plc气动实验指导书要点.docx

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plc气动实验指导书要点

目录

目录-1-

第一章结构简介-3-

一、气动PLC控制实验台-3-

二、电气控制器件功能介绍-3-

二、电气控制器件功能介绍-4-

PLC交直流电源：

-4-

PLC可编程控制器：

-4-

PLC电气控制系统的功能介绍及使用说明：

-5-

继电器控制单元：

-5-

三、气动元器件的结构原理及功能介绍-6-

1．空气压缩机：

-6-

2．空气过滤器、减压阀和油雾器三联件-7-

3．减压阀-8-

4．顺序阀-8-

5．气控换向阀-8-

6．电磁换向阀-10-

7．手动换向阀-11-

8．行程换向阀（机控阀）-12-

9．单向阀-12-

10．梭阀（或门型）-13-

11．单向节流阀-13-

12．快速排气阀-13-

13．消声器-14-

14．气缸-14-

15．接头-15-

第二章气动基本回路的原理及实验-16-

§2-1单作用气缸的换向回路-16-

1、二态运动控制回路-16-

2、三态运动控制回路-16-

§2-2双作用气缸的换向回路-17-

1、二态运动控制回路-17-

2、三态运动控制回路-17-

§2-3单作用气缸的速度控制回路-18-

1、单作用气缸调速回路-18-

2、单作用气缸快速返回回路-18-

§2-4双作用气缸单向调速回路-19-

§2-5双作用气缸的速度控制回路-20-

1、排气节流调速法-20-

2、进气节流调速法-20-

§2-6速度换接回路-21-

§2-7缓冲回路-22-

§2-8二次压力控制回路-23-

1、简单压力控制回路-23-

2、高低压控制回路-23-

§2-9计数回路-24-

§2-10延时回路-25-

1、延时回路-25-

2、延时退回路-25-

§2-11互锁回路-26-

§2-12单缸单往复控制回路-27-

2、行程开关单往复控制回路-27-

§2-13单缸连续往复动作回路-28-

§2-14直线缸、旋转缸顺序动作回路-29-

§2-15多缸顺序动作回路-30-

§2-16双缸同步动作回路-31-

§2-17四缸联动回路-32-

§2-18卸荷回路-33-

§2-19或门型梭阀的应用回路-34-

§2-20快速排气阀的应用回路-35-

§2-21高低压切换控制回路-36-

§2-22过载保护回路-37-

附图一：

PLC电器控制接线原理图-38-

附图二：

继电器电器控制接线原理图-39-

第一章结构简介

气动PLC控制实验台是根据《液压与气压传动》、《气动控制技术》等通用教材内容要求，参考广大师生的建议，精心设计而成。

该系统除了可以进行常规的气动基本控制回路实验外，还可进行模拟气动控制技术应用实验、气动技术课程设计，以及可编程控制器（PLC）学习及其基本应用实验等，是机电完美结合的典型实验设备。

该系统适应于大中专院校、职业学校中机械工程、机电一体化和自动化专业开设《液压与气压传动》、《气动控制技术》和《PLC可编程序控制器原理及应用》等相关课程的教学实验，同时也可作为机、电、气一体化的综合实验台。

学生通过操作实验及课程设计，可以更准确、形象地深入了解，掌握气动元件的结构，气动回路的控制原理及设计方法等。

还能通过实验，掌握PLC可编程序控制的功能，控制原理及编程技巧等。

一、气动PLC控制实验台

气动PLC控制实验台主要由实验桌及实验支架、气动元器件和电气控制器件等组成：

实验桌及实验支架采用“二合一”设计结构，内部元件配置更是根据校方的不同要求提供了双面双套、双面合一等数种不同的配置，提高产品的性能价格比。

整体结构简单，实用性强。

如图1-1所示。

（图1-1）气动PLC控制实验台

二、电气控制器件功能介绍

PLC交直流电源单元如图1-2，PLC可编程序控制器（日本西门子S7-CPU224），PLC电气控制输入单元，PLC电气控制输出单元，继电器控制单元，行程开关（常闭、常开）。

PLC交直流电源：

输入电压：

AC220V50HZ

输出：

DC24V/2AAC220V

（220V输出用于本公司液压产品中电磁阀的控制）

（图1-2）PLC交直流电源

PLC可编程控制器：

采用日本西门子S7-CPU224型可编程控制器。

如图1-3所示

（图1-3）PLC模块

PLC电气控制系统的功能介绍及使用说明：

PLC电气控制系统由PLC可编程序控制单元、电气输入单元如图1-4所示、电气输出单元如图1-5所示二部分组成。

由直流电压单元（DC24V）供给电源。

使用时通过连接线将各部分连接起来。

其电气控制接线原理图见附图一。

（图1-5）输出单元

（图1-4）输入单元

通过编写PLC控制程序可以实现所需要的控制功能，因而通过改变控制程序，很容易得到自己所需的控制功能。

本系统的出厂设置功能是：

通过按钮信号或行程开关信号来控制电磁换向阀。

电气输入单元的控制分为三个独立的控制部分：

控制组一、控制组二和扩展控制。

对应的分别控制输出：

电磁阀组一、电磁阀组二和电磁阀组三。

其控制方式为：

“控制组一”中按下“换向Ⅰ”按钮或“常开启动Ⅰ”有信号，则对应电磁阀组一的“输出Ⅰ”有输出；按下“换向Ⅱ”按钮或“常开启动Ⅱ”有信号，则对应电磁阀组一的“输出Ⅱ”有输出，同时“输出Ⅰ”无输出，即“输出Ⅰ”与“输出Ⅱ”互锁，此主要是因为双电磁换向阀的两个电磁铁不能同时得电（注：

双电磁换向阀的两个电磁铁必须接在同一电磁阀组的“输出Ⅰ”、“输出Ⅱ”）。

按下“停止”按钮或“常闭停止”有信号，则“输出Ⅰ”、“输出Ⅱ”均停止输出。

“控制组二”的控制方式同上。

“扩展控制”是由用户根据需要，自行编程控制“电磁阀组三”的动作方式。

程序输入可编程控制器（PLC），①利用FP手持编程器Ⅱ通过通讯电缆与PLC上的通讯接口连接，直接进行指令程序输入；②通过通讯电缆和适配器将计算机的串行口与PLC的通讯接口连接，利用NPST或FPWIGR软件编程，通讯输入。

编程写入PLC时，注意设置PLC的工作方式！

继电器控制单元：

继电器控制单元其功能和PLC电气控制系统的基本控制功能相同，两组功能相同且独立的控制信号分别控制相应的电磁阀组。

如图1-6所示。

继电器控制系统包括相对独立的两个控制组，使用时“控制组一”中按下“换向Ⅰ”按钮或“常开启动”有信号（行程开关常开触点闭合），则对应电磁阀组一的“输出Ⅱ”输出，相应输出指示灯亮：

按下“换向Ⅱ”按钮或“常闭停止”有信号（行程开关常闭触点断开），则对应电磁阀组一的“输出Ⅱ”输出，相应输出指示灯亮，同时“输出Ⅰ”停止输出，输出指示灯灭，即“输出Ⅰ”与“输出Ⅱ”互锁，此主要是因为双电换向阀的两个电磁铁不能同时得电。

（注：

双电磁换向阀的两个电磁铁必须接在同一电磁阀组的“输出Ⅰ”、“输出Ⅱ”上）。

按下“停止”按钮，则“输出Ⅰ”、“输出Ⅱ”均停止输出。

“控制组二”的控制方式同上。

继电器控制系统在使用时，只需将直流24V电源接入，输入、输出接到相应的位置上，即可进行控制操作（要确保线路连接正确）。

（图1-6）继电器控制单元

三、气动元器件的结构原理及功能介绍

气动元器件配置包括：

空气压缩机、空气过滤、减压、油雾器三联件，减压阀、手动换向阀、电磁换向阀、气控换向阀、行程阀、单向阀、节流阀、单向节流阀、快速排气阀、或门框梭阀、单作用气缸，双作用气缸和旋转气缸等。

1．空气压缩机：

空气压缩机见图1-7是将电动机的机械能转化为气体压力能的装置。

本实验台采用的“亚达”牌微型空气压缩机，其具有造型美、重量轻、耗电省、嗓音低和搬运方便等优点。

*）使用时，应先将出气口的阀门关闭，将气源充足后再打开使用，气源充足后，电机自动关闭，待气压降到0.4MPa时，电机又会自动开始补充气源。

因其供给的气源容量不是太大，在使用时，应注意如果需大容量气源的回路实验，不要长时间连接进行。

若有必要，可考虑用大容量的压缩机。

*）压缩机运转时间过长时会产生热量，因而使用时应将空气压缩机放置在阴凉透风处，切勿放在阳光爆晒或潮湿的位置。

技术参数：

电源：

AC220V50HZ

电机功率：

2×175w转速：

2880r/min

气罐容量：

18Ｌ气罐压力：

1Mpa气罐重量：

19Kg

（图1-7）WY5.2—双头空气压缩机

2．空气过滤器、减压阀和油雾器三联件

由空气压缩机出来的空气中，含有水雾灰尘等杂质，因而不能直接供给气动系统使用，必须经过气源处理装置处理，使之符合气动装置的使用要求。

利用气源处理组合三联件（空气过滤器、减压阀和油雾器），对压缩机出来的压缩气体进行净化、减压和添加雾化润滑油提供气动装置以洁净、压力适宜、含有雾化润滑油的压缩空气。

本实验台所用三联件是由AF2000空气过滤器、AR2000减压阀和AL2000油雾器组合而成，采用模式结构，本体为铝合金压铸成形，结构紧凑，拆装方便，容杯采用PE材料制成。

见图1-8所示

*）使用时，应注意不要将进气口出气口接反，为了回路安全起见，调节减压阀使其输出气体压力在0.4MPa左右，使用中应定期放水，清洗或更换滤芯。

技术参数：

型号：

AC2000

接管螺纹：

Ｇ1/4

过滤度：

40μm

保持耐压力：

1.5MPa

最大可调压力：

0.95Mpa

压力调节范围：

0.05MPa-0.85MPa

介质及环境温度：

5-60℃

（图1-8）三联件

水杯容量：

15cm3

油杯容量：

25cm3

润滑油：

VG32或同级油

3．减压阀

减压阀采用与三联件减压阀同种型号规格。

见图1-9所示

*）其应用主要是作为回路中的一次减压器件。

使用时，应注意不要将进气口与出气口接反。

为了回路安全起见，调节减压阀使其输出气体压力在0.4MPa左右。

技术参数：

型号：

AR2000

接管螺纹：

G1/4

过滤度：

40μm

压力调节范围：

0.05-0.8MPa

最大可调压力：

0.95MPa

保持耐压力：

1.5MPa

（图1-9）减压阀

介质及环境温度：

5-60℃

内圈为中国惯用的压力,单位为Kg/cm2

Kg/cm2与Pa的关系:

Kg/cm2=10Pa

1MPa=145PSI

PSI压力单位:

磅/平方英寸（欧美国家惯用）

4．顺序阀

顺序阀是一种单向压力控制元件，当进气压力达到阀的开启压力时，阀便打开，接通气路，进气压力低于阀的开启压力时，阀即关闭，气流打开单向阀逆向流动，该阀是气动压力控制回路中常用的元件之一。

见图1-10

*）阀的开启压力可通过调整弹簧的压力来调定。

*）顺序阀在不使用时应松开调节手柄。

主要技术参数：

公称通径：

8mm

工作压力：

0.15-0.80MPa

有效截面积：

≥20mm

接管螺纹：

Ｇ1/4

工作温度：

5-30℃

（图1-10）顺序阀

耐久性：

≥200万次

5．气控换向阀

气压控制是利用空气压力差或作用面积差使阀芯运动，达到换向目的的控制。

按其作用原理，可分为加压控制、卸压控制和差压控制三种类型。

一般采用滑柱式和截止式两种结构，阀位换向由气压信号控制阀芯的位移来实现，单气控阀无记忆性能，双气控阀有记忆性能。

用来直接操纵气缸等气动执行元件或在气动系统中做控制其它元件使用。

实验均采用二位五通气控换向阀，其结构及符号见图1-11和1-12所示。

*）在使用时应注意各进出口的作用，不要混淆、乱接。

*）所施加工作压力及控制信号值在其参数范围内，否则不能正常工作。

*）本实验台提供的单（双）气控阀均为二位五通换向阀，使用时用气孔塞头塞住其中某一或几个气孔，则可以改变换向阀的通口数。

*）对于双气控，由于其具有记忆性能，因而所谓常通还是常断，不是确定的，使用时应注意这点。

使用时可根据需要，改变其通口方式。

（图1-11）单气控换向阀

其技术参数为：

工作介质：

洁净压缩空气

有效截面积：

16mm2

接管螺纹：

进出气G1/4排气G1/8

工作压力范围：

0.15-0.8MPa

最大耐压力：

1.05Mpa

换向频率：

≥5Hz

换向时间：

≤0.05S

最低控制压力：

0.2MPa

介质及环境温度：

5-60℃

（图1-12）双气控换向阀

几种堵塞方式图1-13所示：

（a）堵住气孔B，则改变为二位三通（常断型）；

（b）堵住气孔A，则改变为二位三通（常通型）；

（c）堵住气孔B和O1，则改变为二位二通（常断型）；

（d）堵住气孔A和O2，则改变为二位二通（常通型）；

（图1-13）单气控换向阀堵塞方式

6．电磁换向阀

单电磁换向阀（二位五通）是由电信号控制电磁先导阀，先导阀起放大作用。

由它来控制压缩空气去推动主阀阀芯换向，切换主气路换向。

单电磁换向阀无记忆性能。

见图1-14所示。

（图1-14）二位五通单电磁换向阀

双电磁换向阀（二位五通/三位五通）是由两个电磁先导阀信号交替推动主阀阀芯，使气路换向。

其中，二位五通（如图1-15所示）设有定位功装置，此系列有记忆性能。

三位五通（如图1-16所示）为中封式结构，中间有个封闭位置，整个系统中不允许有内泄漏，此系列没有记忆性能。

*）使用时可根据需要，改变其通口方式；

*）在使用时应注意各进出口的作用，不要混淆、乱接。

*）所施加工作压力值应在其参数范围内，否则不能正常工作。

*）电磁铁所用的电压不要加错，否则会烧坏元件，甚至出事故。

*）本实验台提供的二位五通单（双）电磁换向阀，使用时用气孔塞头塞住其中某一或几个气孔，则可以改变换向阀的通口数。

*）对于双电控，由于其具有记忆性能，因而所谓常通还是常断，不是确定的，使用时应注意这点。

技术参数：

接管螺纹：

进出气G1/4排气G1/8

有效截面积：

16mm2（二位五通）12mm2（三位五通）

工作介质：

洁净压缩空气工作压力范围：

0.15-0.8MPa

最大耐压力：

1.05MPa介质及环境温度：

5-60℃

换向频率：

≥5Hz换向时间：

≤0.05S

电源电压：

DC24V耗电功率：

3W

（图1-15）二位五通双电磁换向阀

（图1-16）三位五通双电磁换向阀

几种堵塞方式图1-17所示：

（a）堵住气孔B，则改变为二位三通（常断型）；

（b）堵住气孔A，则改变为二位三能（常通型）；

（c）堵住气孔B和O1，则改变为二位二通（常通型）；

（d）堵住气孔A和O2，则改变为二位二通（常断型）；

（图1-17）堵塞方式

7．手动换向阀

手动换向阀又称人控换向阀，可用来直接控制执行元件，或做其它气动元件的信号阀使用。

见图1-18。

*）在使用时应注意进出口的作用，不要混淆、乱接。

*）所施加工作压力值应在其参数范围内，否则不能正常工作。

*）与上述二位五通单（双）电磁（气控）换向阀一样，二位五通手动换向阀，在使用时用气孔塞住其中某一或几个气孔，可以改变换向阀的通口数。

*）使用时可根据需要，改变其通口方式。

*）同样，由于手动换向阀的操纵手柄的原始位置不是确定，因而所说的常断常通都是相对的，应用时应注意！

（图1-18）二位五通手动换向阀

技术参数：

型号：

4H210-08（二位五通阀）

公称通径：

8mm工作压力：

0-10MPa

接管螺纹；G1/4操作力：

7N

介质及环境温度：

5-60℃

几种堵塞方式图1-19所示：

a）堵住气孔B，则改变为二位三通（常断型）；

b）堵住气孔A，则改变为二位三通（常通型）；

c）堵住气孔B和O1，则改变二位二通（常通型）；

d）堵住气孔A和02，则改变二位二通（常断型）；

（图1-19）堵塞方式

8．行程换向阀（机控阀）

行程换向阀又称机控阀，行程换向阀是利用执行机构或其它机械运动，借助凸轮、滚轮、杠杆撞块等机构使阀换向的，主要用于行程程序控制系统，常用作为信号阀，如行程阀。

常用的形式有直动式，滚动式和通过式。

本实验配置的是单向滚轮杠杆方式行程阀。

如图1-20所示。

※单向滚轮杠杆式行程阀在应用中主要起到开关控制作用，用来控制回路中气路的通断。

通过气缸的行程撞块来控制其通断状态。

※使用时应注意其进气口与出气口不要接反。

技术参数：

接管口径：

G1/4

有效截面积：

2.5mm2

工作介质：

洁净压缩空气

环境及介质温度：

5-60℃

（图1-20）行程换向阀

操作力：

10N（进口压力为0.5MPa时完全打开阀）

阀门行程：

5.5mm（从自由位置到阀完全打开的总行程）

9．单向阀

单向阀是控制气流只向一个方向流动不能反向流动的气动元件、大多与节流阀组合来控制气缸的运动速度。

也用于防止回路中空气倒流的现象。

如图1-21所示。

技术参数：

公称通径：

8mm

工作压力：

0.05-1.00MPa

开启压力：

≤0.05MPa

接管螺纹：

G1/4

工作温度：

5-60℃

（图1-21）单向阀

10．梭阀（或门型）

梭阀是一种方向控制气动元件，它的结构相当于两个单向阀的组合，具有逻辑回路中的“或门”功能。

常用于手动、自动回路的转换。

如图1-22所示。

*）使用时应水平放置。

技术参数：

公称通径；8mm

有效截面积：

20mm２

工作压力：

0.05-0.80MPa

换向时间：

0.03S

（图1-22）或门型梭阀

使用寿命：

≥200万次

工作温度：

5-50℃

11．单向节流阀

单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的组合式流量控制阀，当气体沿正向流动时，节流阀节流，而反向流动时，气体直接从单向阀通过，不发生节流。

单向节流阀一般安装在气缸和换向阀之间，可有两种不同接法，一为进气节流阀，二为排气节流阀。

当要求气缸运动速度较慢且平稳时，可用排气节流阀，这时可使气缸排气腔形成一定的背压，使气缸运动更加平稳。

如图1-23所示。

（图1-23）单向节流阀

技术参数：

公称L/min

工作压力：

0.05-0.80MPa

接管螺纹：

G1/8：

G1/4

工作温度：

5-60℃

（压力为0.5MPa,温度为20℃时的最大流量）

12．快速排气阀

速排气阀主要应于将气缸等元件中的气体直接排入大气，从而减少气缸的背压，加快气缸的动作速度。

它常设置在气缸和换向阀之间，使气缸排气腔的气体不通过换向阀而由快排阀直接排出，对于远距离控制而又有速度要求的回路，选用快排阀最为适合。

快排阀应配置在需要快速排气的气动执行元件附近。

如图1-24所示

*）接管时应注意，P为进气口，O为排气口。

技术参数：

公称通径：

8mm

有效截面积：

P-A≥20mm2

A-0≥40mm2

工作压力：

0.12-1.00MPa

工作温度：

5-60℃

（图1-24）快速排气阀

13．消声器

本消声器是采用铜珠烧结杯作为吸合材料的吸收型消声器，对空气动力性噪声的中高频范围具有良好的降噪效果，它直接安装在气动元件或装置的排气口上。

如图1-25所示。

主要技术参数：

公称通径：

8mm（G1/4）,10mm（G3/8）

消声效果：

≥20dB

工作压力；0-0.8MPa

工作温度：

25-80℃

（图1-25）消声器

14．气缸

单作用气缸：

如图1-26所示

双作用气缸：

如图1-27所示

*）气缸的安装采用弹性插脚的组合安装方式，

在其背后安装有多只定位弹性插脚，使用时，

应将所有插脚对准插孔，然后平行推入，可

靠地安装在所需位置。

*）由于气压传动的动

作较快，使得气缸活塞杯的撞击力比较大，

为使其动作较为平缓，其进出气孔均装有一

只单向节流阀，调节节流阀，可改变气缸的

动作速度。

（图1-26）单作用气缸

*）行程开关或行程阀与气缸的行

程撞块相配合使用，在其固定行程内，可调节

行程开关或行程阀的位置。

（图1-27）双作用气缸

技术参数：

工作介质：

洁净压缩空气

气缸缸径：

25mm最大行程：

100mm

工作压力：

0.06-0.8Mpa耐压：

1.0MPa

介质温度：

-10-60℃环境温度：

-5-60℃

动作速度：

50-500mm/s理论输出力：

作用缸伸出157.1N返回131.9N　　

　旋转气缸（双作用）：

如图1-28所示

技术参数：

公称通径：

20mm

工作压力：

0.1-1.0MPa

最大压力：

1.5MPa

接口螺纹：

G1/8

（图1-28）旋转气缸

15．接头

插入式管接头适用于尼龙管，塑料管的连接，最大工作压力1.0MPa.使用时，先将接头体固定，把需用长度的管子垂直切断，修去切口毛刺，将管子插入接头内，使管子通过弹簧片和密封圈达到底部，即可牢固地连接、密封、拆卸管子时，用手将管子向接头里推一下，然后向里推压顶套，即可拔出管子．所用到的规格有：

L型管接头，Y型三通管接头，T型三通管接头，四通管接头。

L型601接头L型602接头四通接头Y型三通

T型三通气塞

第二章气动基本回路的原理及实验

气动系统一般都是由最简单的基本回路组成，虽然是基本回路相同，但是由于其组合方式不同，所得到的系统的性能却各有差异。

因此，要想设计出高性能的气动系统，必须熟悉各基本回路。

经过长期的生产实践，人们总结出一些常用的典型回路，这些回路在气动系统的设计中也有很大的用途。

气动基本回路是气动系统的基本组成部分。

基本回路按其功能分为：

换向控制回路、压力控制回路、速度控制回路、位置控制回路及基本逻辑回路等。

※注：

在以下实验中使用到的气源，需经过三联件过滤、减压、加雾化润滑油。

§2-1单作用气缸的换向回路

1、二态运动控制回路

实验所需元件：

器件

单作用气缸

单向节流阀

手动换向阀

单气控换向阀

数量

1只

1只

1只

1只

备注

装于气缸上

改造后使用

改造后使用

实验内容：

图2-1（a）是采用一个二位三通气控阀控制单作用弹簧气缸伸缩的回路。

在图中当有气控制信号时，换向阀右位接通，气缸活塞杆伸出工作，一旦气控信号消失，换向阀则自动复位，活塞杆在弹簧力的作用下缩回。

实验注意事项：

*）二位三通阀可由相应的二位五通阀用气孔塞头塞位B孔得到（气孔B用气孔塞头塞住）。

*）实际实验中，在气缸进气孔处装有一个单向节流阀，以调节气缸的动作速度。

*）实验时，所加气压信号或气压源的压力不要过大，一般以0.4MPa压力为宜

（图2-1）单作用气缸换向回路

2、三态运动控制回路

实验所需元件：

器件

单作用气缸

单向节流阀

双电磁阀换向

数量

1只

1只

1只

备注

装于气缸上

三位五通

实验内容：

图2-1（b）是用三位五通电磁阀（中位封闭式）控制单作用气缸的伸、缩、任意位置停止的回路。

实验注意事项：

*）实际实验中，在气缸进气孔处装有一个单向节流阀，以调节气