模塊項目化活頁式教材模板

項目（一）PLC控制氣缸設計、安裝、編程與調(diào)試【項目描述】氣缸是機電設備和自動化生產(chǎn)線中常見重要執(zhí)行機構(gòu)，可以帶動負載實現(xiàn)直線、旋轉(zhuǎn)運動。1.項目要求本項目要求：系統(tǒng)上電后，氣缸處于伸出狀態(tài)；系統(tǒng)處在手動工作模式時，按下手動按鈕SB1，氣缸縮回；系統(tǒng)處在自動工作模式時，當檢測到有物料時，氣缸自動縮回，等待5s后，氣缸伸出回到初始位置；系統(tǒng)的手動工作模式和自動工作模式通過轉(zhuǎn)換開關SA實現(xiàn)。2.學習目標（1）學習氣缸及氣缸基本控制回路基礎知識，能夠安裝、調(diào)試基本的氣缸控制回路。（2）理解磁性接近開光、光電接近開關的工作原理，能夠進行PLC、傳感器配線及調(diào)試。（3）理解PLC沿指令、跳變指令、主程序、子程序的設計方法，能夠進行PLC控制氣缸程序設計與調(diào)試。3.實施路徑圖2-1實施路徑示意圖4.項目環(huán)境需要能夠上網(wǎng)的計算機或手機；每組配備PLC配電盤或試驗臺；每組配備基本氣缸控制回路裝置，包括但不限于氣源裝置、氣動三聯(lián)件1套、氣缸1個、單向節(jié)流閥2個，電磁換向閥1個；按鈕2個、轉(zhuǎn)換開關1個、磁性接近開關1個、光電接近開關1個；萬用表1塊、電工常用工具1套。5.項目分組將班級學生根據(jù)任務和實訓設備情況采用撲克牌分組法進行分組，輪值安排組長，使每個人都有鍛煉培養(yǎng)組織協(xié)調(diào)和管理能力的機會。每人都明確的任務分工，分別或同時兼任代表項目經(jīng)理（組長）、電氣設計工程師、電氣安裝工程師、軟件工程師、項目驗收工程師、安全員等，模擬真實項目實施過程，培養(yǎng)學員團隊協(xié)作能力。完成表2-1項目分組（角色指派和職責等制定計劃時再填寫）。表2-1項目分組表組名小組LOGO組訓團隊成員學號角色職責【項目分析】氣缸廣泛用于機電一體化設備的自動化控制中，其結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，動作速度快，比起使用電機控制的方式，機械結(jié)構(gòu)和傳動部分要簡單。本項目需要用到氣缸、電磁閥、按鈕、開關、磁性接近開關、光電接近開關等，按鈕、開關及其與PLC之間接線等在模塊一的項目一中已經(jīng)學習，本項目重點分析氣缸基本回路、磁性接近開關、光電接近開關、PLC與傳感器配線等。1.認識氣缸控制回路1.1認識氣動元件觀看微課視頻或?qū)嶋H演示，思考氣缸基本控制回路組成及作用，并從實驗設備上找到相應的氣動系統(tǒng)元件。表2-2氣缸基本控制回路認知圖片名稱及圖形符號用途圖中元件名稱：圖形符號：該元件在氣動系統(tǒng)作用：圖中元件名稱：圖形符號：該元件在氣動系統(tǒng)作用：圖中元件名稱：圖形符號：該元件在氣動系統(tǒng)作用：。圖中元件名稱：圖形符號：該元件在氣動系統(tǒng)作用：，打開氣源開關，按下手動切換按鈕，觀察氣缸動作。1.2分析氣缸控制回路截取氣管，將上述氣動元件按照氣缸控制回路原理圖進行連接，便可實現(xiàn)氣缸的伸縮運動。表2-3氣動基本回路分析氣動回路原理圖氣動回路分析以料臺伸出氣缸控制回路分析氣動系統(tǒng)工作原理：初始狀態(tài)，電磁閥線圈得電，氣缸（伸出/縮回）；電磁閥失電后，氣缸（伸出/縮回）。2.接近傳感器接線項目中，一方面，為檢測氣缸運動的位置，在氣缸的伸出、縮回的極限位置安裝磁性接近開關；另一方面，為檢測物料的有無也使用了光電式接近開關。磁性接近開關和光電接近開關都屬于接近傳感器，觀察實物，查閱產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊或觀看微課視頻，學習接近傳感器與PLC的配線。表2-4電路連接步驟操作內(nèi)容實物照片接線原理圖操作要領磁性接近開關接線正端（棕色線）與PLC輸入端相連接，負端（藍色線）與24V電源0V光電接近開關接線（漫反射式）信號輸出端（黑色線）與PLC輸入端相連，正端（棕色線）連接24V電源正端，負端（藍色線）連接24V電源負端3.程序設計3.1跳轉(zhuǎn)至標號指令本項目有手動、自動兩種工作模式，屬于選擇性分支程序結(jié)構(gòu)，可通過跳轉(zhuǎn)指令實現(xiàn)分支程序執(zhí)行。表2-5跳變至標號指令LAD/FBD說明JMP（跳轉(zhuǎn)）指令對程序中的標號N執(zhí)行分支操作。LBL（標號）指令用于標記跳轉(zhuǎn)目的地n的位置。圖2-2PLC控制氣缸程序結(jié)構(gòu)3.2正跳變和負跳變檢測器本項目中，在檢測氣缸縮回到位或者伸出到位時，常常用到正負跳變檢測。表2-6正負跳變檢測器指令LAD說明正跳變觸點指令（上升沿）允許能量在每次斷開到接通轉(zhuǎn)換后流動一個掃描周期。負跳變觸點指令（下降沿）允許能量在每次接通到斷開轉(zhuǎn)換后流動一個掃描周期。3.3子程序及子程序調(diào)用S7-200SMARTPLC的控制程序主要有主程序、子程序和中斷子程序。主程序是程序的主體，每次掃描都要執(zhí)行主程序。每個項目都必須有且只能有一個主程序。子程序?qū)⒊绦蚍殖扇菀坠芾淼男K，使程序結(jié)構(gòu)簡單清晰，易于查錯和維護?？梢远啻握{(diào)用同一個子程序，使用子程序可以減少掃描時間。子程序僅在被調(diào)用時執(zhí)行，使用子程序可簡化程序代碼、減少掃描時間。

項目程序設計時，可以將手動工作模式和自動工作模式分別設置為兩個子程序。表2-7子程序指令格式LAD說明子例程調(diào)用指令將程序控制權轉(zhuǎn)交給子例程SBR_n。可以使用帶參數(shù)或不帶參數(shù)的子例程調(diào)用指令。子例程執(zhí)行完后，控制權返回給子例程調(diào)用指令后的下一條指令。調(diào)用參數(shù)x1(IN)、x2(IN_OUT)和x3(OUT)分別表示傳入、傳入和傳出或傳出子例程的三個調(diào)用參數(shù)。調(diào)用參數(shù)是可選的。從子例程有條件返回指令(CRET)根據(jù)前面的邏輯終止子例程。【項目實施】任務一、氣缸控制氣動原理圖繪制參考表2-3中氣動原理圖繪制氣缸控制氣動原理圖。圖2-3氣缸控制回路氣動原理圖任務二、電氣工程圖繪制1.設計與繪制PLC硬件接線原理圖在圖3-3中設計與繪PLC硬件接線原理圖。圖2-4PLC控制氣缸伸縮電氣接線原理圖2.設計與繪制元器件布置圖如果有成套實訓設備，可以在套實訓設備上選擇電氣元件，設計電路。也可采用一塊網(wǎng)孔板或配線木板，在上面布置元器件，設計與繪制元器件布置圖。在圖3-4中，設計采用網(wǎng)孔板的元器件布置圖。圖2-5PLC控制氣缸伸縮元器件布置圖3.設計與繪制電路安裝接線圖根據(jù)PLC控制氣缸接線原理圖，元器件布局圖，在圖3-5中設計與繪制電路安裝接線圖。圖2-6PLC控制氣缸伸縮安裝接線圖電路圖繪制完成后，對照表2-8中評分標準，小組自查和小組互查。檢查電路圖是否存在錯誤或不標準的地方，按照評分標準，完成表中小組自評和互評得分。表2-8電路圖繪制評分表任務評分點配分評分標準自評得分互評得分任務二原理圖設計繪制3正確設計繪制的電路原理圖選裝元件，接線正確，圖形符號和文字符號符合國家標準要求。每錯、漏一處扣2分，不規(guī)范每處扣0.5分。任務二元器件布置圖設計繪制2正確設計繪制的元器件布置圖，要求布局合理，標識清楚。每錯、漏一處扣2分。不規(guī)范每處扣分0.5。任務二安裝接線圖設計繪制5正確設計繪制的安裝接線圖，電器元件的布局合理，使用圖形符號和文字符號符合國家標準要求，凡是需要接線的部件端子都應予以編號。每錯、漏一處扣2分。不規(guī)范酌情扣0.5分。合計任務三、安裝電路這個任務的基本操作步驟可以分為：清點工具、電器元件和儀表元器件檢查安裝元器件布線自檢。1.清點工具、電器元件和儀表根據(jù)任務的具體內(nèi)容，選擇工具和儀表，完善表2-9，如果需要其他工具和儀表請在表中添加。根據(jù)表格2-9，向?qū)嶒炇夜芾韱T領取工具、電器元件和儀表，清點型號數(shù)量。表2-9工具、儀表選用序號工具或儀表名稱型號或規(guī)格數(shù)量作用1一字螺絲刀1元器件安裝與電路連接2一字螺絲刀1元器件安裝與電路連接3十字螺絲刀1元器件安裝與電路連接4十字螺絲刀1元器件安裝與電路連接5尖嘴鉗16斜口鉗17剝線鉗18壓線鉗19電筆110萬用表1根據(jù)任務的具體內(nèi)容，選擇編程工具、元器件等，完善表2-10，如果需要其他元器件請在表中添加。根據(jù)表格2-10，向?qū)嶒炇夜芾韱T領取元器件等，清點型號、規(guī)格與數(shù)量。表2-10元器件等清單序號名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量1PLC臺12氣缸個13節(jié)流閥個24電磁換向閥個15磁性接近開關個16光電接近開關個17氣管m28導線m52.檢測電器元件對領取的元器件進行外觀檢測和萬用表檢測，完善表2-11的內(nèi)容。表2-11元器件檢測名稱圖示操縱步驟、要領及結(jié)果磁性接近開關外觀檢測1.看型號是否符合標準2.看外表是否破損3.看銘牌是常開還是常閉？4.看名牌是交流還是直流？結(jié)果：萬用表檢測萬用表選擇Rx200檔（或蜂鳴檔），測量接線端子間電阻，常閉接近零（有蜂鳴聲），常開讀數(shù)無窮大（數(shù)字表顯示OL，超量程）。將其放在磁性物質(zhì)上重新測量。結(jié)果：光電接線開關外觀檢測1.看型號是否符合標準2.看外表是否破損3.看銘牌是常開還是常閉？4.看名牌是NPN還是PNP？結(jié)果：萬用表檢測如左圖所示方法連接電路，棕色線接電源正極，藍色線接電源負極，黑色線是信號輸出線。將萬用表打在直流電壓200V檔位，若是NPN型，則黑色線為低電平輸出，黑色線和電源正極有24V電壓；反之，是PNP型，則黑色線為高電平輸出，黑色線和電源負極有24V電壓。結(jié)果：端子排外觀檢測1.看型號是否符合標準，端子數(shù)量是否夠2.看外表是否破損3.看接線端子是否完整結(jié)果：萬用表檢測萬用表選擇Rx200檔（或蜂鳴檔），測量端子間電阻，正常時接近零（有蜂鳴聲）。結(jié)果：3.安裝元器件確認元器件完好之后，需按照電氣元器件布置圖把元器件固定在網(wǎng)孔板上。4.布線按照如下工藝要求進行布線。5.電路檢測所有電路連接完成后，需要檢查布線和使用萬用表檢測無誤后，蓋好線槽，方可送電。用萬用表主要進行短路和斷路檢測。（1）檢查布線。根據(jù)電路圖檢查是否掉線、錯線，是否漏編、錯編，接線是否牢固等。（2）使用萬用表進行斷電檢查。按照表2-12使用萬用表斷電檢測電路，并將測量結(jié)果填入表格中。表2-12使用萬用表斷電檢測電路測量要求測量過程正確阻值測量結(jié)果測量任務操作方法斷電PLC電源電路按照電路圖，應用萬用表分別檢查電源輸入端與PLC電源輸入端之間電阻。0或接近0ΩPLC輸入電路按照電路圖，應用萬用表測量每一路的輸入信號端與PLC輸入端、電源端之間的電阻。0或接近0ΩPLC輸出電路按照電路圖，應用萬用表測量電磁閥線圈與PLC輸入端、電源端之間的電阻。0或接近0Ω首先小組自查，沒有問題后，小組間依次交換電路。按照表2-13中的評分要求，進行自查和互查并在表中評出分數(shù)，評分采用扣分制每項扣完為止。表2-13小組互評任務評分點配分評分標準自查得分自查得分任務三PLC控制氣缸伸縮電氣安裝（40分）元件安裝2PLC、開關電源、電磁閥等位置安裝不合理，每處扣1分接線頭工藝3導線必須壓接接線端子，未壓接每處扣1分2同一接線端子超過兩個線頭、露銅超2mm，每處扣0.5分號碼管工藝3連接的所有導線兩端必須套上寫有編號的號碼管，每少處扣1分線槽工藝2所有連接線垂直進線槽，蓋上線槽蓋，不合要求扣0.2分/處導線顏色工藝2連接線路導線顏色、線徑等按標準規(guī)范要求區(qū)分，不合要求酌情扣1~4分保護接地1PLC應該可靠接地，沒接地，扣1分整體接線美觀度1根據(jù)工藝連線的整體美觀度酌情扣分系統(tǒng)初步調(diào)試4上電前安全檢查，上電后初步檢測元件工作是否正常，檢查局部電路功能；（1）上電安全操作：能夠正常上電，給2分。（2）器件功能測試：選擇開關、按鈕、氣缸兩端磁性接近開關、光電接近開關，相應的PLC輸入點應當有信號，不符合要求的扣1分每處。合計首先互查，沒有問題后，各小組拿回自己的電路，進行上電檢查。按照表2-14上電檢測電路的要求進行檢測，并將測量結(jié)果填入表格中。表2-14使用萬用表檢測上電電路測量要求測量過程正確值測量結(jié)果測量任務操作方法上電測量PLC電源接入電源，合上斷路器，根據(jù)所選PLCCPU型號選用萬用表交流750V檔位或者直流200V測量PLC電源輸入接線端子之間的電壓單相220V左右；或直流24V左右任務四、編寫PLC程序記錄程序編寫過程中可能出現(xiàn)的問題和解決措施。出現(xiàn)問題：解決措施：任務五、程序下載聯(lián)調(diào)將編寫好的PLC程序和觸摸屏程序分別下載到PLC和觸摸屏，監(jiān)控并調(diào)試程序。程序調(diào)試完成，演示并按照表2-15評分標準進行小組自評和互評。表2-15程序評分表任務評分點配分評分標準自評得分互評得分任務四PLC程序15系統(tǒng)上電后，氣缸處于伸出狀態(tài)；系統(tǒng)處在手動工作模式時，按下手動按鈕SB1，氣缸縮回；系統(tǒng)處在自動工作模式時，當檢測到有物料時，氣缸自動縮回，縮回到位后，氣缸伸出回到初始位置；系統(tǒng)的手動工作模式和自動工作模式通過轉(zhuǎn)換開關SA實現(xiàn)。得分任務六、整理文檔，交付客戶按照項目需求，整理出項目技術文檔，主要包括項目要求、電氣原理圖、元器件布局圖、電路安裝接線圖、變頻器參數(shù)表、操作說明、常見故障排除方法等。該項目是一個簡單的手動控制變頻器的項目，無需整理出復雜的文檔。根據(jù)整理的技術文檔，填寫文檔目錄表2-16。將文檔連同表2-16一起交付給客戶（教師）。表2-16PLC控制氣缸伸縮技術文檔文檔名稱文檔形式文檔大小恭喜你，已完成項目實施，完整體驗了實施一個PLC控制氣缸伸縮的項目的過程。如電路圖繪制、電氣安裝、氣動回路安裝等環(huán)節(jié)遇到問題可掃碼核對?！緳z查驗收】1.小組自查，預驗收根據(jù)小組分工，項目經(jīng)理和項目驗收員根據(jù)項目要求和電氣控制工藝規(guī)范，進行預驗收，填寫表2-17預驗收記錄。表2-17預驗收記錄項目名稱組名序號驗收內(nèi)容驗收內(nèi)容整改措施完成時間1工藝檢查2功能檢查3技術先進性4技術文檔檢查預驗收結(jié)論：簽字：時間：2.項目提交，驗收組內(nèi)驗收完成，各小組順序交叉驗收，填寫驗收報告表2-18。表2-18項目驗收報告項目名稱建設單位項目驗收人員驗收時間項目概況存在問題完成時間驗收結(jié)果功能測試技術水平施工質(zhì)量材料歸檔3.展示評價各組展示作品，介紹任務完成過程、制作展示PPT、整理技術文檔并提交匯報材料，同時開展進行小組自評、組間互評、教師評價，完成考核評價表2-19。表2-19評價考核評價表項目名稱評價內(nèi)容分值評價分數(shù)自評互評師評職業(yè)素養(yǎng)考核項目35%穿戴規(guī)范、整潔5分安全意識、責任意識、服從意識5分積極參加教學活動，按時完成學生工作活頁8分團隊合作、與人交流能力5分勞動紀律6分生產(chǎn)現(xiàn)場管理7S標準6分專業(yè)能力考核項目65%電路圖設計與繪制10分電氣安裝20分PLC程序設計20分熟練度，工作效率，創(chuàng)新意識5分總分總評自評（20%）+互評（20%）+師評（60%）綜合等級教師（簽名）：【項目拓展】1.要求在實際工程應用中，往往會有多個氣缸協(xié)同工作完成一個工藝流程。例如YL-33B自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試設備的加工單元，如圖所示2-7所示，具體的控制要求為：（1）初始狀態(tài)：設備上電和氣源接通后，滑動加工臺伸縮氣缸處于伸出位置，加工臺氣動手爪處于松開的狀態(tài)，沖壓氣缸處于縮回位置，急停按鈕沒有按下。若設備在上述初始狀態(tài)，則“正常工作”指示燈HL1常亮，表示設備準備好。否則，該指示燈以1Hz頻率閃爍。（2）若設備準備好，按下啟動按鈕，設備啟動，“設備運行”指示燈HL2常亮。當待加工工件送到加工臺上并被檢出后，氣動手爪將工件夾緊，送往加工區(qū)域沖壓，完成沖壓動作后返回待料位置的工件加工工序。如果沒有停止信號輸入，當再有待加工工件送到加工臺上時，加工單元又開始下一周期工作。（3）在工作過程中，若按下停止按鈕，加工單元在完成本周期的動作后停止工作。HL2指示燈熄滅。圖2-7加工單元結(jié)構(gòu)示意圖2.項目分析分析項目要求，相比前面進行的PLC控制氣缸伸縮項目，本項目不僅從硬件上增加更多的輸入、輸出信號，而且控制邏輯也更復雜了一些，但氣缸控制主要的思路及注意問題相同。輸入端口中間層輸出端口中間層端子號設備符號信號線端子號設備符號信號線2SC1加工臺物料檢測23Y夾緊電磁閥33B2工件夾緊檢測342B2加工臺伸出到位42Y伸縮電磁閥52B1加工臺縮回到位51Y沖壓電磁閥61B1加工壓頭上限71B2加工壓頭下限8～17端子沒有連接6～14端子沒有連接3.實施3.1氣動原理圖繪制參考表2-3中氣動原理圖繪制氣缸控制氣動原理圖。3.1電氣工程圖繪制在前面繪制的電氣原理圖、器件布置圖、電路安裝接線圖的基礎，增加PLC輸入電路的磁性接近開關數(shù)量和輸出電路電磁閥、指示燈數(shù)量等，分別繪制手動端子控制變頻器的電氣原理圖、器件布置圖、電路安裝接線圖。3.2安裝接線根據(jù)電氣工程圖，在項目一電氣配盤的基礎上增加磁性接近開關、電磁閥、指示燈的連接。安裝完成，進行外觀檢查和用萬用表檢查電路。記錄安裝接線過程可能出現(xiàn)的問題和解決措施。出現(xiàn)問題：解決措施：3.3PLC程序設計按照拓展項目控制要求，編寫PLC程序。出現(xiàn)問題：解決措施：4.小結(jié)通過拓展項目，你有什么新的發(fā)現(xiàn)和收獲？特別是變頻器控制系統(tǒng)，如何擴展功能？請寫出來。。恭喜你，舉一反三，完成了PLC控制氣缸伸縮系統(tǒng)的進一步強化，并學習了上升沿、下降沿檢測指令、跳轉(zhuǎn)指令及主程序、子程序設計方法。想深化和提升前面學到的知識和技能，請進入下面的知識鏈接的天地，不斷用知識武裝大腦，游刃有余的去面對新的工控項目?！局R鏈接】一、氣動系統(tǒng)的認識現(xiàn)代自動化控制常用的傳動力機構(gòu)有機械式、液壓式和氣動式。這些方式都有各自的優(yōu)缺點。氣動的優(yōu)點是，氣動裝置結(jié)構(gòu)簡單、輕便,方便安裝,維護氣壓等級較低,安全性較高。使用氣體為傳動媒介既經(jīng)濟又不污染環(huán)境,所以在現(xiàn)實生產(chǎn)中使用得非常普遍,如在機械、電子、食品、化工、紡織等行業(yè)中的應用。在氣動控制系統(tǒng)中,氣動發(fā)生裝置一般為空氣壓縮機,它將原動機供給的機械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能(內(nèi)能)；氣動執(zhí)行元件則將壓力能轉(zhuǎn)化為機械能,完成規(guī)定動作；在這兩部分之間,根據(jù)機械或設備工作循環(huán)運動的需求,按一定順序?qū)⒏鞣N控制元件(壓力控制閥、流量控制閥、方向控制閥和邏輯元件)、傳感元件和氣動輔件連接起來。1.氣動系統(tǒng)執(zhí)行元件將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)換成機械能,驅(qū)動機構(gòu)作直線往復運動、擺動和夾緊運動的元件稱為氣動執(zhí)行元件。統(tǒng)常用的執(zhí)行元件為氣缸和氣馬達。氣缸用于實現(xiàn)直線往復運動或者擺動往復運動；馬達用于實現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)運動。常見氣缸外形如圖2-8所示。圖2-8常見氣缸外形按照安裝方式氣缸可分為固定式氣缸和擺動式氣缸；按照潤滑方式可分為給油氣缸和不給油氣缸；按照驅(qū)動方式可分為單作用氣缸和雙作用氣缸。（1）單作用氣缸單作用氣缸只在活塞一側(cè)通入壓縮空氣使其伸出或縮回，另一側(cè)是通過呼吸孔開放在大氣中的。這種氣缸只能在一個方向上做功，活塞的反向動作則靠一個復位彈簧、膜片張力或施加外力來實現(xiàn)。由于壓縮空氣只能在一個方向上控制氣缸活塞的運動，所以稱為單作用氣缸。單作用氣缸具有以下的特點：僅一端進（排）氣，結(jié)構(gòu)簡單，耗氣量?。挥脧椈闪蚰てΦ葟臀?，壓縮空氣能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力，因而減小了活塞桿的輸出力；缸內(nèi)安裝彈簧、膜片等，一般行程較短；與相同體積的雙作用氣缸相比，有效行程小一些；氣缸復位彈簧、膜片的張力均隨變形大小變化，因而活塞桿的輸出力在行進過程中是變化的。由于以上特點，單作用活塞氣缸多用于短行程，其推力及運動速度均要求不高場合，如氣吊、定位和夾緊等裝置上。（2）雙作用氣缸雙作用氣缸活塞的往返運動是依靠壓縮空氣從缸內(nèi)被活塞分隔開的兩個腔室(有桿腔、無桿腔)交替進入和排出來實現(xiàn)的，壓縮空氣可以在兩個方向上做功。從無桿側(cè)端蓋氣口進氣時，推動活塞向前運動；反之，從有桿側(cè)端蓋氣口進氣時，推動活塞向后運動。由于氣缸活塞的往返運動全部靠壓縮空氣來完成，所以稱為雙作用氣缸，如圖2-9所示。雙作用氣缸具有結(jié)構(gòu)簡單，輸出力穩(wěn)定，行程可根據(jù)需要選擇的優(yōu)點，但由于是利用壓縮空氣交替作用于活塞上實現(xiàn)伸縮運動的，回縮時壓縮空氣的有效作用面積較小，所以產(chǎn)生的力要小于伸出時產(chǎn)生的推力。1,6-進、排氣口；2-無桿腔;3-活塞；4-密封圈；5一有桿腔；7-導向環(huán)；8-活塞桿圖2-9雙作用氣缸（3）擺動氣缸擺動氣缸又稱旋轉(zhuǎn)氣缸、回轉(zhuǎn)氣缸，實物圖如圖2-10所示，利用壓縮空氣驅(qū)動輸出軸在小于360度的角度范圍內(nèi)作往復擺動，其擺動角度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，常用的固定角度有90°、180°、270°；多用于物體的轉(zhuǎn)位、工件的翻轉(zhuǎn)、閥門的開閉以及機器人的手臂動作等。圖2-10擺動氣缸（4）氣動手爪在機電設備中，最常用的一種氣缸是氣動手爪(手指、氣爪)，它可以實現(xiàn)各種抓取功能，是現(xiàn)代氣動機械手中一個重要部件。氣動手爪的主要類型有平行手爪氣缸、擺動手爪氣缸、旋轉(zhuǎn)手爪氣缸和三點手爪氣缸等，具體分類見表2-21。氣動手爪的開閉一般是通過由氣缸活塞產(chǎn)生的往復直線運動帶動與手爪相連的曲柄連桿、滾輪或齒輪等機構(gòu)，驅(qū)動各個手爪同步做開、閉運動；用來抓取工件，實現(xiàn)機械手的各種動作。氣動手爪能實現(xiàn)雙向抓取、動對中，并可安裝無接觸式位置檢測元件，有較高的重復精度。表2-21常見氣動手抓類型氣爪的種類工作原理與應用圖例平行氣爪平行氣爪通過兩個活塞工作。通常讓一個活塞受壓，另一個活塞排氣實現(xiàn)手指移動。平行氣爪的手指只能軸向?qū)π囊苿?，不能單獨移動一個手指。擺動氣爪擺動氣爪通過一個帶環(huán)形槽的活塞桿帶動手指運動。由于氣爪手指耳環(huán)始終與環(huán)形槽相連，所以手指移動能實現(xiàn)自動對中，并保證抓取力矩的恒定。旋轉(zhuǎn)氣爪旋轉(zhuǎn)氣爪是通過齒輪齒條實現(xiàn)手抓運動的。齒輪齒條可使氣動手指同時移動并自動對中，保證抓取力矩的恒定。三點氣爪三點氣爪通過一個帶環(huán)形槽的活塞帶動三個曲柄工作。每個曲柄與一個手指相連，因而使手指打開或閉合。2.氣動系統(tǒng)控制元件氣動系統(tǒng)的作用主要是為了驅(qū)動各種不同要求的機械裝置,其控制主要有三個內(nèi)容:力的大小、運動方向和運動速度,分別使用壓力控制閥控制壓力,方向控制閥控制方向和流量控制閥控制流量。這三個控制機構(gòu)組成了氣動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。（1）壓力控制閥壓力控制閥用來控制氣動控制系統(tǒng)中壓縮空氣的壓力，以滿足各種壓力需求或節(jié)能，將壓力減到每臺裝置所需的壓力，并使壓力穩(wěn)定保持在所需的壓力值上。壓力控制閥有減壓閥、安全閥、順序閥等。減壓閥對來自供氣氣源的壓力，進行二次壓力調(diào)節(jié)，使壓力減小到各氣動裝置需要的壓力，并使壓力值保持穩(wěn)定。安全閥也稱為溢流閥，在系統(tǒng)中起到安全保護作用；當系統(tǒng)的壓力超過規(guī)定值時，安全閥打開，將系統(tǒng)中一部分氣體排入大氣，使得系統(tǒng)壓力不超過允許值，從而保證系統(tǒng)不因壓力過高而發(fā)生事故。順序閥是依靠氣路中壓力的作用來控制執(zhí)行元件按順序動作的一種壓力控制閥，順序閥一般與單向閥配合在一起，構(gòu)成單向順序閥。圖2-11減壓閥（2）流量控制閥流量控制閥在氣動系統(tǒng)中通過改變閥的流通截面積來實現(xiàn)流量控制，以達到控制氣缸運動速度或者控制換向閥的切換時間和氣動信號的傳遞速度。包括：調(diào)速閥、單向節(jié)流閥和帶消聲器的排氣節(jié)流閥如圖2-12所示。出氣節(jié)流式單向節(jié)流閥要通過調(diào)節(jié)出氣流量來調(diào)節(jié)活塞的運動速度。（a）調(diào)速閥（b）單向節(jié)流閥（c）帶消聲器的排氣節(jié)流閥圖2-12流量調(diào)節(jié)閥（3）方向控制閥方向控制閥是氣動系統(tǒng)中通過改變壓縮空氣的流動方向和氣流通斷，來控制執(zhí)行元件啟動、停止及運動方向的氣動元件。最常用的是電磁控制換向閥簡稱電磁閥，電磁閥是氣動控制中最主要的元件，它是利用電磁線圈通電時，靜鐵心對動鐵心產(chǎn)生電磁吸引力使閥芯切換以改變氣流方向的，根據(jù)閥心復位控制方式，又可以分為單電控和雙電控兩種。單電控電磁閥如圖2-13所示，它通過交換進、出氣的方向改變氣缸的伸出、縮回運動。電磁閥易于實現(xiàn)電氣聯(lián)合控制，能實現(xiàn)遠距離操作，在氣動控制中廣泛使用。電磁閥按閥芯切換通道數(shù)目的不同又可以分為二通閥、三通閥、四通閥、五通閥；同時，按閥芯的切換工作位置數(shù)目的不同又可以分為二位閥和三位閥。電磁閥的圖形符號如圖2-14所示。額定電壓直流24V的電磁閥可由PLC的輸出端直接控制。圖2-13單控電磁閥實物圖圖2-14電磁換向閥的圖形符號在工程實際應用中，為了簡化控制閥的控制線路和氣路的連接，優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通常將多個電磁閥及相應的氣控和電控信號接口、消聲器和匯流板等集中在一起組成控制閥的集合體使用，此集合體稱為閥島，如圖2-15所示。也將氣源的壓力指示和調(diào)試、過濾及干燥等組合成氣源處理組件（也稱氣動三聯(lián)件），它是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器件，經(jīng)常應用在實驗設備、木工機械的小型設備的氣源輸入處，其作用是除去壓縮空氣中所含的雜質(zhì)及凝結(jié)水，調(diào)節(jié)并保持恒定的工作壓力。在使用時，應注意經(jīng)常檢查過濾器中凝結(jié)水的水位，在超過最高標線以前，必須排放，以免被重新吸入，如圖2-16所示。氣源處理組件的氣路入口處安裝一個快速氣路開關，用于啟/閉氣源，當把氣路開關向左拔出時，氣路接通氣源，反之把氣路開關向右推入時氣路關閉。圖2-15閥島圖2-16氣源組件3.氣動回路圖單電控電磁閥未通電時，工作于右位復位狀態(tài)此時在氣壓力作用下，氣缸活塞左移，氣缸桿縮回，如圖2-17（a）所示。當電磁閥的電磁線圈通電時，閥工作于左位工作狀態(tài)，此時在氣壓力作用下，氣缸活塞右移，氣缸桿伸出，如圖2-17（b）圖所示。（a）（b）圖2-17氣動控制回路運行圖以YL-33B自動化生產(chǎn)線安裝與調(diào)試實訓考核裝備的供料單元氣動系統(tǒng)為例，該氣動系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)的邏輯控制功能是由PLC實現(xiàn)的。氣動控制回路的工作原理如圖2-18所示。圖中1A和2A分別為推料氣缸和頂料氣缸。1B1和1B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關，2B1和2B2為安裝在推料缸的兩個極限工作位置的磁感應接近開關。1Y1和2Y1分別為控制推料缸和頂料缸的電磁閥的電磁控制端。通常，這兩個氣缸的初始位置均設定在縮回狀態(tài)。圖2-18 供料單元氣動控制回路工作原理圖二、常用接近傳感器（1）磁性開關2-21所示。圖2-19磁性接近開關外形圖圖2-20磁性接近開關電氣符號圖2-21帶磁性接近開關氣缸的結(jié)構(gòu)原理圖磁性接近開關安裝在氣缸壁上，PLC）可以利用該信號判斷氣缸的運動狀態(tài)或所處的位置，以確定氣缸是否推出或返回。磁性接近開關的內(nèi)部電路如圖2-22虛線框內(nèi)所示，內(nèi)部LED指示燈顯示開關信號的狀態(tài)，可供調(diào)試時使用，即開關動作時LED亮；反之LED不亮。磁性接近開關有藍色和棕色2根引出線，與PLC的連接方式比較簡單，和按鈕與PLC的接線方式類似，使用時藍色引出線應連接到PLC輸入公共端，棕色引出線應連接到PLC輸入端。圖2-22磁性開關的內(nèi)部電路磁性接近開關的安裝位置要根據(jù)實際位置要求進行調(diào)整，調(diào)整方法是松開磁性接近開關的緊定螺栓，把磁性接近開關移動指定位置后，再旋緊緊定螺栓。（2）電感式接近開關電感式接近開關是利用電渦流效應制造的傳感器，其外形及電氣符號如圖2-23、2-24所示。電渦流效應是指，當金屬物體處于一個交變的磁場中，在金屬內(nèi)部會產(chǎn)生交變的電渦流，該渦流又會反作用于產(chǎn)生它的磁場這樣一種物理效應。如果這個交變的磁場是由一個電感線圈產(chǎn)生的，則這個電感線圈中的電流就會發(fā)生變化，用于平衡渦流產(chǎn)生的磁場。利用這一原理，以高頻振蕩器（LC振蕩器）中的電感線圈作為檢測元件，當被測金屬物體接近電感線圈時產(chǎn)生了渦流效應，引起振蕩器振幅或頻率的變化，由傳感器的信號調(diào)理電路（包括檢波、放大、整形、輸出等電路）將該變化轉(zhuǎn)換成開關量輸出，從而達到檢測目的。電感式接近開關工作原理框圖如圖2-25所示。圖2-23常用電感式接近開關實物圖圖2-24電感式接近開關電氣符號圖2-25電感式接近開關工作原理框圖亞龍YL-335B型自動生產(chǎn)線實訓考核裝置的圖2-26供料單元上的電感式傳感器（3）電容式接近開關電容式接近開關的常見實物外形和電氣符號如圖2-27、2-28所示。電容式接近開關的測量端是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是開關的外殼。這個外殼在測量過程中通常是接地或與設備的機殼相連接。當有物體移向接近開關時，不論它是否為導體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關的接通或斷開。電容式接近開關原理如圖2-29所示。齊平式非齊平式遠距離式（大量程）全密封防水式圖2-27電容式接近開關實物圖圖2-28電容式接近開關電氣符號圖2-29電容式接近開關原理示意圖電容式接近開關不僅能檢測金屬，而且也能對非金屬物質(zhì)如塑料、玻璃、水、油等物質(zhì)進行相應的檢測。在檢測非金屬物體時，相應的檢測距離因受檢測體的導電率、介電常數(shù)、體積吸水率等參數(shù)影響、相應的檢測距離有所不同，對接地的金屬導體有最大的檢測距離。在實際應用中，主要用電容式接近開關檢測非金屬物質(zhì)。調(diào)節(jié)接近開關尾部的靈敏度調(diào)節(jié)電位器，可以根據(jù)被測物不同來改變動作距離。（4）霍爾式接近開關當一塊通有電流的金屬或半導體薄片垂直地放在磁場中時，薄片的兩端就會產(chǎn)生電位差，這種現(xiàn)象就稱為霍爾效應。霍爾式接近開關就是利用霍爾效應原理，當磁性物質(zhì)靠近霍爾開關時，開關檢測面上的霍爾元件產(chǎn)生霍爾效應使得內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，控制開關的通斷，由此判定附近是否有磁性物質(zhì)?；魻柺浇咏_關實物如圖2-30所示。圖2-29霍爾式接近開關實物圖霍爾式接近開關具有無觸電、低功耗、長使用壽命、響應頻率高等特點，內(nèi)部采用環(huán)氧樹脂封灌成一體化，能夠在各類惡劣環(huán)境下可靠的工作，廣泛應用于接近開關、壓力開關、里程表等，但其檢測對象必須是磁性物質(zhì)。（5）光電式接近開關光電式接近開關是利用光的各種性質(zhì)，能夠?qū)⒖梢姽廪D(zhuǎn)換成某種電量的傳感器，又稱為光電傳感器、光電開關。光電開關常用于檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等，一般由發(fā)光元件(發(fā)光二極管，即LED)和受光元件(光敏三極管)組合構(gòu)成。其中發(fā)光元件將電信號變換成光信號，用于發(fā)射紅外光或可見光；而受光元件用于接收發(fā)射器發(fā)射的光，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號以開關量形式輸出。光發(fā)射器和接收器有一體式和分體式兩種。常見光電開關實物和電氣符號如圖2-31、2-32所示。圖2-31光電開關實物圖圖2-32光電開關電氣符號按照接收器接收光的方式不同可分為對射式、反射式和漫反射三種類型的光電開關。對射式是指光發(fā)射器與光接收器處于相對的位置工作，根據(jù)光路信號的有無判斷信號是否進行輸出改變的光電接近開關，此開關最常用于檢測不透明物體，對射式光電接近開關的光發(fā)射器和光接收器有一體式和分體式。對射式光電開關的工作原理如圖2-33所示。圖2-33對射式光電開關工作原理圖反射式光電開關的光發(fā)射器與光接收器為一體化的結(jié)構(gòu)，在其相對的位置上安置一個反射鏡，光發(fā)射器發(fā)出的光以反射鏡是否有反射光線被光接收器接收來判斷有無物體。反射式光電開關的工作原理如圖2-34所示。漫反射式光電開關的光發(fā)射器和光接收器集于一體，利用光照射到被測物體上反射回來的光線而進行工作。漫反射式光電開關的可調(diào)性很好，其敏感度可通過其背后的旋鈕進行調(diào)節(jié)。漫反射式光電開關的工作原理如圖2-35所示。圖2-34反射式光電開關工作原理圖圖2-35漫反射式光電開關工作原理圖三種類型光電開關比較如表2-22所示。表2-22三種檢測方式比較檢測方法檢測體優(yōu)點缺點對射型（透過型）不透明體檢測精度高；能檢測小物體；可進行長距離的檢測。光軸調(diào)校困難；配線困難。鏡片反射型透明體不透明體配線容易；檢測距離為幾米；光軸調(diào)校容易。要注意檢測物體的反射；需要反射板。漫反射型透明體不透明體可檢測透明體；檢測距離為幾十厘米。要注意檢測體以外的反射光。光電開關廣泛應用在自動包裝機、自動封裝機、自動灌裝機、自動或半自動裝配流水線上用來檢測檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等。亞龍YL-335B型自動生產(chǎn)線實訓考核裝置的供料單元中用來檢測物料臺上有無物料的光電開關是一個圓柱形漫射式光電接近開關，工作時向上發(fā)出光線，從而透過小孔檢測是否有工件存在，該光電開關選用SICK公司產(chǎn)品MHT15-N2317型光電開關，其外形如圖2-36所示。圖2-36MHT15-N2317型光電開關外形供料單元中用來檢測工件不足或工件有無的漫射式光電接近開關選用OMRON公司的E3Z-LS63型放大器內(nèi)置型光電開關（細小光束型，NPN型晶體管集電極開路輸出），其外形如圖2-37所示。圖2-37E3Z-LS63型光電開關的外形和調(diào)節(jié)旋鈕、顯示燈2-36E3Z-LS63型光電開圖2-38NPN型集電極開路輸出與PLC的連接圖2-37中輸出OUT端通過開關管與0V連接，當光電開關動作時，開關管飽和導通，OUT端與0V相通，輸出0V低電平信號；NPN集電極開路輸出為0V，當輸出OUT端與PLC輸入相連時，電流從PLC的輸入端流出，從PLC的公共端流入，此即為PLC的漏型電路形式，即NPN型集電極開路輸出只能接漏型或者混合式輸入電路形式的PLC。圖2-39PNP型集電極開路輸出與PLC的連接圖2-38中輸出OUT端通過開關管與+U連接，當光電開關動作時，開關管飽和導通，OUT端與+U相通，輸出+U高電平信號；PNP集電極開路輸出為+U高電平，當輸出OUT端與PLC輸入相連時，電流從PLC的輸入端流入，從PLC的公共端流出，此即為PLC的源型電路形式，即PNP型集電極開路輸出只能接源型或者混合式輸入電路形式的PLC。三、正、負跳變檢測指令正、負跳變指令在梯形圖中以觸點形式使用。用于檢測脈沖的正跳變（上升沿，即上微分操作）或負跳變（下降沿，及下微分操作），利用跳變讓能流接通一個掃描周期，即可以