双轴位置控制系统的设计

0 双轴位置控制系统的设计 1 设计任务与目的 1 1 了解系统的机械结构 控制要求 1 2 掌握气动控制技术的要求 1 3 熟练掌握 step7micro win 中 PTO 指令 2 设计要求 2 1 根据实验要求画出电气原理图 通过读电气控制原理图 了解电气控制过程 明白电气回路的工作原理 经过实际 操作 提高电气故障分析与检修能力 1 控制回路原理图 控制回路原理图 1 主回路原理图 2 2 查找所使用的电器元件型号 功能和使用方法 本实验设备由机械运动 电气控制回路 气动控制回路与铝型材板四部分组成 将 机械 电气及气动有机组合在一起 实现点位控制的系 统 2 2 1 机械运动部分 主要由 X 轴 Y 轴的滚珠丝杠机构及 Z 轴的升降 气缸 与工件抓取机构所组成 1 滚珠丝杠机构 2 滚珠丝杠副 滚珠丝杠副电动执行机构 主要由前后支撑块 电机及支架 联轴器 导柱 滑座 滚珠丝杠副等器件构成 如图 1 图 2 所示 图图 1 1 滚珠丝杠副后俯视图滚珠丝杠副后俯视图 图图 2 2 滚珠丝杠副后正视与局部剖视图滚珠丝杠副后正视与局部剖视图 滚珠丝杠副机构的运动原理是电机转动时 电机转动轴与滚珠丝杠通过弹性联轴器 连接 因此 滚珠丝杠与电机同步转动 而滚珠丝杠副的位置是固定的 装在滚珠丝杠 副上的螺母块与滑块也是固定在一起的 那么随着滚珠丝杠副的转动 螺母块拖着滑块 沿着两根导柱做直线运动 并随着电机的正反转 滑块做左右直线运动 丝杆的螺距 为 5mm 另外滚珠丝杠副机构的极限位置皆设置了限位开关 可以有效保护由于故障等原因 使滚珠丝杠副机构的运动装置超程而造成的机械或电气设备的损坏 造成不必要的损失 3 Z 轴通过工厂自动化常用的气动双作用气缸和气动真空吸 盘来控制取放工件 Z 轴方向的运动通过一个双作用气缸来实 现 真空吸盘安装在双作用气缸的前端 通过电磁阀来控制气 路通断 从来控制 Z 轴的升降和真空吸盘来吸取释放工件 2 2 2 电气部分 双轴位置控制设备的电气部分主要由小型断路器 开关电 源 继电器 直流电机 控制盒及接线端子等器件所组成 1 空气开关 外接电源接入设备由总电源开关控制总电源的通断 2 开关电源 由总电源开关另外一路接入交流220V电源供给开关电源 空气开关 开关电源 3 控制箱 控制立体库运动的操作控制盒 START 开始 启动 MANUAL 自动 手动切换 Z AXIS Z轴升降 STOP 停止 FUNCION 功能键 HAND 吸盘吸取 放开 4 RESET 复位 EMERGENCY STOP 紧急停止 POWER 电源指示灯 2 2 3 气动回路 双轴位置控制设备的气动部分主要由过滤减压阀 真空发生器 电磁阀组 标准气 缸 真空吸盘 节流阀及气管等所组成 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 我通常称之为气源 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 我们在气源接入设备之 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 空气过滤器 2 电磁阀 5 由中间继电器的常开点单独控制电磁阀的通断 使Z轴气缸升降 吸盘吸取或释放 工件 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 2 2 4 画出气动原理图 通过读气动原理图 了解气动回路各个器件的功能和作用 清楚气动回路的基本组 成 掌握双轴位置控制系统气动回路的工作原理 如图所示 消声消声 器器 真空真空 管管 压缩空气进气压缩空气进气 管管 6 2 3 控制要求 2 3 1 手动操作 控制吸盘完成吸取和释放动作 以达到平面抓取 提升 搬运 下降 释放工作目的 2 3 2 自动操作 在格盘上将棋子放在如图位置 3 硬件设计部分 3 1 结合电气部分的组装实验内容和随机配套的电气原理图完成通电调试实验 7 1 按照电气原理图和电气部分组装实验的说明检查设备的接线是否正确 2 将开关电源上的电压选择开关拨至 230V AC 档 3 拔下电磁阀线圈电源的插头 4 接入电源 5 用万用表测量电源电压是否符合设备要求 通常 AV 220V 左右 6 闭合总开关 7 再用万用表测量开关电源输出的电压是否符合设备要求 通常 DC 24V 8 再测量电磁阀线圈电源电压是否符合设备要求 通常 DC 24V 9 确定以上接线及电源电压符合设备要求后 切断电源 10 将之前拔出的电磁阀线圈电源线插回原处 11 重新通电 12 通电调试完成 依据设备功能要求可以调试其他动作 4 软件设计部分 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 5 调试过程与结果 打开空气开关接通整个试验台电源 打开 STEP 7 MicroWIN 软件 设置通信并连 接 S7 200 连接成功后使用 STEP 7 MicroWIN 软件编译程序无误后下载到 PLC 中 经查阅资料得知步进电机 57BYG096 的脉冲步进角为 1 8 所以要使电机转一圈 需要 200 脉冲 除此之外脉冲发生器的拨码开关选择细分率为 16 则需要 200 16 3200 个脉冲可以使步进电机转一圈 丝杆螺距为 5mm 则步进电机转一圈实验装置产生 5mm 位移 通过 STEP 7 MicroWIN 软件中的 PTO 指令 进行设置并选择单速连续旋转包络进行控制 同时设置 好每秒给的脉冲数可以控制速度 通过 ADV 子程序分别控制电机 X 轴 Y 轴停止时间则