机电一体化综合实训报告

精选文库目 录1 机电一体化简介11.1 机电一体化技术.11.2 机电一体化系统构成与特点.11.2.1 机电一体化系统构成11.2.2 机电一体化系统的特点11.2 机电一体化现状及发展趋势 . 12 PCB板测绘与制图42.1 测绘要求42.2 手绘原理图42.3 Protel绘制原理图生成PCB.42.4 PCB的绘制.5 2.4.1 Protel中原理图的绘制.5 2.4.2 网络表的生成.8 2.4.3 PCB的设计93 机床电路连接与调试133.1 三相异步电动机正反转控制线路13 3.1.1 三相异步电动机的简介.13 3.1.2 三相异步电机的工作原理.13 3.1.3 三相异步电机正反转控制的工作过程.133.2 三相异步电机反接制动控制线路14 3.2.1 时间继电器的简介.15 3.2.2 时间继电器的工作过程.15 3.2.3 三相异步电机反接制动控制的工作过程153.3 时间继电器自动切换星形-三角形降压启动控制的工作过程.16 3.3.1 星形-三角形降压起动的简介.16 3.3.2 星形-三角形的注意事项.16 3.3.3 时间继电器自动切换星形-三角形降压起动控制的工作过程.164 液压、气动回路连接与调试174.1 FluidSIM气动仿真软件的使用174.2 液压回路仿真、连接与调试17 4.2.1 基本换向回路的连接与调试17 4.2.2 二级减压回路的连接与调试18 4.2.3 两种速度换接回路的连接与调试204.2.4 顺序动作回路的连接与调试.214.3 气动回路仿真、连接与调试.22 4.3.1 基本换向回路的连接与调试.22 4.3.2 用行程阀的双作用气缸的自动往复气动回路的连接与调试.23 4.3.3 气动钻床回路的设计、连接与调试.24 4.3.4 气动机械手回路的设计、连接与调试. 265 自动线MPS275.1 MPS功能27.5.2 MPS系统技术构成与控制方式275.3 系统结构及各站功能275.4 上料检测站的程序设计与运行调试28 5.4.1 设备组成.28 5.4.2 I/O配置.30 5.4.3 程序设计.31 5.4.3.1 动作流程分析31 5.4.3.2 程序的设计与编写325.5 程序的调试335.6 搬运站的程序设计与运行调试345.6.1 设备组成.345.6.2 I/O配置36 5.6.3 程序设计.37 5.6.3.1 动作流程分析37 5.6.3.2 程序的设计与编写375.7 程序的调试406 电工仪器仪表应用426.1 仪器仪表介绍及使用方法426.1.1 示波器426.1.2 信号发生器466.1.3 万用表486.1.4 钳形表506.1.5 绝缘电阻表526.2 晶闸管调压电路的测量.53实训总结55附录56附录1 PCB测绘原理图56-1 机电一体化简介1.1 机电一体化技术机电一体化技术是在以微型计算机为代表的微电子技术、信息技术迅速发展向机械工业领域迅猛渗透并与机械电子技术深度结合的现代工业的基础上，综合应用机械技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、传感测试技术、电力电子技术、接口技术及软件编程技术等群体技术，1.2 机电一体化系统构成与特点机电一体化技术是将机械技术、电工电子技术、微电子技术、信息机电一体化技术、传感器技术、接口技术、信号变换技术等多种技术进行有机地结合，并综合应用到实际中去的综合技术。是现代化的自动生产设备几乎可以说都是机电一体化的设备。1.2.1 机电一体化系统构成机电一体化系统中一般由结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、职能组成要素五大组成要素有机结合而成。机械本体（结构组成要素）是系统的所有功能要素的机械支持结构，一般包括有机身、框架、支撑、联接等。动力驱动部分（动力组成要素）依据系统控制要求，为系统提供能量和动力以使系统正常运行。测试传感部分（感知组成要素）对系统的运行所需要的本身和外部环境的各种参数和状态进行检测，并变成可识别的信号，传输给信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。控制及信息处理部分（职能组成要素）将来之测试传感部分的信息及外部直接输入的指令进行集中、存储、分析、加工处理后，按照信息处理结果和规定的程序与节奏发出相应的指令，控制整个系统有目的的运行。执行机构（运动组成要素）根据控制及信息处理部分发出的指令，完成规定的动作和功能。 机电一体化系统一般由机械本体、检测传感部分、电子控制单元、执行器和动力源5个组成部分构成。1.2.2 机电一体化系统的特点构成机电一体化系统的五大组成要素其内部及相互之间都必须遵循结构耦合、运动传递、信息控制与能量转换四大原则。接口耦合：两个需要进行信息交换和传递的环节之间，由于信息模式不同（数字量与模拟量，串行码与并行码，连续脉冲与序列脉冲等）无法直接传递和交换，必须通过接口耦合来实现。而两个信号强弱相差悬殊的环节之间，也必须通过接口耦合后，才能匹配。变换放大后的信号要在两个环节之间可靠、快速、准确的交换、传递，必须遵循一致的时序、信号格式和逻辑规范才行，因此接口耦合时就必须具有保证信息的逻辑控制功能，使信息按规定的模式进行交换与传递。 能量转换：两个需要进行传输和交换的环节之间，由于模式不同而无法直接进行能量的转换和交流，必须进行能量的转换，能量的转换包括执行器，驱动器和他们的不同类型能量的最优转换方法及原理。信息控制：在系统中，所谓智能组成要素的系统控制单元，在软、硬件的保证下，完成信息的采集、传输、储存、分析、运算、判断、决策，以达到信息控制的目的。对于智能化程度高的信息控制系统还包含了知识获得、推理机制以及自学习功能等知识驱动功能。运动传递：运动传递使构成机电一体化系统各组成要素之间，不同类型运动的变换与传输以及以运动控制为目的的优化。1.3 机电一体化现状及发展趋势机电一体化的发展大体可以分为三个阶段:(1)20世纪60年代以前为第一阶段,这一阶段称为初级阶段。在这一时期,人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间,战争刺激了机械产品与电子技术的结合,这些机电结合的军用技术,战后转为民用,对战后经济的恢复起到了积极的作用。那时,研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平,机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展,已经开发的产品也无法大量推广。(2)20世纪7080年代为第二阶段,可称为蓬勃发展阶段。这一时期,计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现,为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。这个时期的特点是:mechatronics一词首先在日本被普遍接受,大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认;机电一体化技术和产品得到了极大发展;各国均开始对机电一体化技术和产品给予很大的关注和支持。(3)20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入深入发展时期。一方面,光学、通信技术等进入机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支;另一方面,对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法,机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时,人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步,为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究,使机电一体化进一步建立了坚实的基础,并且逐渐形成完整的学科体系。我国是从20世纪80年代初才开始进行这方面的研究和应用。国务院成立了机电一体化领导小组,并将该技术列入“863计划”中。在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向和由此可能带来的影响。许多大专院校、研究机构及一些大中型企业对这一技术的发展及应用做了大量的工作,取得了一定成果。但与日本等先进国家相比,仍有相当差距。机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:1.智能化智能化是21世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能,是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速度的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。2.模块化模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成典型操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发出新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突,近期很难制定出国际或国内这方面的标准,但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然,从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业,还是对生产机电一体化产品的企业,模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。3.网络化20世纪90年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到、质量可靠,很快就会畅销全球。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已成大势,利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system,CIAS),能使人们呆在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。4.微型化微型化兴起于20世纪80年代末,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。国外称其为微电子机械系统(MEMS),泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展。微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势。微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。5.环保化工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然。绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。6.系统化系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。表现之二是通信功能的大大加强。一般除RS232外,还有RS485等智能化通信接口。未来的机电一体化更加注重产品与人的关系,机电一体化的人格化有两层含义:一层是如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性等等,显得越来越重要,特别是对家用机器人,其高层境界就是人机一体化;另一层是模仿生物机理,研制出各种机电一体化产品。事实上,许多机电一体化产品都是受动物的启发而研制出来的。综上所述,机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求和产物。当然,与机电一体化相关的技术还有很多,并且随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显,机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。-2 PCB板测绘与制图2.1 测绘要求 根据给定的单层印刷电路板绘制原理图，并使用Protel 99se软件重新生成双层布线的PCB。2.2 手绘原理图 保证电路性能指标的实现；满足结构工艺的要求；有利于设备的装备与维修（图见附录1）2.3 Protel绘制原理图生成PCB一般PCB基本设计流程如下：前期准备-PCB结构设计-PCB布局-布线-布线优化和丝印-网络和DRC检查和结构检查-制版。 一：前期准备。这包括准备元件库和原理图。在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。元件库可以用peotel 自带的库，但一般情况下很难找到合适的，最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。PCB的元件库要求较高，它直接影响板子的安装；SCH的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。二：PCB结构设计。这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB 设计环境下绘制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域（如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域）。三：PCB布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表（Design-Create Netlist），之后在PCB图上导入网络表（Design-Load Nets）。就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了。 需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时，应该在保证上面原则能够体现的前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致” 。这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，所以一点要花大力气去考虑。布局时，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充分考虑。四：布线。布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏。在PCB的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：首先是布通，这时PCB设计时的最基本的要求。如果线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。其次是电器性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，认真调整布线，使其能达到最佳的电器性能。接着是美观。假如你的布线布通了，也没有什么影响电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和维修带来极大的不便。布线要整齐划一，不能纵横交错毫无章法。这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现，否则就是舍本逐末了。五：布线优化和丝印。“没有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去设计，等你画完之后，再去看一看，还是会觉得很多地方可以修改的。一般设计的经验是：优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。感觉没什么地方需要修改之后，就可以铺铜了（Place-polygon Plane）。铺铜一般铺地线（注意模拟地和数字地的分离），多层板时还可能需要铺电源。对于丝印，要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时，设计时正视元件面，底层的字应做镜像处理，以免混淆层面。六：网络和DRC检查和结构检查。首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查（NETCHECK），并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证布线连接关系的正确性；网络检查正确通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。七：制版。在此之前，最好还要有一个审核的过程。PCB设计是一个考心思的工作，谁的心思密，经验高，设计出来的板子就好。所以设计时要极其细心，充分考虑各方面的因数（比如说便于维修和检查这一项很多人就不去考虑），精益求精，就一定能设计出一个好板子。2.4 PCB的绘制2.4.1 Protel中原理图的绘制PCB绘制是根据已有的一片PCB板子进行绘制。原理图的绘制可根据以下步骤进行：（1）打开Protel 99SE 软件（2）新建文件 点击New新建文件（3）选择路径并命名选择路径并命名（4）新建原理图文件新建原理图文件（5）添加元件库添加元件库（6）添加元件添加元件（7）通过添加元件和连接导线通过添加元件和连接导线2.4.2 网络表的生成 点击DesignCreate NetlistOK 这样就生成了网络表生成网络表 网络表2.4.3 PCB的设计(1) 通过向导生成PCB板子图2.11 通过向导生成 （2）向导设置完成后，点击DesignLoad NetsBrowse添加网络表图2.13导入网络表（3）如果没有错误就可以生成PCB，击Execute按钮。图2.14 导入后没有错误 点击Execute（4）把元件排列整齐，并且要保证交叉线尽量的少。图2.15 排列元器件（5）进行布线 图2.16开始布线 图2.17布线操作 图2.18 生成完成PCB绘制3 机床电路连接与调试我们要通过机床电路的实训进一步熟悉机床控制电路的基本环节，学会设计和安装简单的机床电气控制系统，3.1 三相异步电动机正反转控制线路三相异步电机可逆运转（正反转）控制电路图3.1.1 三相异步电动机的简介与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。3.1.2 三相异步电机的工作原理当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。3.1.3 三相异步电机正反转控制的工作过程1 控制线路通电:合上空气开关QS 2 电动机M正转:按下SB2SB2(5-7)常开开关闭合，同时SB2(13-15)常闭开关断开KM1线圈得电KM1主触点闭合，电动机M正转；同时KM1(5-7)常开触点闭合，自锁；同时KM1(15-17)常闭触点断开，电气互锁断开反转控制电路，保证KM2不得电3 电动机M反转:按下SB3SB(5-13)常开开关闭合，同时SB3(7-9)常闭开关断开KM2线圈得电KM2主触点闭合，电动机M反转；同时KM2(5-13)常开触点闭合，自锁；同时KM2(9-11)常闭触点断开，电气互锁断开正转控制电路，保证KM1不得电4 电动机M停转:按下SB1KM1和KM2线圈均不得电电动机M停止三相异步电机正反转控制接线图（实物接线）3.2 三相异步电机反接制动控制线路2三相异步电机反转制动主电路及控制 图3.23.2.1 时间继电器的简介时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的自动开关装置。它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型和其他型等3.2.2 时间继电器的工作过程在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器 ,它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。 时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。 空气阻尼型时间继电器的延时范围大(有0.460s和0.4180s两种) ，它结构简单,但准确度较低。 当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹, 上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。3.2.3 三相异步电机反接制动控制的工作过程如图3.2示，为反转制动控制电路，其工作过程如下：1 控制线路通电:合上空气开关QS 2 电动机M正转:按下SB2SB2常开开关闭合KM1线圈得电KM1主触点闭合，电动机M正转，同时KM1常闭触点断开，电器互锁断开反转控制电路，保证KM2不得电3 电动机M反转制动:按下SB1SB1常闭触点断开，常开触点闭合KM1线圈失电KM1常开触点断开，断开反转控制电路；闭触点闭合KM2线圈得电KM2主触电闭合，改变定子绕组中三相电源的相序，产生一个与电机正转惯性矩相反的制动转矩，使电机快速降速，同时KT线圈得电一段时间，KT的延时断开触点断开KM2线圈失电，KT线圈失电KM2主触点断开，KT延时触点闭合图3.2 三相异步电机反接制动控制接线图（实物接线）3.3 时间继电器自动切换星形-三角形降压启动控制的工作过程时间继电器自动切换星形-三角形降压起动控制电路图 图3.33.3.1 星形-三角形降压起动的简介Y降压起动也称为星形三角形降压起动，简称星三角降压起动。这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程。所不同的是，在起动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V），减小了起动电流对电网的影响。而在其起动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压（380V），电动机进入正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。3.3.2 星形-三角形的注意事项1、电机的额定电压为380V的才能星形三角形； 2、最好在主回路中用空开，因为星形与三角形运行时可能方向不一致。3.3.3 时间继电器自动切换星形-三角形降压起动控制的工作过程如图3.3，三角形-星形降压起动控制线路，其工作过程如下：1 控制线路通电:合上空气开关QS2 电动机M启动：按下SB2KM线圈得电，并通过KM常开辅助触点自锁，同时，KM3线圈得电、KT线圈得电KM的主触电闭合，KM3的主触电闭合，KM3常闭触点断开,电气互锁定子绕组连接成Y一段时间，KT常开延时闭合触点闭合、常闭延时断开触点断开KM3线圈失电KM3主触点断开、常闭触点复位KM2线圈得电KM2主触点闭合、常开辅助触点闭合，自锁；KM2常闭触点断开，电气互锁定子绕组自动接成三角形；KT线圈失电KT常开延时闭合触点断开、常闭延时断开触点闭合图3.3 星形-三角形降压起动控制接线图（实物接线）4 液压、气动回路连接与调试4.1FluidSIM液压仿真软件的使用FluidSIM由德国Festo公司和Paderborn大学联合开发，专门用于液压、气压传动及电液压、电气动的教学培训软件，FluidSIM分为FluidSIM-H和FluidSIM-P两个软件，其中FluidSIM-H用于液压传动技术的模拟仿真与排障，而FluidSIM-P用于气压传动。FluidSIM软件既可以与Festo Didactic GmbH&Co设备一起使用，也可以单独使用。FluidSIM仿真软件的特点(1)专业的绘图功能FluidSIM软件的CAI功能是和回路的仿真功能紧密联系在一起，这是一般通用的计算机辅助绘图软件如AutoCAD等不具备的，该类通用软件绘制专业图形时往往效率不高。它的图库中有100多种标准液压、电气、启动元件。在绘图室可把图库中的元件直接拖到制图区生成该元件的原理图，各种元件接口间回路的链接，只需在两个连接点之间按住鼠标左键移动，即可生成所需的回路。该软件的另一个有点是它的查错功能，例如在绘图过程中，FluidSIM软件将检查各元件之间的连接是否可行，较大地提高了绘制原理图的工作效率。(2)系统的仿真功能FluidSIM软件可以对绘制好的回路进行仿真，通过强大的仿真功能可以实现显示和控制回路的动作，因此可以及时发现涉及中存在的错误，帮助我们涉及出结构简单、工作可靠、效率较高的最优回路。在仿真中我们还可以观察到各元件的物理量值，如液压缸的运动速度、输出力、节流阀的开度等，这样能够预先了解回路的动态特性，从而正确的估计回路实际运行时的工作状态。另外该软件在方针是还可显示回路中关键元件的状态量如液压缸活塞杆的位置、换向阀的位置、压力表的压力、流量计的流量。这些参数对设计液压电气控制系统是非常重要的，从而充分发挥了时间在设计中的导向作用。(3)综合演示功能FluidSIM软件包含了丰富的教学资料，提供了各种液压电气元件的符号、实物图片、工作原理剖视图和详细的功能描述。一些重要元器件的剖视图可以进行动画播放，逼真地模拟这些原件工作过程及原理。该软件还具有多个教学影片，讲授了重要液压电气回路和液压电气元件的使用方法及应用场合，有利与我们对液压电气技术的理解和掌握9。4.2 液压回路仿真、连接与调试4.2.1 基本换向回路的连接与调试原理图接线图调试图4.2.2 二级减压回路的连接与调试原理图接线图调试图4.2.3 两种速度换接回路的连接与调试原理图接线图速度换接回路实物图4.2.4 顺序动作回路的连接与调试原理图接线图调试图4.3 气动回路仿真、连接与调试4.3.1 基本换向回路的连接与调试用二位五通双气控换向阀1V3控制气缸1A1运动，手动换向阀1S1和1S2控制1V3阀换位，气缸运动速度可用单向节流阀1V1和1V2调节。基本换向原理图基本换向实物图4.3.2 用行程阀的双作用气缸的自动往复气动回路的连接与调试原理图调试图4.3.3 气动钻床回路的设计、连接与调试气动钻床的简图气动钻床的工作过程信号动作图 气动钻床是一种采用气动钻削头完成（主轴旋转）、再由气动滑台提供进给运动的钻床。本文介绍的气动钻床气压传动系统，是用气压传动实现进给运动和送料、夹紧等辅助运动。这个系统有三个气缸，分别为：送料缸A、夹紧缸B和钻削缸C。其动作如图所示。信号动作图（X/D图）逻辑原理图根据图2中执行信号的逻辑表达式绘出逻辑原理图，如图3所示调试图实物图4.3.4气动机械手回路的设计、连接与调试气动机械手一个动作循环过程：上升左行下降夹紧上升右行 下降松开气动机械手组成：水平缸、夹紧缸、垂直缸调试图5 自动线MPS5.1 MPS功能我们本次实训的自动线MPS是企业里的自动线的缩小版。让我们模拟下企业里的流程，让我们熟悉企业中的自动线是怎么实现的。5.2 MPS系统技术构成与控制方式1、机械本体系统：它是自动化设备及生产线的机械主体结构和各功能系统的支撑部件。它是在原有机械产品中增加电子装置，或用电子装置取代原有机械部件构成的。2、检测传感系统：获取信息，对信号进行放大、变换、显示和记录等。将获取的信息或状态参数反馈输送至信号处理及控制系统。3、信号处理和控制系统：自动控制系统将检测系统送来的信号进行综合处理或运算，并与预先输入的系统优化指标进行比较，经过分析和判断后，发出执行命令，驱动执行机构动作。使用的工业控制器：可编程序控制器4、执行系统：执行各种指令，完成预期的动作，由传动机构和执行元件组成。本系统执行部分有：普通直流电动机、直流伺服电机、步进电机、电磁阀、接触器、指示灯等。5、动力源系统：向机电产品的各功能系统供应能量，以驱动它们进行各种运动及操作。本系统的动力源为电力源和气压源。5.3 系统结构及各站功能安 装 站搬 运 站加 工 站安装搬运站分 类 站上料检测站154236各站功能第一站上料检测站回传上料台将工件依次送到检测工位提升装置将工件提升并检测工件颜色第二站搬运站将工件从上站搬至下一站第三站加工站用回转工作台将工件在四个工位间转换，钻孔单元打孔，检测打孔深度 第四站安装站选择要安装工件的料仓将工件从料仓中推出将工件安装到位 第五站安装搬运站将上站工件拿起放入安装工位将装好工件拿起放下站 第六站分类站按工件类型分类，将工件推入库房5.4 上料检测站的程序设计与运行调试5.4.1 设备组成n 机械部分（1）井式储存料仓：存储待原料元件。 （2） 自动推料单元：采用直线气缸完成推料动作，将工件由料仓送到传送带。（3） DC24V齿轮减速直流电机驱动的传送带传送单元：通过输送带将工件传送到传送带待搬运位置。（4）原料检测单元：包含拦截定位装置与检测系统，完成工件检测与颜色辨别的光电传感器。（5）出料定位单元：由传感器完成工件定位检测 。（6）报警蜂鸣装置：区分不同颜色工件。n 控制部件（1）可编程序控制器CPU FX2N-48MR：PLC程序的控制与功能实现。（2）FX2N-485BD模块及通讯电缆：完成整个MPS系统联机工作。（3）带短路保护的DC 24V开关电源：提供工作电源与保护。（4）按钮控制面板如图n 气动元件 气源：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。气源可以提供气动系统所需的压缩空气，其中减压阀用于调节工作压力。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3为三联件外形图，图4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。二位五通换向阀；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。可电控或手动控制，以实现换向。本站的一个两位五通双电控电磁阀，用于驱动推出气缸控制；一个两位五通单电控电磁阀，用于驱动挡缸控制。可调单向节流阀:可调单向节流阀由单向阀和可调节流阀组成，单向阀在一个方向上可以阻止压缩空气流动，此时，压缩空气经可调节流阀流出，调节螺钉可以调节节流面积。n 检测元件 行程开关：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 常用传感器：电感接近开关、电容接近开关、舌簧管开关、光电开关等电感接近开关：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。 电容接近开关：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。 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 。光电开关：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 。有反射、对射两大类。反射型光电开关:反射镜反射型光电开关采用较为方便的单侧安装方式，但需要调整反射镜的角度以取得最佳的反射效果。反射镜通常使用三角棱镜，它对安装角度的变化不太敏感，有的还采用偏光镜，它能将光源发出的光转变成偏振光（波动方向严格一致的光）反射回去，提高抗干扰能力。 5.4.2 I/O配置n I/O元件的确定 确认上料检测站控制器件 ：PLC的输入信号确认上料检测站被控器件 ：PLC的输出信号n PLC的选型 原则：根据该系统输入信号输出信号的性质、点数及驱动的输出元件工作 电压，考虑预留一定的冗余等，选用合适的PLC以能满足系统要求。n I/O元件地址分配 输入作用输出作用X0检测有无工件SQ0Y0电机KMX1颜色判定SQ1Y1蜂鸣器HAX2传送带末端有无工件SQ2Y2报警灯HL1X3气缸1缩回到位SQ3Y3气缸1伸出YA1X4气缸1伸出到位SQ4Y4气缸2伸出YA2X5气缸2缩回到位SQ5Y5气缸2缩回YA3X6气缸2伸出到位SQ6Y10 开始灯HL10X10开始SB1Y11复位灯HL11X11复位SB2X12特殊功能按钮SB3X13自动/手动SA4X14单站/联网SA5X15停止SB6X16上电SB7n I/O端口接线图 5.4.3 程序设计5.4.3.1 动作流程分析根据任务一可知，该系统动作为一顺序控制，对于顺序控制流程，编程方法很多。常用方法为采用步进梯形指令编程，或采用起、保、停法编程、或采用移位指令编程。 顺序控制流程：根据工艺流程图，将这个复杂的控制过程分解为若干个工序（工步），弄清各个工序的工作细节（工序成立的条件、工序转移的条件和转移的方向），每个工序定义一个状态器或辅助继电器，将各个工作状态，按控制顺序要求联系起来，就形成了工作流程图。5.4.3.2 程序的设计与编写梯形图 指令表5.5 程序的调试1PLC与计算机的通讯连接与设置将PC机与PLC按正确方式连接，并设置通讯端口与通讯参数；2程序的编辑、上传、下载（1）将PLC的工作状态开关放在“PROG”处。（2）启动FXGPWIN软件，用鼠标单击工具栏上的“新建”按钮，选择 所使用的PLC类型（FX2N），再单击“确认”按钮。（3）完成程序的输入与编辑；（4）程序的上传或下载3调试过程气动回路操作遵守气动安全操作规范情况下，打开气源后，手动强制驱动电磁阀，即依次按下各换向阀的手动按钮，确认各气缸动作符合要求，若不符合，作相应的调整。电气操作遵守电气安全操作规范情况下，检查到位信号的状态是否正常，PLC能否正常采集；若不正常，调整元器件位置或做其它检查。 整体调试（1）将PLC的工作状态开关放在“RUN”处，程序切换至监控状态；（2）解除急停按钮，按下上电按钮，上电按钮指示灯亮，复位灯闪烁，按下复位按钮，系统复位 ，按任务一的流程操作相应按钮，观察系统能否按要求正常动作，若出现问题，检查程序监控状态及工作站的元件运行状态是否吻合，根据实际情况分析、判断问题的原因，并作相应的调整。5.6 搬运站的程序设计与运行调试5.6.1 设备组成n 机械部分（1）小型气动机械手：抓取工件。 （2）气动直线伸缩机构：采用直线气缸完成水平方向和垂直方向机械手伸缩定位。（3）直流伺服定位单元：通过直流伺服减速机构实现Z轴转动定位。n 检测部分（1）Z轴转动定位开关：电感式接近开关，确定Z轴转动位置。（2）活塞杆伸缩位置检测开关：活塞杆伸缩位置检测。（3） Z轴转动方向限位开关：Z轴转动限位。n 控制部件（1）可编程序控制器CPU FX2N-48MT：PLC程序的控制与功能实现。（2）FX2N-485BD模块及通讯电缆：完成整个MPS系统联机工作。（3）带短路保护的DC 24V开