机电一体化实训台加工单元控制系统设计及软件编程说明书.doc

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1、 机电一体化系统设计课程设计说明书题目：机电一体化实训台加工单元控制系统设计及软件编程学生：张强 班级：机072 学号：3070211053目 录一、 机电一体化系统的发展现状-21.1定义-21.2机电一体化的产生与应用 -21.3机电一体化的发展现状-21.4机电一体化的发展趋势-3二、 机电一体化课程设计的目的与要求-42.1课程设计的目的-42.2课程设计的要求-5三、 机电一体化课程设计的内容与任务-53.1 机电一体化课程设计的内容-53.2 机电一体化课程设计的任务-6四、 实验台系统加工单元分析及设计-64.1机电一体化系统的设计原则-64.2机电一体化系统的设计步骤-74.3

2、加工单元的设计方案-8五、 加工单元的动作过程-9六、 加工单元（六站）输入输出分配表-10七、 元器件的选型说明-117.1 PLC选型-117.2传感器选型-137.3电磁继电器选型-157.4电磁换向阀选型-16八、 加工单元的程序编制-168.1 STEP 7编程软件简介-168.2梯形图基本编程符号及其功能-17九、参考文献-18总结-19附件1：加工单元程序梯形图-20附件2：加工单元程序语句表-28前 言自动化生产线实训系统是专为提高学生动手能力和实践技能而设计、生产的一套实用性实训设备。该系统囊括了电气自动化等专业学习中所涉及的诸如机械传动、电机驱动、气电动控制、气动控制、PL

3、C控制、传感器等多种技术,给学生提供了一个典型的把所学专业知识加以综合应用的操作和实现平台,使学生能够全面掌握和加深理解学过的知识,提高动手能力,以达到利用所学专业知识解决实际问题的教学培养目标。一 、机电一体化系统的发展现状1.1 定义机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。1.2 机电一体化的产生与应用 20世纪60年代以来，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能后，刺激了机械产品与电子技术的结合。计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展更进一步奠定了技术基础。20世纪80

4、年代末期，机电一体化技术和产品得到了极大发展。各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持，20世纪90年代后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中展露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用。取得了一定成果，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。 1.3 机电一体化的发展现状 第一阶段：20世纪60年代以前，也称初级阶段。在这一时

5、期，人们利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。 第二阶段：20世纪70年代80年代，可称为蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的迅猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。 第三阶段：20世纪90年代

6、后期，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中展露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法、机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，更为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促使机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。在制

7、定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用也做了大量的工作，虽然取得了一定成果，但与日本等先进国家相比仍有相当差距。 1.4 机电一体化的发展趋势 （一）智能化 智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理

8、、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。机电一体化产品不可能具有与人完全相同的智能。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能。（二）模块化 模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。这样可利用标准单元迅速开发出新产品，也可以扩大生产规模，制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。从电气产品的

9、标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。 （三）网络化 计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产等领域都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成

10、家电系统，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐，因此机电一体化产品朝着网络化方向发展是为大势所趋。 （四）微型化 微型化指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势，国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，具有不可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术。 （五）绿色化 工业的发达给人们生活带来了巨大变化。物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。于是人们呼吁保护环境资源，回归

11、自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。 二 、机电一体化课程设计的目的与要求机电一体化系统的硬件一般由机械主体部分、传感器、信息处理、计算机及电路部分和执行元件等构成。数控机床、工业机器人、三坐标测量机、电子称、邮件自动处理机以及门类繁多的家用自动化智能化装置等都是机电一体化产品。它们的设计内容和设计方法大同小异，基本上归纳为以下几个

12、方面：（1）采用微型计算机（包括单片机）进行数据采集、处理和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制。（2）选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑电动机的选择及驱动力矩的计算及控制电动机电路的设计。（3）精密执行机构的设计。主要考虑数控机床工作台传动装置的设计问题。要弄清机构或机械执行的主要功能（如传递运动、动力、位置控制、微调、精密定位或高速运转等），进行力（力矩）、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。提出装配图和零件加工图。提出对电动机驱动和计算机控制要求。（4） 采用传感器进行反馈控制或作为测量敏感元件。2.1 课程设计的目的机电一体化系统设计

13、是机电一体化专业的一门必修课程，是机械技术与电子技术的有机结合，本课程设计的目的是使学生能在传统机电产品更新换代和新的机电一体化产品研制开发领域掌握必要的实验技能。培养学生对机电一体化产品的设计能力，主要包括以下几方面：（1） 通过课程设计，理解机电一体化系统设计的基本知识；建立正确的设计思想；（2） 掌握元部件的正确选择方法和特性参数的实验方法；学会运用手册、标准、规范等资料；（3） 了解机电一体化系统的基本工作原理和运动控制方法；（4） 能在教师的指导下，运用所学的先修课程的知识，分析问题、解决问题；2.2 课程设计的要求进行系统工作原理的学习、完成控制系统设计、实现某一具体功能的软件编程

14、。 总体工作量：（1）1张机电一体化实训操作系统装置的控制系统流程图。（2）12张机电一体化实训操作系统装置的电器原理图（包括控制系统原理图、驱动电路图）。（3）12张机电一体化实训操作系统装置的气路原理图及传感器布局图。（4）PLC程序软件编制。三、机电一体化课程设计的内容与任务3.1机电一体化课程设计的内容机电一体化系统的硬件一般包括机械主体部分、传感器、信息处理、计算机及电路部分和执行元件等构成。数控机床、工业机器人、三坐标测量机、自动检测机、电子称、自动售票机、自动绘图机等，都属于机电一体化产品。本课程设计主要进行机电一体化实训台控制系统设计，该控制系统由8 个单元组成：它们是储料单元

15、、翻转送料单元、尺寸检测单元、材质检测单元、机械手送料单元、加工单元、搬运单元、分检单元。每个单元有各自动作特点和要求，可成组编程，也可以单元分步编程，其工作任务是将20x25 的工件由原料仓库取出，经过质量检测，材质检测，然后对非金属工件进行加工，最后按材料的不同将加工过的工件进行分捡。同时在几个工作单元之间配以不同形式的工件传送装置最终完成一整套工作及工艺过程。第6站：加工单元动作过程：当工件被送到锁紧槽后，拉缸向后，将工件锁紧，然后钻机启动，并缓慢下降，当到达规定位置后钻机上升，升至顶端后停转，这时拉缸复位向前，并发出信号，将控制权移交给下一站。动作要求：- 钻机旋转- 钻机上下运动-

16、锁紧槽锁紧（既拉缸向后）后，钻机才能旋转并下降- 锁紧槽释放后要发出一个信号给下一站3.2机电一体化课程设计的任务1.根据机电一体化实训台加工单元系统要完成的任务，拟定工作过程的运动方案，包括构成传动链的各个传动机构、各机构需要完成的运动及各运动之间的配合等；根据整个系统及各单元的工作要求，确定电控系统、气动系统的相关参数；合理选择各元器件的型号，拟定系统设计方案。 2.在上面工作的基础上，根据题目内容，绘制机电一体化实训台加工单元的控制系统原理图、控制系统接线图、气路原理图及传感器布局图。3.掌握PLC的编程方法，确定程序功能实现方法，画出程序流程图，完成编程。四、实验台系统加工单元分析及设

17、计4.1机电一体化系统的设计原则机电一体化系统的设计应满足以下四个基本原则：1. 最大限度地满足工艺流程和控制要求.工艺过程的特点及要求是开发PLC控制系统的主要依据.设计前,应深入了解储料系统的工作原理,收集资料,明确控制任务.2. 监控参数,精度要求的指标以满足实际需要为准,不宜过多,过高,力求使控制系统简单,经济,使用及维修方便,并可降低系统的复杂性和开发成本3. 保证控制系统的运行安全,稳定,可靠.正确进行程序调试,充分考虑环境条件.选用可靠性性较高的PLC,定期对PLC进行维护和检查等都是很总要和必不可少的.4. 考虑到生产的发展和工艺的改进,在选择PLC容量时,应适当留有余量.4.

18、2机电一体化系统的设计步骤与常规机械产品的设计方法相比较，机电一体化产品的设计有着本质上的区别。常规机械产品一般是先用单纯机械设计的方法构思和设计，再为这个纯粹的机械设计选配适宜的电气设备。这种方法实际上是面向设计者的传统设计方法。相比之下，机电一体化的设计要求设计者必须同时具备各门工程技术和电子技术以及自动控制等多种技术，必须综合运用这些技术来解决设计中的问题。机电一体化产品的设计是面向产品的设计，它要求设计者具有综合能力、视野开阔，具有综合利用机械设计和电气控制设计方面的知识和能力，机电一体化产品的设计通常由多个环节相互配合而构成。机电一体化设计的步骤一般分为：(1) 产品可行性研究通过实

19、际调查和研究，掌握对所设计产品的市场需求，进行可行性论证，确定产品设计的基本方案，其中包括预测投资总额、组成部件价格、产品的性能价格比以及经济评价等。(2) 基本设计阶段在基本设计阶段要提出必需的主要技术，其中包括硬件技术和软件技术两个方面。硬件包括产品的结构元件和控制元件，软件包括操作系统和控制系统。在进行整个系统设计时，必须提出几个方案进行比较，从中选出较优的方案。(3) 详细设计阶段详细设计包括业务分工、程序设计、操作系统设计、工艺设计、外围设备设计、总体设计、控制系统设计、安全保护设计等。在开发性产品设计时，要拟定产品的各项性能指标参数，通过计算选定所用的设备，从而进一步完成机构设计、

20、运动和性能设计以及控制设计等。(4) 实际运行试验这一阶段的工作主要包括产品工作性能检验和改进以及产品性能评价。产品工作性能检验的目的是进行生产周期和生产率测定，进行故障分析的考察故障时间等。改进是指对产品存在的问题提出改进措施以提高产品的性能。产品的性能评价包括技术评价、经济评价两个方面。这一阶段是产品设计过程的总结阶段，目的是通过对已决定的操作系统的具体使用，检验其实际的使用价值。在机电一体化产品设计过程中，要正确处理好质量与成本、市场需求与技术可能性、长期发展和短期利益之间的关系，在满足市场需要的前提下，使产品具有足够的竞争力，同时又要符合当前实际情况和技术可实现性，以保证产品获得最大的

21、技术经济效益和社会效益。4.3加工单元的设计方案 本系统要实现对加工单元钻孔加工整个工作过程的控制，整个过程可分为等待工件，模拟钻孔加工，钻孔及工件复位三个过程。本设计中用到了四个传感器，分别用于控制钻头的行程，检测工作台是否到位，用户按下开始建，加工单元进入工作运行模式。工作时通过传感器扫描的信号来执行与之对应的动作，状态指示灯显示相应的工作状态。按下停止键，加工单元停止运行。加工单元可以模拟钻孔加工过程，主要组成机构：钻孔模块，工作台模块，继电器。1. 钻孔模块钻孔模块主要由钻孔气缸，钻孔电机等组成。钻孔模块用于实现钻孔加工过程，钻头由旋转电机驱动，在钻孔汽缸的两端都安装有磁性开关，分别用

22、于判断汽缸运动的两个极限位置。2. 工作台模块工件工作台模块主要由直线运动工作台，工作台固定底盘，直线电机，定位块，磁性开关，支架等组成。工作台上有锁紧夹，用于夹紧和放松工件。工作台由直线电机驱动，汽缸的两端都安装有磁性开关，用于判断工作台的移动位置，以便进行定位控制。3. 继电器继电器K315控制钻机的旋转，K316 负责向下一站传送信号 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。设计方案：1. 输入是指给加工单元输入各种指令，让加工单元按照指令来进行运转。2. 控制系统有硬件部分和软件部分。是加工单元自动运

23、转的核心。由控制系统来接收输入的信息，从而控制加工单元执行元件执行相应的动作。3. 加工单元执行元件包括旋转电机，直线电机，钻头气缸等。其中旋转电机要用交流伺服驱动器控制，直线电机需要差分信号转换版给其脉冲信号和方向信号。差分信号抗干扰能力较强但对信号质量要求较高：钻头气缸的动作是由电磁阀控制的。加工单元上电后由控制系统来给它们以命令，使各执行元件完成其相应的动作。4. 传感器扫描系统用来判断加工单元的工作状态，并将扫描到的信息反馈给控制系统。五、加工单元的动作过程1.第5站把工件放在第6的锁紧槽后，向六站发信号。2.第6站接收到信号（I0.7）后，同时接收到第4站传来的材质信号，若是磁性材料

24、（I0.6）,直接传给第7站；若是非金属材料（I0.5），电磁阀K110通电，拉缸锁紧，夹紧工件，同时电磁阀换位，驱动拉缸向后移动。3.当汽缸活塞行至传感器B110，停止，继电器K315通电，钻机旋转。4.电磁阀K19通电，电磁阀换位，驱动拉缸向下缓慢移动。5.当汽缸活塞到达传感器B28，K19断电，拉缸上升。6.当汽缸到达传感器B27，停止，继电器K315断电，钻机停止。7.继电器K110断电，拉缸释放并驱动活塞复位，行至传感器B29，停止。8.延时，向下一站传送信号。六 、加工单元（六站）I/O分配表序号输入输出名称代号信号地址名称代号信号地址1启动/停止SA1I0.0钻机下降K19Q0.

25、02复位S1I0.1拉缸锁紧K110Q0.13单步S2I0.2钻机旋转K315Q0.24手动/自动SA2I0.3向后站传送K316Q0.35非金属材料I0.56磁性材料I0.67第五站信号I0.78钻机在高位B27I1.09钻机在低位B28I1.110拉缸锁紧位置B210I1.211拉缸释放位置B29I1.3七、元器件的选型说明7.1 PLC选型7.1.1 PLC选型的基本方法 PLC选型的基本方法可归纳为以下几点：1.输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂

26、商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。2.存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的1015倍，加上模拟I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。 3.控制功能的选择该选择包

27、括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。运算功能简单PLC的运算功能包括逻辑运算、计时和计数功能；普通PLC的运算功能还包括数据移位、比较等运算功能；较复杂运算功能有代数运算、数据传送等；大型PLC中还有模拟量的PID运算和其他高级运算功能。随着开放系统的出现，目前在PLC中都已具有通信功能，有些产品具有与下位机的通信，有些产品具有与同位机或上位机的通信，有些产品还具有与工厂或企业网进行数据通信的功能。设计选型时应从实际应用的要求出发，合理选用所需的运算功能。大多数应用场合，只需要逻辑运算和计时计数功能，有些应用需要数据传送和比较，当用于模拟量检测和控制时，才

28、使用代数运算，数值转换和PID运算等。要显示数据时需要译码和编码等运算。控制功能控制功能包括PID控制运算、前馈补偿控制运算、比值控制运算等，应根据控制要求确定。PLC主要用于顺序逻辑控制，因此，大多数场合常采用单回路或多回路控制器解决模拟量的控制，有时也采用专用的智能输入输出单元完成所需的控制功能，提高PLC的处理速度和节省存储器容量。 4. 机型的选择PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64位等。从应用角度出发，通常可按控制功能或输入输出点数选型。7.1.2加工单元PLC选型依据加工单元的工作过程，以

29、及输入和输出的总点数，并考虑到I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行圆整。结合储料单元的输入输出点数少于150个一下，模拟量少于16个以下，可以选择S7-200系列的PLC。本工作台有11个输入，考虑到余量和工作电压选一个CPU224，24DI/16DO。具体参数：集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，

30、2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。供电方式选择为220VAC。选用STEP 7-MicroWIN V4.0编程软件进行编程。PLC与继电器得比较：plc是虚拟化、电子化的继电器控制电路，它把继电器控制系统里复杂的实物线路用虚拟的电子线路来实现了。而继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。故而，继电器控制线路要实现一个功能

31、除了输入和输出外中间需要大量的实物元器件来进行连接，而plc则节省了中间元器件，采用软件的方法来实现。PLC控制的功能比继电器控制的多，像模拟量的控制，微积分的控制等等，可以方便的修改程序，改变控制方法和控制对象，这是继电器控制的缺点。继电器控制只能实现一些简单的逻辑控制。继电器控制系统适用于简单一些的逻辑控制，而PLC可以实现更复杂的逻辑控制。7.2传感器选型7.2.1传感器选型的原则：机械式行程开关行程开关又称限位开关,可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等，简称静物)上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接

32、点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。本系统选择该种行程开关用于判断料板上有无工件。当顶杆把工件推送到料板上时，限位开关闭合，发出高电平信号，第二站来方可取工件。为了便于控制系统采样和方便接线，行程开关的触点电压为24VDC。反光板反射式光电开关把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光

33、器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。对射式光电开光若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。反光板反射式光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原

34、理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。扩散反射式光电开关 它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。行程开关行程开关又称限位开关,可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等，简称静物)上或者运动的物体（如行车、门等，简称动物）上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者

35、断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。电容式接近开关 电容式接近开关亦属于一种具有开关量输出的位置传感器，它的测量头通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是物体的本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断。这种接近开关的检测物体，并不限于金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体,在检测较低介电常数的物体时，可以顺时针调节多圈电位器（位于开关后部）来增加感应灵敏度，一般调节电位器使电容式的接近开关在0.7-0.8Sn的位置动作。7.2.2加工单元传感器的选型根据以上传感器的工作原

36、理及其工作方式，再参照加工单元的工作原理，选择传感器如下：型号：CHELIC CS-30E 205 气立可CS系列 适用电压：DC,AC 4 -240V 适用电流50 - 40mA 接触型式：常闭式 使用温度-1060 oC升降气缸顶杆的上极限和下极限，驱动水平工作台的气缸顶杆的前极限和后极限分别靠两个电磁感应开关控制，用于检测活塞的行程位置，所以选用电容式接近开关，当顶杆到极限位置时，接触电容发生变化，由此控制开关的通断。7.3电磁继电器选型7.3.1电磁继电器的选型方法及其分类电磁继电器是自动控制电路中常用的一种元件。实际上它是用较小电流控制较大电流的一种自动开关。因此，广泛应用于电子设备

37、中。电磁继电器一般由一个线圈、铁芯、一组或几组带触点的簧片组成。触点有动触点和静触点之分，在工作过程中能够动作的称为动触点，不能动作的称为静触.当线圈通电以后，铁芯被磁化产生足够大的电磁力，吸动衔铁并带动簧片，使动触点和静触点闭合或分开；当线圈断电后，电磁吸力消失，衔铁返回原来的位置，动触点和静触点又恢复到原来闭合或分开的状态。应用时只要把需要控制的电路接到触点上，就可利用继电器达到控制的目的。继电器的触点有三种基本形式：1动合型(H型)线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2动断型(D型)线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音

38、字头“D”表示。3转换型(Z型)这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点，用“转”字的拼音字头“Z”表示。7.3.2加工单元电磁继电器的选型根据上面传感器的工作原理以及继电器的触点的工作方式，再结合加工单元要实现的动作方式，得出电磁继电器的选择如下:1.控制电路的条件控制电路的电源电压为220V，能提供的最大电流为10A；被控制电路中相关元器件的控制电压为24V；被控电路需要2组H形式的触点。选用继电器

39、时,以控制电路的电源电压可作为选用的依据。控制电路应能给继电器提供足够的工作电流，否则继电器吸合是不稳定的。2.查阅有关资料及使用手册确定继电器的型号和规格为：型号：HHC68B 触点形式：1H、1D、1Z 触点负载：10A 125VAC 7A 24VDC 7A 240VAC 电阻：=1000VAC 绝缘电阻：=1000M 环境温度：-45+55 机械寿命：107 电气寿命：105 额定电压：DC6220V AC6380V 吸合电压：DC=75% AC=15% AC=35% 功耗：DC=0.9W AC=1.2W7.4电磁换向阀选型加工单元控制系统借助电磁阀控制气动元件的动作过程。利用电磁阀中电

40、磁铁的吸力推动阀芯动作实现回路流通,或者改变方向。这类阀操作方便,布置灵活,易实现动作转换的自动化,所以气动部分选用电磁阀而不选用液动阀。在工作台气动系统中,气缸的推出与收回,气体需要换向,所以选用换向阀。气动系统动作时,气路要接在常开接点上,而且气缸的推出与收回需要两个气动回路,所以选择二位五通阀。电磁阀工作电压为24V。综上所述，最终选择的型号为XG 4V210-08单线圈二位五通电磁换向阀，气控阀，单电控，一端是弹簧复位，一端是电磁铁 P 是进气，R和S是排气 ，A和B是两个出气口，工作压力： 0.150.8MPa工作温度： 550最高动作频率：每秒5次标准电压：DC：24V连接形式：螺

41、纹接口螺纹：G1/4工作介质：过滤空气八、加工单元的程序编制8.1 STEP7编程软件简介STEP 7编程软件用于西门子系列工控产品包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具，是SIMATIC工业软件的重要组成部分。STEP 7具有以下功能：硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在线帮助，用鼠标打开或选中某一对象，按F1可以得到该对象的在线帮助。 在STEP 7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。STEP 7用SIMATIC管理器对项目进行集中管理，它可以

42、方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP 7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP 7中。以STEP 7中梯形图的编制为例,说明梯形图编程的注意事项如下： 能流只能从左边的母线流向右边母线。 继电器触点和线圈只能作为水平元件使用。 网络中，最右一列只能放置线圈。 线圈如放在其它列，其右边不能放置任何指令。 线圈在梯形图程序中只能使用一次，但作为该线圈的触点，可以在梯形图中多次使用。 若梯形图中串联或并联的指令数超过网络规定的数值时，必须使用内部继电器经分段组合来完成 8.2梯形图基本编程符号及其功能当其初始地址输入状态为1时，输出为1当地址输入状态为0时，输出为0当其初始地址输入状态为0时，输出为1当 其初始地址输入状态为1时，