气缸

目 录

1 安装搬运站的功能 ......................................................................................................... 2 1.1 功能介绍 .................................................................................................................... 2 (1) 单站运行 ................................................................................................................ 2 （2）联机运行时 .......................................................................................................... 2 2 硬件设计 ......................................................................................................................... 3 2.1 控制元件——PLC ...................................................................................................... 3 2.1.1 PLC的结构组成 ................................................................................................. 3 2.1.2 PLC的工作原理 ................................................................................................. 3 2.2 检测元件——磁性开关 ............................................................................................ 3 2.2.1 D-C73型磁性开关的工作原理 ......................................................................... 3 2.2.2 D-C73型磁性开关的安装要求和位置 ............................................................. 4 2.3 电磁阀 ........................................................................................................................ 4 2.3.1 4V120-60电磁阀的工作原理 ........................................................................... 4 2.3.2 4V120-60电磁阀的安装要求 ........................................................................... 4 2.4 气缸 ............................................................................................................................ 5 2.4.1 工作原理 ............................................................................................................ 5 2.4.2 分类 .................................................................................................................. 5 2.4.4 气缸的安装要求 .............................................................................................. 5 3 软件设计 ........................................................................................................................... 6 3.1 I/O分配表 ................................................................................................................. 6 3.2 电气控制图 ................................................................................................................ 7 3.3装配搬运站的状态转移图 ........................................................................................ 8 3.4 程序分析 .................................................................................................................... 9

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1 安装搬运站的功能

图1-1 安装搬运站的全貌

1.1 功能介绍

(1) 单站运行

系统通电，写入程序后，上电启动，按下启动按钮，延时一段时间后，推料气缸把物料推出到物料台，碰到磁性开关（X5），推料到位，然后立刻复位，当碰到复位磁性开关（X6）时，机械手臂顺时针转动180°，手臂转到位时接通装在气缸上的磁性开关（X3），把反馈信号送 PLC, 提示吸取工件气缸动作，机械手吸取工件，由于吸取工件气缸没有吸紧工件到位检测，所以要采取延时方式，待延时到，手臂气缸收到信号立刻抬升，机械手臂逆时针转到原位，手臂限位开关动作，放气气缸工作，将工件装配到待装配物料里，并延时1秒，完成一个流程，每个工件管推三个工件，按如此周期循环，

（2）联机运行时

按下单/联按钮，该站不能自动启动，待第五站启动，把物料送到加工台时再通过通信把信号传给本站，请求装配，此时，本站按照预定的方式进行装配搬运工作，装配完成后，又把信号传给第五站，提示装配完成，第五站收到信号后又开始工作，夹走已装配完的物料送到入库站，同时复位请求装配的信号。这样一个过程便完成了两站的联机运行，联机运行两站应各自的程序调试好后再进行，一切动作务必按生产顺序进行，工作到位，安全生产

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2 硬件设计

2.1 控制元件——PLC

装配搬运站所用到的输入/输出元件共有17个，其中9个输入元件、8个输出元件，考虑到PLC的硬件配置要留有一定的余量，因此选用FX2N-48MR可编程控制器。

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构和工作原理都差不多，通常由主机、输入/输出接口、编程器、电源、外部设备接口等几个主要部分构成。

2.1.1 PLC的结构组成

（1）主机部分：包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它以运行用户程序、监控输入输出接口状态、做出判断和进行数据处理，完成用户指令规定顶峰各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备的请求等。

（2）输入/输出接口：I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、接触点、行程开关等）的控制信号。

（3）电源：为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路所配置的电源。 （4）编程器：是PLC的一种主要的外部设备，用户可用以输入、检查、修改和调试程序或监视PLC的工作情况。

（5）外部设备接口：此接口可将编程器、打印机等外部设备与主机相连，以完成相应的操作。

2.1.2 PLC的工作原理

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号作周期性循环扫描，如果没有跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

2.2 检测元件——磁性开关

本站用到的磁性开关的型号都是D-C73型，共用到的六个磁性开关分别是：推料到位检测、推料复位检测、手臂抬升限位、手臂低下限位、物料管右移限位、物料管左移限位。

2.2.1 D-C73型磁性开关的工作原理

当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。因此，作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，干簧管可以作为传感器用，用于计数，限位等等

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2.2.2 D-C73型磁性开关的安装要求和位置

安装方式上有导线引出型，接插件式子，接插件中继型，根据安装场所环境的要求磁性开关可选择屏蔽式和非屏蔽式。在接线方面，重点要考虑传感器的尺寸，位置，布线工艺，电缆长度以及周围工作环境等因素对传感器工作的影响，将磁性开关与PLC的输入端口连接。在磁性开关上设置有LED，用于显示传感器的信号状态，供调试与运行监视时观察。

当有物体靠近时，磁性开关输出动作，LED显示；当没有物体靠近时，磁性开关输出不动作，LED灯不亮。另外，如果安装不合理会使气缸动作不正确。当气缸活塞移向磁性开关，并接近到一定距离时，磁性开关才有“感知”，开关才会动作，通常把这个距离叫检出距离。在气缸上安装磁性开关时，先把磁性开关装在气缸上，磁性开关的安装位置根据控制对象的要求调整，调整方法简单，只要让磁性开关到达指定位置后，用螺丝刀旋紧固定螺丝

2.3 电磁阀

本站用到四个4V120-60型的电磁阀，其中三个双向工作的，一个单向工作的，三个双向电磁阀分别驱动在：物料管的左移和右移气缸、手臂的低下与抬升气缸、工件的吸紧与放松；单向的电磁阀则用作推料气缸

2.3.1 4V120-60电磁阀的工作原理

电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的气管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪一面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪一边，通过控制阀体的移动来挡住或漏出不同的排气的孔，而进气孔是常开的，气就会进入不同的排气管，然后通过气的压力来推动气缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。

2.3.2 4V120-60电磁阀的安装要求

（1）在电磁阀安装之前，应首先查阅关于电磁阀的使用说明书，确定所购买的电磁阀是否与使用环境要求一致。电磁阀的管道由于储存时，会导致里面有杂质，因此安装使用之前先冲洗干净。

（2）电磁阀的工作是单向的,在安装时要核对方向的正反，不能反装。必须保证电磁阀上的指示箭头与管路介质的运动方向是一致的。在安装方向上还有考虑，电磁阀必须保持水平安装，要特别注意安装环境的电压是否与电磁阀线圈的电压相匹配，不匹配的情况下容易烧坏电磁阀。

（3）电磁阀如果经历了长时间停用,。应进行清理和拆洗。同时保持在拆的过程中各零件要按顺序放好，清洗完毕后，再按原来方式装好

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（4）更换电磁阀时应切断气源，用螺丝刀拆卸下已经损坏的电磁阀，然后用螺丝刀将新的电磁阀装上，将电气控制接头插入电磁阀上，再将气路管插入电磁阀上的快速接头，最后接通的起源，用手控开关进行调试，检查气缸动作情况。

2.4 气缸

本站共用到了三个笔形气缸，分别是推料气缸、手臂控制气缸、物料管移动气缸，其中推料气缸和物料管控制气缸是采用CDJ2B10-60-B型的气缸，手臂控制气缸采用的是CDM2B20-45型的气缸。

2.4.1 工作原理

当从无杆腔输入压缩空气时，有杆腔排气，气缸两腔的压力差作用在活塞上所形成的力克服阻力负载推动活塞运动，使活塞伸出；当有杆腔进气，无杆腔排气时，使活塞杆缩回。若有杆腔和无杆腔交替进气和排气，活塞实现往复直线运动。

2.4.2 分类

气缸的种类很多，一般按气缸的结构特征、功能、驱动方式或安装方式等进行分类。分类的方法也不同。按结构特征，气缸主要分为活塞式气缸和膜片式气缸两种。按运动形式分为直线运动气缸和摆动气缸两类。

本站共用到了三个笔形气缸，分别是推料气缸、手臂控制气缸、物料管移动气缸，其中推料气缸和物料管控制气缸是采用CDJ2B10-60-B型的气缸，手臂控制气缸采用的是CDM2B20-45型的气缸。 1. CDM2B20-45型气缸

该气缸使用的流体是空气，但是它是弹簧压回的，在本站中共使用一个这种类型的气缸，就是用在传动手臂的控制上，主要功能是控制传动手臂的顺逆时针转动

2. CDJ2B10-60-B型气缸

该气缸使用的流体是空气，它是双作用的动作方式，在本站中共使用两个这种类型的气缸，一个是用在推料部分，控制本站的物料推送，另外一个是用在物料管控制部分，主要功能是控制物料管的转移。

2.4.4 气缸的安装要求

根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。要求气缸到达行程终端无冲击现象和撞击噪声应选择缓冲气缸；要求重量轻，应选轻型缸；要求安装空间窄且行程短，可选薄型缸；有横向负载，可选带导杆气缸；要求制动精度高，应选锁紧气缸；不允许活塞杆旋转，可选具有杆不回转功能气缸；高温环境下需选用耐热缸；在有腐蚀环境下，需选用耐腐蚀气缸。在有灰尘等恶劣环境下，需要活塞杆伸出端安装防尘罩。要求无污染时需要选用无给油或无油润滑气。

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3 软件设计

3.1 I/O分配表

端子号 输 入 I10 I11 I12 I14 I15 X000 X001 X002 X003 X005 X006 X10 X011 X012 X013 X014 X15 X004 备注 气缸右限到位 气缸左限到位 手臂抬起限位 手臂低下限位 推料到位 推料复位 启动按钮 复位按钮 调试按钮 手动/自动 单机/全线 停止按钮 物料台工件检测 端子号 输出 Y000 Y001 Y002 Y003 Y004 Y005 Y006 Y10 Y11 Y12 备注 手臂抬起（逆转）电磁阀 手臂低下（顺转）电磁阀 物料管左移电磁阀 物料管右移电磁阀 放低工件电磁阀 吸取工件电磁阀 推料电磁阀 开始指示灯 复位 调试

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3.2 电气控制图

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3.3装配搬运站的状态转移图

M8002

S0 RST M1065 装配完成 启动X10 S20 T0 K5 延时0.5秒

T0 SET Y6 推料 S21 X5推到位 C0 K4 RST Y6 推料复位 S22 ZCP K2 K3 C0 M0区间比较 M0或M2 M0 Y3物料管右移 S23 S24 Y2物料管左移 X2左限位 X0右限位 S25 Y1手臂低下 X3低到位 S26 Y5吸件 T1 K10 T1 S27 Y0手臂抬升

X2抬升到位 S28 Y4放件 T2 T2 K5 S20 RET

END

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3.4 程序分析

当M8038的通信地址设置为1时，M8002接通，初始状态为S0，如果是单（联）机运行，把开关达到单（联）机，再按下启动按钮，收到第五站发出即将到件的信号时程序开始执行。

这部分S20执行的动作是时0.5秒后，把状态转移到S21，而S21执行的动作时推料和计数，计数是为了提供不同颜色的料，推料到位后程序转移到S22。

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S22执行的动作是推料复位，气缸复位到位后，X6闭合，进行区间比较，CO的计数值与2和3之间进行比较，如果C0小于2，接通M0，并把状态转移到S23;如果C0在2与3之间，则接通M1，并把状态转移到S24；如果C0大于3，接通M2，也把状态转移到M23。

S23执行的动作是物料管左移，左移到位后，X1接通，把状态转移到S25；S24执行的动作是物料管右移，右移到位后，X0接通，同样把状态转移到S25。

S25的动作是单机或联机时执行手臂逆时针旋转，当旋转到位时把状态转移到S26。

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S26执行的是机械手吸取工件，并延时1秒，1秒后把状态转移到S27。 S27执行的是手臂顺时针旋转，旋转到位后转移到S28。

S28执行的是放下工件并延时0.5秒，0.5秒后如果是单机运行就把状态转移到S20，如果是联机运行把状态转移到S20。

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S29执行的是手臂逆时针旋转，旋转到位后给主站发送装配完成的信号，并提示工件已被取走，把状态转移到S30。

S30执行的是手臂旋转回原位，到位后延时0.5秒，把状态转移到S20，X10启动按钮，X15是停止按钮，按下X15实现复位的功能。

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小结

本文主要讲述PLC在材料加工系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动加工装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术等技术,现场控制产品的自动加工。 系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据各站点不同的信息反馈,稍加修改本系统即可实现要求。

本次自动化生产线实训综合应用了机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术等，通过一些辅助装置按工艺顺序将各种机械加工装置连成一体，并控制气压、电气系统将各个部分动作联系起来，完成预定的生产加工任务。实训主要培养我们的专业核心技术的综合应用能力和职业素养。让我们了解现代工业化进程中，工业产品被加工的方式。认识生产线装置的结构、运动、驱动、传感、控制方式，能够对生产线设备进行安装、编程、调试、故障诊断和排除

【参考文献】

吕景泉 《自动化生产线安装与调试》（第二版） 中国铁道出版社 赵华军 唐国兰 《可编程控制器技术应用》 华南理工大学出版社 张玉莲 《传感器与自动检测技术》 机械工业出版社

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