项目A型台控制系统Word文档下载推荐.docx
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驱动部分:
动力装置:
。
【背景知识】
1.机械本体是系统所有功能元素的机械支持结构,包括机身、框架、机械联接等。
由于机电一体化产品技术性能、水平和功能的提高,机械本体要在机械结构、材料、加工工艺性及几何尺寸等方面适应产品高效、多功能、可靠和节能、小型、轻量、美观等要求。
2.动力部分这部分按照系统控制要求,为系统提供能量和动力,使系统正常运行。
用尽可能小的动力输入,获得尽可能大的功能输出,是机电一体化产品的显著特征之一。
3.测试传感部分这部分对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测,变成可识别信号,传输到信息处理单元,经过分析、处理后产生相应的控制信息,其功能一般由专门的传感器和仪表完成。
4.执行机构根据控制信息和指令,完成要求的动作。
执行机构是运动部件,一般采用机械、电磁、电液等机构。
根据机电控制系统的匹配性要求,需要考虑改善性能,如提高刚性,减轻质量,实现组件化、标准化和系统化,提高系统整体可靠性等。
5.驱动部分这部分在控制信息作用下提供动力,驱动各种执行机构完成各种动作和功能。
机电控制系统一方面要求驱动的高效率和快速响应特征,同时要求有较高的可靠性和对水、油、温度、尘埃等外部环境有较强的适应性。
由于几何尺寸土的限制,要求动作范围狭窄,所以还需考虑维修和标准化的要求。
随着电力电子技术的高速发展,高性能步进驱动、直流和交流伺服驱动大量应用于机电控制系统。
6.控制及信息处理单元这部分将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工,根据信息处理结果,按照一定的程序和节奏发出相应的指令,控制整个系统有目的地运行。
控制及信息处理单元一般由计算机、可编程序控制器(即PLC)、数控装置以及逻辑电路、A/D与D/A转换、I/O(输人/M出)接口和计算机外部设备等组成。
机电控制系统对控制和信息处理单元的基本要求是:
提高信息处理速度、可靠性、增强抗干扰能力,以及完善系统自诊断功能,实现信息处理智能化和小型、轻量、标准化等。
7.通信与接口通信与接口是系统中各单元和环节之间进行物质、能量和信息交换的联接界面,其具有对信号进行变换、放大及传递的功能。
由于接口的作用使各组成要素联接成为一个有机整体,由控制和信息处理单元的预期信息导引,使各功能环节有目的地协调一致运动,从而形成机电控制系统工程。
(有些时候将执行结构和驱动部分合称为执行装置)
练习3:
硬件设备的认识、
能够熟练认识设备的硬件及型号,掌握各个硬件设备在系统中的作用及其工作原理。
表1气动元件设备清单
序号
名称
型号
数量
产地
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
表2控制系统设备清单
序号
名称
型号及规格
数量
备注
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
相关知识:
(1)单气缸组件
单气缸组件由一个100行程的标准气缸和附带的两个磁性开关、两个单向截流阀等组成。
其主要作用是将工件推进移位100行程。
磁性接近开关用于对其位置状态作出检测。
单向截流阀用于调节用气量的大小。
(2)导向管组件
导向管组件由导向管和光电开关等组成。
导向管由Φ40、δ10的有机玻璃制成,其主要作用是为工件提供定位推送通道,防止偏离。
光电开关用于检测工件是否到位。
(3)摆臂组件
摆臂组件由大齿轮(z=45)、摆臂、内径Φ6的弹簧等组成。
其主要作用是对工件进行180度圆周摆送,并在夹持口完成对工件的弹性夹持和碰撞释放。
(4)限位柱组件
限位柱组件由限位柱、微动开关等组成。
限位柱可对摆臂作强制限位,并作为微动开关安装的依托。
微动开关的作用是根据其通/断信号判断摆臂的位置状态。
(5)电机组件
电机组件主要由直流电机(DC24V,40rpm)及其轴上连接的小齿轮(z=16)组成。
电机作为驱动摆臂组件运动的执行机构,在本组件中带动小齿轮进行正反转的运行,进而通过小齿轮啮合摆臂组件的大齿轮实现摆送工件的功能。
(6)双气缸组件
双气缸组件由100行程、45行程的两标准气缸及摆架、顶板等组成,且每个气缸配有2个磁性接近开关对其位置状态作出检测,2个单向截流阀对其用气量进行调节。
组件主要作用是当摆臂夹持口碰撞到顶板将工件释放在摆架(托碗)后,依次完成①100行程气缸将工件推出;
②45行程气缸将工件提升;
③当摆架(托碗)碰到滑道组件时,摆架倾斜将工件顺滑道送出。
(7)滑道组件
滑道组件主要由滑道和限位板组成。
限位板用于调节滑道的倾斜角度,工件到达滑道后可顺其滑行至初始点。
(8)指示灯组件
指示灯组件供电电源为DC24V,装设三节指示灯(红、黄、绿三种颜色),可分别作为不同工作状态的显示。
(9)气阀控制柱组件
气阀控制柱组件由支架、手动阀、过滤减压阀、电磁阀等组成。
其主要作用是控制供气气源,手动阀用于控制总气路的通断;
过滤减压阀用于调节用气设备气压的大小;
电磁阀接受程序指令用于控制对应气缸的工作状态。
(10)PLC组件
本装置控制设备选用西门子S7-200系列PLC,供电采用AC220V电压,输出电压为DC24V,I/O点数为24入16出
(11)输入、输出端子板组件
输入、输出端子板采用德国WAGO的四层端子排,外形紧凑美观、接线插拔便捷。
本装置中选用24位/16位两段端子板,分别对应系统中相应的输入/输出点。
在本系统的设计中将上、下两层分别用于接入输入/输出设备信号和连接相对应的PLC输入/输出端子(1、4层纵向对应的各点位经底版印刷电路已连为一点);
中间两层分别作为DC24V的电源24V+公共端和24V-公共端,(2、3层横向各个点位经底版印刷电路已分别连为一点)。
(12)继电器组件
本组件由2个继电器(DC24V5A4转换触点)组成,主要作用是用于接受程序指令信号控制电机正反转以驱动摆臂运动。
(13)断路器组件
断路器组件由保护罩、断路器、端子排等组成。
断路器作为本装置的总电源进线开关,外部引入的AC220V电源经断路器后接入电源端子板,再分配至各用电单元。
(14)稳压电源组件
稳压电源将AC220V供电转换为DC24V电源,并配有发光二极管进行状态显示。
在本装置中主要用于为输出设备提供DC24V供电电源。
(15)按钮盒组件
按钮盒装有各式按钮,可根据不同要求用于启动、停止、复位、急停和选择等各类功能。
(16)开关组件
开关组件选用带灯船形开关(双刀双投)。
本装置中用于为输出设备提供DC24V电源的切投控制
(17)A型模块
A型模块为机电气A型实训台的运行工件,工件在本系统运行中采用自循环的工作方式。
能够熟练辨认装置中的气动器件名称,能叙述器件的作用,会绘制气动控制回路,并能用仿真软件仿真其动作。
练习4:
绘制装置气动控制回路
按照装置上气动元件布置情况,绘制气动控制回路,并仿真其动作。
将用到的器件名称填写到下表
气源辅助元件
气动控制元件
气动执行元件
一、气、液压系统的构成
液压与气动系统主要由以下五部分组成。
①动力元件将原动的机械输入的机械能转换成液压能或气压能的装置,如液压泵和空气压缩机。
②执行元件它将液压能或气压能转换成为机械能的装置,以驱动工作部件。
如缸、马达等。
③控制调节元件控制调节元件是指各种阀类元件。
他的作用是控制液压或气压系统的压力、流量和方向,以保证执行元件完成预期的工作运动。
如溢流阀、单向阀、换向阀等。
④辅助元件液压系统中指油箱、油管、管接头、滤油器、压力表等;
在气压系统中指使压缩空气净化、润滑、消声以及元件连接需要的气管、管接头、过滤器等。
⑤工作介质液压系统中指液压油,多用矿物油;
在气动系统中指空气。
二、气源装置
气源装置通常包括空气压缩机、储存装置、冷却装置、净化装置等。
实训装置中将一体式压缩机将压缩空气送到装置上,装置上通过一个气动三联件调整压力和进一步净化压缩空气,供设备使用。
图4-1为三联件外形图,图4-2为二联件的外形图。
气源三联件,包含过滤器、减压阀和油雾器。
而二联件没有油雾器。
①减压阀空压机输出的压缩空气的压力通常都高于气动设备和气动装置所需的工作压力,且压力波动也大。
因而需要设置减压阀来降压。
图4-3为减压阀实物和图形符号。
②过滤器过滤器分为一次过滤器和二次过滤器。
在空压机的入气口处安装有空气过滤器,可减少进入空压机的灰尘量。
空气过滤器又称为一次过滤器;
二次过滤器又称标准过滤器,它的作用是进一步滤除压缩空气中水分、油分和固态杂质,以达到气动系统所要求的净化程度。
二次过滤器通常安装在气动系统的入口处。
三联件和二联件上使用的是二次过滤器。
图4-4所示二次过滤器实物和图形符号。
③油雾器油雾器是一种特殊的注油装置,其作用是使润滑油雾化后注入空气流中,并随空气进入需要润滑的部件,到达润滑的目的。
图4-5是油雾器实物和图形符号。
三、气动执行元件
气动执行元件是将气压系统中的压力能转化成机械能,以驱动外部工作部件。
常用的执行元件包括气压缸和气压马达。
气压缸有多种形式,分类方法也很多,常用的有以下几种形式。
①按压缩空气作用在活塞端面上的方向,可分为单作用气缸和双作用气缸;
②按结构特点可分为活塞式气缸、叶片式气缸、薄膜式气缸、气液阻尼缸等;
③按安装方式可分为耳座式、法兰式、轴销式和凸缘式;
④按照活塞杆情况又有无杆缸、单杆缸、双杆缸等;
1.单作用活塞缸
单作用气缸是指压缩空气仅在一端进气,并推动活塞运动,而活塞的返回则是借助于其他外力,如重力、弹簧等。
活塞上可以带磁环,以便于对活塞位置检测。
单作用气缸实物及图形符号如图4-6所示。
单作用气缸采用单边进气,所以结构简单,耗气量小;
但采用弹簧复位,使压缩空气中的一部分能量用来克服弹簧的反力,减少了活塞杆的输出力;
缸内安装了弹簧而减小了空间,缩短了活塞的有效行程;
而随着弹簧的变形,活塞杆的推力和运动速度在行程中不相同。
2.双作用气缸
双作用气缸两个方向的运动都是通过气压传动进行。
在压缩空气作用下,双作用气缸活塞杆既可以伸出,也可以缩回。
若气缸活塞上带磁环,可用于驱动磁感应传感器动作。
部分双作用气缸实物及图形符号如图4-7所示。
3.摆动缸
摆动气缸是一种在小于360º
角度范围内作往复摆动的气动执行元件。
它将压缩空气的压力能转换成机械能,输出力矩是使机构实现往复摆动。
摆动气缸按结构特征分为叶片式、齿轮齿条式等。
①叶片式气缸图4-8为一款叶片摆动气缸实物与图形符号。
叶片式摆动气缸结构紧凑,输出力矩大。
在摆动气缸中,旋转叶片将压力传递到驱动轴上。
可调止动装置与旋转叶片相互独立,从而使得挡块可以限制摆动角度大小。
在终端位置,弹性缓冲环可对冲击进行缓冲。
叶片式摆动气缸常用于工件的翻转、分类、夹紧等,也用作气动机械手的腕关节部件,用途十分广泛。
②齿轮齿条式摆动气缸图4-9(a)所示为齿轮齿条式摆动气缸实物,图4-9(b)所示为齿轮齿条式摆动气缸结构。
齿轮齿条式摆动气缸由齿轮、齿条、活塞、缓冲装置、缸盖和缸体等组成。
齿轮齿条式摆动气缸行程终端位置可调,且在终端有可调缓冲装置,缓冲大小与气缸摆动角度无关。
在活塞上装有一个永久磁环,行程开关可安装在缸体上的安装沟槽中。
齿轮齿条式摆动气缸通过一个可补偿磨损的齿轮齿条将活塞的直线运动转化为输出轴的回转运动。
活塞只作往复直线运动,摩擦损失小,齿轮的效率高。
三、控制元件与速度控制
在气、液压系统中要用控制元件控制气、液压系统的介质流动方向、流量大小和系统的压力等。
这些控制元件在气、液压系统中被称为气动控制阀、液压控制阀。
分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。
1.换向阀
换向阀是利用阀芯的位置变动,改变阀体上各通口的通断状态,从而控制油路(或气路)连通、断开或改变介质的流动方向。
(1)换向阀的分类
换向阀的分类见表4-1所示。
表4-1换向阀的分类
分类方式
形式
按阀芯运动方式
按阀的工作位置数
按阀的通路数
按阀的操纵方式
按阀的安装方式
滑阀、锥阀、转阀
二位阀、三位阀、四位阀
二通、三通、四通、五通
人力、机动、电动、液(气)动、电液(气)动
管式、板式、法兰式
常用阀的通路数与图形符号见表4-2。
表4-2换向阀的通路数与图形符号
二通
三通
四通
五通
符号
常断
常通
常用的不同工作位数和通路数组合的换向阀如表4-3所示。
表4-3不同工作位数和通路数组合的换向阀
图形符号
二位二通
二位五通
二位三通
三位四通
二位四通
三位五通
按照阀换向外力形式,有手动、机动、电磁、气动、电气动等,其符号见表4-4。
表4-4换向阀常用控制方式符号
手动
机动
电磁控制
气压控制
气压先导控制
电气控制
2.流量控制
流量控制阀是通过改变阀口流通面积来改变阀口的流量,从而控制执行元件运动速度的控制阀。
节流阀分为普通节流阀和单向节流阀两种类型。
气动控制回路多采用节流调速方式,采用进气节流调速和排气节流调速。
图5-11为双作用缸的速度控制方式。
两图中(a)为活塞杆伸出调速,采用进气节流调速;
(b)活塞杆缩回调速,采用排气节流调速。
(c)伸出与缩回双向调速,图4-11(c)为双向排气节流调速,节流元件用单向节流阀,安装在气缸与控制阀之间。
图5-11(d)也为活塞杆伸出和缩回双向进行速度控制,采用排气节流控制方式。
节流元件用排气消声节流阀,安装在控制阀的排气口。
进气节流调速和排气节流调速的比较:
进气节流调速对供气进行节流控制,活塞杆上最微小的负载波动(例如当通过行程开关时),都将会导致进给速度的明显变化,进气节流控制方式适用于单作用或小容积气缸的情况;
排气节流方式从根本上可以改善气缸进给性能,从而获得更好的速度稳定性和动作可靠性。
排气节流控制方式适用于双作用气缸的情况。
练习:
根据背景知识在下列区域中绘制装置的气动控制回路。
能够找到汽缸上的传感器,并了解传感器的作用。
能够将气动器件与PLC连接,会编制其控制梯形图,会下载并能运行调试。
练习5:
开关传感器的认识及PLC控制1#汽缸
内容:
完成装置接线,并用PLC控制1#汽缸的动作。
具体动作要求:
将工件放在初始位置,由安装在导向管组件上的光电开关对工件进行检测发出信号;
当按下启动按钮(或经1秒)后启动1#缸电磁阀,将工件推送至摆臂组件的夹持口上;
再按下启动按钮或经10秒后使1#气缸复位。
在上述动作进行时,当按下停止按钮或急停按钮时,所有动作立即停止。
分析:
查找气缸上安装的传感器,程序编制以时间为条件完成顺序动作。
程序可以采用步进指令来表示动作过程,也可以采用一般指令来实现。
装置按照以下要求连接
输出点
输出编号
输入点说明
输入编号
1#气缸电磁阀
启动按钮
停止按钮
急停按钮
1#气缸复位
1#气缸至位
初始工件检测
绘制PLC梯形图:
程序调试和运行中出现的问题与解决方法填写下表。
现象
原因与解决方法
1.开关类传感器的种类
开关类传感器按照原理分类如表5-1所示。
接近开关又称为无触点行程开关,它能在一定距离(几毫米至几十毫米)内检测有无物体靠近。
当物体与其设定距离时,就发出“动作”信号,而不像机械式的行程开关需要施加机械力。
接近开关是指利用电磁、电感、电容原理进行检测的一类开关类传感器。
而光电传感器、微波和超声波传感器等,由于检测距离可达几米甚至几十米,所以把他们归入电子开关系列。
表5-1开关类传感器按照工作原理分类表
大类
小类
参考照片
主要特点、应用场合
行
程
开
关
限位开关
行程开关是一种无源开关,其工作不需要电源,但必须依靠外力,即在外力作用下使触点发生变化,因此,这一类开关一般都是接触式的。
具有结构简单,使用方便。
但需要外力作用,触点损耗大,寿命短。
严格意义上,行程开关不属于传感器范畴
微动开关较限位开关行程短、体积小,一般是一组转换触点,用于受力较小的场合
微动开关
接
近
电感式
利用电涡流原理制成的新型非接触式开关元件。
能检测金属物体,但有效检测距离非常近。
不同金属的电导率、磁导率不同,因此,有效距离也不同。
相同金属的表面情况不一样,有效距离也不同。
电容式
利用变介电常数电容传感器原理制成的非接触式开关元件。
能检测固、液体物体,有效距离较电感式远。
金属有较的检测距离,非金属固体相对有效距离近。
霍尔式
根据霍尔效应原理制成的新型非接触式开关元件。
具有灵敏度高,定位准确的特点,但只能检测强磁性物体
干簧管式
又称舌簧管开关,利用电磁力对电极吸引原理制成的非接触式开关元件。
能检测强磁性物体,有效检测距离较近,在液压、气压缸上用于检测活塞位置
电子开关
光电式
投光器发出的光线被物体阻断或反射,受光器根据是否能接受到光来判断是否有物体。
光电开关应用最广泛,具有有效距离远,灵敏度高等优点。
光纤式的光电开关具有安装灵活,适宜复杂环境的优点。
但在灰尘多的环境,要保持投光器和受光器的洁净
超声波式
超声波发生器发出超声波,接受器根据接受到的声波情况判断物体是否存在。
超声波开关检测距离远,受环境影响小。
但近距离检测无效
2.开关类传感器接线
开关类传感器有两种供电形式:
交流供电和直流供电。
开关类传感器输出多有NPN、PNP型晶体管输出,输出状态有常开和常闭两种形式。
开关类传感器有二线制、三线制和四线制接线方式。
连接导线多用PVC外皮,PVC芯线,芯线颜色多为棕(bn)、黑(bk)、蓝(bu)、黄(ye)。
不同类型的传感器有不同的接线方式见表5-2。
表5-2开关类传感器主要接线示意图
线制
NPN输出
PNP输出
直
流
三
线
制
四
二线制
交流二线制
直流二线制
能够掌握直流电机正反转接线,能够熟练的与PLC连接,编写相应动作的程序。
练习6:
摇臂摆动控制
控制电机实现以下动作。
1.当1#气缸发出至位信号后1#缸电磁阀失电使气缸回缩归位,1秒后,摇臂摆动继电器得电,启动电机正转执行放件动作,即将工件摆送至双气缸组件的托碗上。
2.当1#气缸复位且摆臂至位后发出信号,摇臂摆动继电器失电,1秒后摇臂返回继电器得电启动电机反转执行返回动作。
摇臂返回控制
摇臂复位
摇臂至位
3.绘制电机正反转电气图。
任务PLC梯形图:
摇臂电机控制电气原理
练习7:
2#气缸、3#气缸运动控制程序
任务描述:
1、当摇臂返回后微动开关发出信号,2#气缸电磁阀得电伸出,执行持工件推出动作。
2、当2#气缸推出至位发出信号1秒后,3#气缸电磁阀得电提升。
3#缸上连接的托碗撞击滑道组件使之发生倾斜,工件顺滑道送至导向管组件的初始位。
3、当3#气缸至位发出信号2秒后,3#缸电磁阀失电使气缸降落归位。
4、当3#气缸下落复位后发出信号,延时1秒后,2#缸电磁阀失电使2#气缸执行回缩动作。
5、当2#气缸回缩归位后系统回复初始状态。
2#气缸复位
2#气缸至位
3#气缸复位
3#气缸至
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