plc控制技术在柔性制造系统的应用.doc

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1、目 录摘要.40前言.41 柔性制造系统.41.1 柔性制造系统（FMS）的组成 .41.2 柔性制造系统的优势 .51.3 FMS柔性制造系统的发展现状.61.4 柔性制造系统的发展前景.61.4.1 控制技术发展迅速.61.4.2 现代柔性制造系统的发展趋势.7 2 PLC可编程逻辑控制器.72.1 PLC的定义.72.2 PLC的基本结构 .72.3 PLC控制技术工作原理 .8 2.4 PLC控制技术的功能特点 .83 PLC控制技术在柔性制造系统中的应用研究 .9.3.1 PLC控制技术在柔性制造系统的应用简介.9 3.2 PLC控制技术在柔性制造系统的应用 .9 4 PLC控制技术

2、在成品分装输送单元的应用与研究.9 4.1产品概述.94.1.1 产品应用.94.1.2 产品的组成模块.9 4.2 主要组成与功能.10 4.3主要技术指标.104.4使用方法.104.5成品分装输送单元中用到的主要技术.104.5.1检测与传感技术.104.5.2伺服驱动技术.114.5.3气动技术基础.114.6气动技术基础.114.6.1气动技术的简介.114.6.2气动传动的优缺点.114.6.3气动系统的组成.124.7 基本流程图.13 4.7.1流程图解析.14 4.8 气动回路原理图.144.8.1工作原理.154.8.2电气原理图解析.154.9 PLC控制的循环主题部分.

3、15 4.9.1循环主体解析.164.10 PLC，气动，电控的三者融合.165 结语.17参考文献.18PLC控制技术在柔性制造系统的应用研究于跃，熊皓，李明康，王宇杰，张立刚，彭彬(长沙理工大学，汽车与机械工程学院)摘要：本文主要介绍了PLC控制技术在柔性制造系统中的应用。首先介绍了目前国内外柔性制造系统的现状，以及现代柔性制造系统的发展趋势，然后以柔性制造系统中成品分装输送单元为例，详细介绍了此单元中运用的技术和组成模块。其中的技术以PLC控制和电动控制和气动控制为主，本文对这两种技术进行了详细研究。关键词：PLC控制技术，柔性制造系统,成品输送单元，电动控制，气动控制0 前言20 世纪

4、 60年代以来， 随着生活水平的提高， 用户对产品的需求朝多样化、 新颖化的方向发展， 传统的适用于大批量生产的自动线生产方式已不能满足企业的要求， 企业必须寻找新的生产技术以适应不同品种的大中小批量的市场需求。同时， 计算机技术的产生和发展，CA D/CA M 、 计算机数控、计算机网络等新技术新概念的出现以及自动控制理论、 生产管理科学的发展也为新生产技术的产生奠定了技术基础。 在这种情况下， 柔性制造技术应运而生。1 柔性制造系统1.1 柔性制造系统（FMS）的组成虽然 FMS(Flexible Manufacturing System)的规模差别较大，功能不一，但都包含3 个基本部分，

5、加工系统、运储及管理系统和计算机控制系统。在此基础上，可以根据具体需求选择不同的辅助工具， 如监控工作站、 测量工作站等。FMS的组成见下表1。表 1FMS 的组成组成名称作用组成内容基本部分加工系统F M S 的 主 体 部分， 用于加工零件加工单元指有自动换刀及换工件功能的数控机床运储及管理系统向 加 工单 元 及 辅助 工 作站 运 送 工件、 夹具、 刀具、 工具等工件运送 及管理系 统组 成: 毛坯、 半成品、 夹具组建的存储仓库、 工件托 盘运输 小车、 工件、夹具装卸站、 缓冲存储站刀具运送 及管理系 统组 成: 刀具存储库、 交换刀具 的携带 装置、 交换刀具的运送装置、 刀具

6、刃磨、 组装及预调工作站计算机控制系统控制并管理 F M S的运行由计算机及其通信网络组成辅助工作站选件功能根据不同 的需求， 配 置不同 的辅助工作站， 如清洗工作站、 监控工作站、 在线测量工作站1.2 柔性制造系统的优势 应用柔性制造系统可以获得明显的制造优势：1) 设备利用率高由于采用计算机对生产进行调度，一旦有机床空闲，计算机便给该机床加工任务。 在典型情况下， 采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机作业环境下同等数量机床生产量的 3倍。2) 减少生产周期由于零件集中在加工中心上加工， 减少了机床数和零件的装卡次数。 采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。3) 具有维

7、持生产的能力当柔性制造系统中的一台或多台机床出现故障时， 计算机可以绕过出现故障的机床，使生产得以继续。4) 生产具有柔性可以响应生产变化的需求，当市场需求或设计发生变化时，在 FM S 的设计能力内，不需要系统硬件结构的变化，系统具有制造不同产品的柔性。并且，对于临时需要的备用零件可以随时混合生产，而不影响FMS的正常生产。5) 产品质量高FMS减少了卡具和机床的数量，并且卡具与机床匹配得当，从而保证了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题，并采取相应的有效措施，保证了产品的质量。6) 加工成本低FMS的生产批量在相当大的范围内变化，其生产成本是最低的。

8、它除了一次性投资费用较高外，其他各项指标均优于常规的生产方案。1.3 FMS柔性制造系统的发展现状从首个柔性制造系统的诞生到现在,柔性制造系统的发展也经历了几十年的发展。第一个柔性制造系统是由英国Molins公司在1967年研制成功的。随着科技的快速发展,目前世界上一些发达国家已经成熟的掌握了这项技术,而且这些发达国家己经将这项技术用于现场的工业应用中。据资料统计显示,到1991年的时候,全世界上对柔性制造系统的年投资额达到了140亿美元,其中欧洲占了将近50%。在美国、德国、日本、俄罗斯、英国等这些工业发达的国家,柔性制造系统的使用可以说是比较普遍了。提起柔性制造系统,大家并不陌生,世界上很

9、多工业发达的国家将柔性制造系统(FMS)用于汽车制造方面,这使得汽车的换代周期大大的缩短了,同时也节省了近一半的的劳动力,设备的利用率提高了近一倍左右,生产场地和在制品也减少了一半以上,更可喜的是,生产成本降低了一半左右。功能模块、界面的标准化、加工过程的自动监控及集成化是20世纪末柔性制造系统发展的特点。今后柔性制造系统开发的中心任务将转向能够提高柔性制造系统柔性、鲁棒性、智能性的控制和软件技术方面。我国从1984年才开始研制柔性制造系统17年。我国第一套柔性制造系统于1985年10月诞生在北京机床研究所。该套柔性制造系统用于加工数控机床直流伺服电机中的端盖、主轴、壳体、法兰盘和刷架体等,它

10、由5台国产加工中心、4台日本产的机器人及日本富士电机公司的AGV组成,其控制系统由FANUC提供,据业内人士分析它的投资回收期约为两年半。从我们国家开始研制柔性制造系统到我们自主成功研发一套柔性制造系统,主要经历了两个重要阶段。第一阶段就是,1985年以后,有了国家机电部“七五”重点科技攻关项目的支持,同时也有了国家863高技术发展计划自动化领域的工作的带动,我们国家的柔性制造系统得到了极大的重视和快速的发展,这个时期我们对柔性制造系统的研发是进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。第二个阶段就是,北京机床研究所在1988年成功研发了加工减速机机座的JCS.FMS.H系统,这个系统全部是我们国家自

11、行开发和配套的,它的研制成功标志着我们国家己经具有自主开发柔性制造系统的实力了。近些年,随着计算机技术、精密机械技术和控制技术等技术的快速发展,我们国家的柔性制造技术也得到了快速的发展。柔性制造系统的使用率也提高了不少。我们的柔性制造系统的发展虽然取得了一些成绩,但同时也出现了一些问题,比如我们的柔性制造系统安装时间比较长、调试时间比较长、性能不太稳定等很多不足之处。所以在柔性制造技术的发展上面,我们还需要努力,我们还需要不断地学习。1.4柔性制造系统的发展前景1.4.1 控制技术发展迅速目前柔性制造技术的研究正朝着深度和广度的方向发展。柔性制造系统(FMS)的大脑及神经中枢是单元控制系统,随

12、着计算机技术的快速发展以及人工智能技术的发展与应用,无论是从软件还是硬件方面来说,柔性制造系统的控制技术都有突飞猛进的发展。主要表现在以下几个方面:l)不断推出新型的控制软件。随着柔性制造系统(FMS)的发展,特别是计算机集成制造系统的的发展,单元控制软件也有了相当迅速的发展,制造商和应用商都在不断的引进或推出新的单元控制软件。2)控制软件的模块化和标准化。为了方便对柔性制造控制软件进行修改、集成或扩展,控制软件模块化和标准化已成为柔性制造系统中控制系统的主要发展趋势。3)迅速发展新型软件。目前软件开发逐渐成为控制系统发展的瓶颈,所以很多软件公司开始不断的推出一些称为“平台”的支持开发工具,目

13、的是帮助用户完成自己工程项目的设计和实施。4)积极引入设计新方法。为了提高控制系统的有效性和正确性,一些软件公司在不断开发新型控制软件和发展软件开发工具的同时,还积极引入设计新方法。例如面向对象方法。5)发展新型控制体系结构。在柔性制造系统的控制体系结构上,柔性制造系统也经历了几个阶段,在前期使用的是集中式分级控制体系结构,当控制系统的最顶层出现故障时,柔性制造系统将会全部瘫痪,所以这种结构实现控制功能比较困难。后来出现了多级分布控制体系结构,这种结构的控制功能是比较容易实现,同时可靠性也比较高,但控制层数比较多,导致系统的工作效率和灵敏性比较差。后来出现了自制协商式控制体系结构,这种控制结构

14、响应速度快、柔性好,适合于开始先安装数量较少小型的比较容易管理的柔性制造单元,然后再将各单元之间的信息流和物料流的集成在一起。6)大力开发应用人工智能技术。将人工智能的专家系统广泛应用于柔性制造系统中各单元的控制技术中。比如用于检测单元、仿真等。1.4.2 现代柔性制造系统的发展趋势1)柔性制造单元(FMC)将成为发展和应用的热门技术由于柔性制造单元的投资比少,而且经济效益与柔性制造系统比较接近,所以柔性制造单元将会成为发展和应用的热门技术。而且很多中小型企业由于财力的原因,他们更愿意选择柔性制造单元(FMC),目前国外很多厂家已经将柔性制造单元(FMC)列为他们的发展重点。2)发展高效率的柔

15、性制造线(FML)一些少品种大批量的生产企业对柔性制造线(FML)的需求引起了很多制造厂的极大关注。将来柔性制造线(FML)的发展趋势将是用价格低廉的专用数控机床来替代一些通用的加工中心。3)FMS朝多功能方向发展随着一些先进技术的发展,单纯的加工型FMS并不能满足人们的需求,人们开始进一步开发以焊接、装配、检验及饭金加工等多工序的多功能FMS。2 PLC可编程逻辑控制器2.1 PLC的定义 PLC即可编程逻辑控制器（可编程控制器件） 。可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它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、

16、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。2.2 PLC的基本结构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：1) 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2) 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

17、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。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

18、样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。3) 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。4) 输入输出接口电路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。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。5) 功能模块如计数、定位等功能模块。2.3 PLC控制技术工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个

19、扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1) 输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2) 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总

20、是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才

21、能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。3) 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。2.4 PLC控制技术的功能特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。1) 使用方便，编程简单采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因

22、此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。2) 功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3) 硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器

23、。硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。4) 可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。5) 系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器

24、控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。6) 维修工作量小，维修方便PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故

25、障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故3 PLC控制技术在柔性制造系统中的应用研究3.1.PLC控制技术在柔性制造系统的应用简介：由于PLC控制技术有可靠性高、通用灵活、使用寿命长等优点，在工业控制中得到广泛应用。具有通信功能的PLC既可对远程I/O进行控制，又能实现PLC和PLC、PLC和计算机之间的通信，是FMS和CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)等先进制造系统中低层设备控制与通信的常用控制装置。本文主要以成品分装输送单元和物料分配单元为例，介绍PLC在FMS中的应

26、用。3.2PLC控制技术在柔性制造系统的应用PLC控制技术在柔性制造系统中可以应用在搬运单元，物料分配单元，加工操作手单元，提取单元，安装单元，监控系统的设计，自动仓储单元，成品分装输送单元，磨削和钻孔加工等，在过程控制和过程监视方面都有应用。本篇文章以成品分装输送单元为主分析我们组对此方面的理解。4 PLC控制技术在成品分装输送单元的应用与研究4.1产品概述：4.1.1产品应用分装输送是根据分装要求的要求不同，尽可能快速，准确的将成品从运输线上选出来分类，然后分别集中处理。通常分人工分装，自动分装系统。成品自动分装输送系统具有差错率小，效率高，劳动力成本低等优势，适用于多种品种，大批量货物的

27、分装。无论是在医药，食品还是在机械产品加工中逐渐被广泛的采用。随着机电系统的发展，车间更加机械化，分装系统有很大的发展前景。4.1.2产品的组成模块a. 工件检验模块：工件检验是用来检测该系统是否有工件，当工件放在输送带的起始位置时，首先受到传感器的检测，此时传感器光线被遮挡后返回，输出信号“1”。产品运输。b. 传送带模块：传送带实现对工件的分拣,主要有传送带、气缸和滑槽三部分组成,传送带主要有传送带、直流电机等。导向模块的作用是将被识别处颜色和材质的工件,按照需要，气缸1和2分别伸出将物件打入相应滑槽。c. 滑槽模块：有两个气缸，分别把不同白色和黑色的物品分到滑槽，然后传感器判断出物品已经

28、进入滑槽，则运输停止，传送带等待下一个物品的到来。4.2主要组成与功能：成品分装输送单元主要由 变频器，交流电机，编码器，旋转气缸，直线气缸，磁性传感器，光电传感器，成品输送槽，工业导轨，开关电源，可编程控制器，按钮，I/O转接端子，电气网孔板，多种类型电磁阀组成，主要完成对成品的分装输送功能。a.变频器：控制交流电机，带动皮带输送成品。b.编码器：对传送带上的成品进行位置检测。c.电磁阀：用于控制各个气缸的伸出、缩回以及旋转动作。d.直线气缸：可完成成品的分拣任务。e.旋转气缸：可完成成品的分拣任务。f.光电传感器：完成对成品的检测，便于分拣机构分类输送。4.3 主要技术指标a.控制电源：直

29、流24V/4.5Ab.PLC控制器:西门子c.电磁阀：4V110-06 4V120-06 4V130C-06 d.调速阀：出气节流式e.磁性开关：D-C73L D-A73L Z73Lf.气缸：MSQB20R MDU25-50DM4.4 使用方法a.气源由调压过滤器的左侧气口连接6气管，另一端接静音气泵。（长时间使用，注意及时将过滤器内的水分排出）b.如使用外部PLC时，可通过转接板与I/O接口连接，详见I/O配置表。（注意：必须将系统原配的主机连接线拔出）c.编制程序（样例程序详见配套光盘）d.接通电源前，先检查各模块接线。e.下载程序。f.运行方式：系统接通电源后，操作按钮控制板，上电、复位

30、、调试。 4.5 成品分装输送单元中用到的主要技术4.5.1检测与传感技术传感器的基本功能是检测信号和进行信号转换。传感器的输出量通常是电信号,它便于传输、转换、处理和显示等。电信号有多种形式,如电压、电流、电容和电阻等。传感器一般由敏感元件、转换元件和信号调理转换电路3部分组成,有时还需要外加辅助电源提供转换能量,如图1一1所示。敏感元件指传感器中能直接感受或响应被测量,并且输出与被测量成一定关系的某一物理量的元件。转换元件是指传感器中能够将敏感元件感受或相应的被测量,转换成适合传输或测量的电信号的部分。有时候敏感元件和转换元件的功能是由一个元件(敏感元件)实现的。信号调理与转换电路将敏感元

31、件或转换元件输出的电路参数转换、调理成一定形式的电量输出。由于传感器的输出信号一般都很微弱,因此需要进行信号的调理与转换、放大、运算与调制之后才能进行显示和参与控制。辅助电源为无源传感器的转换电路提供电能。传感器及信号检测装置是检测与传感器技术的主要研究对象。在柔性制造系统中,传感器将各种内部和外部的信号通过相应的检测装置反馈给控制及信息处理装置。所以,检测与传感是柔性制造系统中实现自动控制的关键环节。柔性制造系统要求传感器能快速、准确的获取信息,同时也要求传感器能适应外界环境的变化。目前,传感器的发展还比较缓慢,检测与传感技术还不能完全.与柔性制造系统的发展相适应,使得柔性制造系统的一些设计

32、和控制不能达到人们满意的效果。因此,大力发展检测与传感技术对柔性制造系统的发展具有十分重要的意义。4.5.2伺服驱动技术执行元件及驱动装置是伺服驱动技术的研究对象。执行元件一般有气动、液动、电动等多种类型,柔性制造系统中采用的执行元件类型也多种多样,一般以电动式的执行元件比较多,其驱动装置主要是指电动机的驱动电源电路。执行元件一方面通过机械接口与机械传动和执行结构相连,用以实现预期的动作,另一方面通过电气接口与微型机相连,用以接受微型机的控制指令。伺服驱动技术对控制的精度、动态性能和稳态的精度都有重要的影响。4.5.3气动技术基础详见6.气动技术基础4.6气动技术基础4.6.1气动技术的简介：

33、气动技术基础是驱动各种机械和设备,以实现生产过程机械化和自动化的一门技术。气压传动具有防火、防爆、防电磁干扰、抗震动、抗冲击、无辐射、无污染、结构简单、工作可靠等特点。目前气动技术与液压、机械、电气和电子技术一起,相互补充,已发展成为实现生产过程自动化的重要手段,在机械、冶金、轻纺食品、化工、交通运输、航天航空、国防建设等各个行业及部门己得到广泛应用。4.6.2气动传动的优缺点：(1)气压传动的优点1)空气随处可取,取之不尽。2)空气通过管道传输,易于集中供气和远距离输送。3)无润滑油,用后空气直接排入大气,对环境无污染。4)压缩空气可以存储在储气罐中。5)压缩空气对温度的变化不敏感,保证运行

34、稳定。6)压缩空气没有爆炸及着火的危险。7)结构简单,制造容易,适于标准化、系列化和通用化。8)气动工具和执行元件超载时停止不动,无其他危害。(2)气压传动的缺点1)压缩空气需要有良好的处理,不能有灰尘、油污和湿气。2)由于空气的可压缩性,执行机构不易获得均匀的运动速度。3)只有在一定的推力下,采用气动技术才比较经济。4)排气噪声较大,但可以通过噪声吸收材料或使用消声器进行改善。4.6.3 气动系统的组成1)气源装置气源装置是以压缩空气为工作介质,向气动系统提供压缩空气。其主体是空气压缩机,此外还包括压缩空气净化装置和传输管道。空气由多种气体混合而成,其主要成分是氮气和氧气,其次是氢气和少量的

35、二氧化碳及其它气体。空气可以分为干空气和湿空气两种形态,以是否含水蒸气作为区分标志。2)气动执行元件气动元件是指利用压缩空气工作的元件。气动元件按照功能不同分为气动执行元件、气动控制元件、气动检测元件、真空元件及其其它气动辅助元件。气动执行元件是一种能量装换装置,它将压缩空气的压力能转换为机械能,驱动执行机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动或冲击动作。气动执行元件可分为气缸和气马达两类。气缸是用于提供直线往复运动或摆动的,输出的是力和直线速度或摆动角位移;气动马达是用于提供连续回转运动的,输出的是转矩和转速。成品分装输送单元主要采用普通气缸，普通气缸是指缸体内只有一个活塞和一个活塞杆的气缸,分

36、为单作用气缸和双作用气缸两种形式。两个方向上都受气压控制的气缸称为双作用气缸,只有一个方向上受气压控制的气缸称为单作用气缸。双作用气缸的工作原理:双作用气缸的符号如图4一l所示。双作用气缸的内部被活塞分成两个腔,有活塞杆的那一部分腔称为有杆腔,无活塞杆的腔称为无杆腔。当压缩空气从无杆腔输入时,气体从有杆腔排出,在汽缸的两腔形成压力差,从而推动活塞运动,使活塞杆伸出;当空气从有杆腔进入,从无杆腔排出时,压力差使活塞杆缩回。当有杆腔和无杆腔交替进气和排气时,活塞便可以实现直线往复运动。3)气动控制元件在气压传动系统中,气动控制元件是控制和调节压缩空气的压力、流量和方向的重要控制阀,利用他们可组成各

37、种气动控制回路,以保证气动执行元件按设计的程序正常的进行工作。气动控制元件按功能和用途可分为流量控制阀、方向控制阀和压力控制阀3大类。1.方向控制阀方向控制阀是气压传动系统中通过改变压缩空气的流动方向和气流的通断,来控制执行元件启动、停止及运动方向的气动元件。根据方向控制阀的功能、控制方式、阀内气流的方向及密封形式等,方向控制阀可分为很多种类。比如人力控制阀、机械换向阀、气压控制换向阀、电磁控制换向阀等。2.流量控制阀在气压传动系统中,有时需要控制气缸的运动速度,有时需要控制换向阀的切换时间和气动信号的传递速度,这些都需要调节压缩空气的流量来实现。这种通过改变阀的流通截面积来实现流量控制的阀称

38、为流量控制阀,它包括节流阀、单向节流阀和排气节流阀。节流阀是将空气的流通截面缩小以增加气体的流通阻力,从而降低气体的压力和流量。单向节流阀是单向阀和节流阀并联而成的组合控制阀。单向节流阀常用于气缸的调速和延时回路中。排气节流阀与节流阀一样,也是靠调节流通面积来调节气体流量的。它与节流阀不同之处是安装在系统的排气口处,不仅能够控制执行元件的运动速度,而且因其常带消音器件,具有减少排气噪声的作用,所以常称其为排气消声节流阀。3.压力控制阀在气动系统中,一般由压缩机先将空气压缩,存储在储气罐内,然后经过管路输送给各个气动装置使用。而储气罐的空气压力往往比实际需要的压力高,同时其压力波动值也较大。因此

39、需要将其压力减到所需压力,并使减压后的压力稳定在所需压力值上。压力控制阀就是用来控制气动系统中压缩空气的压力,以满足各种压力需求或节能。压力控制阀有减压阀、安全阀(溢流阀)和顺序阀3种。减压阀是将供气气源压力减少到每台装置所需要的压力,并保证减压后压力值稳定。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,顺序阀一般很少单独使用,往往与单向阀配合在一起,构成单向顺序阀。安全阀在系统中起安全保护作用,当系统压力超过规定值时,安全阀打开,将系统中的一部分气体排入大气,使系统压力超过允许值,从而保证系统不因压力过高而发生事故。4.7 基本流程图基本流程图4.7.1 流程图解析：

40、机械手提取物品将物品放在传送带上，传感器检测到物品的信号后，传送带开始运行，然后根据光纤传感器对工件的颜色的检测结果，工件运行至相应的汽缸处，气缸伸出将工件分拣到相应的分装盒中，然后气缸收回，传送带停止运行，等待下一次机械手拿来的物品。以此类推，重复进行。4.8 气动回路原理图气动原理控制系统是本工作单元的执行机构，该执行机构的逻辑控制功能是由PLC控制的。电气原理图4.8.1电气原理图解析：a.本气动系统下面是控制电磁阀（单电控二位 五通 弹簧复位）的变换，1B1和2B1是两个传感器，气缸伸出后一旦碰到该传感器，气缸便收回。b.1Y1和2Y1为控制直线气缸的电磁阀c.3B1为安装在旋转气缸上

41、的极限工作位置的磁性传感器。3Y1为控制旋转气缸的电磁阀。4.8.2 工作原理：滤气开关打开，当检测物品应该进入槽1时，压缩空气通过单电控二位 五通弹簧复位电磁阀1Y1进入气缸1，电磁圈得电，空气经过调速后进入气缸1的有杆腔，使活塞杆向前运动，将物件分装入滑槽1内。若检测到物品应该进入到槽2时，则压缩空气通过单电控二位 五通弹簧复位电磁阀2Y1进入气缸2，电磁圈得电，空气经过调速后进入气缸2的有杆腔，然后活塞杆前动，将物件分装到滑槽2中。执行分装任务。4.9 PLC控制的循环主题部分循环主体4.9.1 循环主体解析：该控制图描述了选择手动还是自动的方式，控制了传感器的和气缸的运行，将物品进行分

42、拣。该系统采用交变电压，根据物体重量等的不同改变电压。4.10 PLC，气动，电控的三者融合PLC，气动和电控的优势很明显，它有模拟量和开关量输入和输出，逻辑运算，定时，计数，顺序控制，人机交互，记录和显示工能等，都复合模块式气动自动化生产的要求，而且运行平稳，准确，快速，大大缩小劳动成本，效率更高，是现代制造和加工自动化的典型代表。5 结语本篇文章感谢参考文献中的文章和书籍提供的资料，结合他们的资料和小组同学所学知识及两周实习，写了PLC控制技术在柔性制造系统中的应用与研究，分别讲了PLC可编程逻辑控制器和FMS柔性制造系统的意义和二者融合后的应用，以成品分装输送装置为例，运用了PLC控制，电控技术和气动控制技术等可以实现产品的运送和分装，并且做到准确，平稳，快速等特点，充分显示了现代制造业的特点，方便，运行可靠，使用效果良好等且已经被诸多行业所使用，具有良好广阔的发展前景。小组同学学识有限，对资料的理解和对该领域的阐述如有不当之处，还请老师同学给予指正。