學習資料收集于網絡，僅供參考第1章 氣動控制部分1.1機械手單元1.1.1機械手單元的結構及工作過程機械手移送工件的機械系統及其結構如圖1.2所示，用于將工作臺A點的工件搬運到工作臺B點上。機械手的全部動作由電磁閥控制氣動系統工作。其上升/下降、左移/右移運動由電磁閥控制，其位置由磁性傳感器檢測，夾緊使用電磁閥控制氣爪，使用壓力傳感器檢測。即當下降電磁閥通電時，機械手下降；當下降電磁閥斷電時，機械手停止下降，但要保持現有的工作狀態。在上升電磁閥通電時，機械手上升；當電磁閥斷電后，機械手停止上升。夾緊電磁閥線圈通電時，機械手夾緊；線圈斷電時，機械手放松。圖1.2 機械手控制單元結構及移送工件的動作過程圖1.1.2 機械手單元氣動元件種類及結構符號（1）導向氣缸導向氣缸的外形、結構及符號如圖1.3.所示，導向氣缸的應用如圖1.4所示。DPZ-250雙作用雙活塞式氣缸，行程長度250mm，用于機械手單元X軸的左右伸縮，雙活塞氣缸是由兩個活塞進行驅動的， 因此在相同高度的情況下能產生2倍于標準 氣缸的推力。DPZCJ-80雙作用雙活塞式氣缸，行程長度80mm，用于機械手單元Y軸的上下伸縮，其特點是該氣缸結構簡單，將導軌和氣缸做于一體。圖1.3導向氣缸的外形、結構及符號圖1.4導向氣缸在傳輸系統中的應用（2）氣爪氣缸（用于內抓或外抓工件）氣爪外形、結構及其符號如圖1.5所示。標準氣爪是用于搬運及裝配技術的 系統產品。其特點- 雙作用活塞驅動、自對心；- 不同的夾緊方式: 向外夾緊，向內夾緊；- 可以以多種方式和其它驅動器進行結合；- 采用霍爾傳感器或接近式傳感器進行 位置感應；輔件安裝如圖1.6所示。- 采用外部夾頭，易于實現多樣性。圖1.5 HGD-50氣爪外形、結構及其符號圖1.6 HGD-50輔件的安裝方法1.2轉動機械手單元1.2.1轉運機械手單元工作過程轉動機械手單元結構及動作過程如圖1.7所示。其工作是從供料站2中取出工件安裝到機械手單元送來的工件上端完成裝配過程。圖1.7 轉動機械手單元結構及動作過程圖1.2.2轉運機械手單元（1）DPZCJ-80雙作用雙活塞式氣缸，行程長度80mm，用于機械手單元Y軸的上下伸縮，其特點是該氣缸結構簡單，將導軌和氣缸做于一體。（2）平行氣缸（用于內抓或外抓工件）如圖1.8所示。Festo標準氣爪是用于搬運及裝配技術的 系統產品，其特點- 雙作用活塞驅動，自對心；- 不同的夾緊方式: 向外夾緊，向內夾緊；- 可以以多種方式和其它驅動器進行結合；- 采用霍爾傳感器或接近式傳感器進行位置感應；輔件的安裝方法如圖1.9所示；- 采用外部夾頭，易于實現多樣性 圖1.8 HGP-32-A氣爪外形、結構及其符號圖 圖1.9 HGP-32-A氣爪的輔件的安裝方法1-標準氣爪，2-氣爪手指，3-安裝螺釘，4-定位銷，5-傳感器。 （3）葉片式擺動氣缸DSM葉片式擺動氣缸外形緊湊，占用空間小。 驅動力通過旋轉葉片直接傳送給驅動軸。可調式止動系統和旋轉葉片分離，以便于固定限位擋塊或液壓緩沖器來吸收所受到的力。此外，旋轉葉片 還能通過終點位置的彈性墊獲得輔助緩沖。 止動塊不能被移去，因為旋轉葉片本身不適合于作為終端位置限位擋塊。驅動器背面還有刻度以方便行程調節。擺動氣缸外形、結構及符號如圖1.10所示。圖1.10 DSM-10-180-P擺動氣缸外形擺動氣缸的限位有兩種方法，方法一：使用傳感器限位，安裝方式如圖1.11所示。方法二：使用緩沖器限位，安裝方式如圖1.12所示。擺動氣缸的固定安裝方式有多種，如圖1.13所示。圖1.11 擺動氣缸使用傳感器限位的傳感器形狀及安裝方式圖1.12 擺動氣缸使用緩沖器限位的安裝形式圖1.13 擺動氣缸的固定安裝方式1.3送出工作站送出工作站示意圖如圖1.14所示。DFM-20內置導軌雙作用氣缸，行程長度20mm，用于送出工作站推出工件到料槽完成任務或下站繼續工作。其特點是緊湊、堅固、導向精確度高。驅動器和導向單元被封閉在同一外殼內，并可根據具體要求選擇安裝普通軸承或是滾珠軸承。圖1.14 送出工作站示意圖1.4供料站1、2組成供料站的作用是將原料從料倉中推出，被機械手及轉動機械手拿出進行組裝，供料站所用推出工件氣缸DSAA-10-P，如圖1.15所示。長度為100mm的雙作用氣缸將工件自動推出，供機械手單元及轉運機械手單元供料使用。圖1.15 DSAA-10-P型氣缸的外形及符號圖1.5控制電磁閥全氣動系統采用緊湊型CPE型電磁閥控制。由于系統要求氣動回路流量不大，所以選擇集成安裝緊湊型電磁閥CPE10-M1BH-5LS-M7型及CPE10-M1H-5/3G-M7型兩種。CPE型電磁閥具有以下特點：- 閥島 CPE-10由各個高強度玻璃纖維加強的聚酰胺模塊組成；- 在基本組塊和擴展組塊中的PRS 通 道可被封死，因此可形成不同的壓力區；- 兩端都可接氣源及排氣通道，氣口在 基本塊或端塊上；- 可從尾端或頂端接入氣源及排氣通道；- 卡口式連接，安裝時無需螺絲；- 安裝選項: 單個安裝, 導軌安裝或板 壁式安裝。CPE10-M1BH-5LS-M7電磁閥如圖1.16所示。意義為：CPE（緊湊型）、M1BH（24 V DC ，所匹配插座 KMYZ-9）、5（5通）、L（單電控, 氣彈簧復位）、S（不帶先導）、M7（接口類型M7 螺紋）。該電磁閥的特點：流量大功耗小。圖1.16 緊湊型CPE10-M1BH-5LS-M7型電磁閥外形及符號CPE10-M1H-5/3G-M7型電磁閥如圖1.17所示。意義為：CPE（緊湊型）、M1H: （24 V DC ，所匹配插座KMYZ-6）、5（5通）、3（3位）、G（中封式）。M7（接口類型M7 螺紋）。圖1.17 緊湊型CPE10-M1H-5/3G-M7型電磁閥外形及符號CPE閥另需配合專用CPE10SC-PRS-8氣路板集中安裝，如圖1.18所示。該氣路板可安裝8個CPE電磁閥作全過程控制。電源插座 KMYZ-9如圖1.19所示。 圖1.18 CPE10SC-PRS-8氣路板圖 圖1.19電源插座 KMYZ-9圖氣路板需配消聲器UC-M7降低閥排氣口的噪音，如圖1.20所示。配接氣路接頭QSML-M7-6，如圖1.21所示。 圖1.20 消聲器UC-M7外形及符號圖 圖1.21 氣路接頭QSML-M7-6圖1.6過濾、調壓組件過濾、調壓組件型號采用LFR-1-D-5M-DI-MAXI，外形及符號如圖1.22所示。兩聯件由過濾器、壓力表、截止閥和快插接口組成，安裝在可旋轉的支架上。過濾器有分水裝置，可以除去壓縮空氣中的冷凝水、顆粒較大的固態雜質和油滴。減壓閥可以控制系統中的工作壓力，同時能對壓力的波動做出補償。濾杯帶有手動排水閥。圖1.22 過濾、調壓組件外形及符號1.7氣動控制回路的安裝要求 1.7.1使用氣動設備的注意事項：（1）所有使用的氣動配件必須為專用配件。不符合或質量不良的配件將對氣動設備及場內人士造成損害。（2）在安裝、移除、調整任何氣動設備前，必須關閉氣源，并將管內及設備的剩余氣體排除。這可避免誤觸氣動開關而造成傷害。（3）在使用氣動設備前，請確認氣源開關必須放在容易觸及的位置。當緊急狀況發生時，便能立即關閉氣源。（4）開啟氣源或氣動設備前，必須保證所有喉管及氣動零件已經接駁良好及穩固，并肯定所有人已經離開氣動設備的危險范圍。（5）氣管噴出的氣體可能含有油滴，應避免向人或其它可能造成傷害的物體噴射。（6）所有氣動設備必須遠離火源。（7）請勿移除制造廠商所設置的任何安全裝置。（8）氣管，接頭與氣源設備必須能夠承受至少1.5倍的最大工作壓力。（9）切勿用壓縮空氣對準傷口及皮膚噴射，這會使空氣打進血液而引致死亡。（10）氣動設備用后記緊關閉氣源。（11）氣源氣壓輸入氣壓不能超過10Bar。（12）必須安裝空氣過濾器，防止污染物進入系統。（13）系統氣壓安裝規定系統設置應在5Bar到6Bar之間，濾芯和水霧分離器根據說明書進行維護。1.7.2安裝工藝要求：（1）氣管和電線不能扎在一起。（2）氣管不能放入走線槽，移動的氣管除外。（3）氣管和電線走線要求橫平豎直，彎曲需盡量成半圓形。（4）線卡子間距50mm。（5）相鄰導線和氣管間的線扎間隔必須少于40mm5mm公差，且切口在側面同一方向。（6）需運動的氣管及電線要給予足夠的余量。（7）線卡子的扎帶頭需在正中間，使用正確的扎線方法。（8）其余扎帶的扎帶頭需統一偏向一邊。（9）氣管、導線應留有適當余量，且不能超出工作站范圍用以調試。1.8機械部件整體拆裝過程1.8.1拆卸步驟：（1）使用斜口嵌剪斷扎帶，注意不要剪到氣管及電線；（2）使用一字螺絲刀，拆卸電路；（3）從走線槽中取出所有氣管及電線，氣管單獨放一起；（4）使用內六角扳手拆卸元器件；（5）元器件拆卸原則：由小及大，由上往下，先支后主干，先模塊后細分；（6）注意：拆卸前可先擬定拆卸步驟，并可適當做下記錄和標記，尤其是氣管及電線的布局及相關工藝，重點是要求正確的使用適當工具，不要損壞元器件。1.8.2裝配步驟：（1）元器件裝配原則：由大及小，由下往上，先主干后支路；（2）先安裝機械元器件并牢靠固定位置，再鏈接氣路和電路，最后再綁線及扎扎帶。（3）傳感器的作用范圍及調整余量需考慮。1.9系統組裝注意事項：（1）拆除鋁合金底板上所有零部件后應把鋁合金底板清潔干凈，拆下零部件應有序放好，并進行必要的清潔、整理。（2）零部件應按圖紙各元件相應的位置尺寸進行安裝。（3）使用工具應養成良好的放置習慣，工具及材料嚴禁放置在鋁合金底板或地面上。（4）工具及材料應輕拿輕放，以防損壞。（5）光導纖維應最后連接，以防拆斷。（6）安裝確定沒有工件在工作站上才允許通電試機。（7）符合裝配安裝工藝要求：螺絲+螺母+墊片。第二章 傳感器檢測部分人是靠視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺這些感覺器官來接受外界信息的，而一臺光機電一體化的自動設備在運行中也有大量的信息需要準確地被“感受”，以使設備能按照設計要求實現自動化控制，自動化設備用于“感受”信息的裝置就是傳感器。傳感器是實現自動化的關鍵技術之一。2.1傳感器的組成傳感器是能感受規定的被測量并按照一定的規律將其轉換成可用輸出信號的器件或裝置。通常由敏感元件、轉換元件和轉換電路及輔助電源部分組成。（1）敏感元件，是傳感器中能直接感受或響應被測量的部分。（2）轉換元件，是傳感器中將敏感元件感受或響應的被測量轉換成適用于傳輸或測量的電信號的部分。（3）轉換電路，是將轉換元件輸出的電參量轉換成電壓、電流或頻率量的電路。（4）輔助電源，是用于提供傳感器正常工作能源的電源。傳感器的組成如圖2.1所示 圖2.1傳感器的組成2.2機電一體化設備常用傳感器的分類作為實現傳感功能的基本器件，傳感器的分類方法很多。2.2.1按傳感器能量變換關系進行分類按能量變換關系，傳感器分為發電型傳感器和參量型傳感器。發電型傳感器，又稱為無源型傳感器。無源傳感器能將被測非電量轉換為電參數的量輸出，其輸出端的能量是由被測對象取出的能量轉換而來的。它無能量放大作用，且要求從被測對象獲取的能量越小越好。這類傳感器包括熱電式傳感器、壓電式傳感器、磁電式傳感器、電動式傳感器等。參量型傳感器，又稱為有源型傳感器。參量型傳感器能將非電功率轉換為電功率，起能量變換作用，其輸出的電能量必須由外加電源供給，而不是由被測對象提供的。這種傳感器具有一定的能量放大作用。屬于這種類型的傳感器包括電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、霍爾式傳感器等。2.2.2傳感器輸入量(即被測參數)進行分類按輸人量分類，傳感器以被測物理量命名，如位移傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等。2.2.3按傳感器的輸出量進行分類按輸出量分類，傳感器可分為模擬式傳感器和數字式傳感器兩類。模擬式傳感器是指傳感器的輸出信號為模擬量，數字式傳感器是指傳感器的輸出信號為數字量。2.2.4按傳感器工作原理進行分類按傳感器的工作原理為依據分類，可分為電阻應變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器、壓電式傳感器、熱電式傳感器等。2.3電感式接近開關2.3.1電感式接近開關的基本工作原理 電感式傳感器為信號發生器，它被用于在加工機械，機器人，生產線 以及傳送帶系統中檢測和功能相關 的動作,并將檢測結果轉換成電信號。它是以非接觸的方式工作的。當有金屬物體接近規定的感應距離時，傳感器會發出一個電信號。電感式接近開關就是利用電渦流效應制造的傳感器。（1）高頻振蕩型電感式接近開關：它以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電感線圈作為檢測元件，利用被測金屬物體接近電感線圈時產生的渦流效應，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號調理電路將該變化轉換成開關量輸出，從而達到檢測的目的。 （2） 差動線圈型電感式接近開關：它有兩個電感線圈，由其中一個電感線圈作為檢測線圈，另一個電感線圈作為比較線圈；由于被測金屬物體接近檢測線圈時會產生渦流效應，從而引起檢測線圈中磁通的變化，檢測線圈的磁通與比較線圈的磁通進行比較，然后利用比較后的磁通差，經由傳感器的信號調理電路將該磁通差轉換成電的開關量輸出，從而達到檢測的目的2.3.2電感式接近開關的分類 （1）按工作電源的性質進行分類 流型：采用交流電源供電，用于交流控制回路。流型：采用直流流電源供電，用于直流控制回路。 （2）按接線方式進行分類二線制 三線制 四線制 五線制 六線制 （3）按觸點的性質分類 常開式 常閉式 常開與常閉混合式 （4）按輸出邏輯分類 正邏輯型 負邏輯型 浮空邏輯型 混合型 （5）按外形分類 螺紋型 圓柱型 長方體型 U型等 （6）按防護方式分類 防水型 防爆型 耐高溫型 耐高壓型等 - 無機械磨損和撕扯動作，因此使用壽命長；- 不會因灰塵或觸點焊接在一起而出現故障；- 無觸點反彈，因此無切換故障；- 切換頻率高達3000 Hz；- 抗震；- 安裝位置隨意；- 黃色LED顯示切換狀態；- 完全密閉，防護等級高。2.4電子式行程開關位置控制裝置為了知道氣缸活塞的兩個絕對位置（最內端和最外端），就可以用兩個磁感應傳感器來檢測。如圖2.2所示。在氣缸活塞環上，包有一層永久磁鐵。當活塞往外運動到最外端時，傳感器A就發出信號（一般傳感器上有指示燈），當活活塞往內運動到最內端時，傳感器B就發出信號。這樣就可以檢測氣缸活塞的位置。圖2.2 位置控制檢測2.5壓力傳感器壓力傳感器用于氣爪夾緊力的設定和檢測控制。壓力傳感器是壓力開關和模塊化壓力傳感器系統，啟動壓力能進行調節。特點是：裝配更方面，啟動速度更快，顯示更好（采用數字式顯示）。壓力傳感器外形及符號如圖2.1所示。圖2.3 壓力傳感器外形及符號圖2.6傳感器的連接方法本單元機械零部件及氣動控制回路安裝無誤后，進行電氣回路的安裝。電氣回路由信號輸入回路和輸出控制回路組成。信號輸入回路主要讀取運行過程中的各種位置及壓力信號，由各種傳感器檢測并轉換為相應的開關量信號，通過I/O接線端口輸入端用數據電纜連接PLC相應的I端口。輸出控制回路是PLC輸出端O端用數據電纜連接I/O端口再連接相應的電磁閥從而控制各種功能的實現。I/O接線端口如圖2.2所示，有8個輸入端及8個輸出端，每個輸入、輸出接線端上裝有LED，可顯示回路狀態以及用于系統糾錯。并且，在每一個端子旁都有數字標號，以說明端子的位地址，是PLC與輸入、輸出設備連結的橋梁。接線端口通過導軌固定在鋁合金板上。圖2.4 I/O接線端口2.7使用電器設備的注意事項（1）電氣插座不得過荷。（2）在修理或調試設備前，應先切斷電源。（3）不使用設備時應切斷電源。（4）所有電氣設備必須接地線。（5）切勿在手濕時接觸電器設備。2.8電氣回路連接安全規則（1）電氣連接完成前不能通電。（2）在安全電壓下操作，工作電壓24VDC。2.9模擬檢測電氣回路連接完畢檢查無誤，應使用數字量仿真盒（SIMBOX）連接I/O接線端端口模擬控制全過程進行試運行。數字量仿真盒如圖2.3所示。數字量仿真盒具有模擬MPS工作站或PLC輸入信號，顯示輸出信號數字的功能，可完成下列操作：（1）測試PLC程序時，模擬輸入。（2）設定輸出信號（獨立24V電源供電）進一步完成MPS工作站的操作。圖2.5 數字量仿真盒使用時把數字量仿真盒與I/O模塊的電纜線接頭連接，首先接通電源（暫不接通氣源），由于推料缸兩端安裝有磁感應開關在兩個極限位置，在兩個極限位置時，傳感器上LED指示燈、I/O接線端口及數字量仿真盒相應指示亮，表示位置到達及能進行檢測，磁傳感器安裝位置可以進行調整。擺動氣缸轉位到達，I/O接線端口及數字量仿真盒相應指示燈亮，如調整微動開關的位置可使擺動氣缸的轉位角度改變。接通氣源，板動數字量仿真盒上相應的O輸出開關，則控制相應氣動動作。例如板動O1開關，將產生真空吸力，如吸附工件則真空檢測開關LED指示燈、I/O接線端口及數字量仿真盒相應指示亮，表示已達到設定的真空壓力。板動O4開關，擺動氣缸擺向下一站。如此將整個控制順序與傳感器輸入信號指示模擬運行，并進行相應的調整，模擬運行如與設計一致后可接入PLC，實現全程序自動運行。第三章 可編程控制器控制部分該系統可安裝三菱、西門子、歐姆龍、松下等各種型號的PLC進行控制。可編程序控制器PLC如圖3.1所示。是目前在自動控制領域中使用最廣泛的控制裝置之一。它是以微處理器為基礎，綜合計算機技術與自動控制技術而發展起來的新一代工業控制器，具有邏輯判斷、計數、定時、記憶、算術運算、數據處理、聯網通信、PID 回路調節、人工智能等功能。PLC 以其優異的性能，低廉的價格和高可靠性等優點，在機器制造、冶金、化工、煤炭、汽車、紡織、食品等諸多行業的自動化儲藏中得到廣泛的應用。目前，可編程序控制器、集散控制系統和工業控制計算機這三類自動化控制裝置幾乎占領了所有控制裝置產品的市場。而在自動機與自動線中，可編程序控制器已成為首選的控制裝置。（a）西門子機型 （b）三菱機FX2N型圖3 .1 可編程序控制器PLC外型圖在組裝單元中機械手控制主要使用PLC控制，并配以傳感器將現場狀態反饋，實現全過程自動控制。本說明書以三菱FX2N-48型作參考設計。3.1機械手移送工件動作過程為便于控制系統調試和維護，控制系統有手動和自動控制功能，其控制面板如圖3.2所示。當手動/自動轉換開關置于“手動”位置時，按下相應的手動按鈕，可實現上升、下降、左移、右稱、夾緊、放松的手動控制。機械手停在任何位置時，轉換開關置于“回原點”，按下“原點”啟動按鈕，機械手自動返回原點位置。當機械手處于原位時，將手動/自動轉換開關置于“自動”位置時，進入自動狀態。手動按鈕無效。自動運行動作順序如圖3.3所示。動作過程分為8步：從原點下降夾緊（T）上升右移下降放松（T）上升左移到原點結束一個動作循環，時間（T）為可自定，本例為1秒。圖3.2 機械手移動工件系統操作面板圖3.3 機械手移動工件系統自動運行動作示意圖3.2操作方式概念設備的操作方式大致分為手動方式和自動方式，它們又可再分為其他運行方式，控制要求如表1所示。另運行及緊急停止的按鈕與PLC程序無關。用兩個按鈕使PLC與外部負載電源接通（ON）或分斷（OFF）。各區域如圖3.4所示。表1 運行方式及控制要求手動手動用各自的按鈕使各個負載單獨接通或斷開的方式。回原點該方式按動回原點按鈕時，機械自動向原點回歸自動單步運行按動一次啟動按鈕，前進一個工步（或工序）單周期運行在原點位置按動啟動按鈕，自動運行一遍再在原點停止。若在中途按動停止按鈕就停止運行；再按啟動按鈕，從斷點處開始繼續運行，回到原點自動停止。連續運行在原點位置按動啟動按鈕，開始連續的反復運行。若中途按動停止按鈕，動作將繼續到原點為止才停止。 圖3.4 操作面板控制區域（1）根據機械手控制設定PLC的I/0（輸入/輸出端口），如表2所示 。 表2 PLC的I/0（輸入/輸出端口）分配表輸入輸入輸出輸入繼電器作用輸入繼電器作用輸出繼電器控制對象X001下限位行程開關X020手動啟動按鈕Y000下降電磁閥X002上限位行程開關X021回歸原點Y001夾緊電磁閥X003右移限位行程開關X022單步運行Y002上升電磁閥X004左移限位行程開關X023單周期運行Y003右行電磁閥X005上升操作按鈕X024自動啟動按鈕Y004左行電磁閥X006左移操作按鈕X025返原點啟動Y005原點指示燈X007放