第一章基础知识 1-1 西门子 S7-300 1-2 西门子 S7-300 1-3 传感器元件 1-4 电动和气动元件部分第二章系统各站工艺介绍 2-1 供料站（第一站）

目录 • 第一章基础知识 • 1-1西门子S7-300 • 1-2 西门子S7-300 • 1-3 传感器元件 • 1-4 电动和气动元件部分 • 第二章系统各站工艺介绍 • 2-1 供料站（第一站） • 2-2 检测站（第二站） • 2-3 加工站（第三站） • 2-4 提取站（第四站） • 2-5 缓冲站 (第五站） • 2-6 机械手 (第六站） • 2-7 组装站 (第七站） • 2-8分类站（第八站） • 第三章软件设计 • 3-1 STEP 7介绍 • 3-2 具体操作步骤介绍

自动装配生产线

第一章基础知识 本章是实习的基础部分，对系统的最基本单元加以详细介绍，主要集中介绍了所用器件的基本原理及组成结构，如S7-300、各种传感器、各种执行单元，这是实习的基本要求，必须认真掌握。费斯托工业自动化教学培训系统是一套包含工业自动化系统中不同程度的复杂控制过程的教学培训装置。具有综合性、模块化及易扩充等特点。在现代化工业生产中，自动化技术起着非常重要的作用。从基本的气动、电气动、液压、电液压、传感器技术到可编程序控制器和总线系统，它们都被广泛的应用。本套模块化教学培训系统主要以气动元件为主，附加电动元件，总共由8个站组成，两站通讯通过光电传感器完成。返回目录

1-1 西门子S7-300 • 本套FESTO教学实验系统的电气控制部分均由可编程控制器来承担，并且通过一个手动控制面板辅助PLC的控制。由于各个站的控制原理基本相同，所以在选取PLC时可选用一种机型，即西门子的S7-300系列。S7-300（PLC）是德国西门子公司在S5系列PLC的基础上于1995年陆续推出的性价比较高的PLC系统。其中，S7-300由于其系统的优良特性，近年来被广泛应用于专用机床、纺织机械、包装机械、通用机械等方面；在控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业等诸多领域也被广泛使用。S7-300提供了多种性能的CPU和丰富且带有许多功能的I/O扩展模块，各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，使用户完全根据实际应用选择合适的模块，而且控制任务增加时，可以对PLC进行扩展，系统扩展灵活。 • S7—300具有高电磁兼容性和抗冲击性，使其具有很高的工业环境适应性。 • S7—300结构简单，使用灵活而且易于维护，采用DIN标准导轨安装，安装方便。背板集成在模块上，模块通过总线连接器相连，使得更换模块变得十分简单。所有模块都具有可靠的接线端子，信号模块和通信模块可以不受限制地插到任何一个槽位上，系统可以自行组态。当用户的自控系统任务需要多于八个信号模块或通讯处理器模块时，则可以扩展S7—300机架，扩展实现方便。返回目录

S7—300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架（导轨）或多个机架上。与CPU313配套的模块只能装在一个机架上，除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能安装8个信号模块或功能模块。S7—300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架（导轨）或多个机架上。与CPU313配套的模块只能装在一个机架上，除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能安装8个信号模块或功能模块。 • CPU314/315/315—2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7—300背板总线从一个机架连接到下一个机架。 • 中央处理单元总是在0号架的二号槽位上，1号槽安装电源模块，3号槽安装接口模块。4—11号槽，可自由分配信号模块、功能模块和通讯模块。需要注意的是，槽位号是相对的，每一机架的导轨并不存在物理的槽位。 • 由于该套FESTO教学实验系统控制原理简单，因此八个站的PLC均为单机作业，也不需要扩展功能模块，PLC之间也没必要网络通讯。所以每个站的PLC只由最基本的中央处理单元（CPU）、电源模块（PC）、信号模块（SM）组成。返回目录

1、装载存储器 • 装载存储器位于SIMATIC微存储卡（MMC）中。其容量与MMC的容量相符合。用于保存代码块和数据块以及系统数据（组态、连接和模板参数等）。标记有与运行时间无关的块，不能保存在装载存储器中。也可以将项目的整个组态数据保存在MMC中。 • 注意：装载存储器（MMC）中的程序数据必须为记忆性保存。当装入时即写入MMC，并可防止电源故障和存储器复位。因此，装入用户程序以及CPU 313C的操作只能使用插入的MMC • 2、工作存储器 • 集成的CPU工作存储器不能扩展，它只能用于处理代码数据和用户数据。只能在主存储器中和系统存储器中处理程序。当插入MMC时，可以保存CPU的主存储器内容；断电时，你的数据就保存在MMC存储器中。因此数据块的内容基本上被永久保留 • 3、系统存储器（RAM） • 集成的CPU系统存储器不能扩展，它包括：存储位、计时器和计数器的地址区、I/O过程映象区局域数据。在组态中（CPU属性、记忆性选项）可以指定存储位、计时器和计数器的那一部分具有记忆功能，并在重新启动时使用“0”初始化。一般地，返回目录

1-2 西门子S7-300 • 本套FESTO教学实验系统的电气控制部分均由可编程控制器来承担，并且通过一个手动控制面板辅助PLC的控制。由于各个站的控制原理基本相同，所以在选取PLC时可选用一种机型，即西门子的S7-300系列。S7-300（PLC）是德国西门子公司在S5系列PLC的基础上于1995年陆续推出的性价比较高的PLC系统。其中，S7-300由于其系统的优良特性，近年来被广泛应用于专用机床、纺织机械、包装机械、通用机械等方面；在控制系统、机床、楼宇自动化、电器制造工业等诸多领域也被广泛使用。S7-300提供了多种性能的CPU和丰富且带有许多功能的I/O扩展模块，各种功能模块可以非常好的满足和适应自动控制任务，使用户完全根据实际应用选择合适的模块，而且控制任务增加时，可以对PLC进行扩展，系统扩展灵活。 • S7—300具有高电磁兼容性和抗冲击性，使其具有很高的工业环境适应性。 • S7—300结构简单，使用灵活而且易于维护，采用DIN标准导轨安装，安装方便。背板集成在模块上，模块通过总线连接器相连，使得更换模块变得十分简单。所有模块都具有可靠的接线端子，信号模块和通信模块可以不受限制地插到任何一个槽位上，系统可以自行组态。当用户的自控系统任务需要多于八个信号模块或通讯处理器模块时，则可以扩展S7—300机架，扩展实现方便。返回目录

S7—300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架（导轨）或多个机架上。与CPU313配套的模块只能装在一个机架上，除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能安装8个信号模块或功能模块。S7—300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架（导轨）或多个机架上。与CPU313配套的模块只能装在一个机架上，除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能安装8个信号模块或功能模块。 • CPU314/315/315—2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7—300背板总线从一个机架连接到下一个机架。 • 中央处理单元总是在0号架的二号槽位上，1号槽安装电源模块，3号槽安装接口模块。4—11号槽，可自由分配信号模块、功能模块和通讯模块。需要注意的是，槽位号是相对的，每一机架的导轨并不存在物理的槽位。 • 由于该套FESTO教学实验系统控制原理简单，因此八个站的PLC均为单机作业，也不需要扩展功能模块，PLC之间也没必要网络通讯。所以每个站的PLC只由最基本的中央处理单元（CPU）、电源模块（PC）、信号模块（SM）组成。返回目录

一、CPU313C • CPU313C是一款结构简单、成本低廉、程序存储器较大的PLC。适用于对速度要求较高、程序较大的小型控制系统。CPU313C是一款紧凑型的处理器，带有集成的数字量和模拟量的输入和输出，其中数字量输入、输出分别为24点、16点。运行时需要存储器卡MMC。CPU313内置12KB的RAM，其装载存储器为内置20KB的RAM，可用存储器卡扩充装载存储器，最大容量可为4MB的EEPROM（电擦除可编程只读存储器），指令执行速度为600ns/二进制指令。最小单位操作时间0.1ms到0.2ms,扩展模块只能装在一个机架上，通信接口为MPI接口。 • CPU313C的存储器可分为三个区域：装载存储器（MMC）、工作存储器、系统存储器。 • 诊断缓冲器、MPI 地址（和传输速率）以及运行小时计数器都被写入具有记忆功能的CPU存储器中。MPI地址和传输速率的记忆功能确保了即使在掉电、存储器复位或通讯参数丢失时，CPU也仍能进行通讯（例如拆除MMC或通讯参数删除）返回目录

二、PS307电源模块 • PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。PS307是西门子公司为7-300专配的DC24V电源。PS307系列除输出额定电流不同外（2、5、10A），其工作原理和参数都一样。本系统使用的电源是独立的开关电源，不仅可提供多路独立的电压供内部电路使用，而且还可为输入设备提供标准电源。 • 三、输入输出模块（SM） • PLC对外功能主要是通过各类接口模块的外接线，实现对工业设备和生产过程的检测与控制。通过各种输入输出接口模块，PLC既可检测到所需的过程信息，又可将处理结果传送给外部过程，驱动各种执行机构，实现工业生产过程的控制。通过输入模块单元，PLC能够得到生产过程的各种参数；通过输出模块单元，PLC能够把运算处理的结果送至工业过程现场的执行机构实现控制。实际生产中的信号电平多种多样，外部执行结构所需电流也是多种多样，而PLC的CPU所处理的只能是标准电平，由于输入输出模块单元与工业过程现场的各种信号直接相连，这就要求它有很好的信号适应能力和抗干扰性能。因此，在输入输出模块单元中，一般均配有电平转换、光耦合器、滤波等电路，以实现外部现场各种信号与系统内部统一信号的匹配和信号的正确传送，PLC正是通过这种接口实现了信号电平的转换。返回目录

系统所使用的紧凑型CPU313C，带集成的数字量输入和输出模块，带模拟量输入和输出模块。示意图如下： （图一） CPU313C面板示意图返回目录

集成的数字量输入DI（0-24），它的作用是把现场各种开关信号转换成PLC内部处理的标准信号。在直流输入单元中，电阻R1和R2构成分压器，R2与电容C组成阻容滤波。二极管用于防止反极性电压输入，发光二极管（LED）指示输入状态，光耦合器隔离输入电路与PLC内部电路的电气连接，并使外部信号通过光耦合器转换成内部电路接受的标准信号。当外部开关闭合后，外部直流电压经过电阻分压、阻容滤波后加到光耦合器的发光二极管上，经光耦合，光敏晶体管接受光信号，并输出一个对内部来说是接通的信号，输入端的发光二极管（LED）点亮，指示现场开关闭合。模块输入电压为24V、“1”信号允许15—30V、“0”信号允许—3—5V，典型输入电流8mA；集成的数字量输出DO（0-16），额定负载电压L+=24V，允许范围20.4V—28.8、输出电压“1”信号最大L+-0.8V，最大输出电流“1”信号为0.5A、最小电流5mA，“0”信号最大电流0.5mA。满负荷能力40ºC时为100%、60ºC时为50%。输出开关能力对阻性负载为100Hz、感性负载为0.5Hz。数字量输入输出模块都有电子隔离。示意图如下：集成的数字量输入DI（0-24），它的作用是把现场各种开关信号转换成PLC内部处理的标准信号。在直流输入单元中，电阻R1和R2构成分压器，R2与电容C组成阻容滤波。二极管用于防止反极性电压输入，发光二极管（LED）指示输入状态，光耦合器隔离输入电路与PLC内部电路的电气连接，并使外部信号通过光耦合器转换成内部电路接受的标准信号。当外部开关闭合后，外部直流电压经过电阻分压、阻容滤波后加到光耦合器的发光二极管上，经光耦合，光敏晶体管接受光信号，并输出一个对内部来说是接通的信号，输入端的发光二极管（LED）点亮，指示现场开关闭合。模块输入电压为24V、“1”信号允许15—30V、“0”信号允许—3—5V，典型输入电流8mA；集成的数字量输出DO（0-16），额定负载电压L+=24V，允许范围20.4V—28.8、输出电压“1”信号最大L+-0.8V，最大输出电流“1”信号为0.5A、最小电流5mA，“0”信号最大电流0.5mA。满负荷能力40ºC时为100%、60ºC时为50%。输出开关能力对阻性负载为100Hz、感性负载为0.5Hz。数字量输入输出模块都有电子隔离。示意图如下：返回目录

（图二）数字量输入输出形式 返回目录

集成的模拟量输入（用于电压、电流的测量）AI5*12Bit测量信号：电压为±10V、0-10V；电流为±20mA、0/4至20mA。单极性精度：11位+符号位。25ºC最大误差±0.7%；集成的模拟量（用于电压电流测量）输出信号：电压范围为±10V、0-10V；电流范围：20mA、0/4至20mA集成的模拟量输入（用于电压、电流的测量）AI5*12Bit测量信号：电压为±10V、0-10V；电流为±20mA、0/4至20mA。单极性精度：11位+符号位。25ºC最大误差±0.7%；集成的模拟量（用于电压电流测量）输出信号：电压范围为±10V、0-10V；电流范围：20mA、0/4至20mA （图三）模拟量输入输出形式返回目录

1-3 传感器元件 • 传感器的基本原理 • 传感器是将感受到的外界信息，按照一定的规律转换成所需的有用信息的装置。它获取的信息可以是各种物理量。而转换的信息也有各种形式如：电、光、温度、声、位移、压力等。物理量可以通过传感器进行转换，但通常是将非电量或电量转换成易于处理和传输的电量。传感器的核心部件是敏感元件，它是传感器中用来感知外界信息，并转换成有用信号的元件。 • 本套MPS ( 模块化生产加工系统 ) 的控制单元对现场信号的采集和上下站的通讯都是靠传感器来完成的，系统中工件位置和种类,气缸活塞的位置,机械元件的位置,下一站发来的忙信号等各种信号被传感器检测传送到控制单元，系统中用到的传感器大体上分为光电式传感器、光纤式传感器、电感式传感器、电容式传感器等。 • 1、光电式传感器 • 光电式传感器是以光为信号的传感器，在光电式传感器中将光线产生的变化转换为电信号输出，它具有非接触、响应快速、性能可靠等特点，因此在工业中应用广泛. • 光电式传感器分为漫射式传感器,反射式传感器,对射式传感器. 返回目录

(1)对射式传感器 • 各站用到的对射式传感器有供料站的B4传感器，以及站与站通信时用到的接收器（IP_FI）和发射器(IP_N_FO)。首先将接收器设置在所需的位置并加以固定,然后将发射器和接收器对齐，也加以固定。如右图所示： • 供料站的（B4）传感器代号:165331代码:SOEG-RSP-Q30-PS-S-2L • 短路强度:脉冲调制 • 光的类型:红色，极性化 • 切换元件功能:暗切换 • CE 标志:符合 EU 指示 89/336/EWG (EMV) • 电连接:M8x1;3针;插头 • 安装类型:带通孔返回目录

接收器 • 代号:165323 • 代码:SOEG-E-Q30-PS-S-2L • 短路强度:脉冲调制 • 光的类型:红外线 • 切换元件功能:暗切换 • 电连接:M8x1;3针;插头 • 安装类型:带通孔 • 发射器代号:165353 • 代码:SOEG-S-Q30-S-L • 光的类型:红外线 • 电连接:M8x1;3针;插头 • CE 标志:符合 EU 指示89/336/EWG (EMV) • 安装类型:带通孔返回目录

对射式传感器首先将接收器设置在所需的位置并加以固定，然后将发射器和接收器对齐，也加以固定。检测到的信号以光的形式通过光纤传送到变送器。光纤电缆由一束玻璃纤维或由一条或几条合成纤维组成。光纤能将光从一处传导到另一处,甚至绕过拐角处。其工作原理是通过内部反射介质传递光线。光线通过具有高折射率的光纤材料和低折射率护套内表面,由此形成的光纤让光在光纤内的反射式传递。光纤的组成是由芯部(高折射率)和护套(低折射率)组成。在光纤内,光被不断来回反射, 产生全内反射,因而光能通过曲线路径。光电式传感器不得相互干扰，它们之间必须保持最小距离。该最小距离主要由传感器灵敏度决定，对于采用光纤的传感器，此距离主要由使用的光纤类型决定，因此，一般情况不指定该值。 • (2) 反射式传感器 • 反射式光电开关传感器的原理图如下图所示，当红外发光二极管通电发光时，光通过被照射物反射到光敏三极管窗口，使光敏三极管导通，从而有电流通过，以此检测物体的有无。返回目录

适用于光电接近开关、光电自动控制、物体识别等。适用于光电接近开关、光电自动控制、物体识别等。本设计中用到的反射式传感器为检测站的B3传感器。如右图所示首先在所需的位置安放好反射板，并加以固定，然后将反射板部分遮住，只留出中心部分(约占反射板面积的25%)，然后安装反射式传感器，并调整位置直至能正确切换为止，最后将反射板的覆盖物拆除。返回目录

(3)漫射式传感器 • 将传感器与被测物体对齐,使其能正常工作,为了保证其正常可靠地工作,必须留有工作裕量。本系统中用到的漫射式传感器为检测站的B2传感器。如下图所示： • 检测站的B2传感器 • 代号:165342代码:SOEG-RT-M18-PS-K-L • 短路强度:脉冲调制 • 光的类型:红外线 • 切换元件功能:亮切换 • 开关输出:PNP • 电连接:电缆 • 安装类型:带锁定螺母返回目录

提取站PART_AV、3B1传感器 • 代号:165327 • 代码:SOEG-L-Q30-P-A-S-2L • 短路强度：脉冲调制 • 光的类型：减小系数 • 工作状态显示：黄色 LED • 开关输出： PNP • 电连接：M8x1,4针插头 • 安装类型：带通孔 • 安装以上光电式传感器时不得相互干扰，它们之间必须保持最小距离。该最小距离主要由传感器灵敏度决定。 • 2、电感式传感器 • 本系统中用到的电感式传感器为供料站中检测推工件气缸推到位和复位的1B1、1B2传感器；检测站中检测升、降模块上升到位和下降到位的1B1、1B2和2B1传感器；提取站中检测机械手左移到位（1B1）和右移到位（1B2）、平行气爪上升到位（2B2）下降到位（2B1的）传感器返回目录

（1）电感式接近开关 • 代号：151685 • 代码:SMTO-1-PS-S-LED-24-C • 短路强度:是 • 测量原则:磁阻 • 切换元件功能:常开触点 • 开关输出:PNP • 电连接:M8x1;3针;插头 • SMTO为电感式接近传感器功能：SMT, SMTO (感应式) SMT型电感式传感器含有振荡回路。当有磁场接近时回路中的电流会发生变化并产生一个开关信号。 • SMT型接近式传感器主要用于能够处 • 理开关信号的设备，譬如连接至控制器。返回目录

（2）舌簧式行程开关 代码：SME-8-S-LED-24代号：150857 • 设计：用于T-槽 • 短路强度：否 • 测量原则：舌簧磁铁 • 切换元件功能:常开触点 • 开关输出:接触式, 双极性 • CE 标志:符合 EU 指示 89/336/EWG (EMV) • 电连接:带插头电缆;M8x1;3针 • 安装类型:夹在 T-槽中 • 磁性开关是靠电磁的作用使触点动作，它用在气缸和气压缸的位置检测当带永久磁环的汽缸活塞到行程开关的位置时，电磁舌簧式行程开关进入磁场，触点在磁场的作用下闭合，回路导通。 • 接近式传感器，适用于8 mm 槽带电触点SME为接近式传感器。SME, SMEO (接触式)接触式传感器SME含有一个舌簧开关，其触片在有磁场接近时会关闭，从而产生开关信号。SME主要用于需要大电流输出的地方 (譬如用于直接控制负载)。在涉及较大负载能力或电缆长度> 7.5 m时,还需配备保护回路。返回目录

(3)接近开关 • 电感式传感器不仅受磁场的作用而前当金属导体接近时，也会使传感器中的电流发生变化产生信号，根据传感器的这种性质称这种传感器为无接触式位置传感器，主要用于位置和状态的检测。 • 加工站的B3传感器 • 代号：150395 • 代码：SIEN-M8NB-PS-S-L • 短路强度：脉冲调制 • 切换元件功能：常开触点 • 工作状态显示：黄色 LED • 开关输出： PNP • 连接：电连接，M8x13针插头 • 安装类型：带锁定螺母、非齐平 • 电感式传感器为信号检测元件，它广泛用于机械加工、生产线、传送带系统中位置检测,并将检测结果转换成电信号。它是以非接触的方式工作的。当有金属物体接近规定的感应距离时，传感器会发出一个电信号。不用进行接触，电感式传感器是通过电感应物体经过或滞留于振荡器的高频磁场来检测物体的。返回目录

电感式传感器采用的是非接触方式的感测, 没有机械力作用于控制部件或被感测部件。电感式传感器不要求任何位置感测机构，因此不需要有机械限位开关常用的滚轮、柱轴或肘杆等。电感式传感器不靠机械方式驱动触片，它的切换由电子元件来完成。 • 3、电容式传感器 • 电容传感器是无接触式位置传感器，所有进入它电场中的物质都将影响它的电场，这种变化通过内部电路转换为输出电信号。它具有高稳定性、温漂较低的特点，他的检测对象为金属和非金属（玻璃、木料、油类、水及塑料制品等）。 • 系统中用到的电容式传感器为加工站的PART_AV、B1、B2，用来检测旋转指示盘上是否有工件，如上图所示。 • 电容式接近传感器带有LED显示和电子接口，安装在一个聚合物结构的安装座上，通过3针插座连接。返回目录

1-4 电动和气动元件部分 • 气动单元是气压传动及控制的简称，它是以压缩空气为动力源，驱动和控制各种机械设备以实现生产过程自动化的一种技术。本套设备是德国著名气动公司FESTO公司开发的，主要器件为气动元件，用到了多方面的气动知识与气动设计思想。 • 气动技术的一大优点是极为经济和简易，实现直线运动、旋转运动和静止状态下输出力、力矩。因此，气动执行元件广泛应用在工件的运输、夹紧以及工件的运动中。 • 气动技术主要包括两方面的内容：气压传动和气动控制。 • 一个典型的气动系统由以下几方面组成：1气压发生装置，提供压缩空气的装置和设备，例如，空气压缩机。2气动执行元件，以压缩空气为工作介质产生机械运动的装置，例如，做直线运动的气缸。3气动控制元件,通过它能改变工作介质的压力、流量或流动方向来实现执行元件所规定的运动，例如，各种压力、流量、方向控制阀和各种气动逻辑器件。4气动传感元件，感受各种被测参数并转化成气压信号的装置。 5气动辅助元件，为压缩空气的净化、元件的润滑、元件间的连接和消声等所需的一些辅助装置。返回目录

一、气压发生装置 • 气压发生装置是产生压缩空气的装置，或者说是为气动设备和系统的正常工作提供所需的压缩空气的压力和流量的装置，通常是指空气压缩机。空气压缩机（简称为压缩机或压气机）的结构形式很多、工作压力范围很广。按其工作原理分类可分为容积型和速度型两种 • 二、气动执行元件 • 气动执行元件是将压缩空气的压力能转化为机械能的一种传动装置，它能驱动机械机构实现直线往复运动、摆动、旋转运动或冲击动作，可分为气缸和气马达两大类。 • 气缸用压缩空气作为动力源，产生直线运动，输出力或动能。按照压缩空气作用在活塞断面上的方向分为：单作用气缸和双作用汽缸。 • 三、气动控制元件 • 气动控制元件是在气压传动的气动控制系统中，用于信号传感与转换、逻辑控制、参量调节等的各类气动元件。气动控制通常可分为断续控制和连续控制两类。本套FESTO系统采用的是断续控制，在断续控制（又称开关控制）系统中，通常要进行压力、流量的调节和气体流动方向与通断的控制，分别要采用压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀以及气动式逻辑元件等。返回目录

1、压力控制阀：压力控制阀是控制和调节压缩空气压力的元件。主要有减压阀、溢流阀和顺序阀。气动装置的气源一般都来自空气压缩机，空气压缩机的气压通常都高于每站气动装置所需要的压力，其压力值波动较大，因此需要调节压力的减压阀将压缩机的空气压力调节到每站气动装置实际所需要的压力，并保持该压力值的稳定。1、压力控制阀：压力控制阀是控制和调节压缩空气压力的元件。主要有减压阀、溢流阀和顺序阀。气动装置的气源一般都来自空气压缩机，空气压缩机的气压通常都高于每站气动装置所需要的压力，其压力值波动较大，因此需要调节压力的减压阀将压缩机的空气压力调节到每站气动装置实际所需要的压力，并保持该压力值的稳定。 • 2、流量控制阀：流量控制阀是控制和调节压缩空气流量的元件。控制气缸活塞的运动速度，控制信号延迟时间的长短等都是经常遇到的，这些都是通过流量控制阀来实现的。 • 3、方向控制阀：方向控制阀是改变和控制气体流动方向的元件。通过方向控制阀改变气体流动方向和气流的通断，从而使执行元件的动作发生变化。一个换向阀可以同时接通和断开几个回路，使其中几个回路处于接通状态和另几个回路处于断开状态，或者几个回路同时被切断。为了表示这种切换性能，可用换向阀的通口数来表达。大致有二通阀、三通阀、四通阀、五通阀。二通阀有两个通口，即属入口（p）和输出口（a）只能控制气流的接通和断开。五通阀有五个通口，除p、a、b外，还有两个排气口（用o1、o2），这种阀作为控制双作用气缸用。位数：位数是指换向阀的切换状态数。返回目录

四、气动传感元件 • 传感元件和转换元件是将被控参数检测出来并变成气压信号的元件（如各种传感器和行程阀等）以及将气信号和电、液信号相互转换的元件。 • 五、气动辅助元件 • 净化、润滑、消声以及用于元件之间的连接等所需要的一些装置。如过滤器、油物器、排污器、消声器、转化器及管件等。 • 1、消声器：气动系统中压缩空气经换向阀向气缸等执行元件供气，工作完成后，又经换向阀向大气排气。由于阀内的气路复杂又十分狭窄，压缩空气以近声速的流速从排气口排出，空气急剧膨胀和压力变化产生高频噪声，声音十分刺耳。而且，执行元件速度高、流量越大，噪声也越大。此时，就需要用消声器来降低排气噪声。消声器一般采用螺纹连接方式，直接安装在阀的排气口上。 • 2、管道与接头：气动系统的管道分为硬管和软管；接头为快插式接头，管子插入后自动咬合，而要拔出时只需通过卡帽将弹性卡环压下，既可方便的拔出管子。 • 六、电动、气动元件的选型 • 1、阀岛：该项技术是由德国FESTO公司最先发明并应用的。它是把多个电控换向阀采用总线结构集成在一起，缩小了体积、减少了控制线，采用计算机控制，使气动—电控系统的设计安装和调试过程大为简化。阀岛有多种类型,FESTO阀岛可分为如下几种：多功能MIDI/MAXI阀岛、Micro/Mini/Midi阀岛、ISO阀岛、老虎阀岛、VDMA阀岛、紧凑型阀岛等。返回目录

本套系统中使用的阀岛属于紧凑型阀岛。紧凑型阀岛代号：156001代码：ADVU-16--P-A本套系统中使用的阀岛属于紧凑型阀岛。紧凑型阀岛代号：156001代码：ADVU-16--P-A • 缓冲：(P)两端带弹性缓冲环或缓冲板 • 工作模式：双作用 • 设计结构：活塞；活塞杆 • 位置检测：带接近开关 • 工作介质：干燥压缩空气，经润滑或未经润滑 • 环境温度 -20 - 80 度 • 气动连接：M5 • 2、单向阀代号：161779代码：HGL-M5 • 功能:先导控制，单向功能 • 工作介质:干燥、过滤压缩空气；干燥、过滤已润滑的压空气 • 先导气口21:M5 • 气动连接, 气口 1:M5 • 气动连接, 气口 2:M5 • 带先导的单向阀：只要有先导控制信号施加于单向阀, 压缩空气将流入或流出气缸。当先导控制信号消失,单向阀关闭气缸排气, 使气缸动作停止，该阀可用于驱动器短时间的定位或制动返回目录

3、电磁阀代号：161414代码：CPV10-M1H-5LS-M7 • 驱动类型：电气的 • 设计结构：活塞滑块 • 复位类型:空气弹簧 • 先导类型:由先导控制 • 阀功能:5/2;单稳态 • 外形紧凑、功能强大，流量从 400到1600升/分钟，重量轻，安装空间小，CPV阀岛可安装在气动驱动器附近，可确保缩短响应时间，提高效率。 4、单向节流阀 • 代码： GRLA-M5-QS-4-LF-C • 代号： 175047 • 阀功能：单向排气节流阀 • 安装类型: 具有螺纹的 • 气动连接：气口 1: M5 • 气动连接：气口 2: QS-4 • 调节元件：开槽头螺丝 • 单向节流阀用于双作用气缸的排气流量控制。在相反方向单向节流阀完全打开，压缩空气可自由通过。进气流量不受控制而只对排气流量进行控制，可以将活塞保持在空气缓冲之间。返回目录

5、无杆气缸 • 代码：DGO-12--P-A-B • 代号：15221 • 缓冲:两端带弹性缓冲环或缓冲板 • 工作模式：双作用 • 驱动器原理：力锁定 (磁性) • 位置检测：带接近开关 • 气动直线驱动器DGO是无活塞杆的气缸。它们通过磁偶合方式而非机械连接方式来传递驱动力，带非接触式位置感测，两端带可调式终端位置缓冲。 • 磁性耦合无杆气缸在活塞上安装一组高磁性的稀土永久磁环，磁力线通过薄壁缸筒与套在外面的另一组磁环作用。由于两组磁环极性相反，具有很强的吸力。当活塞在两端输入气压作用下移动时，则在磁力作用下，带动缸筒外的磁环套与负载一起移动。在气缸行程两端设有空气缓冲装置。当速度快、负载大时，内部磁环易脱落，即负载大小受速度的影响。且磁性耦合无杆气缸中间不可能增加支撑点，最大行程受限制。 • 特点：活塞气室和滑块为完全密闭结构，是一种完全气密闭和无泄漏系统，灰尘和污染物无法进入。返回目录

6、液压缓冲器代号:158981代码:YSR-5-5-C • 缓冲:硬特性;自调节 • 工作模式:单作用;推的动作 • 位置检测:无 • 最大制动力：2000000N • 系统中检测站和提取站中用的是液压缓冲器，液压缓冲器通过压力控制阀将冲击能量转换成油的流动，从而达到缓冲目的。内置的压缩弹簧将活塞杆回复到初始位置。缓冲特性可以通过调节环进行修整。也可在驱动器动作时进行动态调整。液压缓冲器可作为终点挡块, 但受到规定的最大冲击力的限制。 • 7、微型开关 • 型号：S-3-E • 检测供料站机械臂左摆和右摆到位以及加工 • 站打孔机上升到位和下降到位，是一个电子 • 式限位开关，用于终端位置感测。当机械臂 • 左右摆到位或者打孔机上升下降到位时，摆 • 动驱动器闭合微型开关，电信号便传送给PLC。返回目录

8、叶片式摆动气缸 • 型号：DSR-16-180-P • 在定子上有两条气路，左路进气，右路排气。压缩空气作用在叶片上带动转子逆时针转动，反之，作顺时针转动。驱动力通过旋转叶片直接传送给驱动轴。摆动角度从0到184°无级可调。可调式止动系统和旋转叶片分离，以便于固定限位挡块吸收冲力。此外，旋转叶片还能通过终点位置弹性垫（由合成材料制成）获得辅助缓冲。驱动力直接通过齿轮轴和齿条机构传输，无反冲发生。驱动器背面还有刻度以方便行程调节。 • 特点：⑴可调式摆动角度⑵摆动角度在摆动范围内任意设定⑶较高的能量通过液压缓冲器缓冲 (仅尺寸12到40 mm).⑷支架用于安装感应式传感器，用于非接触式终端位置感测返回目录

9、真空吸盘 • 型号：VAS-8-M5-PUR • 本设计中供料站的真空吸盘是用来吸住工件的。吸盘与气管相连，当需要吸工件时，气管通过吸盘吸气并保持住，直到CPU发出吹气命令，气管通过吸盘吹气放工件。 • 特点：⑴将表面光滑且平整的工件吸起并保持住⑵可以使用波纹吸盘，满足不平、弧形和倾斜表面的要求⑶硅橡胶耐热性能优良 • 10、真空过滤器 • 型号：VAF-PK-4 • 为防止抽气过程中进入微粒杂质而堵塞气管。必须使用真空过滤器。真空过滤器 VAF用于去除抽气方向的微粒杂质。流动方向可以依据原始装置而自由选择。一经使用，原始装置的流量方向不能改变。返回目录

11、消声器 • 型号：U-M5 • 为降低阀门排气口的噪音，可以使用消声器。消声器通常用于真空过滤器中。 • 12、扁平型气缸说明 • 代码：DZF-18-80-P-A 代号：164019 • 超扁平气缸系列DZF，扁平活塞能有效防止 • 扭转双作用。对应的活塞直径12 到 63 mm， • 行程标准: 10 到 320mm；活塞直径10 到 • 25 mm，行程10 到 200 mm；活塞直径32 到 • 63 mm ，行程10 到 320 mm 。终点位置有弹 • 性缓冲，非接触式位置感测，活塞杆带外螺纹 • 或内螺纹可选用接近式传感器进行位置感测： • 电子式：SM…-8 (接触或非接触式) • 气动式：SMPO • S2: 双端活塞杆 • S6: 耐热密封，温度可达 150℃ • S20: 双端中空活塞杆返回目录

13、平行气爪 • 代码：HGP-10-A-B • 代号：197542 • FESTO标准气爪是用于搬运 • 及装配技术的系统。 • 特点：双作用活塞驱动 • 夹紧方式：向外夹紧，向内夹紧，可以以多种方式和其它驱动器进行结合，采用霍尔传感器或接近式传感器进行位置感应，采用外部夹头，易于实现多样性 • 位于中心驱动轴的同心轴上平行气爪 HGP: 尺寸 6 到 35 mm （外形小巧、夹紧力大、夹紧力不变）。注意 FEST 标准气爪，只能采用排气节流 • 14、L型快插式螺纹接头 • 153333 • QSML-M5-4 • 柱头螺栓上的密封件类型:密封圈 • 设计结构:推/拉原理 • 工作介质:过滤压缩空气 • 气动连接:M5用于4mm 气管外径返回目录

QS快插接头系列为各种应用提供可 • 靠连接。快插式接头内部的不锈钢片将气管牢固卡紧，而不损坏其表面。机械振动和压力波动被安全地吸收。压下蓝色释管圈，即可拔出气管。FESTO快插式螺纹接头为镀镍黄铜元件，具有良好的耐腐蚀性。 • 15、带电缆插头插座 • 158960 • SIM-M8-4GD-2,5-PU • 导线末端：经过电镀 • 电连接：直列式插头插座M8x1 4针 • 电缆结构：4 x 0,25 mm?/font> • 电缆长度：2,500 m • 电缆外套颜色：灰色 • 插座插头 SEA, SIE和SIM专门用于连接接近式传感器、感应式和光电式传感器、压力和真空开关以及压力传感器. 它们有3, 4和5针等派生型，带M8或M12锁紧螺母，插头插座SIE-GD可带有LED插件，用于指示工作状态. 返回目录

第二章系统各站工艺介绍 • 通过对本章的学习，详细了解FESTO培训系统各工作站的工艺，从传感器、气动执行单元及电动执行单元的功能、位置，到它们的各种信号方式，以及控制器S7-300的输入、输出点与检测、控制信号的对应关系多都要准确掌握，以便为后面的编程做好准备 • 2-1 供料站（第一站） • 一、供料站的功能 • 供料站是整个生产线的起点，供料站的主要功能是为后面各站的加工过程提供工件。供料站里有一个储存工件的立式圆柱形仓库，该仓库中最多可以储存八个工件，而且在仓库底端有一个对射式传感器用来检测是否有工件，在料仓的下方有一个双作用的执行程气缸用来将工件单个地推出，然后经过一个旋转气缸来将工件传递到下一个站，完成提供工件的任务。 • 二、组成模块及各模块功能 • 1、供料站的组成 • 本站是第一站，主要由以下几部分组成：工件仓模块、检测模块、气动推杆模块、吸工件模块、旋转模块、控制面板、工作平台、手推车台（即实验装置的安装台、下有轮、可以推）、PLC模块。返回目录

2、各模块的功能 • 工件仓模块：用来存放等待加工的工件，它有一个立式圆柱形桶用来存放工件，最多可以存放八个待加工的工件。 • 检测模块：主要是用对射式传感器B4检测工件仓里是否有工件,并且把检测信号传送给PLC模块以及用阀岛检测真空吸盘是否把工件吸住。 • 气动推杆模块：它是先用对射式传感器B4检测料桶中是否有工件，然后用双作用气缸推出待加工的工件，汽缸的推到位和复位有两个舌簧式行程开关检测。双作用气缸是供料模块中的执行元件,一般由缸筒、前后缸盖、活塞、活塞杆、密封件、磁环和紧固件等零件组成。 • 吸工件模块：采用特殊抓取技术，真空吸盘，利用转换模块的真空吸盘吸紧加工工件，应用文丘式原理，由CP阀岛的真空板产生真空，并由压力开关进行检测。压力开关的转换点可调。 • 旋转模块：通过旋转气缸来驱动机械臂左摆和右摆，旋转气缸采用的是专业技术中的半旋转执行元件，供料工作单元中使用了大量工业执行元件。其中旋转气缸的旋转范围可由90°调整到180°，并由微动开关检测其终端位置返回目录

三、工序描述： • 启动要求：初始位置（工件仓）有工件 • 各个部件的初始位置：旋转汽缸左摆到位；推工件气缸复位； • 工序：1，检测料桶是否有工件并且让机械臂右摆（防止气动推杆无法推出工件）； • 2，如果有工件则推杆推出工件； • 3，当行程开关检测到气动推杆推出到位时，让机械臂左摆； • 4，微动开关检测到机械臂左摆到位时，让真空吸盘吸工件； • 5，当检测工件被吸住时，让机械臂右摆； • 6由微动开关检测到机械臂右摆到位时，让真空吸盘吹气释放工件，任务完成返回到开始位置。返回目录

2-2 检测站（第二站） • 手动生产相比，在自动生产领域检测是一个至关重要的环节，在手动生产中，不合格的部件可以被迅速替换，但是在自动生产中，不规格的部件可以导致生产过程的失灵，或者是整个生产系统的停止，必须加以足够重视。 • 一、检测站的功能 • 确认工件的属性（包括颜色，材料），决定将工件推到废料槽或者送给下一个站继续工艺流程。该站在接收到第一个站分发出的工件后，对接受到的工件进行检测，检测任务有两个传感器件完成：一个是散射光电传感器，负责检测工件的颜色是红色还是黑色；另一个是电容式传感器负责检测是否有工件；还有一个带反射的光点传感器来监视工作区的工件是否超过了规定，产生了工件的叠放。 • 根据不同的工艺使工件分为两类，一类直接由气缸从接收位置推出，另一类则有一个升降模块提升到一定高度后推出，再由吹气作用吹到下一个站，完成检测任务。 • 另外有一个模拟量传感器模块测量工件的高度，该模拟量传感器的输出可以通过一个阈值可调的电压比较器将模拟值数字化或者是通过接口模块将模拟量值直接送到PLC的模拟信号输入端； • 一个线性汽缸（无杆气缸）提升合适的工件到预定位置后，再通过一个上升空气缓冲滑块送到下一个站，其他的工件在底部直接被筛选出去。返回目录

二、检测站的组成及各模块的功能 • 1、检测站的组成 • 本站是第二站，主要有以下几部分组成：检测模块、升降模块、测量模块、空气缓冲滑块、滑动模块、工作平台、控制面板、手推车台（即实验装置的安装台、下有轮、可以推）、PLC板。 • 2、各模块的功能 • 检测模块：工件的材料和颜色的确认通过2个带有数字输出的接近传感器来执行；分别是，一个电容式接近传感器，另一个是漫射式传感器；电容式接近传感器检测工件有无信号，漫射式传感器检测到红色和金属工件信号；采用一个逻辑电路可以使两个传感器的组合十分方便地表示出金属/红色或黑色的工件。 • 升降模块（带有电缆导架）：工件由升降模块从检测模块提升到高度测量模块处； • 驱动器件采用的是不锈钢升降气缸和一个推动气缸；在工作中一起运动的电缆线和压缩空气的管道安装在一个可以配合运动的电缆导架上，使气缸的上下运动可以很随意，不受电缆和压缩空气管道的限制。升降气缸的上下两个终端位置分别采用两个磁或感应式接近传感器来指示。返回目录

高度测量模块：高度测量由一个检测工件的模拟传感器组成，操作原理是基于带有一个电压分配抽头的线性电位计，通过滑动变阻器检测工件高度并且该模块的另一端还为升降气缸提供了一个上位的缓冲器。检测得到的模拟量值可以通过一个可调阈值的比较器数字化（0/1信号），也可以将模拟量通过接口块送到PLC的模拟量输入端子。高度测量模块：高度测量由一个检测工件的模拟传感器组成，操作原理是基于带有一个电压分配抽头的线性电位计，通过滑动变阻器检测工件高度并且该模块的另一端还为升降气缸提供了一个上位的缓冲器。检测得到的模拟量值可以通过一个可调阈值的比较器数字化（0/1信号），也可以将模拟量通过接口块送到PLC的模拟量输入端子。 • 空气缓冲滑块：该模块用来输送工件，（如果不与后续站连接，加上机械挡板后，该模块上最多可以放置5个料）该滑块可以减小工件和滑面之间的摩擦，并且确保所有的工件在滑面上以同一速度滑行。滑面与水平面所成的角可以无限制地根据后续站的要求调节，以保证后续站的接收点安全地接收到工件。 • 滑块：滑块位于升降汽缸的下位，如果工件不符合下一站所需，则通过此滑块推出，如果在滑块的末端加机械挡板，最多4个工件可以在滑块上累积，同样滑块的倾斜角度可以根据工艺无限制地调节。返回目录

三、工序描述： • 启动要求：初始位置有工件； • 初始位置：升降气缸在底位；推动气缸复位；空气缓冲滑块停止； • 工序： • 1，确认工件的颜色和材料并检测工件的高度； • 2，如果工件不是黑色的，并且高度正确，则驱动升降汽缸上升； • 3，开启空气缓冲滑块； • 4，推动汽缸推出料； • 5，推动汽缸收缩； • 6，关闭空气缓冲滑块； • 7，升降汽缸下降； • 8，各个部件位置初始化； • 9，如果检测工件是黑色的或者高度不正确，升降气缸下降； • 10，推动气缸推出； • 11，（一定延时后）推动气缸收缩； • 12，各个元件位置初始化。返回目录

2-3 加工站（第三站） • 机械加工是指改变材料的属性或者是实体表面的光滑程度，加工是指用多个部件或材料创造出工件的几何形体。本站是加工站主要完成对工件的简单加工和打磨。 • 一、加工站的功能 • 本站是一个只使用电气驱动器的工作单元。检测站把工件送到旋转指示盘，工件被检测并且在旋转指示盘上被加工。旋转指示盘由一个直流电机驱动，并且由一个继电器电路来定位，带有检测旋转指示盘位置的感应式传感器。在旋转指示盘上，两道并行工序同时加工工件：检验和打磨。一个带有感应式传感器的螺线管执行装置检测工件是否被按照正确的位置放入。在打磨的过程中，工件被一个螺线管执行装置夹紧。加工完毕的工件被一个电子推动器件传到下一个站。返回目录

二、加工站的组成模块及各模块的功能 • 1、加工站的组成 • 本站是第三站，主要有以下模块组成:旋转模块、检测模块、打磨模块、拨工件模块、工作平台、控制面板、手推车台（即实验装置的安装台、下有轮、可以推）、PLC板。 • 2各模块的功能 • 旋转模块：旋转模块由一个直流齿轮马达驱动，旋转指示盘的六个位置可以通过旋转指示盘的六个定位螺丝来定义，并且同时有一个感应式传感器检测。旋转指示盘的六个半圆形放工件位置中间都有一个圆孔，以便于让电容接近传感器进行检测工件有无。 • 检测模块：主要是用电容传感器检测工件的有无以及用检测螺线管检测工件开孔是否向上。衔铁上端的螺母来驱动一个感应式接近传感器。 • 打磨模块：打磨模块是用来打磨工件上的孔。一个电子夹紧器件用来固定工件，打磨机械的前进和复位动作由一个带锯齿带驱动器的线性轴线器件驱动，一个电子齿轮马达驱动线性轴线器件，并且一个继电器电路用来激励该马达。返回目录

三、工序描述 • 启动要求：初始位置有工件 • 初始位置：检测螺线管复位、打磨机械在上位、打磨机械马达关闭、夹紧器件松开、电子挡板未被驱动。 • 工序： • 测到初始位置有工件，旋转指示盘旋转60度。 • 螺线管是活塞向下运动来检测工件是否按照开孔向上装入，如果是则让旋转指示盘旋转60度。 • 夹紧器件夹紧工件，打磨机械马达启动，线性轴线驱动打磨机械下降。 • 当打磨机械下降到位，通过线性轴线驱动打磨机械上升到位。 • 打磨机械的马达关闭并且夹紧器件关闭，旋转指示盘旋转60度。 • 电子挡板传递工件到下一站。 • 各个元件位置初始化。返回目录

2-4 提取站（第四站） • 一、提取站的功能 • 操作手工作单元配置了柔性2-自由度操作装置。漫反射式光电传感器对放置在支架上的工件进行检测。提取装置上的气抓手将工件从该位置提起，气抓手上装有光电式传感器用于区分“黑色”及“非黑色”工件，并将工件根据检测结果放置在不同的滑槽中。本工作单元可以与其他工作单元组合并定义其他的分类标准，工件可以被直接传输到下一个工作单元。 • 二、取站的组成模块及各模块的功能 • 1、提取站的组成 • 本站是第四站，是一个气动单元，主要有以下几个模块组成：检测模块、无杆气缸模块、平行气抓模块、升降气缸模块、缓冲模块、工作平台、控制面板、手推车台（即实验装置的安装台，下有轮，可以推）、PLC板。返回目录

2、各模块的功能 • 检测模块：主要是检测支架上有无工件及检测操作手左移到位和右移到位，升降气缸上升、下降到位。用漫反射式光电传感器对放置在支架上的工件进行检测，用舌簧式行程开关检测是否到位。 • 扁平气缸模块：主要是用来推动平行气抓下到位去抓紧工件。驱动器件采用的是一个推动气缸；扁平气缸的上下两个终端位置分别采用两个舌簧式行程开关来指示。 • 平行气抓模块：采用双作用活塞驱动，当检测模块检测到支架上有工件时平行气抓打开，气缸驱动平行气抓模块下降，当舌簧式行程开关检测到下降到位时平行气抓复位夹紧工件。 • 三、工序描述 • 启动要求：初始位置（支架上）有工件 • 初始位置：操作手左移到位；升降气缸上升到位；平行气爪夹紧。 • 工序：1、漫反射式光电传感器对放置在支架上的工件进行检测。 • 2、如果有工件提取装置上的气抓手将工件从该位置提起 • 3、当提取装置提起工件时，无杆气缸带动操作手向右移动。 • 4、当舌簧式行程开关检测到右移到位时，提取装置放下工件，然后无杆气缸带动操作手向左移动。 • 5、各个元件位置初始化。返回目录

第一章 基础知识 1-1 西门子 S7-300 1-2 西门子 S7-300 1-3 传感器元件 1-4 电动和气动元件部分 第二章 系统各站工艺介绍 2-1 供料站（第一站）