雙軸位置控制系統(tǒng)的設(shè)計

雙軸位置控制系統(tǒng)的設(shè)計1、設(shè)計任務(wù)與目的1.1了解系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，控制要求；1.2掌握氣動控制技術(shù)的要求；1.3熟練掌握step7micro/win中PTO指令。2、 設(shè)計要求2.1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求畫出電氣原理圖通過讀電氣控制原理圖，了解電氣控制過程，明白電氣回路的工作原理，經(jīng)過實(shí)際操作，提高電氣故障分析與檢修能力。（1）控制回路原理圖 控制回路原理圖 主回路原理圖2.2 查找所使用的電器元件型號、功能和使用方法本實(shí)驗(yàn)設(shè)備由機(jī)械運(yùn)動、電氣控制回路、氣動控制回路與鋁型材板四部分組成，將機(jī)械、電氣及氣動有機(jī)組合在一起，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)位控制的系統(tǒng)。2.2.1機(jī)械運(yùn)動部分主要由X軸、Y軸的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)及Z軸的升降（氣缸）與工件抓取機(jī)構(gòu)所組成。 1）滾珠絲杠機(jī)構(gòu) 滾珠絲杠副滾珠絲杠副電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要由前后支撐塊、電機(jī)及支架、聯(lián)軸器、導(dǎo)柱、滑座、滾珠絲杠副等器件構(gòu)成。如圖1、圖2所示。圖1滾珠絲杠副后俯視圖圖2滾珠絲杠副后正視與局部剖視圖滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)的運(yùn)動原理是電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)轉(zhuǎn)動軸與滾珠絲杠通過彈性聯(lián)軸器連接，因此，滾珠絲杠與電機(jī)同步轉(zhuǎn)動，而滾珠絲杠副的位置是固定的，裝在滾珠絲杠副上的螺母塊與滑塊也是固定在一起的，那么隨著滾珠絲杠副的轉(zhuǎn)動，螺母塊拖著滑塊沿著兩根導(dǎo)柱做直線運(yùn)動，并隨著電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，滑塊做左右直線運(yùn)動。（絲桿的螺距為5mm）另外滾珠絲杠副機(jī)構(gòu)的極限位置皆設(shè)置了限位開關(guān)，可以有效保護(hù)由于故障等原因，使?jié)L珠絲杠副機(jī)構(gòu)的運(yùn)動裝置超程而造成的機(jī)械或電氣設(shè)備的損壞，造成不必要的損失。Z軸通過工廠自動化常用的氣動雙作用氣缸和氣動真空吸盤來控制取放工件。Z軸方向的運(yùn)動通過一個雙作用氣缸來實(shí)現(xiàn)。真空吸盤安裝在雙作用氣缸的前端，通過電磁閥來控制氣路通斷，從來控制Z軸的升降和真空吸盤來吸取釋放工件。2.2.2電氣部分雙軸位置控制設(shè)備的電氣部分主要由小型斷路器、開關(guān)電源、繼電器、直流電機(jī)、控制盒及接線端子等器件所組成。1）空氣開關(guān)外接電源接入設(shè)備由總電源開關(guān)控制總電源的通斷。2）開關(guān)電源由總電源開關(guān)另外一路接入交流220V電源供給開關(guān)電源。空氣開關(guān) 開關(guān)電源 3）控制箱控制立體庫運(yùn)動的操作控制盒START開始（啟動）MANUAL自動/手動切換Z-AXIS-Z軸升降STOP停止FUNCION功能鍵HAND吸盤吸取/放開RESET復(fù)位EMERGENCY STOP緊急停止POWER電源指示燈2.2.3氣動回路雙軸位置控制設(shè)備的氣動部分主要由過濾減壓閥、真空發(fā)生器、電磁閥組、標(biāo)準(zhǔn)氣缸、真空吸盤、節(jié)流閥及氣管等所組成。 1）過濾減壓閥氣壓傳動，往往使用空氣壓縮機(jī)將空氣壓縮后存儲至專用的存儲單元，我通常稱之為氣源?？諝庵须y免會有油污、水蒸氣等等一些雜質(zhì)在空氣壓縮的過程被吸入壓縮機(jī)當(dāng)中混合在氣源中。為了設(shè)備更好的發(fā)揮性能，我們在氣源接入設(shè)備之前安裝了空氣過濾器，保證較清潔的空氣接入設(shè)備當(dāng)中。如圖2-12所示 空氣過濾器。2）電磁閥由中間繼電器的常開點(diǎn)單獨(dú)控制電磁閥的通斷，使Z軸氣缸升降、吸盤吸取或釋放工件。3）真空發(fā)生器壓縮空氣進(jìn)氣管真空管真空發(fā)生器：真空發(fā)生器產(chǎn)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(nèi)形成高速氣流，大家知道，氣體的流動速度越高，當(dāng)?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(qiáng)的抽吸能力。真空發(fā)生器就是利用這種原理制成的。 正因?yàn)槿绱?，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(hù)，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(biāo)準(zhǔn)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。圖2-14所示。消聲器2.2.4畫出氣動原理圖 通過讀氣動原理圖，了解氣動回路各個器件的功能和作用，清楚氣動回路的基本組成，掌握雙軸位置控制系統(tǒng)氣動回路的工作原理，如圖所示： 2.3控制要求2.3.1 手動操作控制吸盤完成吸取和釋放動作，以達(dá)到平面抓取。提升、搬運(yùn)、下降、釋放工作目的。2.3.2 自動操作在格盤上將棋子放在如圖位置。3、硬件設(shè)計部分3.1結(jié)合電氣部分的組裝實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和隨機(jī)配套的電氣原理圖完成通電調(diào)試實(shí)驗(yàn)1）按照電氣原理圖和電氣部分組裝實(shí)驗(yàn)的說明檢查設(shè)備的接線是否正確。2）將開關(guān)電源上的電壓選擇開關(guān)撥至230V AC檔。3）拔下電磁閥線圈電源的插頭。4）接入電源。5）用萬用表測量電源電壓是否符合設(shè)備要求（通常AV 220V左右）。6）閉合總開關(guān)。7）再用萬用表測量開關(guān)電源輸出的電壓是否符合設(shè)備要求（通常DC 24V）。8）再測量電磁閥線圈電源電壓是否符合設(shè)備要求（通常DC 24V）。9）確定以上接線及電源電壓符合設(shè)備要求后。切斷電源。10）將之前拔出的電磁閥線圈電源線插回原處。11）重新通電。12）通電調(diào)試完成，依據(jù)設(shè)備功能要求可以調(diào)試其他動作。4、軟件設(shè)計部分5、調(diào)試過程與結(jié)果打開空氣開關(guān)接通整個試驗(yàn)臺電源，打開STEP 7-MicroWIN軟件，設(shè)置通信并連接S7-200，連接成功后使用STEP 7-MicroWIN軟件編譯程序無誤后下載到PLC中。經(jīng)查閱資料得知步進(jìn)電機(jī)57BYG096的脈沖步進(jìn)角為1.8，所以要使電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要200脈沖，除此之外脈沖發(fā)生器的撥碼開關(guān)選擇細(xì)分率為16，則需要200*16=3200個脈沖可以使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈。絲桿螺距為5mm，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈實(shí)驗(yàn)裝置產(chǎn)生5mm位移，通過STEP 7-MicroWIN軟件中的PTO指令，進(jìn)行設(shè)置并選擇單速連續(xù)旋轉(zhuǎn)包絡(luò)進(jìn)行控制，同時設(shè)置好每秒給的脈沖數(shù)可以控制速度，通過ADV子程序分別控制電機(jī)X軸Y軸停止時間則可以控