單軸位置控制系統(tǒng)設計

1、單軸位置控制系統(tǒng)設計單軸位置控制系統(tǒng)設計一一、單軸位置控制裝置簡介、單軸位置控制裝置簡介單軸位置控制裝置實際上是一個一維機械手裝置，它以工業(yè)自動化生產系統(tǒng)中的一維機械手為參考對象，完全展現(xiàn)了實際一維機械手的運行狀態(tài)，裝置將機械、氣動、電氣控制、傳感器等技術合理的融合在一起。圖 1 單軸位置控制裝置外形圖1、機械部分 單軸位置控制實訓裝置的機械部分主要由直線滑塊模組機構、升降氣缸、吸盤、接近傳感器、磁感應開光及限位開關等構成。1)直線滑塊模組機構：由一個電機通過聯(lián)軸器主同步帶輪驅動，并通過同步帶將滑塊與從同步帶輪配合成直線驅動機構，在型材上實現(xiàn)直線移動。在自動狀態(tài)下將不同屬性的工件放入對應的物品

2、容器中，滑塊上的氣動抓手的位置判斷是根據與工位對應的接近開關開關來判斷滑塊與工位見關系，在直線模組終端均設置行程開關，來保護模組的滑塊在允許范圍內運動。X 向的運動機構均設定有保護開關，為超小型基本開關。安裝于各自機構的兩頭極限位置。一旦行走超出范圍時，立即切斷機構電氣硬件回路。從而避免程序的誤動作組成設備損壞。并將超程信號開放到 IO 面板。 2)接近傳感器：是代替限位開關等接觸式檢測方式，以無需接觸檢測對象進行檢測為目的的傳感器的總稱。能檢測對象的移動信息和存在信息轉換為電氣信號。在換為電氣信號的檢測方式中，包括利用電磁感應引起的檢測對象的金屬體中產生的渦電流的方式、捕測體的接近引起的電氣

3、信號的容量變化的方式、利石和引導開關的方式。本裝置采用 LJ8A3-2-Z/BX 系列接近傳感器。產地：上海特點： 1）非屏蔽式2）直流型 NPN 常開（NO）3）三線制工作電壓：DC10-36V檢測距離：2mm按裝開孔：螺絲固定安裝3) 升降氣缸及吸盤升降氣缸和吸盤皆為氣動執(zhí)行器件，在本實訓裝置上的主要功能是實現(xiàn)工件的吸取、提升、下降及釋放。提升、下降位置由裝在氣缸上的兩個磁感應開關通過檢測裝在活塞上的磁環(huán)位置來判斷，吸盤利用真空發(fā)生器產生的負壓將工件吸住，負壓消失工件在其自身重力作用下自然與吸盤分離。此過程是磁感應開關把升降氣缸缸位檢測信號反饋給控制器（PLC，自動控制時有效） ，再通過控

4、制器控制電磁閥，使升降氣缸與真空發(fā)生器實現(xiàn)氣源換向，從而實現(xiàn)工件的吸取、提升、下降及釋放操作。氣缸、節(jié)流閥及磁感應開關：為了使氣缸的動作平穩(wěn)可靠，氣缸的作用氣口都安裝了限出型氣缸截流閥。氣缸截流閥的作用是調節(jié)氣缸的動作速度。截流閥上帶有氣管的快速接頭，只要將合適外徑的氣管往快速接頭上一插就可以將管連接好了，使用時十分方便。上圖是一個雙動氣缸裝有兩個限出型氣缸節(jié)流閥的連接和調節(jié)原理示意圖，當調節(jié)節(jié)流閥 A 時，是調整氣缸的伸出速度，而當調節(jié)節(jié)流閥 B 時，是調整氣缸的縮回速度。從上圖看到，氣缸兩端分別有縮回限位和伸出限位兩個極限位置，這兩個極限位置都分別裝有一個磁感應接近開關。磁感應接近開關的基

5、本工作原理是：當磁性物質接近傳感器時，傳感器便會動作，并輸出傳感器信號。若在氣缸的活塞（或活塞桿）上安裝上磁性物質，在氣缸缸筒外面的兩端位置各安裝一個磁感應式接近開關，就可以用這兩個傳感器分別標識氣缸運動的兩個極限位置。當氣缸的活塞桿運動到哪一端時，哪一端的磁感應式接近開關就動作并發(fā)出電信號。在 PLC 的自動控制中，可以利用該信號判斷氣缸的運動狀態(tài)或所處的位置，以確定工件是否被推出或氣缸是否返回。在傳感器上設置有 LED 顯示用于顯示傳感器的信號狀態(tài)，供調試時使用。傳感器動作時，輸出信號“1” ，LED 亮；傳感器不動作時，輸出信號“0” ，LED 不亮。傳感器（也叫做磁性開關）的安裝位置可

6、以調整，調整方法是松開磁性開關的緊定螺釘，讓磁性開關在氣缸的滑軌里滑動，到達指定位置后，再旋緊緊定螺釘。 2、 機械部分工作原理 直線滑塊模組的滑塊通過（升降氣缸固定在滑塊上）移動，到達指定的工位后，升降氣缸及吸盤工作，將工件吸取并提升，然后直線滑塊模組機構的滑塊又開始移動到達指定的工位后，升降氣缸及吸盤又開始工作，將工件放到指定的工位上，達到搬運工件之目的。1)X 向直線滑塊模組單元：直線滑塊模組機構由一個電機通過聯(lián)軸器主同步帶輪驅動，并通過同步帶將滑塊與從同步帶輪配合成直線驅動機構，在型材上實現(xiàn)直線移動。在自動狀態(tài)下將不同屬性的工件放入對應的物品容器中，滑塊上的氣動抓手的位置判斷是根據與工

7、位對應的接近開關開關來判斷滑塊與工位見關系，在直線模組終端均設置行程開關，來保護模組的滑塊在允許范圍內運動。2）Z 向升降氣缸單元Z 軸通過工廠自動化常用的氣缸和氣動真空吸盤來控制取放工件。Z 軸方向的運動通過一個氣缸來實現(xiàn)。真空吸盤安裝在升降氣缸的前端，通過電磁閥來控制氣路通斷，從而控制 Z 軸的升降和真空吸盤來吸取釋放工件。在氣缸上設置兩個磁性傳感器，來判斷氣缸的上下位置。3)保護及定位檢測裝置X 向的運動機構均設定有保護開關，為超小型基本開關。安裝于各自機構的兩頭極限位置。一旦行走超出范圍時，立即切斷機構電氣硬件回路。從而避免程序的誤動作組成設備損壞。并將超程信號開放到 IO 面板。4）

8、開關電源利用開關電源將接入的交流 220V 通過開關電源轉換出直流 24V 供設備中繼電器、電磁閥等弱電設備使用。5）空氣過濾器氣壓傳動，往往使用空氣壓縮機將空氣壓縮后存儲至專用的存儲單元，通常稱之為氣源?？諝庵须y免會有油污、水蒸氣等等一些雜質在空氣壓縮的過程被吸入壓縮機當中混合在氣源中。為了設備更好的發(fā)揮性能，在氣源接入設備之前安裝了空氣過濾器，保證較清潔的空氣接入設備當中。 3 氣動回路部分 單軸位置控制實訓裝置的氣動回路主要由過濾減壓閥、電磁閥組（含有兩個雙電控二位五通電磁閥） 、真空發(fā)生器、真空過濾器、數(shù)字式壓力開關及氣管等組成。 1）過濾減壓閥氣源處理組件及其實物與回路原理圖分別如下

9、圖所示。氣源處理組件是氣動控制系統(tǒng)中的基本組成器件，它的作用是除去壓縮空氣中所含的雜質及凝結水，調節(jié)并保持恒定的工作壓力。該氣源處理組件的氣路入口處安裝一個快速氣路開關，用于關閉氣源。在使用時，應注意經常檢查過濾器中凝結水的水位，在超過最高標線以前，必須排放，以免被重新吸入。氣源處理組件輸入氣源來自空氣壓縮機，所提供的壓力為0.61.0MPa, 輸出壓力為00.8MPa可調。輸出的壓縮空氣通過快速三通接頭和氣管輸送到供料單的各個電磁閥去控制氣缸和真空發(fā)生器。2）電磁閥組壓力調節(jié)旋鈕壓力表過濾及干燥系統(tǒng)就是將多個閥與消聲器、匯流板等集中在一起構成的一組控制閥的集成，而每個閥的功能是彼此獨立的。單

10、軸位置控制實訓裝置的氣動回路中共使用了2個雙電控二位五通電磁閥，2個閥集中安裝在匯流板上，匯流板中兩個排氣口末端均連接了消聲器，消聲器的作用是減少壓縮空氣在向大氣排放時的噪聲。閥組的結構如下圖所示。3）電磁閥以雙電控二位五通電磁閥為例，對電磁閥的組成結構加以說明：雙電控電磁閥采用兩端都用電磁線圈控制的方式，與單電控電磁閥的區(qū)別在于，對于單電控電磁閥，在無電控信號時，閥芯在彈簧力的作用下會被復位，而對于雙電控電磁閥，在兩端都無電控信號時，閥芯的位置是取決于前一個電控信號。電磁閥，帶手動換向、加鎖鈕，有鎖定（LOCK）和開啟（PUSH）2個位置。用小螺絲刀把加鎖鈕旋到在LOCK位置時，手控開關向下

11、凹進去，不能進行手控操作。只有在PUSH位置，可用工具向下按，信號為“1” ，等同于該側的電磁信號為“1” ；常態(tài)時，手控開關的信號為“0” 。在進行設備調試時，可以使用手電源接線座手動換向、加鎖鈕氣管接口電源接線座手動換向、加鎖鈕氣管接口消聲器電磁閥 匯流板控開關對閥進行控制，從而實現(xiàn)對相應氣路的控制，以改變推料缸等執(zhí)行機構的控制，達到調試的目的。4）真空發(fā)生器真空發(fā)生器產生真空的原理和傳統(tǒng)真空泵是不一樣的。它是讓壓縮空氣在泵體內形成高速氣流，大家知道，氣體的流動速度越高，當?shù)氐臍怏w壓力就越低（從柏努利方程可以得出），因此就具有越強的抽吸能力。真空發(fā)生器就是利用這種原理制成的。 正因為如此，

12、在同等真空抽氣量的情況下，真空發(fā)生器體積小，基本不用維護，真正的無油，是一種既可靠效率又高的真空泵。 真空發(fā)生器分單級真空發(fā)生器和多級真空發(fā)生器兩類，在消耗相同壓縮空氣的條件下，多級真空發(fā)生器在標準大氣下的真空抽氣量一般是單級真空發(fā)生器的好幾倍，因此，多級真空發(fā)生器是真正高效率的真空泵。 真空發(fā)生器的使用環(huán)境要求很簡單，只要有壓縮空氣源，就可以使用真空發(fā)生器。 真空發(fā)生器參數(shù)，如表 1-1 所示。 表表 1-11-1 真空發(fā)生器參數(shù)表真空發(fā)生器參數(shù)表消聲器真空管壓縮空氣進氣管5）真空過濾器它的主要作用是濾除壓縮空氣中的水分和微型顆粒雜質。 6）數(shù)字式壓力開關 數(shù)字式壓力開關的主要功能是將真空發(fā)

13、生器的壓力轉換成對應的電信號，并通過數(shù)字表顯示其壓力值。數(shù)字式壓力開關實物。按鈕面板盒按鈕面板盒按鈕面板盒在本套設備中提供眾多實驗所需要的操作按鈕、指示燈、繼電器、小心斷路器，以及系統(tǒng)的傳感器與執(zhí)行器的快速迭插端子等?？蓪崿F(xiàn)對設備的簡單測試運行，了解系統(tǒng)電路的組成等。針對以上各項解釋如下：1.小型斷路器：適用于交流 50/60HZ 額定電壓 230/400V，額定電流至 63A 線路的過載和短路保護之用，也可以在正常情況下作為線路的不頻繁操作轉換之用。本套系統(tǒng)中，額定電流 10A，若工作電流超過 10A，將自動切斷系統(tǒng)供電。2.繼電器：用于繼電保護與自動控制系統(tǒng)中，以增加觸點的數(shù)量及容量。 它

14、用于在控制電路中傳遞中間信號。本套系統(tǒng)，此繼電器用作控制直流電機正反轉，接線已在內部 PCB 板接好，不開放操作。但在第“6”區(qū)的“左移”、 “右移”黃色的迭插端子收到 DC24V 電壓時，中間繼電器線圈吸合，導致觸點接通，并將直流電機供電，致直線滑塊模組移動。1234657 3.電源供電區(qū)：將開關電源輸出的電壓接到此區(qū)域，提供系統(tǒng)直流供電，紅色的迭插端子為 DC24V，黑色為 0V，中間為供電指示，單系統(tǒng)有 DC24V 輸出時，紅色指示燈亮。4.按鈕指示燈區(qū)域：提供眾多指示燈按鈕，并將按鈕的引腳接入到面板上。啟動、停止、復位按鈕：按鈕作用的常開觸點接引至正上方藍色的迭插端子，公共端觸點接引至

15、正上方黑色端子上。指示燈作用的“+”引腳信號接引至第“6”號區(qū)域內的啟動、停止、復位黃色的迭插端子， “-”引腳信號接接引至第“6”號區(qū)域內的輸出 COM 端子上。按鈕參數(shù)：DC24V，最大電流 3A；指示燈參數(shù)：DC24V（不可接 AC220V）急停按鈕：按鈕作用的常閉觸點接引至正上方藍色的迭插端子，公共端觸點接引至正上方黑色端子上。按鈕參數(shù)：DC24V，最大電流 3A；手/自動按鈕、吸附按鈕、氣缸上下按鈕、左移右移安妮：按鈕作用的常開觸點接引至正上方藍色的迭插端子，公共端觸點接引至正上方黑色端子上。按鈕參數(shù)：DC24V，最大電流 3A。按鈕符號中的虛線表示為同一個操作元件。5.輸入輸出端子

16、排區(qū)：將本套系統(tǒng)的所有傳感器、執(zhí)行器、按鈕等引腳接入此區(qū)域，用于實訓時外部自行走線時使用。此功能與迭插端子功能相異，兩者只能選其中一種接線，不然系統(tǒng)為紊亂。6.輸入輸出端子迭插端子區(qū)：將本套系統(tǒng)的所有傳感器、執(zhí)行器、按鈕等引腳接入此迭插端子區(qū)，用于實驗實訓迭插端子走線時使用。此功能與端子排區(qū)相異，兩者只能選其中一種接線，不然系統(tǒng)為紊亂。7.外部接線端子區(qū)：此區(qū)域用于按鈕面板盒與外部傳感器、執(zhí)行器連接使用，非必要，不可自行插接。PCB 接線如圖所示： 二、控制原理：1、氣動控制原理 裝置的氣動控制原理如圖，氣源將壓縮空氣首先送入過濾減壓閥，經過濾減壓閥過濾、減壓處理后，輸出潔凈的、干燥的壓力適合

17、于工作要求的壓縮空氣，經電磁閥組匯流排的進氣口到電磁閥內，電磁閥線圈與控制器（PLC，自動控制時有效）的輸出端連接，并受控制器控制，然后由電磁閥控制進入升降氣缸和真空發(fā)生器的氣源并使其換向，實現(xiàn)升降氣缸的伸縮、真空發(fā)生器的負壓產生與消失控制，從而完成吸取、提升、下降、釋放的運行動作。 1.開光電源：提供將 AC220V 市電轉換為 DC24V，屬于高壓危險設備，請勿私自觸摸接觸。2.按鈕面板盒：提供設備的輸入輸出接線端子的集中，并配套相應按鈕、指示燈、繼電器、小型斷路器等實驗必須件。3.實驗臺架：鋁型材臺架，承載設備框架。4.負壓傳感器：顯示真空發(fā)生負壓后的壓力值，并判斷工件吸取情況給 PLC

18、。5.電磁閥：有電磁線圈控制氣閥的切換，實現(xiàn)氣路的自由轉換。6.線槽：設備走線槽。7.工件：設備吸放承載物。8.工件放置座：擺放要移動的物品。9.X 軸驅動電機：X 軸移動的動力源。10.運動模組：X 軸驅動套件。11.空氣過濾器：由氣源接入空氣過濾器，由空氣過濾器過濾空氣中的灰塵雜質，把較清潔的空氣輸入到實驗設備當中，供氣動部分運動。12.真空發(fā)生器：利用正壓氣源產生負壓真空元器件，以便吸取工件的動力。13.Z 軸升降氣缸：通過電磁閥切換氣路控制氣缸伸縮，完成 Z 軸的升降。14.拖鏈：供移動的機構走線器件。15.吸盤：通過空氣真空發(fā)生器吸出吸盤內的空氣，吸住物體配合 X、Z 軸移動。2、手

19、動控制要求要求通過操作單軸位置控制實訓裝置控制盒面板上的按扭開關，控制直線滑塊模組左右移動、控制升降氣缸的活塞伸縮運動、控制吸盤完成吸取和釋放工件動作，以達到抓取、提升、搬運、下降、釋放工件之目的。操作操作步驟步驟1）. 接通氣動機械手實訓裝置及空氣壓縮機的電源。2）. 合上小型斷路器，接通空氣過濾器的氣動閥門，將空氣壓力調整為 0.4MPa。3）. 將“手動/自動”按鈕旋轉至手動狀態(tài)（對應指示燈為不亮）。4）. 通過按鈕觸發(fā)相應的動作，觀察動作是否可靠的執(zhí)行。 a) 搖動“X+/X-”搖柄開關，觀察 X 方向行走機構的行走方向是否正確。b) 按下“Z 軸”按鈕，升降氣缸下降，松開“Z 軸”按

20、鈕，升降氣缸上升，其對應的檢測開關（磁感應接近開關）應跟隨其變化。c)按下“吸盤”按鈕，真空發(fā)生器動作，壓力檢測傳感器有檢測信號，可以吸取工件，松開“吸盤”按鈕，真空發(fā)生器停止工作。5）. 根據手動的控制狀態(tài)，分別考慮各傳感器信號是如何測量。6）. 實驗結束后，關閉實驗設備、空氣壓縮機及 PLC 實驗設備的電源開關。接線注意事項接線注意事項1) 輸出區(qū)域的紅色的“COM”接 24V；2) 輸出區(qū)域的黃色“吸附”接按鈕吸附上方的藍色端子；3) 輸出區(qū)域的黃色“氣缸-上”接按鈕氣缸上 上方的藍色端子；4) 輸出區(qū)域的黃色“氣缸-下”接按鈕氣缸下 上方的藍色端子；5) 輸出區(qū)域的黃色“左移”接按鈕左移上方的藍色端子；6) 輸出區(qū)域