1、第一章 緒論,1.1 機電一體化技術的產生和發(fā)展,機電一體化是機械、電子、計算機和自動控制等技術有機結合的一門復合技術，其產生和發(fā)展與自動化技術的發(fā)展密切相關。 目前機電一體化技術已經成為現代機器制造業(yè)和電子化機械產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、機電一體化技術的產生 機電一體化技術實際是自動化技術發(fā)展的一個階段和必然產物。 其發(fā)展過程其實是自動化技術的發(fā)展過程。 18世紀鍋爐供水的水位調節(jié)裝置便出現了。 1768年瓦特發(fā)明蒸汽機，人類開始進入了使用機器的時代。其借助于離心調速裝置而使其本身的轉速保持穩(wěn)定。這種離心調速裝置就是世界上最早的自動化機器。,20世紀3

2、0年代，自動化技術已經普遍應用于各種生產過程中，當時所實現的只是單機或單個溫度、壓力、流量等工藝參數的控制。 20世紀40年代-50年代，隨著生產規(guī)模的擴大，生產水平的提高，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，使得一些比較復雜的生產過程和工廠車間的集中控制得以實現。 20世紀60年代，由于生產向綜合自動化，對控制設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用，標志著工業(yè)生產自動化的一次重大技術革命。,20世紀60年代-80年代，自動化經歷了三個時期。 60年代：以單機自動化和專用設備自動化為主。 70年代：系統(tǒng)自動化時代，開

3、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，出現了FMS與機電一體化產品。 *FMS：Flexible Manufacturing System 機電一體化技術是自動化領域中機械技術與電子技術有機地結合而產生的新技術，是信息論，控制論和系統(tǒng)論基礎上建立起來的一種應用技術。 其英文單詞發(fā)源于為:Mechatronics=Mechanic+Electronics （機電一體化） =機械學+電子學,20世紀80年代后，機電一體化技術和產品如雨后春筍不斷涌現。現代化的機械將電子技術、自動化技術、計算機技術融為一體，從而使機電一體化進入了大發(fā)展時期。從軍事到經濟，從生產到生活，從簡單的消

4、費品生產到復雜的社會生產和管理系統(tǒng)，機電一體化可以說是“無孔不入”。它促使產業(yè)結構、產品結構、生產方式和管理體系發(fā)生了深刻的變化，促進了新興產業(yè)的發(fā)展，同時也引起各國為發(fā)展機電一體化技術的激烈競爭，從而有反過來在全球范圍內更進一步推動機電一體化技術，使得其空前發(fā)展。 近十幾年來，隨著光電子技術的發(fā)展以及光電子技術與機電行業(yè)的融合和滲透，出現了所謂機光電一體化技術和產業(yè)。機光電一體化是機電一體化的深化和更高層次的集成，其技術與產業(yè)已展現出廣闊美好的前景。,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。 機電一體化已是當今世界及未來機械工業(yè)技術和產品 發(fā)展的主要趨向

5、，也是我國機械工業(yè)發(fā)展的必由之路。,然而，我國現有的機械專業(yè)人員的知識結構與當今機械工業(yè)的發(fā)展極不相稱。 學機械專業(yè)的，對電子、自動控制技術懂得較少； 學電子專業(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合。 此外，由于近二十年科學技術的迅猛發(fā)展，多數機械專業(yè)人員知識老化，對新知識、新技術了解甚少，難以從事機電一體化產品的設計與開發(fā)。因此，除現有機械專業(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，適應能力強；機電一體化技術具有學科交叉的特點，培養(yǎng)出的是復合型人才。 本專業(yè)畢業(yè)生認為：機電一體化專業(yè)工作

6、不僅技術含量高，而且趣味性強，具有可持續(xù)發(fā)展的特點。,1.3機電一體化的相關技術,1、檢測傳感技術 2、信息處理技術 3、自動控制技術 4、伺服傳動技術 5、精密機械技術 6、系統(tǒng)總體技術,1.4機電一體化技術的發(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，復合集成化,1.5 機電一體化的典型技術及系統(tǒng),1.6我們本課程的學習任務,基于FX的PLC的柔性制造系統(tǒng)的應用 1、傳感器技術的應用 2、A/D,D/A模塊應用 3、變頻器技術 4、 PLC 之間1:1網絡技術 5、 FX的PLC N:N網絡技術 6、步進驅動技術 7、伺

7、服驅動技術 8、PLC與變頻器的通信 9、現場總線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字量之間的轉換。 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：(能同時把模擬量轉化成數字量，也能把數字量轉化成模擬量) 1）提供8位分辨率精度（轉化精度比較低） 2）配備2路模擬量輸入（0-10V直流或420mA交流）通道和1路模擬輸出通道,模擬量輸入參數：,模擬量輸出參數:,接線：,與plc的連接情況：,F

8、X0N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轉換處理 B2=01，起動D/A轉換處理,FROM,To指令,TO是寫特殊功能指令 按下X0后，將數值1寫入與plc連接 的1號模塊的#2緩沖器中,

9、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緩沖器中數值度入到D0中,例：把FXON-3A外部輸入的模擬量轉化成數字量,把PLC里的數字量轉化成模擬量輸出：,應用案例分析： 有一個壓力傳感器，感應壓力范圍是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轉化成數字量放在plc中，然后通過區(qū)間比較指令進行比較判斷，控制plc的輸出，假設FX0N-3A接在plc的0號位置。,傳感器的對應曲線 plc的對應曲線,對應

10、的plc程序：,選用1號通道,啟動a/d轉換,把轉換后的結果放到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置模擬轉換是電壓輸出（010V）還是電流輸出（420mA）。而且，如下表所示，各個通道的轉換數字值被存儲在專用的特殊數字寄存器中，但是不能調節(jié)模擬數字轉換的特性。,1、特點,2、參數,1）軟元件說明,2）規(guī)格說明,3、接線,*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

11、示將“V0+”端子“VI+”短路。,例題1：,將Ch1設置成電壓輸入模式，將Ch2設置成電流輸入模式，A/D轉換后各通道的數字值被存儲在D0和D2中。,PLC梯形圖,例題2：,在電壓模式下，2AD將模擬值010V轉換成模擬輸出04000。如果在程序中使用的數字范圍是010000，則范圍04000必須被轉換成010000，存儲在D10中。 解：電壓值與PLC存儲器D10之間的關系。 轉換公式：D10=10（D8112或D8113）4,假設用ch1方式，則編寫的梯形圖如下：,PLC梯形圖,例3：,在電流模式下，2AD將模擬值420mA轉換成數字輸出02000。如果在程序中使用的數字范圍是40002

12、0000，則范圍必須被轉換成02000必須轉換成400020000，存儲在D60中。,D60=8（D8112或D811）+4000,轉換公式：,解：電壓值與PLC存儲器D60之間的關系。,假設用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置模擬轉換是電壓輸出（010V）還是電流輸出（420mA）。而且，如下表所示，各個通道的轉換數字值被存儲在專用的特殊數字寄存器中，但是不能調節(jié)模擬數字轉換的特性。,2

13、、參數,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。要轉換成模擬值的數字值被存儲在D8114中。因為數字值的范圍被從010000轉換到04000。,解：PLC存儲器D0與D/A模塊輸出電壓值之間的關系。,如果在D0中使用的數字值范圍是（010000），,轉換公式：（D8114）=2D05,PLC梯形圖,例2：,在電流模式下，1DA將數字02000轉換成模擬輸出420mA。如果在程序中使用的數字范圍是010，則范圍必須被轉換成04000 。,解：PLC存儲器D

14、60與D/A模塊輸出電流值之間的關系。,轉換公式： D8114=2000D60A =2000D6010（A=10時） =D605,PLC梯形圖,作業(yè),現用FX2N系列的plc與FX0N-3A的模塊及溫度傳感器構成一個系統(tǒng)，鍋爐溫度的0-1000對應溫度傳感器的4-20mA輸出電流；硬件接線圖如下圖所示，且應當滿足一下條件： 1）當溫度t=400時，y4輸出 2）當溫度低于400t800 時，y7輸出 3）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之間需要交換數據時，可以采用并行鏈接 2、鏈接時可以通過100個輔助繼電器

15、或10個數據寄存器之間進行數據交換 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個數據存儲器進行的。,一：1：1網絡通信的硬件連接,1：半雙工通信方式（Half Duplex Communication ） ： 半雙工通信是指數據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 dupl

16、ex 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)的每一端都設置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數據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，沒有切換操作所產生的時間延遲，這對那些不能有時間延誤的交互式應用（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根數據線傳送數據信號。（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網絡通信相關參數,并聯(lián)鏈接設定用的軟元件,1.普通并聯(lián)鏈接模式,2.高速并聯(lián)鏈接模式,例

17、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的值用來設置主站點中計時器t0的設定值。,涉及到的參數,主站請參考下面的程序,從站請參考下面的程序,例2：實現兩個控制要求：1）按下主站的X0,則從站控制FX0N-3A，通過溫度傳感器（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P3Mpa，則主從站plc的y13（黃燈）有輸出； 若壓力值3p6Mpa,則主從站plc的y15(綠燈)有輸出； 若壓力值6Mpap,則主從站plc的y10（紅燈）有

18、輸出；,第5章 n:n 網絡通信,1、當超過兩個fx系列plc之間需要交換數據時，可以采用n:n網絡鏈接 2、用FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N 等PLC進行的數據傳輸可建立在N：N的基礎上。 3、使用這種網絡，能鏈接小規(guī)模系統(tǒng)中的數據。它適合于數量不超過8個的PLC（FX2N、FX2NC、FX1N、FX0N）之間的互連。,N：N網絡功能，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）根據要鏈接的點數，有3種模式可以選擇。 2）數據的鏈接是在最多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

19、：n：n網絡通信的硬件連接,1：半雙工通信方式（Half Duplex Communication ） ： 半雙工通信是指數據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網絡的通信協(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；數據長度、奇偶校驗、停止位、標題字符、終結字符以及和校驗等也均是固定的。 N:N網絡是采用廣播方式進行通信的：網絡中每一站點都指定一個用特殊輔助繼電器和特殊數據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)定的數據發(fā)送區(qū)寫入數據。網絡上任何1 臺PLC 中的發(fā)送區(qū)的狀態(tài)會反映到網絡中的其他PLC，因此，數據可供