 8点24V DC（晶体管）输出； 8点继电器输出； 8点 AC 120/230V 输出； 4点 24V DC 输出，每点5A； 4点继电器输出，每点10A； EM223：数字量输入/输出

16、扩展模块，共有 6种类型： 4点24V DC输入/4点24V DC输出 4点24V DC输入/4点24V 继电器输出 8点24V DC输入/8点24V DC输出 8点24V DC输入/8点24V 继电器输出 16点24V DC输入/16点24V DC输出 16点24V DC输入/16点24V 继电器输出 （2）模拟量 I/O扩展模块EM231：模拟量输入模块，4通道电流/电压输入；EM232：模拟量输出模块，2通道电流/电压输出；EM235：模拟量输入/输出模块，4通道电流/电压输入、1通道电流/电压输出。 （3）通讯模块 EM277：PROFIBUS-DP从站通讯模块，同时也支持 MPI从站

17、通讯； EM241：调制解调器（MODEM）通讯模块； CP243-1：工业以态网通讯模块； CP243-1 IT：工业以态网模块，同是提供WEB/E-MAIL等IT应用； CP243-2：AS-I主站模块，可连接最多 62个 AS-I从站。 （4）特殊功能模块 EM253：定位控制模块。它能产生脉冲串，用于步进电机和伺服电机的速度和位置的开环控制。 五、S7-200 编程软件 （一）安装条件 STEP7-MICRO/WIN32 V3.2可以在MICROSOFT公司出品的如下操作系统环境下安装： WINDOWS 95/98 WINDOWS NT,VERSI/ON 4.0,SP6 WINDOWS

18、 ME EDITI/ON WINDOWS 2000,SP2; WINDOWS XP HOME(STEP7-MICRO/WIN32 SP3以上版本) WINDOWS XP PROFESSI/ONAL(STEP7-MICRO/WIN32 SP3以上版本) 硬件要求： 任何能够运行上述操作系统的 PC或PG（编程器） 100M硬盘空间； WINDOWS系统支持的鼠标； 推荐使用最小屏幕分辨率 1024×768，小字体。 （二）安装步骤 关闭所有应用程序，包括 MICROSOFT OFFICE快捷工具栏；在光盘驱动器内插入安装光盘。如果没有禁止光盘插入自动运行，安装程序会自动运行；或者在 W

19、INDOWS资料管理器中打开安装光盘上的“SETUP.EXE”文件，然后按照安装程序的提示完成安装就行。 *具体操作详见深入浅出西门子S7-200 PLC的 P30-P34. （三）STEP-MICRO/WIN32简介 STEP-MICRO/WIN32窗口元素如下图所示： “浏览条”显示编程特性的按钮控制群组： “视图” 选择该类别，为程序块、符号表，状态图，数据块，系统块，交叉引用及通讯显示按钮控制。 “工具” 选择该类别，显示指令向导、TD200向导、位置控制向导、EM 253控制面板和调制解调器扩充向导的按钮控制。 注释：当浏览条包含的对象因为当前窗口大小无法显示时，浏览条显示滚动按钮，

20、使您能向上或向下移动至其他对象 。 “指令树” 提供所有项目对象和为当前程序编辑器（LAD、FBD或STL）提供的所有指令的树型视图。您可以用滑鼠右键单击树中“项目”部分的文件夹，插入附加程序组织单元（POU）；您可以用滑鼠右键单击单个POU，打开、删除、编辑其属性表，用密码保护或重新命名子例行程序及中断例行程序。您可以用滑鼠右键单击树中“指令”部分的一个文件夹或单个指令，以便隐藏整个树。您一旦打开指令文件夹，就可以拖放单个指令或双击，按照需要自动将所选指令插入程序编辑器窗口中的光标位置。您可以将指令拖放在“偏好”文件夹中，排列经常使用的指令。 “交叉引用”允许您检视程序的交叉引用和组件使用信

21、息。 “数据块” 允许您显示和编辑数据块内容。 “状态图窗口” 允许您将程序输入、输出或变量置入图表中，以便追踪其状态。您可以建立多个状态图，以便从程序的不同部分检视组件。每个状态图在状态图窗口中有自己的标记。 “符号表全局变量表窗口”允许您分配和编辑全局符号（即可在任何 POU中使用的符号值，不只是建立符号的POU）。您可以建立多个符号表。可在项目中增加一个 S7-200系统符号预定义表。 “输出窗口” 在您编译程序时提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，可双击错误讯息，会在程序编辑器窗口中显示适当的网络。当您编译程序或指令库时，提供讯息。当输出窗口列出程序错误时，您可以双击错误讯息，会在程序

22、编辑器窗口中显示适当的网络。 “状态条”提供您在STEP 7-MICRO/WIN 32中操作时的操作状态信息。 “程序编辑器窗口”包含用于该项目的编辑器（LAD、FBD或 STL）的局部变量表和程序视图。如果需要，您可以拖动分割条，扩充程序视图，并覆盖局部变量表。当您在主程序一节（OB1）之外，建立子例行程序或中断例行程序时，标记出现在程序编辑器窗口的底部。可单击该标记，在子例行程序、中断和 OB1之间移动。“局部变量表” 包含您对局部变量所作的赋值（即子例行程序和中断例行程序使用的变量）。在局部变量表中建立的变量使用暂时内存；地址赋值由系统处理；变量的使用仅限于建立此变量的POU。“菜单条”

23、 允许您使用滑鼠或键击执行操作。您可以定制“工具”菜单，在该菜单中增加自己的工具。 “工具条”最常用的 STEP 7-MICRO/WIN 32操作提供便利的滑鼠存取。您可以定制每个工具条的内容和外观。 （四）编程计算机与 CPU通讯 与CPU通讯，通常需要下列条件之一： （1） PC/PPI（RS-232/PPI）电缆，连接PG/PC的串行通讯口（COM口）和CPU通讯口； （2） PG/PC上安装CP（通讯处理器）卡，通过MPI电缆连接CPU通讯口（CP5611卡配合台式PC，CP5511卡配合便携机使用）。 最简单的编程通讯需要： （1） 带串行 RS-232C端口的PG/PC，并已正确安

24、装了 STEP7-MICRO/WIN32的有效版本； （2） PC/PPI编程电缆（或 USB/PPI电缆）。 （五）设置通讯 设置 PC/PPI电缆小盒中的 DIP开关，设定通讯电缆的通讯波特率为 9.6K波特。 用 PC/PPI电缆连接 PG/PC和 CPU，将 CPU前盖内的模式选择开关设置为STOP，给 CPU上电。 用鼠标单击浏览条上的“通讯”图标出现通讯设置窗口，如下图所示： 窗口右侧显示编程计算机将通过 PC/PPI电缆尝试与 CPU通讯，并且本地编程计算机的网络通讯地址是0。 用鼠标双击 PC/PPI电缆的图标，出现如下窗口： 单击PC/PPI电缆旁边的 PROPERTIES(

25、属性)控制，可以杳看 PC/PPI电缆连接参数。 在 PPI窗口中设置通讯速度与 PC/PPI电缆 DIP开关的设置一致。CPU出厂时通讯速率的默认值为9.6K。 在LOCAL CONNECTI/ON选项卡中，选择编程计算机COM口，其设置如下图所示： 设置完毕后，回到通讯窗口，双击“双击刷新”，系统就会自动找到相应的设备与之通讯。 （六）编程 S7-200 CPU通过I/O（输入/输出）接口与外围器件联系，接受操作指令和检测各种状态，并把控制运算的结果输出。S7-200 CPU内运行的程序实现了以前用继电器硬件连接实现的逻辑。 在S7-200 CPU控制程序中，使用 I/O地址来访问实际连接

26、到 CPU输入/输出端子的实际器件。 关于程序的编辑请详见深入浅出西门子S7-200 PLC的 P69-P85页。 六、传感器的检测技术 （一）传感器概述传感器是与人的感觉器官相对应的元件。 国家标准 GB 7665-87对传感器下的定义是：“能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。敏感元件, 是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分; 转换元件, 是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和（或）测量的电信号的部分。 图 1.1为传感器组成方块图， 此图也说明了传感器的基本组成和工作原理。 （二）传感器的

27、分类 传感器种类繁多, 功能各异。 由于同一被测量可用不同转换原理实现探测, 利用同一种物理法则、 化学反应或生物效应可设计制作出检测不同被测量的传感器, 而功能大同小异的同一类传感器可用于不同的技术领域, 故传感器有不同的分类法。 1、根据传感器感知外界信息所依据的基本效应, 可以将传感器分成三大类: 基于物理效应如光、 电、声、 磁、热等效应进行工作的物理传感器; 基于化学反应如化学吸附、选择性化学反应等进行工作的化学传感器; 基于酶、抗体、激素等分子识别功能的生物传感器。 2、按工作原理分类, 可分为应变式、 电容式、 电感式、电磁式、 压电式、 热电式等传感器。 3、根据传感器使用的敏

28、感材料分类, 可分为半导体传感器、 光纤传感器、 陶瓷传感器、金属传感器、高分子材料传感器、 复合材料传感器等等。 4、按照被测量分类, 可分为力学量传感器、热量传感器、 磁传感器、光传感器、放射线传感器、气体成分传感器、 液体成分传感器、离子传感器和真空传感器等等。 5、按能量关系分类, 可分为能量控制型和能量转换型两大类。所谓能量控制型是指其变换的能量是由外部电源供给的, 而外界的变化（即传感器输入量的变化）只起到控制的作用。如用电桥测量电阻温度变化时, 温度的变化改变了热敏电阻的阻值, 热敏电阻阻值的变化使电桥的输出发生变化（注意电桥的输出是由电源供给的）。 6、按传感器是利用场的定律还

29、是利用物质的定律, 可分为结构型传感器和物性型传感器。二者组合兼有两者特征的传感器称为复合型传感器。场的定律是关于物质作用的定律, 例如动力场的运动定律、电磁场的感应定律、 光的干涉现象等。 利用场的定律做成的传感器, 如电动式传感器、电容式传感器、 激光检测器等。物质的定律是指物质本身内在性质的规律。 例如弹性体遵从的虎克定律、晶体的压电性、半导体材料的压阻、 热阻、光阻、湿阻、 霍尔效应等。利用物质的定律做成的传感器, 如压电式传感器、 热敏电阻、光敏电阻、光电管等。 7、按依靠还是不依靠外加能源工作, 可分为有源传感器和无源传感器。有源传感器敏感元件工作需要外加电源, 无源传感器工作不需

30、外加电源。 8、按输出量是模拟量还是数字量, 可分为模拟量传感器和数字量传感器。 表2.1 传感器分类下面就几种常用的的传感器来讲解一下传感器的工作原理及特性。 1、光电耦合器件 光电耦合器件是一种光电结合的器件。从结构上看,就是将发光元件和受光元件完全封装起来,并将外部光线加以遮断的元件。常用硅光电三极管作受光部分,砷化镓发光二极管作发光部分。 发光二极管不属于传感器的范围,这里略加介绍。发光二极管（LED）是靠注入 PN结的载流子自发跃迁产生的自发辐射发光的。发射的是相干光,波长在可见光或红外光区域。发光二极管的开启电压约为12V,发光亮度与流过管子的电流密度有关。 光电耦合器件工作时,在

31、输入端接入电信号,使发光器件发光,而受光器件管芯在此光辐射的作用下输出光电流。通过电-光、光-电两次转换,进行输入端和输出端之间的电的耦合。图 2.2为一种光电三极管和发光二极管组合的光电耦合器件的结构和外形。 图2.2 一种光电耦合器件的结构和外形这种器件能将输出和输入进行完全的电气隔离,以消除漏电流的影响,同时还可以使输入和输出完全没有反馈。另外,它还具有独立选择输入阻抗和输出阻抗的优点。输入与输出之间有 10111012的高绝缘电阻,其分布电容只有几皮法,这就大大增强了器件的抗干扰能力和隔离性能。 （三）半导体色敏传感器 半导体色敏传感器可用来直接测量从可见光到红外波段内单色辐射的波长。

32、半导体色敏传感器的结构如图 1.3 (a)所示。它有两个深浅不同的 PN结,形成反向连接的两个光电二极管 PD1和PD2,故又称为双结光电二极管。当外部光照射到色敏器件上时,P1层吸收光子产生电子空穴对,电子扩散到 P1N结,形成电流I1。在 N层中吸收透过 P1层的长波光,产生电子空穴对,其中一半向 P1层一侧扩散,另一半向 P2层一侧扩散,分别形成电流 I2和I3。到达P2层的红外光区域的光在这里被吸收,产生电子,扩散到 P2N结,形成电流I4。光电二极管 PD1和 PD2的短路电流 Isc1和 Isc2为 图 1.3 半导体色敏传感器的结构和等效电路光电二极管的光谱特性与 PN结的结深有

33、关,在靠近表面的 PN结的 PD1对短波长的光比较灵敏,而远离表面的 PN结的 PD2对长波长比较灵敏。上面的一个 PN结距离上表面约0.5m,对 580nm波长具有峰值灵敏度,距上表面深度为 10m的另一 PN结,对 900nm波长具有峰值灵敏度。为了测定入射光的波长,仅有这两个光电二极管的光谱灵敏度特性曲线还不够。为此,将这两个光电二极管等效电路串联连接,先取出 PD1的短路电流 Isc1及 PD2的短路电流Isc2,然后测出它们的电流比Isc2/Isc1,如图3.58(b)所示。该短路电流比与波长有一一对应的关系,如图 3.60所示。因此,如果测出短路电流比,就可以求出对应的入射光的波长

34、,即可分辨出不同的颜色。 （四）电感式传感器 电感式传感器的结构原理图如下图所示。 它由线圈1、铁芯2和衔铁3三部分组成, 在铁芯和衔铁之间留有空气隙。被测物与衔铁相连, 当被测物移动时通过衔铁引起空气隙变化, 改变磁路的磁阻, 使线圈电感量变化。 电感量的变化通过测量电路转换为电压、电流或频率的变化, 从而实现对被测物位移的检测。 七、气压传动技术 （一）气动传动概述 气动传动简称气动,是指以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号,控制和驱动各种机械和设备,以实现生产过程机械化、自动化的一门技术。它是流体传动及控制学科的一个重要分支。因为以压缩空气为工作介质，具有防火、防爆、防电磁干扰，抗振

35、动、冲击、辐射，无污染，结构简单，工作可靠等特点。 气压传动的优点： （1）、空气随处可取，取之不尽，节省了购买、贮存、运输介质的费用； （2）、空气在使用完后排入大气中去，对环境无污染，处理方便，不必设置回收管路。 (3）、因空气粘度小，在管内流动阻力小，压力损失小，便于集中供气和远距离输送。 (4)、与液压相比，气动反应快，制造容易，适用于标准化、系列化、通用化。 (5)、气动元件对工作环境适应性好. (6)、空气具有可压缩性,使气动系统能够实现过载自动保护。 1、气压传动系统的组成 典型的气压传动系统是由气压发生装置、执行元件、控制元件和辅助元件四个部分组成，如图 10-1所示。 气压发

36、生装置简称气源装置，是获得压缩空气的能源装置，其主体部分是空气压缩机，另处还有气源净化设备。空气压缩机将原动机供的机械能转化为空气的压力能；而气源净化设备用以降低压缩空气中的水分、油分以及污染杂质等。使用气动设备较多的厂矿将气源装置集中在压气站（俗称空压站）内，由压气站再统一向各用气点（分厂、车间和用气设备等）分配供应压缩空气。 执行元件是以压缩空气为工作介质，并将压缩空气的压力能变为机械能的能量转换装置。包括作直线往复运动的气缸，作连续回转运动的气马达和作不连续回转运动的摆动马达。控制元件又称操纵、运算、检测元件，是用来控制压缩空气流的压力、流量和流动方向等，以便使执行机构完成预定运动规律的

37、元件。包括各种压力阀、方向阀、流量阀、逻辑元件、射流元件、行程阀、转换器和传感器等。 辅助元件是使压缩空气净化、润滑、消声以及元件间连接所示需要的一些装置。包括分小滤气器、油雾器、消声器以及各种管路附件等。 2、气源装置 气源装置给系统提供足够清洁、干燥且具有一定压力和流量的压缩空气。根据气动系统对压缩空气品质的要求来设置气源装置。常见的气源装置是空气压缩机。 空气压缩机简称空压机，是气源装置的核心，用以将原动机输出的机械能转化为气体的压力能。空压机有以下几种分类方法： （1） 按工作原理分类： （2） 按输出压力 P分类： 鼓风机： P 0.2MPa 低压空压机： 0.2Mpa P 1Mpa

38、 中压空压机： 1Mpa < P 10Mpa 高压空压机： 10Mpa < P 100Mpa 超高压空压机： P > 100Mpa （3） 按输出流量qz（即铭牌流量或自由流量）分类： 微型空压机： qz 0.017m3/s小型空压机： 0.017m3/s < qz 0. 17m3/s中型空压机： 0. 17m3/s < qz 1.7m3/s 大型空压机： qz > 1.7m3/s（二）气动执行元件 气动执行元件有作直线往复运动的气缸、作连续回转运动的气马达和作不连续回转运动的摆动马达等。下面主要以气缸为主来介绍。 1、气缸的分类、原理和特点 普通气缸的结构

39、组成见图 1.3.1-1。主要由前盖、后盖9、活塞6、活塞杆 4、缸筒 5其他一些零件组成。 图 1.3.1-1普通气缸1组合防尘圈；前端盖；3轴用 Y X密封圈；4活塞杆；5缸筒； 6活塞；7孔用 Y X密封圈；8缓冲调节阀；9后端盖气缸的种类很多。一般按压缩空气作用在活塞面上的方向、结构特征和安装方式来分类。 （1）按压缩空气对活塞端面作用力的方向分：1)单作用气缸气缸只有一个方向的运动是气压传动，活塞的复位靠弹簧力或自重和其它外力。 2)双作用气缸双作用气缸的往返运动全靠压缩空气来完成。（2）按气缸的结构特征分； 1)活塞式气缸 2)薄膜式气缸 3)伸缩式气缸（3）按气缸的安装形式分 1

40、)固定式气缸气缸安装在机体上固定不动，有耳座式、凸缘式和法兰式。 2)轴销式气缸缸体围绕一固定轴可作一定角度的摆动。 3)回转式气缸缸体固定在机床主轴上，可随机床主轴作高速旋转运动。这种气缸常用于机床上气动卡盘中，以实现工件的自动装卡。 4)嵌入式气缸气缸做在夹具本体内。（4）按气缸的功能分 1)普通气缸包括单作用式和双作用式气缸。常用于无特殊要求的场合。 2)缓冲气缸气缸的一端或两端带有缓冲装置，以防止和减轻活塞运动到端点时对气缸缸盖的撞击。 3)气一液阻尼缸气缸与液压缸串联，可控制气缸活塞的运动速度，并使其速度相对稳定。 4)摆动气缸用于要求气缸叶片轴在一定角度内绕轴线回转的场合，如夹具转

41、位、阀门的启闭等。 5)冲击气缸是一种以活塞杆高速运动形成冲击力的高能缸，可用于冲压、切断等。 6)步进气缸是一种根据不同的控制信号，使活塞杆伸出不同的相应位置的气缸。3、气缸的选用 选择气缸时应注意以下几个方面： （1） 选择气缸类型：根据使用场合和负载特点选择不同类型的气缸。 （2） 选择安装形式：由气缸的安装位置、使用目的等因素来决定。 （3） 确定气缸作用力大小：根据工作机构所示需的作用力的大小来确定。 （4） 确定气缸行程：与使用场合和机构所示需的行程比有关，也受加工和结构的限制。 （5） 确定运动速度：普通气缸的运动速度为 0.5 1m/s，应根据需要在系统中设置调速元件，如节流阀

42、等。 （三）气动辅助元件 1、油雾器油雾器是以压缩空气为动力，将润滑油喷射成雾状并混合于压缩空气中，使该压缩空气具有润滑气动元件的能力。 目前，气动控制阀，气缸和气马达主要是靠这种带有油雾的压缩空气来实现润滑的，其优点是方便、干净、润滑质量高。 2、消声器气压传动装置的噪声一般都比较大，尤其当压缩气体直接从气缸或阀中排向大气，较高的压差使气体体积急剧膨胀，产生涡流，引起气体的振动，发出强烈的噪声，为消除这种噪声应安装消声器。消声器是指能阻止声音传播而允许气流通过的一种气动元件，气动装置中的消声器主要有阻性消声器、抗性消声器及阻抗复合消声器三大类。 3、转换器 在气动控制系统中，也与其它自动控制

43、装置一样，有发信、控制和执行部分，其控制部分工作介质为气体，而信号传感部分和执行部分不一定全用气体，可能用电或液体传输，这就要通过转换器来转换。常用的转换器有：气一电、电一气、气一液等。 4、气电转换器和电气转换器 气电转换器是将压缩空气的气信号转变成电信号的装置，又称压力继电器。 电气转换器是将电信号转换成气信号的装置，各种电磁换向阀可作为电气转换器。 八、气动控制元件 在气压传动系统中的控制元件是控制和调节压缩空气的压力、流量、流动方向和发送信号的重要元件，利用它们可以组成各种气动控制回路，使气动执行元件按设计的程序正常地进行工作。控制元件按功能和用途可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制

44、阀三大类。 （一）方向控制阀 1、方向控制阀的分类 按阀芯结构不同可分为：滑柱式(又称柱塞式、也称滑阀)、截止式(又称提动式)、平面式(又称滑块式)、旋塞式和膜片式。其中以截止式换向阀和滑柱式换向阀应用较多； 按其控制方式不同可以分为：电磁换向阀、气动换向阀、机动换向阀和手动换向阀 按其作用特点可以分为：单向型控制阀和换向型控制阀。 2、单向型控制阀 （1）单向阀 单向阀是指气流只能向一个方向流动而不能反向流动的阀。单向阀的工作原理、结构和图形符号与液压阀中的单向阀基本相同，只不过在气动单向阀中，阀芯和阀座之间有一层胶垫(密封垫)。 （2）快速排气阀 快速排气阀简称快排阀。它是为加快气缸运动速

45、度作快速排气用的。 3、换向型控制阀 换向型方向控制阀(简称换向阀)的功用是改变气体通道使气体流动方向发生变化从而改变气动执行元件的运动方向。换向型控制阀包括气压控制阀、电磁控制阀、机械控制阀、人力控制阀和时间控制阀。 (1).气压控制换向阀 气压控制换向阀是利用气体压力来使主阀芯运动而使气体改变流向的。按控制方式不同可分为加压控制、卸压控制和差压控制三种。 加压控制是指所加的控制信号压力是逐渐上升的，当气压增加到阀芯的动作压力时，主阀便换向；卸压控制指所加的气控信号压力是减小的，当减小到某一压力值时，主阀换向；差压控制是使主阀芯在两端压力差的作用下换向。 气控换向阀按主阀结构不同，又可分为截

46、止式和滑阀式两种。 1）截止式气控阀 2）滑阀式气控阀 工作原理和液动换向阀基本相同。 (2).电磁控制换向阀 按控制方式不同分为电磁铁直接控制(直动)式电磁阀和先导式电磁阀两种。它们的工作原理分别与液压阀中的电磁阀和电液动阀相类似，只是二者的工作介质不同而已。 4、压力控制阀 压力控制阀主要用来控制系统中气体的压力，以满足各种压力要求或用以节能。压力控制分为三类：一类是起降压稳压作用，如减压阀，定值器；一类是起限压安全保护作用的安全阀等；一类是根据气路压力不同进行某种控制的顺序阀、平衡阀等。 5、流量控制阀 在气压传动系统中，经常要求控制气动执行元件的运动速度，这要靠调节压缩空气的流量来实现

47、。凡用来控制气体流量的阀，称为流量控制阀。流量控制阀就是通过改变阀的通流截面积来实现流量控制的元件，它包括节流阀、单向节流阀、排气节流阀和柔性节流阀等。其中节流阀和单向节流阀的工作原理与液压阀中同类型阀相似。 ()排气节流阀 与节流阀原理一样，但节流阀装在系统中调节气流的流量，而排气节流阀只能装在排气口处，调节排入大气的流量。图1318为排气节流阀的工作原理图。 ()柔性节流阀 柔性节流阀依靠阀杆夹紧柔韧的橡胶管而产生节流作用。 第五章 系统的实训实验课题 课题一 认识材料分拣装置 一、 熟悉各器件名称实验内容：对照实验装置，找出对应的元器件，并填写相应的规格型号，完成下列表格。 二、熟悉接口

48、电路 实验内容：根据下面的 I/O分配表，找到对应的信号线，并观察信号的流向。 三、操作说明： 在开始实验之前，学生必须熟悉设备中各个元件的分布情况及其特性，同时要求掌握各个传感器、执行器与 PLC之间的连接情况，这将为后续的实验打下基础。为了更好的完成实验要求，学生必须掌握下面基本技能： （一）学会认识铭牌标识。 每个器件在出厂之前，都会将其规格型号、技术参数写在铭牌上，用以给使用提供参考。因此在使用器件之前，应学会识别铭牌数据。 以旋转编码器为例，其铭牌数据如下： 第一行中的“OMRON”是器件的商标； 第二行中的“ E6A2-CW5C”是指器件的型号，此标识是厂家为了区分不同类型产品而进

49、行有规则排列的一组字母或数字，如果器件在使用中出现问题或是需要查寻其特性，只在向其制造商提供这个标识就可以。 第三行中的“Rotary Encoder”是指器件的名称，这一般是国际上通行的标识或分类，可以在相关的专业书藉上查找到其工作原理或一般属性。 第四行标明了旋转编码器的精度，旋转一周能发出 100个脉冲，这个数据是工程技术人员参看的重要数据，不同器件有不同的标识单位，在使用过程中应该引起重视。 第五行到第八行是器件的接线图，在接线过程中必须严格遵照执行，否则有可能引起器件损坏。 第九行是制造商的名称，便于器件损坏时及时联系购买替代产品。 虽然各个制造厂家的标识各有各的特点，但基本框架相同

50、，在使用之前请一定要弄清相关数据的含义再进行相关实验。 （二）学会判断信号的流向 认识一套控制设备，必须清楚的分析出信号的流向，即其控制信号是流进还是流出。一般而言，执行机构的信号流向是从器件外流向器件内，而检测机构是从器件内流向器件外，例如，当传感器与 PLC连接时，对于传感器而言，信号是从传感器输出端流向 PLC控制的输入端；当电磁阀与 PLC连接时，于于电磁阀而方，信号是从 PLC的输出端流向电磁阀的控制端。 当设备出现不正常工作状态时，应该根据信号的流向找到信号的源头，然后根据信号的走向一步步排查。 课题二 利用 PLC的高数计数功能完成材料的分拣功能.实验一：控制要求：在出料塔中现有

51、一个货物，要求将其送入到 1 号仓库。一、例题解释：根据题目要求，参照系统的 I/O分配表，编写程序如下所示：网络 1是初始化高数计数器。通过将 SMB37中传送16#F8，设置高数计数器模式为：允许计数，写入新的当前值，写入新的预置值，写入计数方向，设置初始计数方向为加计数，启动输入和复位输入高电平有效。 利用高速计数器定义指令 HDEF启动高速计数器HSC0，设置其模式为0。 通过将 SMB38中传送0，清除当前 HSC0的计数当前值。 网络2是用于将高速计数器的当前值送入到 VW20中去。 网络3是用于控制出料气缸动作的。只有气缸处于回位状态，下料传感器检测到出料塔中有货物时，当扫描脉冲

52、信号到来时，下料气缸动作，动作到其限位状态时，气缸停止动作。 网络4是用于控制传送带动作的。当下料气缸开始动作时，传送带启动，直到推气缸1动作时，传送带才停止运行。 网络5是用来控制推气缸动作。 当货料出库时，高数计数器的当前值就记录了货料的位置，因此当 1号仓库所处位置的脉冲坐标值 HL1等于货料到达 1号仓库的脉冲值L1，即 L1=HL1（其中 L1表示控制入库的脉冲值，HL1表示 1号仓库所处位置的脉冲坐标值。）时，气缸 1动作，将货料推入到1#仓库中去。 二、实验操作步骤 1、对照上述梯形图编写程序，然后下载到 PLC中去。 2、按照要求完成系统动作，观察动作是否正常，如果不正常，利用

53、信号流向法排擦错误。 3、写出实验报告。 三、思考题1、如果系统中的货物数目大于 1个，要求所有货物均能进入到1#仓库中去，应该如何编写程序？ 2、如果1#仓库换成 2号仓库，应该如何修改程序？ 实验二：控制要求：在出料塔中现有四个货物，要求按下面要求完成实验。（1） 当第一个货物从出料塔中被推出来后，到达 1号仓库时，推料气缸动作将其入库。（2） 当第二个货物从出料塔中被推出来后，到达 2号仓库时，推料气缸动作将其入库。（3） 当第三个货物从出料塔中被推出来后，到达 3号仓库时，推料气缸动作将其入库。（4） 当第四个货物从出料塔中被推出来后，到达 4号仓库时，推料气缸动作将其入库。一、例题解

54、释：根据题目要求，参照系统的 I/O分配表，编写程序如下所示：网络 1是初始化高数计数器。通过将 SMB37中传送16#F8，设置高数计数器模式为：允许计数，写入新的当前值，写入新的预置值，写入计数方向，设置初始计数方向为加计数，启动输入和复位输入高电平有效。 利用高速计数器定义指令 HDEF启动高速计数器HSC0，设置其模式为0。 通过将 SMB38中传送0，清除当前 HSC0的计数当前值。 网络 2是用于将高速计数器的当前值送入到 VW20中去。 网络 3是用于制作一个脉冲信号，信号的周期为5S，当系统运行时，脉冲发生器开始工作。这个脉冲信号是用于检测出料塔中是否有货物，每隔 5S进行一次扫描。 网络 4是用于控制出料气缸动作的。只有气缸处于回位状态，下料传感器检测到出料塔中有货物时，当扫描脉冲信号到来时，下料气缸动作，动作到其限位状态时，气缸停止动作。网络 5是用于控制传送带动作的。当下料气缸开始动作时，传送带启动，直到推气缸4动作时，传送带才停止运行。 网络 6到网络 9是用来分别控制 4个推气缸动作。 由于题目要求采用通过旋转编码器的脉冲值来控制每个货料的入库情况，这就要求系统能够识