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项目（一）PLC控制气缸设计、安装、编程与调试【项目描述】气缸是机电设备和自动化生产线中常见重要执行机构，可以带动负载实现直线、旋转运动。1.项目要求本项目要求：系统上电后，气缸处于伸出状态；系统处在手动工作模式时，按下手动按钮SB1，气缸缩回；系统处在自动工作模式时，当检测到有物料时，气缸自动缩回，等待5s后，气缸伸出回到初始位置；系统的手动工作模式和自动工作模式通过转换开关SA实现。2.学习目标（1）学习气缸及气缸基本控制回路基础知识，能够安装、调试基本的气缸控制回路。（2）理解磁性接近开光、光电接近开关的工作原理，能够进行PLC、传感器配线及调试。（3）理解PLC沿指令、跳变指令、主程序、子程序的设计方法，能够进行PLC控制气缸程序设计与调试。3.实施路径图2-1实施路径示意图4.项目环境需要能够上网的计算机或手机；每组配备PLC配电盘或试验台；每组配备基本气缸控制回路装置，包括但不限于气源装置、气动三联件1套、气缸1个、单向节流阀2个，电磁换向阀1个；按钮2个、转换开关1个、磁性接近开关1个、光电接近开关1个；万用表1块、电工常用工具1套。5.项目分组将班级学生根据任务和实训设备情况采用扑克牌分组法进行分组，轮值安排组长，使每个人都有锻炼培养组织协调和管理能力的机会。每人都明确的任务分工，分别或同时兼任代表项目经理（组长）、电气设计工程师、电气安装工程师、软件工程师、项目验收工程师、安全员等，模拟真实项目实施过程，培养学员团队协作能力。完成表2-1项目分组（角色指派和职责等制定计划时再填写）。表2-1项目分组表组名小组LOGO组训团队成员学号角色职责【项目分析】气缸广泛用于机电一体化设备的自动化控制中，其结构简单，易于安装，动作速度快，比起使用电机控制的方式，机械结构和传动部分要简单。本项目需要用到气缸、电磁阀、按钮、开关、磁性接近开关、光电接近开关等，按钮、开关及其与PLC之间接线等在模块一的项目一中已经学习，本项目重点分析气缸基本回路、磁性接近开关、光电接近开关、PLC与传感器配线等。1.认识气缸控制回路1.1认识气动元件观看微课视频或实际演示，思考气缸基本控制回路组成及作用，并从实验设备上找到相应的气动系统元件。表2-2气缸基本控制回路认知图片名称及图形符号用途图中元件名称：图形符号：该元件在气动系统作用：图中元件名称：图形符号：该元件在气动系统作用：图中元件名称：图形符号：该元件在气动系统作用：。图中元件名称：图形符号：该元件在气动系统作用：，打开气源开关，按下手动切换按钮，观察气缸动作。1.2分析气缸控制回路截取气管，将上述气动元件按照气缸控制回路原理图进行连接，便可实现气缸的伸缩运动。表2-3气动基本回路分析气动回路原理图气动回路分析以料台伸出气缸控制回路分析气动系统工作原理：初始状态，电磁阀线圈得电，气缸（伸出/缩回）；电磁阀失电后，气缸（伸出/缩回）。2.接近传感器接线项目中，一方面，为检测气缸运动的位置，在气缸的伸出、缩回的极限位置安装磁性接近开关；另一方面，为检测物料的有无也使用了光电式接近开关。磁性接近开关和光电接近开关都属于接近传感器，观察实物，查阅产品数据手册或观看微课视频，学习接近传感器与PLC的配线。表2-4电路连接步骤操作内容实物照片接线原理图操作要领磁性接近开关接线正端（棕色线）与PLC输入端相连接，负端（蓝色线）与24V电源0V光电接近开关接线（漫反射式）信号输出端（黑色线）与PLC输入端相连，正端（棕色线）连接24V电源正端，负端（蓝色线）连接24V电源负端3.程序设计3.1跳转至标号指令本项目有手动、自动两种工作模式，属于选择性分支程序结构，可通过跳转指令实现分支程序执行。表2-5跳变至标号指令LAD/FBD说明JMP（跳转）指令对程序中的标号N执行分支操作。LBL（标号）指令用于标记跳转目的地n的位置。图2-2PLC控制气缸程序结构3.2正跳变和负跳变检测器本项目中，在检测气缸缩回到位或者伸出到位时，常常用到正负跳变检测。表2-6正负跳变检测器指令LAD说明正跳变触点指令（上升沿）允许能量在每次断开到接通转换后流动一个扫描周期。负跳变触点指令（下降沿）允许能量在每次接通到断开转换后流动一个扫描周期。3.3子程序及子程序调用S7-200SMARTPLC的控制程序主要有主程序、子程序和中断子程序。主程序是程序的主体，每次扫描都要执行主程序。每个项目都必须有且只能有一个主程序。子程序将程序分成容易管理的小块，使程序结构简单清晰，易于查错和维护。可以多次调用同一个子程序，使用子程序可以减少扫描时间。子程序仅在被调用时执行，使用子程序可简化程序代码、减少扫描时间。

项目程序设计时，可以将手动工作模式和自动工作模式分别设置为两个子程序。表2-7子程序指令格式LAD说明子例程调用指令将程序控制权转交给子例程SBR_n。可以使用带参数或不带参数的子例程调用指令。子例程执行完后，控制权返回给子例程调用指令后的下一条指令。调用参数x1(IN)、x2(IN_OUT)和x3(OUT)分别表示传入、传入和传出或传出子例程的三个调用参数。调用参数是可选的。从子例程有条件返回指令(CRET)根据前面的逻辑终止子例程。【项目实施】任务一、气缸控制气动原理图绘制参考表2-3中气动原理图绘制气缸控制气动原理图。图2-3气缸控制回路气动原理图任务二、电气工程图绘制1.设计与绘制PLC硬件接线原理图在图3-3中设计与绘PLC硬件接线原理图。图2-4PLC控制气缸伸缩电气接线原理图2.设计与绘制元器件布置图如果有成套实训设备，可以在套实训设备上选择电气元件，设计电路。也可采用一块网孔板或配线木板，在上面布置元器件，设计与绘制元器件布置图。在图3-4中，设计采用网孔板的元器件布置图。图2-5PLC控制气缸伸缩元器件布置图3.设计与绘制电路安装接线图根据PLC控制气缸接线原理图，元器件布局图，在图3-5中设计与绘制电路安装接线图。图2-6PLC控制气缸伸缩安装接线图电路图绘制完成后，对照表2-8中评分标准，小组自查和小组互查。检查电路图是否存在错误或不标准的地方，按照评分标准，完成表中小组自评和互评得分。表2-8电路图绘制评分表任务评分点配分评分标准自评得分互评得分任务二原理图设计绘制3正确设计绘制的电路原理图选装元件，接线正确，图形符号和文字符号符合国家标准要求。每错、漏一处扣2分，不规范每处扣0.5分。任务二元器件布置图设计绘制2正确设计绘制的元器件布置图，要求布局合理，标识清楚。每错、漏一处扣2分。不规范每处扣分0.5。任务二安装接线图设计绘制5正确设计绘制的安装接线图，电器元件的布局合理，使用图形符号和文字符号符合国家标准要求，凡是需要接线的部件端子都应予以编号。每错、漏一处扣2分。不规范酌情扣0.5分。合计任务三、安装电路这个任务的基本操作步骤可以分为：清点工具、电器元件和仪表元器件检查安装元器件布线自检。1.清点工具、电器元件和仪表根据任务的具体内容，选择工具和仪表，完善表2-9，如果需要其他工具和仪表请在表中添加。根据表格2-9，向实验室管理员领取工具、电器元件和仪表，清点型号数量。表2-9工具、仪表选用序号工具或仪表名称型号或规格数量作用1一字螺丝刀1元器件安装与电路连接2一字螺丝刀1元器件安装与电路连接3十字螺丝刀1元器件安装与电路连接4十字螺丝刀1元器件安装与电路连接5尖嘴钳16斜口钳17剥线钳18压线钳19电笔110万用表1根据任务的具体内容，选择编程工具、元器件等，完善表2-10，如果需要其他元器件请在表中添加。根据表格2-10，向实验室管理员领取元器件等，清点型号、规格与数量。表2-10元器件等清单序号名称型号与规格单位数量1PLC台12气缸个13节流阀个24电磁换向阀个15磁性接近开关个16光电接近开关个17气管m28导线m52.检测电器元件对领取的元器件进行外观检测和万用表检测，完善表2-11的内容。表2-11元器件检测名称图示操纵步骤、要领及结果磁性接近开关外观检测1.看型号是否符合标准2.看外表是否破损3.看铭牌是常开还是常闭？4.看名牌是交流还是直流？结果：万用表检测万用表选择Rx200档（或蜂鸣档），测量接线端子间电阻，常闭接近零（有蜂鸣声），常开读数无穷大（数字表显示OL，超量程）。将其放在磁性物质上重新测量。结果：光电接线开关外观检测1.看型号是否符合标准2.看外表是否破损3.看铭牌是常开还是常闭？4.看名牌是NPN还是PNP？结果：万用表检测如左图所示方法连接电路，棕色线接电源正极，蓝色线接电源负极，黑色线是信号输出线。将万用表打在直流电压200V档位，若是NPN型，则黑色线为低电平输出，黑色线和电源正极有24V电压；反之，是PNP型，则黑色线为高电平输出，黑色线和电源负极有24V电压。结果：端子排外观检测1.看型号是否符合标准，端子数量是否够2.看外表是否破损3.看接线端子是否完整结果：万用表检测万用表选择Rx200档（或蜂鸣档），测量端子间电阻，正常时接近零（有蜂鸣声）。结果：3.安装元器件确认元器件完好之后，需按照电气元器件布置图把元器件固定在网孔板上。4.布线按照如下工艺要求进行布线。5.电路检测所有电路连接完成后，需要检查布线和使用万用表检测无误后，盖好线槽，方可送电。用万用表主要进行短路和断路检测。（1）检查布线。根据电路图检查是否掉线、错线，是否漏编、错编，接线是否牢固等。（2）使用万用表进行断电检查。按照表2-12使用万用表断电检测电路，并将测量结果填入表格中。表2-12使用万用表断电检测电路测量要求测量过程正确阻值测量结果测量任务操作方法断电PLC电源电路按照电路图，应用万用表分别检查电源输入端与PLC电源输入端之间电阻。0或接近0ΩPLC输入电路按照电路图，应用万用表测量每一路的输入信号端与PLC输入端、电源端之间的电阻。0或接近0ΩPLC输出电路按照电路图，应用万用表测量电磁阀线圈与PLC输入端、电源端之间的电阻。0或接近0Ω首先小组自查，没有问题后，小组间依次交换电路。按照表2-13中的评分要求，进行自查和互查并在表中评出分数，评分采用扣分制每项扣完为止。表2-13小组互评任务评分点配分评分标准自查得分自查得分任务三PLC控制气缸伸缩电气安装（40分）元件安装2PLC、开关电源、电磁阀等位置安装不合理，每处扣1分接线头工艺3导线必须压接接线端子，未压接每处扣1分2同一接线端子超过两个线头、露铜超2mm，每处扣0.5分号码管工艺3连接的所有导线两端必须套上写有编号的号码管，每少处扣1分线槽工艺2所有连接线垂直进线槽，盖上线槽盖，不合要求扣0.2分/处导线颜色工艺2连接线路导线颜色、线径等按标准规范要求区分，不合要求酌情扣1~4分保护接地1PLC应该可靠接地，没接地，扣1分整体接线美观度1根据工艺连线的整体美观度酌情扣分系统初步调试4上电前安全检查，上电后初步检测元件工作是否正常，检查局部电路功能；（1）上电安全操作：能够正常上电，给2分。（2）器件功能测试：选择开关、按钮、气缸两端磁性接近开关、光电接近开关，相应的PLC输入点应当有信号，不符合要求的扣1分每处。合计首先互查，没有问题后，各小组拿回自己的电路，进行上电检查。按照表2-14上电检测电路的要求进行检测，并将测量结果填入表格中。表2-14使用万用表检测上电电路测量要求测量过程正确值测量结果测量任务操作方法上电测量PLC电源接入电源，合上断路器，根据所选PLCCPU型号选用万用表交流750V档位或者直流200V测量PLC电源输入接线端子之间的电压单相220V左右；或直流24V左右任务四、编写PLC程序记录程序编写过程中可能出现的问题和解决措施。出现问题：解决措施：任务五、程序下载联调将编写好的PLC程序和触摸屏程序分别下载到PLC和触摸屏，监控并调试程序。程序调试完成，演示并按照表2-15评分标准进行小组自评和互评。表2-15程序评分表任务评分点配分评分标准自评得分互评得分任务四PLC程序15系统上电后，气缸处于伸出状态；系统处在手动工作模式时，按下手动按钮SB1，气缸缩回；系统处在自动工作模式时，当检测到有物料时，气缸自动缩回，缩回到位后，气缸伸出回到初始位置；系统的手动工作模式和自动工作模式通过转换开关SA实现。得分任务六、整理文档，交付客户按照项目需求，整理出项目技术文档，主要包括项目要求、电气原理图、元器件布局图、电路安装接线图、变频器参数表、操作说明、常见故障排除方法等。该项目是一个简单的手动控制变频器的项目，无需整理出复杂的文档。根据整理的技术文档，填写文档目录表2-16。将文档连同表2-16一起交付给客户（教师）。表2-16PLC控制气缸伸缩技术文档文档名称文档形式文档大小恭喜你，已完成项目实施，完整体验了实施一个PLC控制气缸伸缩的项目的过程。如电路图绘制、电气安装、气动回路安装等环节遇到问题可扫码核对。【检查验收】1.小组自查，预验收根据小组分工，项目经理和项目验收员根据项目要求和电气控制工艺规范，进行预验收，填写表2-17预验收记录。表2-17预验收记录项目名称组名序号验收内容验收内容整改措施完成时间1工艺检查2功能检查3技术先进性4技术文档检查预验收结论：签字：时间：2.项目提交，验收组内验收完成，各小组顺序交叉验收，填写验收报告表2-18。表2-18项目验收报告项目名称建设单位项目验收人员验收时间项目概况存在问题完成时间验收结果功能测试技术水平施工质量材料归档3.展示评价各组展示作品，介绍任务完成过程、制作展示PPT、整理技术文档并提交汇报材料，同时开展进行小组自评、组间互评、教师评价，完成考核评价表2-19。表2-19评价考核评价表项目名称评价内容分值评价分数自评互评师评职业素养考核项目35%穿戴规范、整洁5分安全意识、责任意识、服从意识5分积极参加教学活动，按时完成学生工作活页8分团队合作、与人交流能力5分劳动纪律6分生产现场管理7S标准6分专业能力考核项目65%电路图设计与绘制10分电气安装20分PLC程序设计20分熟练度，工作效率，创新意识5分总分总评自评（20%）+互评（20%）+师评（60%）综合等级教师（签名）：【项目拓展】1.要求在实际工程应用中，往往会有多个气缸协同工作完成一个工艺流程。例如YL-33B自动化生产线安装与调试设备的加工单元，如图所示2-7所示，具体的控制要求为：（1）初始状态：设备上电和气源接通后，滑动加工台伸缩气缸处于伸出位置，加工台气动手爪处于松开的状态，冲压气缸处于缩回位置，急停按钮没有按下。若设备在上述初始状态，则“正常工作”指示灯HL1常亮，表示设备准备好。否则，该指示灯以1Hz频率闪烁。（2）若设备准备好，按下启动按钮，设备启动，“设备运行”指示灯HL2常亮。当待加工工件送到加工台上并被检出后，气动手爪将工件夹紧，送往加工区域冲压，完成冲压动作后返回待料位置的工件加工工序。如果没有停止信号输入，当再有待加工工件送到加工台上时，加工单元又开始下一周期工作。（3）在工作过程中，若按下停止按钮，加工单元在完成本周期的动作后停止工作。HL2指示灯熄灭。图2-7加工单元结构示意图2.项目分析分析项目要求，相比前面进行的PLC控制气缸伸缩项目，本项目不仅从硬件上增加更多的输入、输出信号，而且控制逻辑也更复杂了一些，但气缸控制主要的思路及注意问题相同。输入端口中间层输出端口中间层端子号设备符号信号线端子号设备符号信号线2SC1加工台物料检测23Y夹紧电磁阀33B2工件夹紧检测342B2加工台伸出到位42Y伸缩电磁阀52B1加工台缩回到位51Y冲压电磁阀61B1加工压头上限71B2加工压头下限8～17端子没有连接6～14端子没有连接3.实施3.1气动原理图绘制参考表2-3中气动原理图绘制气缸控制气动原理图。3.1电气工程图绘制在前面绘制的电气原理图、器件布置图、电路安装接线图的基础，增加PLC输入电路的磁性接近开关数量和输出电路电磁阀、指示灯数量等，分别绘制手动端子控制变频器的电气原理图、器件布置图、电路安装接线图。3.2安装接线根据电气工程图，在项目一电气配盘的基础上增加磁性接近开关、电磁阀、指示灯的连接。安装完成，进行外观检查和用万用表检查电路。记录安装接线过程可能出现的问题和解决措施。出现问题：解决措施：3.3PLC程序设计按照拓展项目控制要求，编写PLC程序。出现问题：解决措施：4.小结通过拓展项目，你有什么新的发现和收获？特别是变频器控制系统，如何扩展功能？请写出来。。恭喜你，举一反三，完成了PLC控制气缸伸缩系统的进一步强化，并学习了上升沿、下降沿检测指令、跳转指令及主程序、子程序设计方法。想深化和提升前面学到的知识和技能，请进入下面的知识链接的天地，不断用知识武装大脑，游刃有余的去面对新的工控项目。【知识链接】一、气动系统的认识现代自动化控制常用的传动力机构有机械式、液压式和气动式。这些方式都有各自的优缺点。气动的优点是，气动装置结构简单、轻便,方便安装,维护气压等级较低,安全性较高。使用气体为传动媒介既经济又不污染环境,所以在现实生产中使用得非常普遍,如在机械、电子、食品、化工、纺织等行业中的应用。在气动控制系统中,气动发生装置一般为空气压缩机,它将原动机供给的机械能转换为气体的压力能(内能)；气动执行元件则将压力能转化为机械能,完成规定动作；在这两部分之间,根据机械或设备工作循环运动的需求,按一定顺序将各种控制元件(压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀和逻辑元件)、传感元件和气动辅件连接起来。1.气动系统执行元件将压缩空气的压力能转换成机械能,驱动机构作直线往复运动、摆动和夹紧运动的元件称为气动执行元件。统常用的执行元件为气缸和气马达。气缸用于实现直线往复运动或者摆动往复运动；马达用于实现连续回转运动。常见气缸外形如图2-8所示。图2-8常见气缸外形按照安装方式气缸可分为固定式气缸和摆动式气缸；按照润滑方式可分为给油气缸和不给油气缸；按照驱动方式可分为单作用气缸和双作用气缸。（1）单作用气缸单作用气缸只在活塞一侧通入压缩空气使其伸出或缩回，另一侧是通过呼吸孔开放在大气中的。这种气缸只能在一个方向上做功，活塞的反向动作则靠一个复位弹簧、膜片张力或施加外力来实现。由于压缩空气只能在一个方向上控制气缸活塞的运动，所以称为单作用气缸。单作用气缸具有以下的特点：仅一端进（排）气，结构简单，耗气量小；用弹簧力或膜片力等复位，压缩空气能量的一部分用于克服弹簧力或膜片张力，因而减小了活塞杆的输出力；缸内安装弹簧、膜片等，一般行程较短；与相同体积的双作用气缸相比，有效行程小一些；气缸复位弹簧、膜片的张力均随变形大小变化，因而活塞杆的输出力在行进过程中是变化的。由于以上特点，单作用活塞气缸多用于短行程，其推力及运动速度均要求不高场合，如气吊、定位和夹紧等装置上。（2）双作用气缸双作用气缸活塞的往返运动是依靠压缩空气从缸内被活塞分隔开的两个腔室(有杆腔、无杆腔)交替进入和排出来实现的，压缩空气可以在两个方向上做功。从无杆侧端盖气口进气时，推动活塞向前运动；反之，从有杆侧端盖气口进气时，推动活塞向后运动。由于气缸活塞的往返运动全部靠压缩空气来完成，所以称为双作用气缸，如图2-9所示。双作用气缸具有结构简单，输出力稳定，行程可根据需要选择的优点，但由于是利用压缩空气交替作用于活塞上实现伸缩运动的，回缩时压缩空气的有效作用面积较小，所以产生的力要小于伸出时产生的推力。1,6-进、排气口；2-无杆腔;3-活塞；4-密封圈；5一有杆腔；7-导向环；8-活塞杆图2-9双作用气缸（3）摆动气缸摆动气缸又称旋转气缸、回转气缸，实物图如图2-10所示，利用压缩空气驱动输出轴在小于360度的角度范围内作往复摆动，其摆动角度可在一定范围内调节，常用的固定角度有90°、180°、270°；多用于物体的转位、工件的翻转、阀门的开闭以及机器人的手臂动作等。图2-10摆动气缸（4）气动手爪在机电设备中，最常用的一种气缸是气动手爪(手指、气爪)，它可以实现各种抓取功能，是现代气动机械手中一个重要部件。气动手爪的主要类型有平行手爪气缸、摆动手爪气缸、旋转手爪气缸和三点手爪气缸等，具体分类见表2-21。气动手爪的开闭一般是通过由气缸活塞产生的往复直线运动带动与手爪相连的曲柄连杆、滚轮或齿轮等机构，驱动各个手爪同步做开、闭运动；用来抓取工件，实现机械手的各种动作。气动手爪能实现双向抓取、动对中，并可安装无接触式位置检测元件，有较高的重复精度。表2-21常见气动手抓类型气爪的种类工作原理与应用图例平行气爪平行气爪通过两个活塞工作。通常让一个活塞受压，另一个活塞排气实现手指移动。平行气爪的手指只能轴向对心移动，不能单独移动一个手指。摆动气爪摆动气爪通过一个带环形槽的活塞杆带动手指运动。由于气爪手指耳环始终与环形槽相连，所以手指移动能实现自动对中，并保证抓取力矩的恒定。旋转气爪旋转气爪是通过齿轮齿条实现手抓运动的。齿轮齿条可使气动手指同时移动并自动对中，保证抓取力矩的恒定。三点气爪三点气爪通过一个带环形槽的活塞带动三个曲柄工作。每个曲柄与一个手指相连，因而使手指打开或闭合。2.气动系统控制元件气动系统的作用主要是为了驱动各种不同要求的机械装置,其控制主要有三个内容:力的大小、运动方向和运动速度,分别使用压力控制阀控制压力,方向控制阀控制方向和流量控制阀控制流量。这三个控制机构组成了气动系统的基本结构。（1）压力控制阀压力控制阀用来控制气动控制系统中压缩空气的压力，以满足各种压力需求或节能，将压力减到每台装置所需的压力，并使压力稳定保持在所需的压力值上。压力控制阀有减压阀、安全阀、顺序阀等。减压阀对来自供气气源的压力，进行二次压力调节，使压力减小到各气动装置需要的压力，并使压力值保持稳定。安全阀也称为溢流阀，在系统中起到安全保护作用；当系统的压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中一部分气体排入大气，使得系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。顺序阀是依靠气路中压力的作用来控制执行元件按顺序动作的一种压力控制阀，顺序阀一般与单向阀配合在一起，构成单向顺序阀。图2-11减压阀（2）流量控制阀流量控制阀在气动系统中通过改变阀的流通截面积来实现流量控制，以达到控制气缸运动速度或者控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度。包括：调速阀、单向节流阀和带消声器的排气节流阀如图2-12所示。出气节流式单向节流阀要通过调节出气流量来调节活塞的运动速度。（a）调速阀（b）单向节流阀（c）带消声器的排气节流阀图2-12流量调节阀（3）方向控制阀方向控制阀是气动系统中通过改变压缩空气的流动方向和气流通断，来控制执行元件启动、停止及运动方向的气动元件。最常用的是电磁控制换向阀简称电磁阀，电磁阀是气动控制中最主要的元件，它是利用电磁线圈通电时，静铁心对动铁心产生电磁吸引力使阀芯切换以改变气流方向的，根据阀心复位控制方式，又可以分为单电控和双电控两种。单电控电磁阀如图2-13所示，它通过交换进、出气的方向改变气缸的伸出、缩回运动。电磁阀易于实现电气联合控制，能实现远距离操作，在气动控制中广泛使用。电磁阀按阀芯切换通道数目的不同又可以分为二通阀、三通阀、四通阀、五通阀；同时，按阀芯的切换工作位置数目的不同又可以分为二位阀和三位阀。电磁阀的图形符号如图2-14所示。额定电压直流24V的电磁阀可由PLC的输出端直接控制。图2-13单控电磁阀实物图图2-14电磁换向阀的图形符号在工程实际应用中，为了简化控制阀的控制线路和气路的连接，优化控制系统结构通常将多个电磁阀及相应的气控和电控信号接口、消声器和汇流板等集中在一起组成控制阀的集合体使用，此集合体称为阀岛，如图2-15所示。也将气源的压力指示和调试、过滤及干燥等组合成气源处理组件（也称气动三联件），它是气动控制系统中的基本组成器件，经常应用在实验设备、木工机械的小型设备的气源输入处，其作用是除去压缩空气中所含的杂质及凝结水，调节并保持恒定的工作压力。在使用时，应注意经常检查过滤器中凝结水的水位，在超过最高标线以前，必须排放，以免被重新吸入，如图2-16所示。气源处理组件的气路入口处安装一个快速气路开关，用于启/闭气源，当把气路开关向左拔出时，气路接通气源，反之把气路开关向右推入时气路关闭。图2-15阀岛图2-16气源组件3.气动回路图单电控电磁阀未通电时，工作于右位复位状态此时在气压力作用下，气缸活塞左移，气缸杆缩回，如图2-17（a）所示。当电磁阀的电磁线圈通电时，阀工作于左位工作状态，此时在气压力作用下，气缸活塞右移，气缸杆伸出，如图2-17（b）图所示。（a）（b）图2-17气动控制回路运行图以YL-33B自动化生产线安装与调试实训考核装备的供料单元气动系统为例，该气动系统执行机构的逻辑控制功能是由PLC实现的。气动控制回路的工作原理如图2-18所示。图中1A和2A分别为推料气缸和顶料气缸。1B1和1B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关，2B1和2B2为安装在推料缸的两个极限工作位置的磁感应接近开关。1Y1和2Y1分别为控制推料缸和顶料缸的电磁阀的电磁控制端。通常，这两个气缸的初始位置均设定在缩回状态。图2-18 供料单元气动控制回路工作原理图二、常用接近传感器（1）磁性开关2-21所示。图2-19磁性接近开关外形图图2-20磁性接近开关电气符号图2-21带磁性接近开关气缸的结构原理图磁性接近开关安装在气缸壁上，PLC）可以利用该信号判断气缸的运动状态或所处的位置，以确定气缸是否推出或返回。磁性接近开关的内部电路如图2-22虚线框内所示，内部LED指示灯显示开关信号的状态，可供调试时使用，即开关动作时LED亮；反之LED不亮。磁性接近开关有蓝色和棕色2根引出线，与PLC的连接方式比较简单，和按钮与PLC的接线方式类似，使用时蓝色引出线应连接到PLC输入公共端，棕色引出线应连接到PLC输入端。图2-22磁性开关的内部电路磁性接近开关的安装位置要根据实际位置要求进行调整，调整方法是松开磁性接近开关的紧定螺栓，把磁性接近开关移动指定位置后，再旋紧紧定螺栓。（2）电感式接近开关电感式接近开关是利用电涡流效应制造的传感器，其外形及电气符号如图2-23、2-24所示。电涡流效应是指，当金属物体处于一个交变的磁场中，在金属内部会产生交变的电涡流，该涡流又会反作用于产生它的磁场这样一种物理效应。如果这个交变的磁场是由一个电感线圈产生的，则这个电感线圈中的电流就会发生变化，用于平衡涡流产生的磁场。利用这一原理，以高频振荡器（LC振荡器）中的电感线圈作为检测元件，当被测金属物体接近电感线圈时产生了涡流效应，引起振荡器振幅或频率的变化，由传感器的信号调理电路（包括检波、放大、整形、输出等电路）将该变化转换成开关量输出，从而达到检测目的。电感式接近开关工作原理框图如图2-25所示。图2-23常用电感式接近开关实物图图2-24电感式接近开关电气符号图2-25电感式接近开关工作原理框图亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装置的图2-26供料单元上的电感式传感器（3）电容式接近开关电容式接近开关的常见实物外形和电气符号如图2-27、2-28所示。电容式接近开关的测量端是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，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或断开。电容式接近开关原理如图2-29所示。齐平式非齐平式远距离式（大量程）全密封防水式图2-27电容式接近开关实物图图2-28电容式接近开关电气符号图2-29电容式接近开关原理示意图电容式接近开关不仅能检测金属，而且也能对非金属物质如塑料、玻璃、水、油等物质进行相应的检测。在检测非金属物体时，相应的检测距离因受检测体的导电率、介电常数、体积吸水率等参数影响、相应的检测距离有所不同，对接地的金属导体有最大的检测距离。在实际应用中，主要用电容式接近开关检测非金属物质。调节接近开关尾部的灵敏度调节电位器，可以根据被测物不同来改变动作距离。（4）霍尔式接近开关当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。霍尔式接近开关就是利用霍尔效应原理，当磁性物质靠近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件产生霍尔效应使得内部电路状态发生变化，控制开关的通断，由此判定附近是否有磁性物质。霍尔式接近开关实物如图2-30所示。图2-29霍尔式接近开关实物图霍尔式接近开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，能够在各类恶劣环境下可靠的工作，广泛应用于接近开关、压力开关、里程表等，但其检测对象必须是磁性物质。（5）光电式接近开关光电式接近开关是利用光的各种性质，能够将可见光转换成某种电量的传感器，又称为光电传感器、光电开关。光电开关常用于检测物体的有无和表面状态的变化等，一般由发光元件(发光二极管，即LED)和受光元件(光敏三极管)组合构成。其中发光元件将电信号变换成光信号，用于发射红外光或可见光；而受光元件用于接收发射器发射的光，并将光信号转换成电信号以开关量形式输出。光发射器和接收器有一体式和分体式两种。常见光电开关实物和电气符号如图2-31、2-32所示。图2-31光电开关实物图图2-32光电开关电气符号按照接收器接收光的方式不同可分为对射式、反射式和漫反射三种类型的光电开关。对射式是指光发射器与光接收器处于相对的位置工作，根据光路信号的有无判断信号是否进行输出改变的光电接近开关，此开关最常用于检测不透明物体，对射式光电接近开关的光发射器和光接收器有一体式和分体式。对射式光电开关的工作原理如图2-33所示。图2-33对射式光电开关工作原理图反射式光电开关的光发射器与光接收器为一体化的结构，在其相对的位置上安置一个反射镜，光发射器发出的光以反射镜是否有反射光线被光接收器接收来判断有无物体。反射式光电开关的工作原理如图2-34所示。漫反射式光电开关的光发射器和光接收器集于一体，利用光照射到被测物体上反射回来的光线而进行工作。漫反射式光电开关的可调性很好，其敏感度可通过其背后的旋钮进行调节。漫反射式光电开关的工作原理如图2-35所示。图2-34反射式光电开关工作原理图图2-35漫反射式光电开关工作原理图三种类型光电开关比较如表2-22所示。表2-22三种检测方式比较检测方法检测体优点缺点对射型（透过型）不透明体检测精度高；能检测小物体；可进行长距离的检测。光轴调校困难；配线困难。镜片反射型透明体不透明体配线容易；检测距离为几米；光轴调校容易。要注意检测物体的反射；需要反射板。漫反射型透明体不透明体可检测透明体；检测距离为几十厘米。要注意检测体以外的反射光。光电开关广泛应用在自动包装机、自动封装机、自动灌装机、自动或半自动装配流水线上用来检测检测物体的有无和表面状态的变化等。亚龙YL-335B型自动生产线实训考核装置的供料单元中用来检测物料台上有无物料的光电开关是一个圆柱形漫射式光电接近开关，工作时向上发出光线，从而透过小孔检测是否有工件存在，该光电开关选用SICK公司产品MHT15-N2317型光电开关，其外形如图2-36所示。图2-36MHT15-N2317型光电开关外形供料单元中用来检测工件不足或工件有无的漫射式光电接近开关选用OMRON公司的E3Z-LS63型放大器内置型光电开关（细小光束型，NPN型晶体管集电极开路输出），其外形如图2-37所示。图2-37E3Z-LS63型光电开关的外形和调节旋钮、显示灯2-36E3Z-LS63型光电开图2-38NPN型集电极开路输出与PLC的连接图2-37中输出OUT端通过开关管与0V连接，当光电开关动作时，开关管饱和导通，OUT端与0V相通，输出0V低电平信号；NPN集电极开路输出为0V，当输出OUT端与PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流出，从PLC的公共端流入，此即为PLC的漏型电路形式，即NPN型集电极开路输出只能接漏型或者混合式输入电路形式的PLC。图2-39PNP型集电极开路输出与PLC的连接图2-38中输出OUT端通过开关管与+U连接，当光电开关动作时，开关管饱和导通，OUT端与+U相通，输出+U高电平信号；PNP集电极开路输出为+U高电平，当输出OUT端与PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流入，从PLC的公共端流出，此即为PLC的源型电路形式，即PNP型集电极开路输出只能接源型或者混合式输入电路形式的PLC。三、正、负跳变检测指令正、负跳变指令在梯形图中以触点形式使用。用于检测脉冲的正跳变（上升沿，即上微分操作）或负跳变（下降沿，及下微分操作），利用跳变让能流接通一个扫描周期，即可以