氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)

1、氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā) 摘 要 本文針對(duì)提出研制開(kāi)放性和多功能性氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)想，論述了氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制 作和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)過(guò)程。提出了四種可行性方案，通過(guò)多方面的對(duì)比，選擇出最佳方案進(jìn) 行設(shè)計(jì)和加工。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段，利用 festo 軟件對(duì)全氣動(dòng)控制和繼電器控制回路進(jìn) 行仿真，針對(duì)控制過(guò)程編制 PLC 控制程序，用組態(tài)王進(jìn)行了初步仿真。由于加工零件 數(shù)量有限，在實(shí)驗(yàn)面板上連接了一簡(jiǎn)單氣動(dòng)控制回路，驗(yàn)證面板的功能，通過(guò)該實(shí)驗(yàn) 能夠初步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能。 關(guān)鍵詞：氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)加工，實(shí)驗(yàn)仿真 The Production Of Aerodynamic Test-bed And Experiment

2、al Development ABSTRACT This article mainly introduced the development of openness and versatility of the idea of pneumatic test-bed , pneumatic test on the production and experimental development.we put forward four options and compare all of them, then choose the best design. In the experimental s

3、tages of development, the use of software for all festo pneumatic control and relay control loop simulation, the control process for the preparation of PLC control program, with a preliminary Kingview simulation.The help of three aspects of the above experiment, we can make a desicion that this bed

4、meet our expect. KEY WORDS: Pneumatic board，Design and processing，Experimental simulation 目 錄 1 緒論 .1 1.1 設(shè)計(jì)背景和目的.1 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .2 1.3 課題目的和任務(wù) .4 2 總體方案設(shè)計(jì).5 2.1 方案設(shè)計(jì) .5 2.2 方案比較 .9 3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和制作 .11 3.1 元器件原始參數(shù) .11 3.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) .12 3.2.1 元器件裝配圖.12 3.2.2 推桿的設(shè)計(jì).13 3.2.3 氣動(dòng)控制閥底板的設(shè)計(jì).14 3.2.4 限位開(kāi)關(guān)、電磁換向閥、手動(dòng)開(kāi)關(guān)底

5、板的設(shè)計(jì).15 3.2.5 固定銷的設(shè)計(jì).15 3.2.6 墊板的設(shè)計(jì).16 3.2.7 氣缸支架的設(shè)計(jì).16 3.2.8 推桿旋轉(zhuǎn)輔助件的設(shè)計(jì).17 3.2.9 面板的設(shè)計(jì).17 3.2.10 其他輔助零件 .18 3.2.11 面板支架的設(shè)計(jì) .19 3.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)加工制作 .20 3.3.1 推桿的加工.20 3.3.2 面板的加工.20 4 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā) .23 4.1 FESTO軟件的輔助設(shè)計(jì) .23 4.2 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)內(nèi)容 .24 4.3 氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì) .25 4.4 繼電器控制回路設(shè)計(jì) .26 4.5 PLC 控制回路設(shè)計(jì) .29 4.5.1 PLC 程序 .29 4.5.2 組態(tài)

6、王的仿真.31 5 總結(jié) .34 5.1 總結(jié) .34 5.2 心得體會(huì) .34 致謝 .37 參考文獻(xiàn) .38 1 緒論 1.1 設(shè)計(jì)背景和目的 液壓和氣壓傳動(dòng)統(tǒng)稱為流體傳動(dòng)，他們都是以流體（如壓力油或空氣）為傳動(dòng)介 質(zhì)，利用各種控制元件組成所需要的各種控制回路，再由若干回路有機(jī)組成能完成一 定控制功能的傳遞系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行能量的傳遞、轉(zhuǎn)換與控制。液壓傳動(dòng)所用的工作介質(zhì)為 液壓油或其他合成液體，氣壓傳動(dòng)所用的工作介質(zhì)為空氣，由于這兩種流體的性質(zhì)不 同，所以液壓傳動(dòng)與氣壓傳動(dòng)各自具備不同的特點(diǎn)。液壓傳動(dòng)傳遞動(dòng)力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)， 但由于液體粘性大，在流動(dòng)過(guò)程中阻力損失大，因而不適于做遠(yuǎn)距離傳動(dòng)和控制；氣

7、 壓傳動(dòng)由于空氣的可壓縮性大，且工作壓力低，所以傳遞動(dòng)力不大，運(yùn)動(dòng)也不如液壓 傳動(dòng)平穩(wěn)，但空氣粘性小，傳遞過(guò)程中阻力小、速度快、反應(yīng)靈敏，所以廣泛應(yīng)用于 遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)和控制15。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程，清潔環(huán)保、能耗低的儀器設(shè)備越來(lái)越備 受青睞，氣壓傳動(dòng)由于其使用空氣作為傳動(dòng)介子，來(lái)源廣泛、成本低；在傳動(dòng)過(guò)程中 廢氣可以直接排泄，不會(huì)產(chǎn)生二次污染；一個(gè)氣壓站可供多臺(tái)儀器使用，在傳遞過(guò)程 中噪音低等特點(diǎn)，不僅有逐步取代液壓傳動(dòng)在工程技術(shù)中運(yùn)用的趨勢(shì)，而且也將在新 動(dòng)力能源的開(kāi)發(fā)方面越來(lái)越彰顯其主導(dǎo)地位，如氣動(dòng)扳手、氣動(dòng)夾具、氣動(dòng)滑槽、空 氣錘、組合機(jī)床等。 現(xiàn)代教學(xué)體制的改革對(duì)學(xué)生

8、要求和社會(huì)對(duì)人才的需要，已不僅僅局限于知道課內(nèi) 的相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)參考書(shū)上的實(shí)驗(yàn)要求，而是要具備知識(shí)的靈活應(yīng)用和解決實(shí)際 問(wèn)題的能力。為了滿足這一要求，學(xué)生在校不僅要養(yǎng)成積極思考的習(xí)慣，學(xué)校也要給 學(xué)生提供良好的知識(shí)引用和思維發(fā)展的空間。為了滿足諸多因素的要求，我們提出了 設(shè)計(jì)多功能開(kāi)放性氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的的設(shè)想。 液壓與流體傳動(dòng)是我們專業(yè)開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)課程，主要講授流體傳動(dòng)的基本理論和常 見(jiàn)應(yīng)用。在理論學(xué)習(xí)過(guò)程中，很多元器件不能直觀了解他的結(jié)構(gòu)和功能；而在實(shí)踐學(xué) 習(xí)中，我校配備的相關(guān)儀器設(shè)備由于購(gòu)買時(shí)間較早，只能完成幾個(gè)預(yù)定的實(shí)驗(yàn)，已不 再適應(yīng)于現(xiàn)代化教學(xué)的需要和學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴望。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的目的

9、主要是為了用于液壓與氣動(dòng)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用，因此，必 須首先滿足教學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)要求，應(yīng)能涵蓋教學(xué)中涉及到的主要實(shí)驗(yàn)：其次，為了培 養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提供一個(gè)便于元件固定和連接的操作平臺(tái)，各元件位置、系統(tǒng)組 成不固定，可由實(shí)驗(yàn)者自行選擇元件和組成回路，保證系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性；第三， 充分發(fā)揮機(jī)、電、氣一體化的特點(diǎn)，充分考慮到微電子技術(shù)及先進(jìn)控制技術(shù)在液壓與 氣動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用,采用多種控制方式，提供幾種技術(shù)結(jié)合的接口和設(shè)備條件；第四， 應(yīng)充分考慮到實(shí)驗(yàn)設(shè)備還要為科研工作服務(wù)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能和性能參數(shù)應(yīng)能滿足一般 性科研工作的要求，使本實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有廣泛的適應(yīng)性。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)

10、計(jì)和應(yīng)用在國(guó)外已經(jīng)很嫻熟，氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)也不例外。他們將現(xiàn) 代的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)相接和，使得實(shí)驗(yàn)臺(tái)不僅功能完善，而且操作簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在 國(guó)際上比較流行的設(shè)備主要有德國(guó)的樂(lè)力士和 festo 公司的產(chǎn)品。樂(lè)力士產(chǎn)品的主要 特點(diǎn)是面板為雙面，可同時(shí)供兩組學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；配備了快速插口，可以方便的插接； 實(shí)驗(yàn)臺(tái)充分考慮了各種需要，輔助設(shè)備完善，如書(shū)寫(xiě)墊板、抹布掛鉤、計(jì)算機(jī)擴(kuò)展插 口等；元器件種類豐富，能夠模擬基本實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)型實(shí)驗(yàn)。如圖 1-1 所示為 DS3 系列 的樂(lè)力士產(chǎn)品24。 圖 1-1 德國(guó)樂(lè)力士產(chǎn)品 從圖可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)面板的上端為電氣控制模塊，包括繼電器控制單元，PLC 控制單元， 電源分路單元、

11、計(jì)算機(jī)接口等，中部位 4545L 帶 10mm 槽寬的鋁合金型材框架，用于 元器件的安裝，下部為孔距為 25mm 用于存放元件的板件。 與樂(lè)力士產(chǎn)品相似，festo 的產(chǎn)品功能也很完善。首先，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)配備了多種的氣 動(dòng)元件,靈活的快換接頭和軟管,各元件的安裝和固定都非常容易,并且密封性非常好； 其次，元件可以根據(jù)需要任意組合,搭成所需的實(shí)驗(yàn)回路；第三，該實(shí)驗(yàn)臺(tái)還配備了液 壓和氣動(dòng)仿真軟件 FluidSIM 利用該軟件，可以方便的繪制出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)和液 壓回路圖,制圖的同時(shí)，F(xiàn)luidSIM 軟件還可以檢查回路圖結(jié)構(gòu)的正確性。由于該軟件中 的元件參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍與實(shí)際設(shè)備完全一致，所以可對(duì)設(shè)

12、計(jì)的回路進(jìn)行準(zhǔn)確的系統(tǒng)模 擬。學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，利用該軟件設(shè)計(jì)所需的氣動(dòng)回路，然后通過(guò)實(shí) 驗(yàn)臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、檢測(cè)所設(shè)計(jì)的回路，驗(yàn)證回路的正確性。 在國(guó)內(nèi)，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)臺(tái)在各高校和教學(xué)儀器生產(chǎn)廠商也有研制。比如秦川機(jī)床廠 生產(chǎn)的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖 1-2 所示由圖可見(jiàn)該產(chǎn)品的電氣控制布局于右邊面板，氣缸與 元器件的位置分開(kāi)布局，這樣一方面可以方便操作，也節(jié)約了實(shí)驗(yàn)面板的空間。 圖 1-2 秦川機(jī)床廠產(chǎn)品 圖 1-3 為高聯(lián)機(jī)床廠的產(chǎn)品。該氣動(dòng)-液壓-PLC 綜合控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)高校機(jī)電一 體化對(duì)氣、電、液控制的教學(xué)大綱要求，在專利產(chǎn)品 YY-18 透明液壓傳動(dòng)演示系統(tǒng)的 基礎(chǔ)上，綜合了

13、氣動(dòng)-PLC 與液壓-PLC 控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，采用了開(kāi)放型綜合實(shí)驗(yàn) 臺(tái)結(jié)構(gòu)，廣泛征求專家教授與老師的意見(jiàn)，經(jīng)不斷創(chuàng)新改進(jìn)研制而成的。是目前集氣 動(dòng)控制技術(shù)、液壓傳動(dòng)控制技術(shù)以 PLC 可編程序控制器控制技術(shù)于一體的理想的綜合 性實(shí)驗(yàn)設(shè)備。實(shí)驗(yàn)時(shí)，它們可以相輔相成，交叉控制?？梢宰寣W(xué)生直觀、感性地、了 解氣、電、液各自具有的特點(diǎn)、特色、優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)等。其基本配置為一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)配有 一套氣動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)元件和一套液壓控制實(shí)驗(yàn)元件，且各自配有獨(dú)立的一套 PLC 電氣控 制設(shè)備。 圖 1-3 高聯(lián)機(jī)床廠的產(chǎn)品 國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)對(duì)各類實(shí)驗(yàn)臺(tái)也有深入研究，在元器件控制方面，部分高校提出 了將面板設(shè)計(jì)為孔型，用三

14、點(diǎn)定位的方法實(shí)現(xiàn)元器件的定位，碩博機(jī)床廠將其變?yōu)榱?現(xiàn)實(shí)，如圖 1-4 所示。也有研究機(jī)構(gòu)提出真空吸盤的方案，其原理是利用真空發(fā)生器： 真空發(fā)生器主要由拉瓦爾管、擴(kuò)壓管和氣體吸入室組成。拉瓦爾管和擴(kuò)壓器這兩個(gè)部 件組成了一條斷面變化的特殊氣流管道，壓縮空氣通過(guò)拉瓦爾管噴嘴將壓力能轉(zhuǎn)變成 動(dòng)能進(jìn)行抽氣，而混合氣流通過(guò)擴(kuò)壓器又將動(dòng)能轉(zhuǎn)變壓力能從而進(jìn)行排氣。供氣口的 供氣壓力高于一定值后，噴管射出超聲速射流。由于氣體的粘性,高速射流卷吸走吸入 室內(nèi)的氣體,使該腔形成很低的真空度，將該腔與真空吸盤相連,便能吸住盤子。其特 點(diǎn)是：二次真空發(fā)生器具有無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，不需潤(rùn)滑，抗振動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn) 定可

15、靠，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，完全適用吸盤對(duì)真空度的要求。更多的是部分高校對(duì)開(kāi) 放性實(shí)驗(yàn)臺(tái)控制部分的改進(jìn)。比如使用 LabWindows/CVI 開(kāi)發(fā)的虛擬儀器軟件平臺(tái)，將 其與實(shí)驗(yàn)臺(tái)連接，使該系統(tǒng)能夠在不同慣性負(fù)載和推力負(fù)載下，分別采用不同算法完 成位置伺服控制，并繪制相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)曲線，對(duì)實(shí)驗(yàn)面板進(jìn)行模塊化改進(jìn)等23。 圖 1-4 針孔式面板 1.3 課題目的和任務(wù) 通過(guò)分析其上國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品，現(xiàn)可將開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)臺(tái)滿足功能概括如下：將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上 分為繼電器模塊、PLC 控制模塊和實(shí)驗(yàn)面板模塊三部分，在實(shí)驗(yàn)面板上，可靈合布局元 器件，自由組裝回路實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)控制。同時(shí)可以設(shè)計(jì)繼電器回路和 PLC 控制程序，實(shí)現(xiàn) 繼

16、電器控制和 PLC 控制26。 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的開(kāi)放性氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)集氣控、繼電器控制以及 PLC 控制于一體，是一種 技術(shù)比較先進(jìn)、綜合性強(qiáng)的多功能實(shí)驗(yàn)設(shè)備。它把機(jī)、電、氣、控、測(cè)等技術(shù)有機(jī)結(jié) 合在一起，不僅可以使學(xué)生對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)有較好的感性認(rèn)識(shí)，而且還 可以讓學(xué)生通過(guò)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、操作、調(diào)試等過(guò)程的訓(xùn)練,加深對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)理論 知識(shí)的理解，同時(shí)一機(jī)多能的開(kāi)放性特征培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合應(yīng)用知識(shí)的能 力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)起到很好的作用，這樣利用一 個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，就能完成包括氣動(dòng)控制、繼電器控制和 PLC 控制的多門課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求。 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1

17、 方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)具備以下特點(diǎn):實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)系統(tǒng)快速裝卸和電路系統(tǒng)的快速裝卸。 管路的連接采用氣動(dòng)專用快速接頭和聚胺脂材料的軟管。從而實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)回路和系統(tǒng)的 快速安裝和拆卸。學(xué)生能夠根據(jù)所學(xué)書(shū)本知識(shí)自行設(shè)計(jì)回路,然后自行組裝、實(shí)驗(yàn)、調(diào) 試、理論和實(shí)踐充分地結(jié)合。而且氣路走向,氣動(dòng)元件的作用以及氣動(dòng)回路的功能清晰 明了、直觀,有利于理解教學(xué)內(nèi)容。 a）方案一 ，方案主要借鑒于現(xiàn)有儀器設(shè)備后進(jìn)行的參考設(shè)計(jì)。圖中是德國(guó)樂(lè)力 士（Rexroth）公司生產(chǎn)的 DS3synergy 系列產(chǎn)品，該產(chǎn)品同一實(shí)驗(yàn)臺(tái)上可供兩組同學(xué) 同時(shí)實(shí)驗(yàn)，并且配備有相互獨(dú)立的控制系統(tǒng)，其布局如圖 2-1 所示，元器件固定

18、裝置 如圖 2-2 所示。 圖 2-1 方案一面板 其上部主要是各種電氣控制盒，包括繼電器控制盒，PLC 控制盒和插班；中部位實(shí) 驗(yàn)區(qū)，可以隨意布局元器件設(shè)計(jì)回路。 圖 2-2 方案一固定裝置 面板采用燕尾槽，其是根據(jù)元器件定位機(jī)構(gòu)確定的。配合原理如圖 2-3 所示，固 定楔塊 2 和活動(dòng)楔塊 3 為配合面，同時(shí)與面板的燕尾槽相配合，彈簧具有自動(dòng)復(fù)位功 能，即當(dāng)安裝元器件時(shí)，活動(dòng)楔塊 3 在外力作用下沿固定楔塊 2 的溝槽向下運(yùn)動(dòng)，彈 簧受力壓縮，達(dá)到預(yù)定位置后，彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)，使固定楔塊 2 的外邊緣夾緊在燕尾槽 內(nèi)，活動(dòng)楔塊斜面與燕尾槽斜面相配合，實(shí)現(xiàn)加緊作用。螺桿 1 既可以定位彈簧在垂

19、直方向上，也可以將固定楔塊 2 定位在元器件底板上。 1螺桿 2固定楔塊 3活動(dòng)楔塊 4彈簧圖 圖 2-3 方案一裝配圖 b）方案二，本方案是借鑒于一種桿機(jī)構(gòu)，并作了相應(yīng)的改進(jìn)。要使連個(gè)面之間比 較好的發(fā)生配和有兩種方法：思路一，一步到位，即像方案一一樣，借助于彈簧的壓 縮和自動(dòng)恢復(fù)功能，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)面間的配合；思路二，逐步到位，即在夾緊過(guò)程中，用 其他機(jī)構(gòu)替代彈簧，如凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)、四桿機(jī)構(gòu)等來(lái)實(shí)現(xiàn)元器件與面板的漸進(jìn) 夾緊。使用彈簧必須給于其壓力，還要考慮變形量對(duì)機(jī)構(gòu)的影響，所以本方案將四桿 機(jī)構(gòu)與螺旋機(jī)構(gòu)相結(jié)合，采用第二條思路。如圖 2-4 所示。 由于是逐步實(shí)現(xiàn)配合的過(guò)程，為了便于控制配

20、合極限位置，所以選者使用楔形面 配合，即燕尾槽型面板。元器件安裝在底板的背面，在旋轉(zhuǎn)螺桿 1 上安裝一輔助旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)，當(dāng)要固定元器件時(shí)，活動(dòng)楔塊 2 與固定楔塊間處于近端，放入到兩槽內(nèi)，旋轉(zhuǎn) 螺桿 1，桿機(jī)構(gòu)會(huì)圍繞回轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使得活動(dòng)楔塊 2 與固定楔塊間的距離逐漸增大，從 而實(shí)現(xiàn)楔緊。 1螺桿2活動(dòng)楔塊 3連桿（共四個(gè)）4底板（含一個(gè)楔形面）5連桿（帶螺孔，共兩個(gè)） 圖 2-4 方案二裝配圖 c）方案三，本方案是根據(jù)部分參考文獻(xiàn)所提出的將面板設(shè)計(jì)為孔型26，再在元器 件上固定銷，實(shí)現(xiàn)元器件的固定。 銷孔面板 圖 2-5 方案三面板 圖 2-6 方案三固定裝置 如圖 2-5 所示，在面板上加工

21、出一系列的點(diǎn)即可。配合原理為該方案將各種元件 都安裝底座上，通過(guò)底座上的長(zhǎng)銷（可以是一個(gè)或多個(gè)）插入安裝面板上的小孔內(nèi)， 這樣保證能讓所有元件在安裝面板上隨意布置而不受限制。 d）方案四，該方案是對(duì)國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)作的參考設(shè)計(jì)。其面板布局如圖 2-7 所示。 圖 2-7 方案四面板 同市面流行的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板模塊化設(shè)計(jì)相當(dāng)，其上部為繼電器控制模塊、PLC 控 制模塊、電源模塊和程序模塊，中間為 T 形槽實(shí)驗(yàn)面板。如圖 2-8、2-9 所示，其為元 器件定位的前視圖。 圖 2-8 電磁換向閥裝配圖 圖 2-9 限位開(kāi)關(guān)裝配圖 元器件固定在底板上，底板上同時(shí)還裝有推桿和固定銷，在推桿上附件有彈簧

22、、 彈性檔環(huán)和軸端檔環(huán)。當(dāng)要夾緊時(shí)，推動(dòng)推桿到 T 型槽內(nèi)，旋轉(zhuǎn)推桿，使圖 2-9 的兩 大邊卡入 T 型槽內(nèi)，再由彈簧的回復(fù)力保證元器件在實(shí)驗(yàn)面板上位置固定。 2.2 方案比較 方案一、方案三和方案四都是已采用的比較成熟的元器件地位機(jī)構(gòu)，方案二是由其 他機(jī)構(gòu)蛻變而來(lái)，他們各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)簡(jiǎn)述如下： 方案一的元器件定位機(jī)構(gòu)首先在設(shè)計(jì)上很巧妙，活動(dòng)楔塊的上升和下降依靠的是 與活動(dòng)楔塊伸出段相配合的平面凸輪，回復(fù)依靠的是彈簧的回復(fù)力。其次裝夾簡(jiǎn)單、 方便，當(dāng)要將元器件固定在面板上時(shí)，只需將其推入燕尾槽內(nèi)即可，并不需要太大的 外力，欲拆卸元器件時(shí)，通過(guò)輔助機(jī)構(gòu)（即平面凸輪）使活動(dòng)楔塊下降即可實(shí)現(xiàn)。

23、但 是設(shè)計(jì)巧妙也是我們加工的一大難點(diǎn)，首先活動(dòng)楔塊由于尺寸較小，用一般的刀具不 能達(dá)到工藝要求；其次凸輪的加工，雖然該凸輪并不復(fù)雜，但是還是由于尺寸過(guò)小； 第三，各部分結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜。如圖 2-10 所示。 圖 2-10 固定凸臺(tái) 方案二機(jī)構(gòu)原理比較簡(jiǎn)單，使用桿機(jī)構(gòu)和螺紋機(jī)構(gòu)相結(jié)合，桿件和螺紋的加工工 藝簡(jiǎn)單，并且螺紋機(jī)構(gòu)具有自鎖功能，夾緊容易實(shí)現(xiàn)。但是存在的缺陷也較多。第一， 桿件較多，桿件較多必然引起機(jī)構(gòu)的總體尺寸較大，這樣使得燕尾槽的間距也會(huì)變大 浪費(fèi)材料；第二，螺桿旋轉(zhuǎn)的輔助機(jī)構(gòu)可能存在干涉；第三，桿機(jī)構(gòu)自身的缺陷會(huì)影 響機(jī)構(gòu)功能，桿機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。 方案

24、三的機(jī)構(gòu)原理也很簡(jiǎn)單，面板為一系列盲孔，元器件定位機(jī)構(gòu)為插銷，但是 該方案在定位過(guò)程中兩元器件的位置不能任意改動(dòng)。如果存在干涉現(xiàn)象，不能方便的 移動(dòng)元器件，但如果是槽時(shí)水平移動(dòng)元器件即可，而需要相應(yīng)改變多個(gè)元器件位置和 插管。 方案四的元器件固定裝置輔助元件也較多，但是大多數(shù)都是標(biāo)準(zhǔn)件，可以根據(jù)國(guó) 標(biāo)尺寸選擇即可，裝夾過(guò)程也較簡(jiǎn)單。同樣，使用了彈簧，必須考慮彈簧的受力情況； 面板為 T 型槽加工起來(lái)也較簡(jiǎn)單。 通過(guò)上述優(yōu)缺點(diǎn)的簡(jiǎn)述，方案一首先在加工上就是一大難題，與相關(guān)老師溝通了 解到，我校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備單件生產(chǎn)可以達(dá)到要求，但耗時(shí)較多，如果加工數(shù)量較 多時(shí)就比較困難；方案二的設(shè)計(jì)并不成熟，

25、還有待多方面的改進(jìn)，比如桿機(jī)構(gòu)的自身 缺陷的改進(jìn)。如前所述，方案三和方案四由于加工工藝較為簡(jiǎn)單，尤其是面板的加工， 方案三為孔加工，可以用鉆床實(shí)現(xiàn)，元器件定位由銷實(shí)現(xiàn)，都比較簡(jiǎn)單，方案四為 T 型槽，可以在銑床上用 T 型槽銑刀完成。但是方案三存在孔加工必須較精確，元器件 定位后不能任意移動(dòng)等缺點(diǎn)。 3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和制作 3.1 元器件原始參數(shù) 購(gòu)買的亞德克（AIRTAC）公司的系列產(chǎn)品，其中包括：手動(dòng)換向閥（S3HS-08） 、 氣動(dòng)換向閥（4A220-06） 、限位開(kāi)關(guān)（S3R-06） 、單作用氣缸（MAL20X50-CA） 、氣動(dòng)三 大件電磁換向閥等。 每個(gè)元器件都有定位的螺紋孔或是通

26、孔，這樣為我們的定位裝置設(shè)計(jì)提供了可靠 的依據(jù)，同時(shí)在公司網(wǎng)站上也給出了相應(yīng)的 CAD 圖示，現(xiàn)歸結(jié)如下：圖 3-1 為手動(dòng)換 向閥，圖 3-2 為單作用氣缸，圖 3-3 為氣動(dòng)換向閥。 圖 3-1 手動(dòng)換向閥 圖 3-2 單作用氣缸 圖 3-3 氣動(dòng)換向閥 3.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 3.2.1 元器件裝配圖 在元器件固定裝置設(shè)計(jì)過(guò)程，根據(jù)公司體購(gòu)得元器件定位孔的不同，可以將底板 設(shè)計(jì)分類為兩種：即氣動(dòng)換向閥為一種,其提供的螺紋孔直徑為 M5，孔間距為 20mm， 手動(dòng)換向閥、限位開(kāi)關(guān)、電磁換向閥為一種，其提供的螺紋孔直徑為 M5,其他的如推桿、 固定銷、螺釘?shù)榷嗫梢越y(tǒng)一設(shè)計(jì)。另外，氣缸在固定過(guò)程中

27、，其沒(méi)有定位孔，所以給 他附加支架，限位開(kāi)關(guān)同氣缸配合，氣缸高度增加，所以設(shè)計(jì)一墊塊滿足要求。繪制 如圖 3-4 為氣動(dòng)換向閥裝配圖，圖 3-5 為限位開(kāi)關(guān)裝配圖。 1固定銷 2推桿 3底板 4彈簧 5軸端檔圈 6彈性檔圈 7氣動(dòng)換向閥 圖 3-4 氣動(dòng)換向閥裝配圖 1推桿 2固定銷 3底板 4墊片 5限位開(kāi)關(guān) 6軸端檔圈 7彈性檔圈 8彈簧 圖 3-5 限位開(kāi)關(guān)裝配圖 3.2.2 推桿的設(shè)計(jì) 如圖 3-6 所示，其為設(shè)計(jì)的最終圖紙。詳細(xì)尺寸請(qǐng)見(jiàn)推桿工程圖。 圖 3-6 推桿 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素： a）左端有 8mm 的正方形平面，用于添加輔助機(jī)構(gòu)，幫助推桿旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)加緊。 b

28、）有寬度為 1mm 的槽到大端之間為彈簧位置，其中寬度為 3mm 的鍵槽會(huì)與螺釘配 合，控制推桿旋轉(zhuǎn)的極限位置。 c）直徑為 14mm 的大端與 T 型槽相配。 材料選擇5： 表 3-1 推桿材料比較 名稱含義特征用途價(jià)格 45# 含碳量 0.45%左右, 屬中碳鋼 硬度不高，韌性 較好 軸件,連軸器,模 具模板等等 較高 Q235 屈服強(qiáng)度為 235強(qiáng)度較高轉(zhuǎn)件，心軸，拉 桿，搖桿等等 低 如表 3-1 所示，一方面推桿受力不大，另一方面考慮成本，所以選擇 Q235。 3.2.3 氣動(dòng)控制閥底板的設(shè)計(jì) 圖 3-7 氣動(dòng)換向閥底板 如圖 3-7 所示，其為設(shè)計(jì)的最終圖紙，詳細(xì)尺寸請(qǐng)見(jiàn)氣動(dòng)控制閥

29、工程圖。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素： a）左端的兩個(gè)通孔用于安裝推桿，其中側(cè)面的螺紋孔安裝螺釘與推桿 3mm 鍵槽配 合。 b）右端 M6 螺紋孔用于安裝固定凸臺(tái)。 c）右端兩小螺紋孔即是元器件的氣動(dòng)元件的定位孔，其根據(jù)亞德克公司所提供的 CAD 圖尺寸設(shè)計(jì)。 作為底板，可以選者塑料和有機(jī)玻璃，考慮美觀性，選擇了有機(jī)玻璃。 3.2.4 限位開(kāi)關(guān)、電磁換向閥、手動(dòng)開(kāi)關(guān)底板的設(shè)計(jì) 圖 3-8 限位開(kāi)關(guān)底板 由于限位開(kāi)關(guān)、電磁換向閥、手動(dòng)換向閥的定位尺寸是相同的，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程 中，將他們統(tǒng)一定位限位開(kāi)關(guān)的底板設(shè)計(jì)。其與氣動(dòng)換向閥存在不同有兩個(gè)： a）元器件定位孔的布局方式不同； b）定位

30、孔的尺寸不同。 如圖 3-8 所示，其為設(shè)計(jì)的最終圖紙，詳細(xì)尺寸請(qǐng)見(jiàn)限位開(kāi)關(guān)工程圖。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素： a）左端的兩個(gè)通孔用于安裝推桿，其中側(cè)面的螺紋孔安裝螺釘與推桿 3mm 鍵槽配 合。 b）右端 M6 螺紋孔用于安裝固定凸臺(tái)。 c）右端兩小螺紋孔即是元器件的氣動(dòng)元件的定位孔，其根據(jù)亞德克公司所提供的 CAD 圖尺寸設(shè)計(jì)。材料選擇有機(jī)玻璃。 3.2.5 固定銷的設(shè)計(jì) 如圖 3-9 所示，其為設(shè)計(jì)的最終圖紙，詳細(xì)尺寸請(qǐng)見(jiàn)固定銷工程圖。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素： a）左端與面板相配合，要達(dá)到配合深度 8mm. b）右端通過(guò)螺紋固定在面板上，螺紋需要與面板厚度相當(dāng)。

31、 圖 3-9 固定銷 3.2.6 墊板的設(shè)計(jì) 限位開(kāi)關(guān)的功能是當(dāng)氣缸與達(dá)到限位開(kāi)關(guān)的預(yù)定位置時(shí)，撥動(dòng)限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi) 關(guān)給氣動(dòng)換向閥或其他控制元件一個(gè)信號(hào)，控制信號(hào)控制氣缸的動(dòng)作。 如圖 3-10 所示，其為設(shè)計(jì)的最終圖紙，詳細(xì)尺寸請(qǐng)見(jiàn)限位開(kāi)關(guān)工程圖。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素： a）其尺寸為了不影響元器件應(yīng)該小于元器件尺寸。 b）其目的為抬高限位開(kāi)關(guān)的高度，應(yīng)考慮氣缸推桿的高度，設(shè)計(jì)合適尺寸。 材料選擇硬聚氯乙烯。 圖 3-10 墊板 3.2.7 氣缸支架的設(shè)計(jì) 氣缸的定位不像各元器件，有相應(yīng)的螺紋孔，但是在氣缸的兩端都有螺紋，可以 借助其設(shè)計(jì)其他輔助件，實(shí)現(xiàn)氣缸的定位。 如圖 3

32、-11 所示，其為設(shè)計(jì)的最終圖紙，詳細(xì)尺寸請(qǐng)見(jiàn)限位開(kāi)關(guān)工程圖。 圖 3-11 氣缸支架 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素： a）底面兩螺紋孔可與底板相配合。 b）側(cè)面的通孔與氣桿兩端面的螺紋現(xiàn)配合，在外加螺母實(shí)現(xiàn)預(yù)定目的。 c）其尺寸要充分考慮底板的尺寸。 3.2.8 推桿旋轉(zhuǎn)輔助件的設(shè)計(jì) 要想將元器件比較穩(wěn)定的固定在面板上，需要旋轉(zhuǎn)推桿使其大端與 T 型槽相配合， 但推桿尺寸不大，長(zhǎng)度也較短，所以需要在推桿軸端附加一個(gè)輔助件，使推桿旋轉(zhuǎn)容 易實(shí)現(xiàn)。 在推桿輔助件設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們也考慮了幾種方案： a)方案一，本方案來(lái)源于水龍頭開(kāi)關(guān)。一般戶外水龍頭開(kāi)關(guān)都有上鎖，而且他的 開(kāi)合采用的輔助機(jī)構(gòu)就

33、可以應(yīng)用到本方案中。 b)方案二，在機(jī)床定位裝置中，有一種夾具叫虎鉗，虎口對(duì)工件的夾緊也采用了 輔助旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，本方案也可借用。 c)方案三，同樣是輔助推桿的旋轉(zhuǎn)，本方案可借用方向盤，即設(shè)計(jì)一圓形輔助件。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素： a）輔助件不得干涉元器件。 b）中心方孔與推桿軸端相配合。 c）加工工藝簡(jiǎn)單可行。 綜合以上三點(diǎn)，最后選擇了方案三。 3.2.9 面板的設(shè)計(jì) 如圖 3-12、3-13 所示，其設(shè)計(jì)的最終圖紙，詳細(xì)尺寸請(qǐng)見(jiàn)面板工程圖。 圖 3-12 面板整體布局 圖 3-13 面板局部視圖 在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮了如下幾個(gè)因素：a）面板 T 型槽深度需要考慮方便推桿的 上升和

34、下降。b）面板兩 T 型槽間的間距由底板定位孔間距確定。 c）考慮為了完成較 復(fù)雜實(shí)驗(yàn)的需要，將面板尺寸設(shè)計(jì)較大，共包括了 18 個(gè) T 型槽。 材料選擇。 表 3-2 面板材料比較 名稱性能種類 通用塑料價(jià)格低，產(chǎn)量高，性能較差聚乙烯，聚氯乙烯，聚丙烯 工程塑料強(qiáng)度高，剛性大，韌性好，耐腐蝕，磨損ABS，聚甲醛，聚苯醚 特種塑料專指特殊性能的塑料氟塑料，有機(jī)硅樹(shù)脂 由表 3-2，選擇通用塑料中的聚氯乙烯。 3.2.10 其他輔助零件 標(biāo)準(zhǔn)件選擇如表 3-3。 表 3-3 標(biāo)準(zhǔn)件列表 名稱國(guó)標(biāo)備注(單位 mm) 彈性檔環(huán) GB894-1986d=5 H=1 軸端檔環(huán) GB892-1986D=2

35、0 H=4 一字開(kāi)槽沉頭螺釘 GB/T68-2000M2 彈簧 GB/T1358-1993d=1 H=14 十字沉頭螺釘 GB/T819.1-2000M4 3.2.11 面板支架的設(shè)計(jì) 將面板固定在支架上，再將支架安裝在實(shí)驗(yàn)桌上可以采用兩種方式，第一種是支 架只滿足面板的固定要求，再將支架固定在桌面上；第二是支架既可以固定面板也能 滿足平穩(wěn)要求，即直接放置在地面上，為了節(jié)約成本和合理利用實(shí)驗(yàn)室資源，選擇方 法一。 如圖 3-14 所示，其為設(shè)計(jì)的最終圖紙。 圖 3-14 實(shí)驗(yàn)臺(tái)支架 設(shè)計(jì)所需材料說(shuō)明如表 3-4。 表 3-4 面板固定材料列表 名稱長(zhǎng)度數(shù)量備注 35 毫米導(dǎo)軌 1000mm1

36、用于安裝繼電器盒、PLC 控制盒、電源 直角彩鋼條 1200mm2 面板側(cè)面固定 直角彩鋼條 500mm2 面板固定件 直角彩鋼條 1000mm4 面板上下面固定和結(jié)構(gòu)固定件 3.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)加工制作 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和加工是機(jī)械設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要方面，而加工工藝的確定直接決定著產(chǎn) 品質(zhì)量和性能要求。對(duì)所有加工零件制訂了加工工藝，下面對(duì)主要零件的加工工藝進(jìn) 行分析。 3.3.1 推桿的加工 在推桿加工過(guò)程中遇見(jiàn)了如下問(wèn)題： 問(wèn)題一：由于推桿尺寸設(shè)計(jì)較小，還要在其上加工一寬度為 3mm 的槽， ，不宜裝夾 和對(duì)刀，給加工帶來(lái)了困難。 解決方案：a）加大推桿的尺寸；b）加長(zhǎng)推桿的尺寸； 方案比較：如果加大推桿

37、的尺寸，推桿直徑變大，這樣就必須加大其他元器件上 配合孔的直徑，已加工的產(chǎn)品就成為廢品。而加長(zhǎng)推桿長(zhǎng)度，使裝夾容易，下刀也可 滿足要求，還不會(huì)造成不必要的廢品，加工出鍵槽后，再將多于尺寸切除，所以選擇 使用方案二。 問(wèn)題二：在銑削平面和槽的過(guò)程中，由于其伸出長(zhǎng)度較大，導(dǎo)致工件振動(dòng)厲害， 尤其在加工槽時(shí)，震動(dòng)使槽的加工不成直線。 解決方案：附加一頂針和 V 型塊。 加工工藝過(guò)程見(jiàn)推桿加工工藝卡片。 3.3.2 面板的加工 在加工過(guò)程中遇見(jiàn)如下問(wèn)題： 問(wèn)題一：面板尺寸較大，超過(guò)機(jī)床加工范圍 解決方案：先將面板切割為兩塊板，分別加工，加工完成后，再將它們拼接在一 起。 問(wèn)題二：沒(méi)有潤(rùn)滑油刀具磨損嚴(yán)重

38、 解決方案：在加工過(guò)程中，適時(shí)的向刀具噴水。 備注：面板材料為塑料，如果用潤(rùn)滑油，一方面會(huì)污染潤(rùn)滑油，塑料混入潤(rùn)滑油； 另一方面可能對(duì)塑料也有一定的腐蝕。 加工工藝過(guò)程見(jiàn)推桿加工工藝卡片。 4 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā) 設(shè)計(jì)完成的實(shí)驗(yàn)臺(tái)具有開(kāi)放性的特征，所以在實(shí)驗(yàn)前為了驗(yàn)證和安全考慮，我們 可以利用一些仿真軟件進(jìn)行模擬開(kāi)發(fā)，比如 MCGS、組態(tài)王、Festo 公司提供 FluidSIM 等軟件。本實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)主要利用了 FluidSIM 的仿真功能，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 4.1 Festo 軟件的輔助設(shè)計(jì) Festo 公司不僅有自己的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)并且提供 FluidSIM 仿真軟件。該軟件包括氣 動(dòng)仿真和液壓仿真兩

39、部份，利用該軟件，可以方便的繪制出符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的氣動(dòng)和液 壓回路圖，制圖的同時(shí)，F(xiàn)luidSIM 軟件還可以檢查回路圖結(jié)構(gòu)的正確性。由于該軟件 中的元件參數(shù)的調(diào)節(jié)范圍與實(shí)際設(shè)備完全一致,所以可對(duì)設(shè)計(jì)的回路進(jìn)行準(zhǔn)確的系統(tǒng)模 擬。學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，利用該軟件設(shè)計(jì)所需的氣動(dòng)回路，然后通過(guò)實(shí) 驗(yàn)臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、檢測(cè)所設(shè)計(jì)的回路,驗(yàn)證回路的正確性22。 FluidSIM 軟件的主要特征就是其可與 CAD 功能和仿真功能緊密聯(lián)系在一起。 FluidSIM 軟件符合 DIN 電氣氣動(dòng)回路圖繪制標(biāo)準(zhǔn)，且可對(duì)基于元件物理模型的回路 圖進(jìn)行實(shí)際仿真，這樣就使回路圖繪制和相應(yīng)氣動(dòng)系統(tǒng)仿真相一致。Fl

40、uidSIM 軟件 CAD 功能是專門針對(duì)流體而特殊設(shè)計(jì)的，例如在繪圖過(guò)程中，F(xiàn)luidSIM 軟件將檢查各 元件之間連接是否可行。 FluidSIM 軟件的另一個(gè)特征就是其系統(tǒng)學(xué)習(xí)概念：FluidSIM 軟件可用來(lái)自學(xué)、教 學(xué)和多媒體教學(xué)氣動(dòng)技術(shù)知識(shí)。氣動(dòng)元件可以通過(guò)文本說(shuō)明、圖形以及介紹其工作原 理的動(dòng)畫(huà)來(lái)描述；各種練習(xí)和教學(xué)影片講授了重要回路和氣動(dòng)元件的使用方法。 圖 4-1 為 festo 仿真軟件的界面，其主要提供了如下功能： a）豐富的元器件庫(kù)，能夠完成氣動(dòng)回路圖設(shè)計(jì)； b）可自動(dòng)生成元器件列表； c）在仿真過(guò)程中有自糾錯(cuò)功能； d）可顯示回路中的流量、壓力等參數(shù)值； e）可自動(dòng)生

41、成功能圖，顯示某一元件的狀態(tài)圖； f）在元器件庫(kù)中沒(méi)有的元器件可以通過(guò)手工繪制，然后定義屬性； g）還提供繼電器控制仿真和回路控制； 圖 4-1 festo 仿真界面 4.2 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)內(nèi)容 題目：無(wú)障礙信號(hào)的兩個(gè)雙作用氣缸順序動(dòng)作回路實(shí)驗(yàn)。所謂無(wú)障礙信號(hào)，就是 指在兩氣缸的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)相互干涉的現(xiàn)象。 如圖 4-2 所示，這是一個(gè)傳送機(jī)構(gòu)。工件 3 在輥輪 2 上隨其一起運(yùn)動(dòng)，當(dāng)工件到 達(dá)氣缸 1 中心位置時(shí)，氣缸 1 伸出，將工件運(yùn)送到與輥輪 5 平行，到達(dá)極限位置時(shí)， 氣缸 4 開(kāi)始伸出，將工件推到輥輪 5 上，繼續(xù)傳輸，氣缸 1 縮回，縮回到初始位置時(shí)， 氣缸 4 縮回，完成一次動(dòng)

42、作。 氣缸 傳送帶一 工件氣缸 傳送帶二 圖 4-2 雙氣缸示意圖 要求：分別用氣動(dòng)控制、繼電器控制和 PLC 控制實(shí)現(xiàn)上圖的動(dòng)作過(guò)程。 符號(hào)規(guī)定： a）將所用氣缸分別標(biāo)號(hào)為 A、B，用下標(biāo)“1”表示氣缸活塞桿伸出，下標(biāo)“2”表 示氣缸活塞桿縮回。 b）a、b 表示限位開(kāi)關(guān)發(fā)出的信號(hào)，下標(biāo)“1”表示活塞桿伸出，下標(biāo)“2”表示活 塞桿縮回。 c）q 表示手動(dòng)控制閥發(fā)出的信號(hào)。圖 4-3 為氣缸運(yùn)動(dòng)流程圖，圖 4-4 為功能圖。 圖 4-3 氣缸運(yùn)動(dòng)流程圖 圖 4-4 功能圖 4.3 氣動(dòng)控制回路設(shè)計(jì) 所謂氣動(dòng)控制回路，即回路中氣缸的伸出和縮回依靠的是氣動(dòng)換向閥的控制23。 元器件清單如表 4-1

43、。 如圖 4-5 所示為全氣動(dòng)控制回路，空氣壓縮機(jī)將空氣轉(zhuǎn)換成具有壓力能的高壓空 氣,經(jīng)過(guò)濾后通過(guò)管路進(jìn)入各控制閥入口，兩個(gè)二位五通換向閥 c、d 處于靜止位置。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先啟動(dòng)二位三通旋鈕式手動(dòng)閥 i 的旋鈕開(kāi)關(guān),使得管路導(dǎo)通,觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān) e，二位五通換向閥 c 右邊接通，左邊氣缸伸出，到達(dá)極限位置，觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān) g，二 位五通換向閥 d 左邊接通，右邊氣缸伸出，到達(dá)極限位置觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān) f，二位五通換 向閥 c 右邊接通，氣缸 a 縮回，到達(dá)極限位置觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān) h，二位五通換向閥 d 右邊 接通，氣缸 b 縮回。 表 4-1 元?dú)饧斜?名稱數(shù)量備注 雙作用氣缸 2 二位五通氣動(dòng)換向

44、閥 2 雙氣孔 節(jié)流閥 2 單向 手動(dòng)二位三通換向閥 1 按鈕式 限位開(kāi)關(guān) 4 滾輪式 a、b氣缸 c、d二位五通換向閥 e、f、g、h限位開(kāi)關(guān) i手動(dòng)換向閥 圖 4-5 全氣動(dòng)控制回路 4.4 繼電器控制回路設(shè)計(jì) 繼電器是我們生活中常用的一種控制設(shè)備，通俗的意義上來(lái)說(shuō)就是開(kāi)關(guān)，在條件 滿足的情況下關(guān)閉或者開(kāi)啟。繼電器的開(kāi)關(guān)特性在很多的控制系統(tǒng)尤其是離散的控制 系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回 路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路） ，通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中。 繼電氣控制與全氣動(dòng)控制相比，在滿足氣缸動(dòng)作的前提條件下，可以減少元器件 數(shù)目。如圖 4-6 所示

45、，其與 4-5 相比，首先沒(méi)有氣動(dòng)換向閥，取而代之的電磁換向閥； 其次沒(méi)有了限位開(kāi)關(guān)，使得回路圖簡(jiǎn)單明了。在氣動(dòng)回路中，兩個(gè)氣缸間的順序動(dòng)作， 依靠的是氣缸運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，觸動(dòng)限位開(kāi)關(guān)，限位開(kāi)關(guān)控制相應(yīng)的氣動(dòng)換向閥， 使氣缸完成動(dòng)作。在繼電器控制回路中，依靠的是圖 4-7 中的控制電路，即線圈間的 斷點(diǎn)和得電過(guò)程，控制電磁換向閥的位置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)氣缸的動(dòng)作。 表 4-2 為元器件清單。 表 4-2 元?dú)饧斜?名稱數(shù)量備注 雙作用氣缸 2 節(jié)流閥 2 單向 電磁換向閥 2 繼電器控制回路圖如圖 4-6 所示。 圖 4-6 繼電器控制回路 表 4-3 為繼電器清單。繼電器連接電路如圖 4-7 所

46、示。 表 4-3 繼電器名稱 名稱代號(hào)名稱代號(hào) 常開(kāi)觸點(diǎn) A0 繼電器線圈 KA1 常開(kāi)觸點(diǎn) A1 繼電器線圈 KA2 常開(kāi)觸點(diǎn) B0 繼電器線圈 KA3 常開(kāi)觸點(diǎn) B1 按鈕開(kāi)關(guān) O 電磁線圈 KAA0 電磁線圈 KAB0 電磁線圈 KAA1 電磁線圈 KAB1 圖 4-7 繼電器連接電路 在設(shè)計(jì)繼電器控制過(guò)程中也是借助于 festo 軟件的仿真功能，然后設(shè)計(jì)聯(lián)動(dòng)控制。 4.5 PLC 控制回路設(shè)計(jì) 4.5.1 PLC 程序 多年來(lái)，可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱 PLC）從其產(chǎn)生到現(xiàn)在，實(shí)現(xiàn)了接線邏輯到存儲(chǔ) 邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小 到大，實(shí)現(xiàn)了單

47、體設(shè)備簡(jiǎn)單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制及集散控制等各種任務(wù)的 跨越。今天的 PLC 在處理模擬量、數(shù)字運(yùn)算、人機(jī)接口和網(wǎng)絡(luò)的各方面能力都已大幅 提高，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在各行各業(yè)發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。PLC 與 繼電器控制系統(tǒng)比較有以下幾個(gè)方面的不同： a） 控制方式：繼電器的控制是采用硬件接線實(shí)現(xiàn)的，是利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的 串聯(lián)或并聯(lián)極延時(shí)繼電器的滯后動(dòng)作等組合形成控制邏輯，只能完成既定的邏輯控制。 PLC 采用存儲(chǔ)邏輯，其控制邏輯是以程序方式存儲(chǔ)在內(nèi)存中，要改變控制邏輯，只 需改變程序即可，稱軟接線。 b） 控制速度：繼電器控制邏輯是依靠觸點(diǎn)的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制，工作頻率低，

48、毫秒級(jí)，機(jī)械觸點(diǎn)有抖動(dòng)現(xiàn)象。 PLC 是由程序指令控制半導(dǎo)體電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，速度快，微秒級(jí)，嚴(yán)格同步，無(wú)抖 動(dòng)。 c） 延時(shí)控制：繼電器控制系統(tǒng)是靠時(shí)間繼電器的滯后動(dòng)作實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制，而時(shí) 間繼電器定時(shí)精度不高，受環(huán)境影響大，調(diào)整時(shí)間困難。 PLC 用半導(dǎo)體集成電路作定時(shí)器，時(shí)鐘脈沖由晶體振蕩器產(chǎn)生，精度高，調(diào)整時(shí)間 方便，不受環(huán)境影響。 市面上現(xiàn)有的 PLC 有西門子、歐姆龍和三菱，相比較而言：西門子，價(jià)格昂貴， 模擬量精確度高，編程復(fù)雜。模擬量簡(jiǎn)單，主要用于高精密設(shè)備；三菱，價(jià)格一般， 編程簡(jiǎn)單，模擬量復(fù)雜，模擬量精確比西門子差，主要用于一般設(shè)備;歐姆龍 ，價(jià)格 一般，編程簡(jiǎn)單，模擬量不如西

49、門子三菱3。 在本實(shí)驗(yàn)中采用歐姆龍控制，編程如下。 表 4-4 為接口分配列表。 表 4-4 PLC 接口表 代號(hào)狀態(tài)備注 00000 輸入 SB啟動(dòng)按鈕 00001 輸入氣缸 1 初始位置 A0 00002 輸入氣缸 1 極限位置 A1 00003 輸入氣缸 2 初始位置 B0 00004 輸入氣缸 2 極限位置 B1 01000 輸出YAA0 得電 01001 輸出YAA1 得電 01002 輸出YAB0 得電 01003 輸出YAA1 得電 20000 中間繼電器KA1 得電 20001 中間繼電器KA2 得電 20002 中間繼電器KA3 得電 PLC 控制回路圖如圖 4-8 所示。 圖 4-8 PLC 控制回路 圖 4-9 為 PLC 程序圖。 圖 4-9 PLC 控制圖 4.5.2 組態(tài)王的仿真 由于 festo 軟件不支持 PLC 控制仿真，考慮利用組態(tài)王進(jìn)行仿真。 組態(tài)王簡(jiǎn)介：隨著計(jì)算機(jī)計(jì)數(shù)的發(fā)展，要求計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的控制設(shè)備如 PLC 等的 監(jiān)控功能要求越來(lái)越強(qiáng)烈，也就是 SCADA（stands for Supervisory Control And Data Acquisition）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA 系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng) 用于電力系統(tǒng)、給水