KNTPZK1单轴控制实训装置实验指导书.doc

KNT-PKNT-PZK1ZK1 单轴控制实训装置单轴控制实训装置实验实验 指导书指导书 目目 录录 使用说明及注意事项使用说明及注意事项 3 3 实验一、设备的认识实验一、设备的认识 4 4 实验二、设备的结构实验二、设备的结构 6 6 实验四、手动控制实验四、手动控制 1515 实验五、自动控制实验五、自动控制 2020 使用说明及使用说明及注意事项注意事项 1 1、安全注意事项、安全注意事项 1）上机实训前必须认真仔细阅读实验指导书。 2）严禁散落长发、衣冠不整操作设备。 3）安装设备时注意不要损坏各种阀件及气动元件。 4）请勿使用损坏的插座或电缆，以免发生触电及火灾。 5）安装时请在清洁平坦的位置，以防发生意外事故。 6）请使用额定电压，以防发生意外事故。 7）必须使用带有接地端子的多功能插座, 确认主要插座的接地端子有 没有漏电，导电。 8）为了防止机械的差错或故障，请勿在控制器和电磁阀附近放置磁性 物品。 9）设备的安装或移动时，请切断电源。 2 2、使用注意事项、使用注意事项 1）长时间不使用设备时请切断电源。 2）在光线直射, 灰尘, 震动, 冲击严重的场所请勿使用。 3）在湿度较大或容易溅到水的场所, 以及导电器械, 易燃性物品附近 请勿使用。 4）请勿用湿手触摸电源插头.防止触电或火灾。 5）用户在任意分解, 修理, 改造下无法享有正常的保修权利。 6）注意切勿将手以及衣物夹进电机或气缸操作部位。 实验一设备的认识实验一设备的认识 一实验目的一实验目的 1认识了解单轴位置控制实训装置； 2了解设备基本部件的作用； 二实验设备二实验设备 1单轴位置控制实训装置 2空气压缩机 3AC 220V 电源 三实验内容三实验内容 1.1.认识实验设备认识实验设备 单轴位置控制实训装置在理解和掌握气动应用和位置控制原理的基础 上，利用 PLC 或其他控制器实现对其控制.用户通过对此设备的学习可以掌 握 PLC 控制的基本方法，利用设备控制面板上的模式旋钮来选择自动/手动 的运行方式，同时可设定多种附加条件来进行实验。适应不同层次的人员进 行 PLC 学习和编程。如图 1-1 所示 图图 1-11-1 KNT-P110/FXKNT-P110/FX 单轴位置控制实训装置图单轴位置控制实训装置图 10 9 11 8 7 5 6 2 1 43 12 13 2 2、各元气件的主要功能及作用、各元气件的主要功能及作用 1）小型断路器：控制设备电源通断。 2）开关电源：将交流 220V 转换为直流 24V 供中间继电器、电磁阀等 弱电电路使用。 3）接线端子：接线转换。 4）中间继电器：灵活控制电磁阀、电机等通断。 5）控制盒：实验设备的操作盒。 6）电磁阀：有电磁线圈控制气阀的切换，实现气路的自由转换。 7）过滤减压阀：由气源接入空气过滤器，由空气过滤器过滤空气中的 灰尘杂质，把较清洁的空气输入到实验设备当中，供气动部分运动。 8）吸盘：通过空气真空发生器吸出吸盘内的空气，吸住物体配合 X、Z 轴移动。 9）Z 轴升降气缸：通过电磁阀切换气路控制气缸伸缩，完成 Z 轴的升 降。 10）X 轴驱动电机：X 轴移动的动力源。 11）滚珠丝杠：X 轴移动的传动部件，配合丝杠螺母座完成轴运动。 12）丝杠螺母座：X 轴移动的传动部件，配合丝杠完成轴运动。 13）物品容器：摆放要移动的物品。 实验二实验二 设备的结构设备的结构 一、实验目的一、实验目的 1、熟悉设备的结构组成； 2、明白设备在工业生产中的实际用途； 3、掌握设备的基本工作原理； 二、实验设备二、实验设备 1、单轴位置控制实训装置 2、空气压缩机 3、AC 220V 电源 三、实验内容三、实验内容 本装置由直流减速电机驱动、高精度滚珠丝杆及滚珠式双滑块平面直线 承重导轨，单轴运动定位功能模块、垂直抓取机构、手动集中控制装置、铝 合金型材台板等器件构成，总体由机械、电气、气动及铝型材台板四部分所 组成。 ，将机、电、气有机组合在一起，实现点位控制。 1 1、机械部分、机械部分 1)X 向丝杆驱动单元： 丝杆驱动机构由一个电机通过联轴器与滚珠丝杠相连驱动丝杆旋转， 通过丝杠螺母驱动丝杆移动。在自动状态下将不同属性的工件放入对应的物 品容器中，丝杆上的气动抓手的位置判断是通过运动中的微型光电开关与定 位孔之间的位置关系来决定。定位孔导杆上共有三处定位通孔，依次定位三 个物品容器位置。其结构及装配安装如图 2-1、图 2-2 和图 2-3 所示。 图图2-2-1 1 丝杠部件总装图丝杠部件总装图 图图2-2-2 2 滚珠丝杠机构零部件指示图滚珠丝杠机构零部件指示图 图图2-2-3 3 丝杠部件分解图丝杠部件分解图 a)电机组件 b)电机组件固定座 c)弹性联轴器（连接电机轴和丝杠轴） d)前端支撑块 e)导柱 f）滑座 g）箱式轴承 h）后端支撑块 i）滚珠丝杠副 j）丝杠螺母副 12345678 9 10 11 13 12 k）限位开关 o）限位开关固定座 p）限位开关 2）Z 向升降气缸单元 Z 轴通过工厂自动化常用的气缸和气动真空吸盘来控制取放工件。Z 轴 方向的运动通过一个气缸来实现。真空吸盘安装在升降气缸的前端，通过电 磁阀来控制气路通断，从而控制 Z 轴的升降和真空吸盘来吸取释放工件。 图 2-4 所示。 图图2-52-5 Z Z轴气缸与工件抓取机构图轴气缸与工件抓取机构图 3)保护及定位检测装置 X 向的运动机构均设定有保护开关，为超小型基本开关。安装于各自 机构的两头极限位置。一旦行走超出范围时，立即切断机构电气硬件回路。 从而避免程序的误动作组成设备损坏。 丝杆机构行走的定位是靠微型光电开关来实现。X 向机构设定有三个 定位穿孔。检测开关随着机构的行走而定向搜寻穿孔，这是整个设备检测方 式的精华所在，用户可根据不同的孔位来理解定义不同的位置。 2 2、电气电路部分、电气电路部分 1）按钮控制盒，如图 2-6 所示，包括如下功能按钮： a）启动 b）停止 c）复位 d）紧急停止 e）手动/自动 f)功能 g）Z 轴 h）吸盘 图图 2-62-6 按钮控制盒图按钮控制盒图 i）X 向摇柄开关 其中（a）至（d）项接入 PLC，并且只有在（e）有效的情况下才起作 用， （f）项为备用按钮， （g）至（i）项为手动检查操作按钮。主要检测每 个单元模块硬件部分的动作方向与保护、检测装置是否正常。 2）开关电源 利用开关电源将接入的交流 220V 通过开关电源转换出直流 24V 供设备 中继电器、电磁阀等弱电设备使用。图 2-7 所示。 图图 2-72-7 开关电源实物图开关电源实物图 3）小型断路器（自动空气开关） 是实训装置的电源总控制开关，具有漏电流、短路及过电流等保护功 能，当漏电流30MA 时，保护动作时间0.1 秒，如图 2-8 所示。 a b c d e f g h i 图图 2-82-8 自动空气开关实物图自动空气开关实物图 4）中间继电器 线包的工作电压为直流 24V，主要用来控制 X 轴滚珠丝杠机构丝杆驱 动电机的电源，如图 2-9 所示。 图图 2-92-9 中间继电器中间继电器实物图实物图 5）X 轴丝杠机构驱动电机 X 轴丝杠机构的运动是由电机驱动的，电机通过弹性联轴器与丝杆相连 并带动丝杆转动，如图 2-10 所示。 图图 2-2-1010 直流电机实物图直流电机实物图 电气电路主要包括：控制盒、开关电源、小型断路器、中间继电器、限 位开关、接线端子及走线槽等元气件。 3、气动回路部分 实训装置的气动回路主要由过滤减压阀、真空发生器、真空过滤器、电 磁阀组、节流阀、手动调节阀及气管等组成。如图 2-11 所示。 图图 2-12-11 1 单轴控制实训装置气路连接图单轴控制实训装置气路连接图 1）过滤减压阀 气压传动，往往使用空气压缩机将空气压缩后存储至专用的存储单元， 通常称之为气源。空气中难免会有油污、水蒸气等等一些杂质在空气压缩的 过程被吸入压缩机当中混合在气源中。为了设备更好的发挥性能，在气源接 入设备之前安装了空气过滤器，保证较清洁的空气接入设备当中。如图 2- 12 所示。 图图 2-12-12 2 过滤减压阀实物图过滤减压阀实物图 2）电磁阀组 由中间继电器的常开点单独控制 图2-13电磁阀的通断，使Z轴气缸升 降、吸盘吸取或释放工件。 图图2-132-13 电磁阀电磁阀组组图图 3）真空发生器 真空发生器：真空发生器产生真空的原理和传统真空泵是不一样的。它 是让压缩空气在泵体内形成高速气流，大家知道，气体的流动速度越高，当 地的气体压力就越低（从柏努利方程可以得出），因此就具有越强的抽吸能 力。真空发生器就是利用这种原理制成的。 正因为如此，在同等真空抽气 量的情况下，真空发生器体积小，基本不用维护，真正的无油，是一种既可 靠效率又高的真空泵。 真空发生器分单级真空发生器和多级真空发生器两 类，在消耗相同压缩空气的条件下，多级真空发生器在标准大气下的真空抽 气量一般是单级真空发生器的好几倍，因此，多级真空发生器是真正高效率 的真空泵。 真空发生器的使用环境要求很简单，只要有压缩空气源，就可 以使用真空发生器。图 2-14 所示。 图图 2-142-14 真空发生器图真空发生器图 4）真空发生器参数，如表 2-1 所示。 消声器消声器 真空管真空管 压缩空气进气管压缩空气进气管 表表 2-12-1 真空发生器参数表真空发生器参数表 真空过滤器：它的主要作用是滤除压缩空气中的水分和微型颗粒杂质， 图 2-15 所示。 图图 2-152-15 真空过滤器图真空过滤器图 4 4、铝型材板、铝型材板 该板全部用铝型材加工，铝型材板面特有的T型槽，方便机械另部件和 电器元件的拆卸安装。 5 5、电气元气件分布安装图、电气元气件分布安装图 2-162-16 图图 2-162-16 电气元件分布图电气元件分布图 实验实验三三 手动控制手动控制 一、实验目的一、实验目的 1在手动状态下，控制单轴位置控制实训装置； 2掌握相关参数的设定方法； 二、实验设备二、实验设备 1. PLC 实验设备 2单轴位置控制实训装置 3空气压缩机 4AC 220V 电源 三、实验内容三、实验内容 1 1、手动控制方式、手动控制方式 通过手动操作按钮的方法自由控制气动机械手（即单轴位置控制实训 装置） ，可完成启动、停止、急停、沿 X 轴的左右移动、用吸盘抓取工件后 再在 X 轴向的左右移动、然后放下工件等各种运动状态的控制。同时也是设 备硬件设备是否正常的验证方法。 2 2、电气控制原理图、电气控制原理图 掌握电气控制电路的工作原理、熟悉各种电器元件的分布位置及其作 用。如图 3-1、图 3-2 所示： 1）控制回路原理图 图图 3-13-1 控制回路原理图控制回路原理图 2）主回路原理图 图图 3-23-2 主回路原理图主回路原理图 3 3、气路控制原理图、气路控制原理图 气动回路控制原理图，如图 3-3 所示 图图 3-33-3 气动回路控制原理图气动回路控制原理图 四、实验操作步骤四、实验操作步骤. . 1. 接通气动机械手实训装置及空气压缩机的电源。 2. 合上小型断路器，接通空气过滤器的气动阀门，将空气压力调整为 0.4MPa。 3. 将“手动/自动”按钮旋转至手动状态（对应指示灯为不亮）。 4. 通过按钮触发相应的动作，观察动作是否可靠的执行。 a) 摇动“X+/X-”摇柄开关，观察 X 方向行走机构的行走方向是否 正确。 b) 按下“Z 轴”按钮，升降气缸下降，松开“Z 轴”按钮，升降气 缸上升，其对应的检测开关（磁感应接近开关）应跟随其变化。 c)按下“吸盘”按钮，真空发生器动作，压力检测传感器有检测信 号，可以吸取工件，松开“吸盘”按钮，真空发生器停止工作。 5. 根据手动的控制状态，考虑自动的情况之下程序该如何编制。 6. 实验结束后，关闭实验设备、空气压缩机及 PLC 实验设备的电源开 关。 五、问题与思考五、问题与思考 1、单轴位置控制系统中机械运动采用了几种驱动方式？各有什么不同 和特点？ 2、单轴位置控制系统中采用了滚珠丝杠副的机械运动机构，说说这种 运动机构有什么优点？ 六、提交实验报告六、提交实验报告 1、按照实验内容中的手动控制操作方法操作控制单轴位置控制系统。 2、把手动控制过程中单轴位置控制系统的具体运动过程和细节写下来。 3、按照“1”和“2”要求编写实验报告，并上交给实验室老师批阅。 实验四实验四 自动控制自动控制 一、实验目的一、实验目的 1. 掌握单轴位置控制实训装置的 PLC 程序设计方法 2. 在自动状态下，控制单轴位置控制实训装置 二、实验设备二、实验设备. . 1. PLC 实验设备 2. 电脑一台 3. 单轴位置控制实训装置 4. 通信线缆 5. 连接导线 6空气压缩机 7AC 220V 电源 三、实验内容三、实验内容 1 1、自动控制方式、自动控制方式 通过传感器检测所处工件位置，由可编程控制器 PLC 控制 X 轴方向驱动 电机正反转，控制设在气动回路上的电磁阀，由气动回路汽缸活塞伸缩带动 吸盘吸取或释放工件，自动完成工件搬运任务。 2 2、电气控制原理图、电气控制原理图 掌握电气控制电路的工作原理、熟悉各种电器元件的分布位置及其作用。 请参阅实验三的图 3-1、图 3-2。 3 3、气路控制原理图气路控制原理图 掌握气路的工作原理及各个气动元件的功能和作用。 请参阅实验三的图 3-3。 4 4、PLCPLC 的编程实例的编程实例 1）工艺流程要求 起始位置吸盘在 1#工位垂直上方，即原点位置，按下启动按钮开始运 行，首先吸盘沿 X 轴向右移动，到 2#工位(有工件)垂直上方停下；吸盘开 始下降，到紧贴 2#位工件上表面后停下；吸盘开始吸取工件，等工件被可 靠吸牢后吸盘带着工件开始上升，到位后停下；吸盘沿 X 轴在向右移动，到 3#工位（没有工件）垂直上方后停下；吸盘开始下降，到适合工件释放位置 后停下；吸盘开始释放工件，等工件充分释放后吸盘开始上升，到位后停下； 吸盘沿 X 轴向左移动，到 2#工位（期间 2#工位上已经放上了工件）垂直上 方停下；吸盘开始下降，到紧贴 2#位工件上表面后停下；吸盘开始吸取工 件，等工件被可靠吸牢后吸盘带着工件开始上升，到位后停下；吸盘沿 X 轴 向左移动，到 1#工位（没有工件）垂直上方停下；吸盘开始下降，到适合 工件释放位置后停下；吸盘开始释放工件，等工件充分释放后吸盘开始上升， 到位后停下；即回到了原点。如果在运行过程中按下停止按钮不会马上停止 运行，只有等一个循环过程结束回到原点后才会停止运行，如果不按停止按 钮，回到原点后不会停止运行，将进行下一轮循环过程，往复循环下去。 2）I/O 地址分配表 INPUT NAMEINPUT OPERAND 说明 SB4XT2.2 启动按钮 SB5XT2.3 停止按钮 SB6XT2.4 复位按钮 ES1XT2.5 紧停按钮 S1XT2.6 气压传感器 S2XT2.7 X轴定位传感器 B3XT2.8 Z轴上端