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1、第一章 緒論,,1.1 機電一體化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展,機電一體化是機械、電子、計算機和自動控制等技術(shù)有機結(jié)合的一門復(fù)合技術(shù)，其產(chǎn)生和發(fā)展與自動化技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 目前機電一體化技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代機器制造業(yè)和電子化機械產(chǎn)品中十分重要而不可或缺的組成部分。,1、機電一體化的定義：,,2、機電一體化技術(shù)的產(chǎn)生 機電一體化技術(shù)實際是自動化技術(shù)發(fā)展的一個階段和必然產(chǎn)物。 其發(fā)展過程其實是自動化技術(shù)的發(fā)展過程。 18世紀鍋爐供水的水位調(diào)節(jié)裝置便出現(xiàn)了。 1768年瓦特發(fā)明蒸汽機，人類開始進入了使用機器的時代。其借助于離心調(diào)速裝置而使其本身的轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。這種離心調(diào)速裝置就是世界上最早的自動化機器。

2、,,20世紀30年代，自動化技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于各種生產(chǎn)過程中，當時所實現(xiàn)的只是單機或單個溫度、壓力、流量等工藝參數(shù)的控制。 20世紀40年代-50年代，隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，生產(chǎn)水平的提高，自動化水平也在不斷提高。氣動儀器、電動單元組合儀表及巡回檢測裝置等自動化儀表的采用，使得一些比較復(fù)雜的生產(chǎn)過程和工廠車間的集中控制得以實現(xiàn)。 20世紀60年代，由于生產(chǎn)向綜合自動化，對控制設(shè)備和控制方式提出嶄新的要求。電子計算機的發(fā)展，特別是微機的廣泛應(yīng)用，標志著工業(yè)生產(chǎn)自動化的一次重大技術(shù)革命。,,20世紀60年代-80年代，自動化經(jīng)歷了三個時期。 60年代：以單機自動化和專用設(shè)備自動化為主。 70

3、年代：系統(tǒng)自動化時代，開始從單機自動化為綜合自動化過渡。 80年代：自動自動化時代，出現(xiàn)了FMS與機電一體化產(chǎn)品。 *FMS：Flexible Manufacturing System 機電一體化技術(shù)是自動化領(lǐng)域中機械技術(shù)與電子技術(shù)有機地結(jié)合而產(chǎn)生的新技術(shù)，是信息論，控制論和系統(tǒng)論基礎(chǔ)上建立起來的一種應(yīng)用技術(shù)。 其英文單詞發(fā)源于為:Mechatronics=Mechanic+Electronics （機電一體化） =機械學(xué)+電子學(xué),,20世紀80年代后，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品如雨后春筍不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代化的機械將電子技術(shù)、自動化技術(shù)、計算機技術(shù)融為一體，從而使機電一體化進入了大發(fā)展時

4、期。從軍事到經(jīng)濟，從生產(chǎn)到生活，從簡單的消費品生產(chǎn)到復(fù)雜的社會生產(chǎn)和管理系統(tǒng)，機電一體化可以說是“無孔不入”。它促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式和管理體系發(fā)生了深刻的變化，促進了新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也引起各國為發(fā)展機電一體化技術(shù)的激烈競爭，從而有反過來在全球范圍內(nèi)更進一步推動機電一體化技術(shù)，使得其空前發(fā)展。 近十幾年來，隨著光電子技術(shù)的發(fā)展以及光電子技術(shù)與機電行業(yè)的融合和滲透，出現(xiàn)了所謂機光電一體化技術(shù)和產(chǎn)業(yè)。機光電一體化是機電一體化的深化和更高層次的集成，其技術(shù)與產(chǎn)業(yè)已展現(xiàn)出廣闊美好的前景。,1.2機電一體化專業(yè)的就業(yè)形勢,今后幾年我國急需的專門人才機電一體化專業(yè)人才。 機電一體化已

5、是當今世界及未來機械工業(yè)技術(shù)和產(chǎn)品 發(fā)展的主要趨向，也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。,,然而，我國現(xiàn)有的機械專業(yè)人員的知識結(jié)構(gòu)與當今機械工業(yè)的發(fā)展極不相稱。 學(xué)機械專業(yè)的，對電子、自動控制技術(shù)懂得較少； 學(xué)電子專業(yè)的，對機械專業(yè)知識掌握的也不多，不能將機械與電子進行有機的結(jié)合。 此外，由于近二十年科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，多數(shù)機械專業(yè)人員知識老化，對新知識、新技術(shù)了解甚少，難以從事機電一體化產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)。因此，除現(xiàn)有機械專業(yè)人員需知識更新，解決機電一體化人才短缺的部分問題外，急需大批量培養(yǎng)這類人才。,,機電一體化專業(yè)特點決定了畢業(yè)生就業(yè)范圍廣，適應(yīng)能力強；機電一體化技術(shù)具有學(xué)科交叉的特點

6、，培養(yǎng)出的是復(fù)合型人才。 本專業(yè)畢業(yè)生認為：機電一體化專業(yè)工作不僅技術(shù)含量高，而且趣味性強，具有可持續(xù)發(fā)展的特點。,1.3機電一體化的相關(guān)技術(shù),1、檢測傳感技術(shù) 2、信息處理技術(shù) 3、自動控制技術(shù) 4、伺服傳動技術(shù) 5、精密機械技術(shù) 6、系統(tǒng)總體技術(shù),1.4機電一體化技術(shù)的發(fā)展前景,三個方面： 1、性能上：高精度，高效率，智能化 2、功能上：小型化、輕型化、多功能 3、層次上：系統(tǒng)化，復(fù)合集成化,1.5 機電一體化的典型技術(shù)及系統(tǒng),1.6我們本課程的學(xué)習(xí)任務(wù),基于FX的PLC的柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用 1、傳感器技術(shù)的應(yīng)用 2、A/D,D/A模塊應(yīng)用 3、變頻器技術(shù) 4、 PLC 之間1:1網(wǎng)絡(luò)

7、技術(shù) 5、 FX的PLC N:N網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 6、步進驅(qū)動技術(shù) 7、伺服驅(qū)動技術(shù) 8、PLC與變頻器的通信 9、現(xiàn)場總線cc-link 10、PLC與PC機之間通信,,,第3章 A/D,D/A模塊,,,A/D,D/A模塊主要用于模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。 本節(jié)主要介紹： 1）FX0N-3A模擬量輸入和輸出模塊 2） FX1N2AD模擬量輸入模塊 3） FX1N1DA模擬量輸出模塊,一、FX0N-3A模擬量輸入和輸出模塊,功能：(能同時把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，也能把數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量) 1）提供8位分辨率精度（轉(zhuǎn)化精度比較低） 2）配備2路模擬量輸入（0--10V直流或420mA交流）通道和1路模擬

8、輸出通道,模擬量輸入?yún)?shù)：,模擬量輸出參數(shù):,,接線：,,,,,,,與plc的連接情況：,FX0N系列plc:可連接FX0N-3A模塊8個 FX1N系列plc:可連接FX0N-3A模塊5個 FX2N系列plc:可連接FX0N-3A模塊8個 FX0NC系列plc:可連接FX0N-3A模塊4個,輸入/輸出特性曲線：,輸入特性： 模塊不允許兩個通道有不同的輸入特性,即不允許電流和電壓同時輸入或不同量程的電壓輸入,輸出特性：,緩沖存儲器(BFM)的分配:,,BFM17： B0=0選擇模擬輸入通道1 B0=1選擇模擬輸入通道2 B1=01，起動A/D轉(zhuǎn)換處理 B2=01，起動D/A轉(zhuǎn)換處理,,FROM

9、,To指令,TO是寫特殊功能指令 按下X0后，將數(shù)值1寫入與plc連接 的1號模塊的#2緩沖器中,FROM是讀特殊功能指令 按下X3后，將與plc連接的1號 模塊的#0緩沖器中數(shù)值度入到D0中,,,例：把FXON-3A外部輸入的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量,,把PLC里的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量輸出：,,應(yīng)用案例分析： 有一個壓力傳感器，感應(yīng)壓力范圍是05Mpa，輸出電壓是05V。利用這個傳感器去測量某管道中的油壓，當測到的壓力4.2Mpa時，y12燈亮，表示壓力過高。寫出plc的控制程序。,,系統(tǒng)分析： 1：在該系統(tǒng)中，傳感器輸出的模擬量通過FX0N-3A轉(zhuǎn)化成數(shù)字量放在plc中，然后通過區(qū)間比較指令進行比

10、較判斷，控制plc的輸出，假設(shè)FX0N-3A接在plc的0號位置。,傳感器的對應(yīng)曲線 plc的對應(yīng)曲線,對應(yīng)的plc程序：,選用1號通道,啟動a/d轉(zhuǎn)換,把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果放到D0,二、FX1N-2AD-BD,用1DA可以增加二個模擬輸出點。如果使用 2AD，它是被內(nèi)部安裝在PLC的頂部，因些不需要改變PLC的安裝區(qū)域。 2) 可以通過切換專用的輔助繼電器來設(shè)置模擬轉(zhuǎn)換是電壓輸出（010V）還是電流輸出（420mA）。而且，如下表所示，各個通道的轉(zhuǎn)換數(shù)字值被存儲在專用的特殊數(shù)字寄存器中，但是不能調(diào)節(jié)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的特性。,1、特點,2、參數(shù),1）軟元件說明,,,2）規(guī)格說明,3、接線,,

11、*1 如果電壓輸入有波紋或者有很大的干擾，要在位置*1處接一個 0.10.47F 25VDC電容。 *2 對于電流輸入，如圖所示將“V0+”端子“VI+”短路。,例題1：,將Ch1設(shè)置成電壓輸入模式，將Ch2設(shè)置成電流輸入模式，A/D轉(zhuǎn)換后各通道的數(shù)字值被存儲在D0和D2中。,PLC梯形圖,例題2：,在電壓模式下，2AD將模擬值010V轉(zhuǎn)換成模擬輸出04000。如果在程序中使用的數(shù)字范圍是010000，則范圍04000必須被轉(zhuǎn)換成010000，存儲在D10中。 解：電壓值與PLC存儲器D10之間的關(guān)系。 轉(zhuǎn)換公式：D10=10（D8112或D8113）4,,假設(shè)用ch1方式，則編寫的

12、梯形圖如下：,PLC梯形圖,例3：,在電流模式下，2AD將模擬值420mA轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出02000。如果在程序中使用的數(shù)字范圍是400020000，則范圍必須被轉(zhuǎn)換成02000必須轉(zhuǎn)換成400020000，存儲在D60中。,D60=8（D8112或D811）+4000,轉(zhuǎn)換公式：,解：電壓值與PLC存儲器D60之間的關(guān)系。,,假設(shè)用ch2方式，則編寫的梯形圖如下：,PLC梯形圖,三、FX1N-1DA-BD,1、特點 1） 用1DA可以增加一個模擬輸出點。如果使用1DA，它是被內(nèi)部安裝在PLC的頂部，因些不需要改變PLC的安裝區(qū)域。 2）可以通過切換專用的輔助繼電器來設(shè)置模擬轉(zhuǎn)換是電壓輸出（01

13、0V）還是電流輸出（420mA）。而且，如下表所示，各個通道的轉(zhuǎn)換數(shù)字值被存儲在專用的特殊數(shù)字寄存器中，但是不能調(diào)節(jié)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的特性。,2、參數(shù),1）軟元件說明,,2）規(guī)格說明,3、接線,1）電壓輸出模式,*1 如果有很大的干擾，要在位置*1處接一個0.10.47F25VDC電容。,,,2）電流輸出模式,,例4：,如下列編程舉例所示。要轉(zhuǎn)換成模擬值的數(shù)字值被存儲在D8114中。因為數(shù)字值的范圍被從010000轉(zhuǎn)換到04000。,解：PLC存儲器D0與D/A模塊輸出電壓值之間的關(guān)系。,,如果在D0中使用的數(shù)字值范圍是（010000），,轉(zhuǎn)換公式：（D8114）=2D05,PLC梯形圖,例2：,

14、在電流模式下，1DA將數(shù)字02000轉(zhuǎn)換成模擬輸出420mA。如果在程序中使用的數(shù)字范圍是010，則范圍必須被轉(zhuǎn)換成04000 。,解：PLC存儲器D60與D/A模塊輸出電流值之間的關(guān)系。,,轉(zhuǎn)換公式： D8114=2000D60A =2000D6010（A=10時） =D605,PLC梯形圖,作業(yè),現(xiàn)用FX2N系列的plc與FX0N-3A的模塊及溫度傳感器構(gòu)成一個系統(tǒng)，鍋爐溫度的0-1000對應(yīng)溫度傳感器的4-20mA輸出電流；硬件接線圖如下圖所示，且應(yīng)當滿足一下條件： 1）當溫度t<=400時，y4輸出 2）當溫度低于400

15、）當溫度低于800 <= t時，y11輸出 試編寫出PLC梯形圖.,第3章 1:1 并行通信,,,,1、當只有兩個fx系列plc之間需要交換數(shù)據(jù)時，可以采用并行鏈接 2、鏈接時可以通過100個輔助繼電器或10個數(shù)據(jù)寄存器之間進行數(shù)據(jù)交換 3、如果是fx1s或fx0n的plc進行1：1鏈接時是通過50個輔助節(jié)電器和0個數(shù)據(jù)存儲器進行的。,一：1：1網(wǎng)絡(luò)通信的硬件連接,1：半雙工通信方式（Half Duplex Communication ） ： 半雙工通信是指數(shù)據(jù)可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，因此又被稱為雙向交替通信。若要改變傳輸方向，需由開關(guān)進行切換。半雙工方式要求

16、收發(fā)兩端都有發(fā)送裝置和接收裝置。由于這種方式要頻繁變換信道方向，故效率低，但可以節(jié)約傳輸線路。半雙工方式適用于終端與終端之間的會話式通信。,半雙工通信方式硬件接線：,,,,2：全雙工通信方式（Full duplex Communication） 在通信的任意時刻，線路上存在A到B和B到A的雙向信號傳輸。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳送。全雙工方式無需進行方向的切換，因此，沒有切換操作所產(chǎn)生的時間延遲，這對那些不能有時間延誤的交互式應(yīng)用（例如遠程監(jiān)測和控制系統(tǒng)）十分有利。這種方式要求通訊雙方均有發(fā)送器和接收器，同時，需要2根數(shù)據(jù)線傳送

17、數(shù)據(jù)信號。（可能還需要控制線和狀態(tài)線，以及地線）。,全雙工通信方式硬件接線：,,,二、通信模式與通信時間,三：FX2N系列1:1網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)參數(shù),并聯(lián)鏈接設(shè)定用的軟元件,,,1.普通并聯(lián)鏈接模式,,2.高速并聯(lián)鏈接模式,例子1：普通并聯(lián)鏈接模式,1：主站的x0-x7控制從站的y0-y7，同時從站的m0-m7控制主站的y0-y7. 2：主站點計算d0+d1的和<=100時，從站y10接通；從站點的d10的值用來設(shè)置主站點中計時器t0的設(shè)定值。,,涉及到的參數(shù),,,主站請參考下面的程序,,,從站請參考下面的程序,例2：實現(xiàn)兩個控制要求：1）按下主站的X0,則從站控制FX0N-3A，通過溫度傳感器（

18、0-10v）讀取壓力，并把壓力值存放在主站的D0中。2）若壓力值小于P<3Mpa，則主從站plc的y13（黃燈）有輸出； 若壓力值3

19、功能，就是在最多8臺FX可編程控制器之間，通過RS485-BD通信連接，進行軟元件互相鏈接的功能。它主要有三個特點 1）根據(jù)要鏈接的點數(shù)，有3種模式可以選擇。 2）數(shù)據(jù)的鏈接是在最多8臺FX可編程控制器之間 自動更新。 3）總延長距離最大可達500米。,一：n：n網(wǎng)絡(luò)通信的硬件連接,1：半雙工通信方式（Half Duplex Communication ） ： 半雙工通信是指數(shù)據(jù)可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，因此又被稱為雙向交替通信。若要改變傳輸方向，需由開關(guān)進行切換。半雙工方式要求收發(fā)兩端都有發(fā)送裝置和接收裝置。由于這種方式要頻繁變換信道方向，故效率低，但可以節(jié)約傳

20、輸線路。半雙工方式適用于終端與終端之間的會話式通信。,N:N通信方式硬件接線：,,,從1,從2,主站,,N:N網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議是固定的：通信方式采用半雙工通訊，波特率（BPS）固定為38400 BPS；數(shù)據(jù)長度、奇偶校驗、停止位、標題字符、終結(jié)字符以及和校驗等也均是固定的。 N:N網(wǎng)絡(luò)是采用廣播方式進行通信的：網(wǎng)絡(luò)中每一站點都指定一個用特殊輔助繼電器和特殊數(shù)據(jù)寄存器組成的鏈接存儲區(qū)，各個站點鏈接存儲區(qū)地址編號都是相同的。各站點向自己站點鏈接存儲區(qū)中規(guī)定的數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)寫入數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)上任何1 臺PLC 中的發(fā)送區(qū)的狀態(tài)會反映到網(wǎng)絡(luò)中的其他PLC，因此，數(shù)據(jù)可供通過PLC鏈接連接起來的所有PLC 共享，

21、且所有單元的數(shù)據(jù)都能同時完成更新。,二：FX2N系列n:n網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)參數(shù),n:n網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)定用的軟元件,注：R：只讀；W：只寫；M：主站點；L：從站點 在CPU錯誤，程序錯誤或停止狀態(tài)下，對每一站點處產(chǎn)生的通信錯誤數(shù)目不能計數(shù)。 M8184M8190是從站點的通信錯誤標志，第1從站用M8184，第7從站用M8190。,特殊輔助繼電器,,特殊數(shù)據(jù)寄存器,注： R：只讀；W：只寫；M：主站點；L：從站點 在CPU錯誤，程序錯誤或停止狀態(tài)下，對其自身站點處產(chǎn)生的通信錯誤數(shù)目不能計數(shù)。 D8204D8210是從站點的通信錯誤數(shù)目，第1從站用D8204，第7從站用D8210。,,特殊輔助繼電器M803

22、8（N：N網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置繼電器，只讀）用來設(shè)置N：N網(wǎng)絡(luò)參數(shù)。 對于主站點，用編程方法設(shè)置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，就是在程序開始的第0步（LD M8038），向特殊數(shù)據(jù)寄存器D8176D8180寫入相應(yīng)的參數(shù)，僅此而已。對于從站點，則更為簡單，只須在第0步（LD M8038）向D8176寫入站點號即可。,,例如，設(shè)置主站網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的程序。,主站點網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置程序,三、模式與共享元件資源的關(guān)系,模式0 站號與字元件對應(yīng)表 模式1 站號與位、字元件對應(yīng)表,,模式2 站號與位、字元件對應(yīng)表,四、通訊時間與總站點數(shù)及通訊設(shè)備模式的關(guān)系,例子1：,1)主站按下X0,從站1，2號站的Y0有輸出 2)1號站按下X1,主站，2號站的Y1有輸出 3)2號站按下X2,主站，1號站的Y2有輸出,