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自动化常用设备部件分析 一 常见机械结构分析二 电气元器件三 气动元器件四 PLC的接线方法 殷春景 1 常见机械结构分析 2 直角坐标系机械设备 3 常见机械结构分析 4 5 气缸的种类 定义 引导活塞在缸内进行直线往复运动的圆筒形金属机件 组成 气缸是由缸筒 端盖 活塞 活塞杆和密封件等组成 其内部结构如图所示 1 缸筒 缸筒的内径大小代表了气缸输出力的大小 活塞要在缸筒内做平稳的往复滑动 缸筒内表面的表面粗糙度应达到Ra0 8 m 6 气缸的种类 2 端盖 端盖上设有进排气通口 有的还在端盖内设有缓冲机构 杆侧端盖上设有密封圈和防尘圈 以防止从活塞杆处向外漏气和防止外部灰尘混入缸内 杆侧端盖上设有导向套 以提高气缸的导向精度 承受活塞杆上少量的横向负载 减小活塞杆伸出时的下弯量 延长气缸使用寿命 导向套通常使用烧结含油合金 前倾铜铸件 端盖过去常用可锻铸铁 为减轻重量并防锈 常使用铝合金压铸 微型缸有使用黄铜材料的 7 气缸的种类 3 活塞 活塞是气缸中的受压力零件 为防止活塞左右两腔相互窜气 设有活塞密封圈 活塞上的耐磨环可提高气缸的导向性 减少活塞密封圈的磨耗 减少摩擦阻力 耐磨环长使用聚氨酯 聚四氟乙烯 夹布合成树脂等材料 活塞的宽度由密封圈尺寸和必要的滑动部分长度来决定 滑动部分太短 易引起早期磨损和卡死 活塞的材质常用铝合金和铸铁 小型缸的活塞有黄铜制成的 8 气缸的种类 4 活塞杆 活塞杆是气缸中最重要的受力零件 通常使用高碳钢 表面经镀硬铬处理 或使用不锈钢 以防腐蚀 并提高密封圈的耐磨性 9 气缸的种类 5 密封圈回转或往复运动处的部件密封称为动密封 静止件部分的密封称为静密封 缸筒与端盖的连接方法主要有以下几种 整体型 铆接型 螺纹联接型 法兰型 拉杆型 10 气缸的种类 6 气缸工作时要靠压缩空气中的油雾对活塞进行润滑 也有小部分免润滑气缸 11 气缸的种类 单作用气缸 仅一端有活塞杆 从活塞一侧供气聚能产生气压 气压推动活塞产生推力伸出 靠弹簧或自重返回 12 气缸的种类 双作用气缸 从活塞两侧交替供气 在一个或两个方向输出力 13 气缸的种类 膜片式气缸 用膜片代替活塞 只在一个方向输出力 用弹簧复位 它的密封性能好 但行程短 14 气缸的种类 冲击气缸 这是一种新型元件 它把压缩气体的压力能转换为活塞高速 10 20米 秒 运动的动能 借以做功 15 气缸的种类 无杆气缸 没有活塞杆的气缸的总称 有磁性气缸 缆索气缸两大类 16 气缸的种类 做往复摆动的气缸称摆动气缸 由叶片将内腔分隔为二 向两腔交替供气 输出轴做摆动运动 摆动角小于280 此外 还有回转气缸 气液阻尼缸和步进气缸等 17 请判别出下列气缸类型 单作用气缸 缆索气缸 磁性气缸 双作用气缸 气爪 摆动气缸 18 请判别出下列气缸类型 摆动气缸 回转气缸 既可以伸出又可以摆动 摆动气缸 摆动气缸 摆动气缸 摆动气缸 19 请判别出下列有哪些气缸类型及气缸结构 20 其它气动元器件 吸盘 真空发生器 气动开关 直通 三通 气管接口等等 气动三联件 球阀 气动接口 电磁阀 21 各类电磁阀 22 各类电磁阀手绘标准图 23 24 练习 1 画出两位四通 两位三通 两位五通 两位两通电磁阀的表示图 2 绘制出单作用个气缸的控制气路 通电打出断电缩回 3 绘制出双作用气缸的控制气路 通电伸出断电缩回 25 常见电气元器件 空气开关 交流接触器 热继电器 交流接触器 旋转开关 指示灯 行程开关 按钮开关 26 电气元器件 按钮盒 中间继电器 端子排 行程开关 保险丝盒 按钮 钥匙旋钮 蜂鸣器 蜂鸣器 保险丝 27 电气元器件 开关电源 三色灯 伺服电机 变频器 步进电机 28 29 30 电气元器件 31 电气元器件 32 电气元器件 33 电气元器件 34 电气元器件 习题一 请补充画出下列图形的接线图 习题二 画出双控楼梯灯的控制电路 35 电气元器件 习题三 分析出下列图形中正确的控制电路 以及描述错误电路的原因 习题四 画出下图的控制电路图 36 电气元器件 常见的三菱PLC接线图 37 PLC的简介 可编程逻辑控制器 是一种采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机 其硬件结构基本上与微型计算机相同 基本构成为 电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用 如果没有一个良好的 可靠的电源系统是无法正常工作的 因此 可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视 一般交流电压波动在 10 15 范围内 可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去中央处理单元 CPU 中央处理单元 CPU 是可编程逻辑控制器的控制中枢 它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据 检查电源 存储器 I O以及警戒定时器的状态 并能诊断用户程序中的语法错误 当可编程逻辑控制器投入运行时 首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据 并分别存入I O映象区 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序 经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I O映象区或数据寄存器内 等所有的用户程序执行完毕之后 最后将I O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置 如此循环运行 直到停止运行 38 PLC的简介 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性 对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统 或采用三CPU的表决式系统 这样 即使某个CPU出现故障 整个系统仍能正常运行 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器 输入输出接口电路1 现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路 作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道 2 现场输出接口电路由输出数据寄存器 选通电路和中断请求电路集成 作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号 功能模块如计数 定位等功能模块 通信模块 39 PLC的简介 1 顺序功能图 SFC SeauentialFuctionChart 这是位于其它编程语言之上的图形语言 用来编程顺序控制的程序 如 机械手控制程序 编写时 工艺过程被划分为若干个顺序出现的步 每步中包括控制输出的动作 从一步到另一步的转换由转换条件来控制 特别适合于生产制造过程 西门子STEP7中的该编程语言是S7Graph 2 梯形图 LAD LAdderDiagram 这是使用使用最多的PLC编程语言 因与继电器电路很相似 具有直观易懂的特点 很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握 特别适合于数字量逻辑控制 梯形图由触点 线圈和用方框表示的指令构成 触点代表逻辑输入条件 线圈代表逻辑运算结果 常用来控制的指示灯 开关和内部的标志位等 指令框用来表示定时器 计数器或数学运算等附加指令 在程序中 最左边是主信号流 信号流总是从左向右流动的 不适合于编写大型控制程序 40 PLC的简介 3 语句表 STL STatementList 是一种类似于微机汇编语言的一种文本编程语言 由多条语句组成一个程序段 语言表适合于经验丰富的程序员使用 可以实现某些梯形图不能实现的功能 4 功能块图 FBD FunctionBlockDiagram 功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑 一些复杂的功能用指令框表示 适合于有数字电路基础的编程人员使用 功能块图用类似于与门 或门的框图来表示逻辑运算关系 方框的左侧为逻辑运算的输入变量 右侧为输出变量 输入 输出端的小圆圈表示 非 运算 方框用 导线 连在一起 信号自左向右 5 结构化文本 ST StructuredText 结构化文本 ST 是为IEC61131 3标准创建的一种专用的高级编程语言 与梯形图相比 它实现复杂的数学运算 编写的程序非常简洁和紧凑 STEP7的S7SCL结构化控制语言 编程结构和C语言和Pascal语言相似 特别适合于习惯于使用高级语言编程的人使用 41 常用的几种PLC 德国西门子 日本三菱 美国A B 国内台达 国内信捷 欧姆龙 42 PLC的接线方法 常见的西门子S7200的PLC