Automation studio實(shí)例分析

1、三、Automation Studio實(shí)例分析任何軟件都需要反復(fù)的使用才能熟練的掌握其使用的方法。上一章簡(jiǎn)單的介紹了Automation Studio軟件的基本操作，這一章就是通過(guò)實(shí)例分析的方法加深理解，熟記操作方法，掌握軟件應(yīng)用的核心，為以后創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。3.1 實(shí)例一：搭建一個(gè)回路，并設(shè)置變量。雙擊Automation Studio軟件圖標(biāo)，打開(kāi)軟件。界面如圖3.1所示。首先先找到位于工具欄右下角的視圖工具欄，調(diào)節(jié)百分比大小為100%，使工作空間布滿整個(gè)視圖。圖3.1 Automation Studio操作界面在工作空間中空白處右擊，選取Document Properties選項(xiàng)，

2、出現(xiàn)圖3.2所示菜單，可以對(duì)設(shè)計(jì)工作空間做出大小調(diào)整。具體大小的選取還是以設(shè)計(jì)尺寸為準(zhǔn)。從上到下依次是標(biāo)準(zhǔn)A5到標(biāo)準(zhǔn)A0圖紙。再往下是英制的圖紙，做某些英制標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)可以選用?，F(xiàn)在我們選取“ISO A3,297X420MM”選項(xiàng)。圖3.2 在Document properties中調(diào)整工作空間的尺寸大小工作空間設(shè)置完畢之后，我們就可以在其中進(jìn)行模擬建模的步驟了。在項(xiàng)目工具欄中找到圖標(biāo)，點(diǎn)擊之后將會(huì)出現(xiàn)庫(kù)資源管理器，如圖3.3。我們選用 圖3.3庫(kù)資源管理器 圖3.4 拖動(dòng)定量泵到工作空間液壓系統(tǒng)回路作為一個(gè)基本案例。點(diǎn)擊Hydraulic>Pumps and Power Units>

3、;Unidirectional Fixed Displacement庫(kù)，在庫(kù)中選取Fixed Displacement Pump，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)到工作空間之中松開(kāi)（圖3.4）。在工作空間中，所選元件還可以隨意拖動(dòng)（圖3.4藍(lán)虛線框中為所選元器件）。接著在Hydraulic>Reservoirs庫(kù)中拖選Hydrostatic Reservoir到工作空間（圖3.5）。 圖3.5 拖選油箱第三步，進(jìn)入Hydraulic>Pressure Valves>Pressure Relief Valves庫(kù)，拖選Relief Valve（溢流閥）進(jìn)入工作空間（圖3.6）。 圖3.6 拖選

4、溢流閥第四步，進(jìn)入Hydraulic>Directional Valves>Simplified Modeling>4/3-Way Valves庫(kù)，拖選4/3-Way NC Valve(4位3通機(jī)械換向閥)進(jìn)入工作空間（圖3.7）。圖3.7 拖選換向閥第五步，進(jìn)入Hydraulic>Actuators>Double-Acting Cylinders庫(kù)，拖選Double-acting Cylinder進(jìn)入工作空間（圖3.8）。圖3.8 拖選雙作用液壓缸第六步，進(jìn)入Hydraulic>Measuring Instruments>Others 庫(kù)，拖選Flo

5、wmeter表進(jìn)入工作空間（圖3.9）。 圖3.9 拖選流量計(jì)第七步，進(jìn)入Hydraulic>Measuring Instruments>Others 庫(kù)，拖選Pressure Gauge進(jìn)入工作空間（圖3.10） 圖3.10 拖選壓力表第八步，進(jìn)入Hydraulic>Fluid Conditioning>Filters庫(kù)，拖選Filter進(jìn)入工作空間（圖3.11）。圖3.11 拖選過(guò)濾器第九步，在Hydraulic>Flow Valves>Restrictors>Curve Modeling Restrictors庫(kù)中拖選Variable Throt

6、tle Valve到工作空間（圖3.12）圖3.12 拖選可變節(jié)流閥現(xiàn)在工作空間中已經(jīng)有了基本回路的所有元器件。在工作空間中，我們按照方便管路連接的方式安置它們的位置。在Automation Studio軟件的菜單欄里點(diǎn)擊View（視圖），在下拉菜單中的Gird選項(xiàng)前打勾，這時(shí)工作空間中將會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)格。網(wǎng)格可以幫助我們定位每個(gè)元器件的位置，是一個(gè)實(shí)用的操作方法。接下來(lái)，左鍵點(diǎn)擊散布在工作空間中的元器件的紅色觸頭，可以拉伸出管路，當(dāng)兩個(gè)連接觸頭正確連接在一起時(shí)，觸頭顏色會(huì)變暗。本液壓系統(tǒng)的總體布局圖如圖3.13所示。在連接管路的時(shí)候，回油管路我們用虛線表示。操作過(guò)程為點(diǎn)選回油路，鼠標(biāo)右擊，在菜單欄

7、中的Drain line前打勾。圖3.13 液壓系統(tǒng)總體布局圖 接下來(lái)我們將要對(duì)每個(gè)元器件的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到我們?cè)O(shè)計(jì)的目的要求。我們先進(jìn)行溢流閥的參數(shù)設(shè)置。雙擊溢流閥的圖標(biāo)，出現(xiàn)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框（圖3.14）。在本例中我們?cè)O(shè)置溢流閥的調(diào)定壓力為1350Psi。在參數(shù)設(shè)置的對(duì)話框里單位也可以進(jìn)行設(shè)置，可以選擇的單位有Pa（帕斯卡）、bar（巴）、psi（磅每平方英寸）、atm（工程大氣壓）、MPa（兆帕）、KPa（千帕）、GPa（G帕）、kgf/cm2（公斤力平方厘米）。每個(gè)單位的具體含義與換算關(guān)系，可以參考液壓與氣壓傳動(dòng)這本書(shū)。圖3.14 設(shè)置溢流閥調(diào)定壓力設(shè)置完調(diào)定壓力，我們點(diǎn)擊左下方對(duì)話

8、框里的選項(xiàng)Displayed Information。在新彈出的設(shè)置對(duì)話框里找到Cracking Pressure 選項(xiàng)，在其前面的小方框里打勾（圖3.15）。完畢之后點(diǎn)擊Apply，再點(diǎn)擊Close。溢流閥的參數(shù)設(shè)置完畢。之后對(duì)液壓缸參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。雙擊液壓缸圖標(biāo)，在左側(cè)的明細(xì)欄中選取Technical Data，在右側(cè)的Basic Data中修改參數(shù)，這里的Basic Data中包含的參數(shù)有Piston Diameter（柱塞直徑）、Rod Diameter（柱塞桿直徑）、Stroke（沖程）、Extension（伸長(zhǎng)率）、Inclination（傾斜角度）、External Load（外部

9、載荷）、Push External Force（外推力）、Pull External Force（拉外力）。在此例中我們僅僅設(shè)置沖程為15 in。并且點(diǎn)擊More按鈕，在高級(jí)設(shè)置中清空Dynamic Piston Friction 圖3.15 溢流閥的設(shè)置的數(shù)值。因?yàn)檫@是簡(jiǎn)單的模擬，所以我們暫時(shí)不考慮活塞動(dòng)作時(shí)摩擦力變化情況的影響（圖3.16）。圖3.16 液壓缸參數(shù)設(shè)置上一步驟的基本設(shè)置完成之后，點(diǎn)擊Apply，使設(shè)置生效。接著在左側(cè)明細(xì)欄中找到Builder，在Builder界面下可以設(shè)置液壓缸的外形尺寸、活塞類(lèi)型等等，建立實(shí)際中的液壓缸模型。在相同的基本設(shè)置情況下，不同的活塞形狀、緩沖設(shè)

10、計(jì)都會(huì)對(duì)液壓缸的性能產(chǎn)生不一樣的影響。在本例中，我們的設(shè)置情況如圖3.17。圖3.17 液壓缸建模設(shè)置完參數(shù)之后點(diǎn)擊Apply與Close關(guān)閉對(duì)話框。因?yàn)橐簤焊淄庑纬叽绲淖兓?，原先連接好的管路可能需要重新排列。讀者可自行進(jìn)行一系列調(diào)整。為了方便讀數(shù)的顯示，流速表、壓力表、溢流閥的調(diào)定壓力顯示值的字體小大與顏色都可以改變。選中這些讀數(shù)，雙擊就可以打開(kāi)了。本例中，設(shè)置字體大小都是四號(hào)，流速表選用橘黃色，壓力表選用藍(lán)色，溢流閥調(diào)定壓力選用紅色。接下來(lái)設(shè)置液壓泵的工作參數(shù)。雙擊液壓泵打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在Basic Data中設(shè)置Displacement值為8 in3/rev。注意在這里單位也是可以改

11、變的，不同的單位對(duì)應(yīng)的排量值是需要經(jīng)過(guò)換算的。在做別的設(shè)計(jì)的時(shí)候要仔細(xì)考慮一開(kāi)始設(shè)計(jì)所選用的單位，以免因?yàn)閱挝辉斐山Y(jié)果的變化。基本參數(shù)修改完之后點(diǎn)擊Apply，在左側(cè)明細(xì)欄中選擇Displayed Information，檢查Rated Flow前是否有打勾，如果沒(méi)有就打上。然后點(diǎn)擊應(yīng)用關(guān)閉。這樣我們液壓泵的設(shè)置就完成了。再接著按住Shift鍵，雙選兩個(gè)可變節(jié)流閥，雙擊打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，在Technical Data中改變Opening的值，本例中兩個(gè)節(jié)流閥的開(kāi)口大小都是100%。設(shè)置完成。到現(xiàn)在，所有的設(shè)置都已經(jīng)完成（圖3.18），準(zhǔn)備開(kāi)始模擬仿真。圖3.18 所有元器件參數(shù)設(shè)置完成首先A

12、utomation Studio是一個(gè)仿真軟件，作為一個(gè)系統(tǒng)的仿真，首要就是確認(rèn)仿真的目的。雖然之前的模型搭建環(huán)節(jié)中似乎沒(méi)有考慮這個(gè)問(wèn)題的必要，但是一旦模型搭建完畢，就要好好考慮是什么目的驅(qū)使一個(gè)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行仿真，仿真完畢之后是希望得到怎么樣的一個(gè)結(jié)果？其實(shí)這個(gè)問(wèn)題才是開(kāi)始一個(gè)項(xiàng)目的核心問(wèn)題，貫穿著整個(gè)建模到仿真到數(shù)據(jù)分析的始終。正因?yàn)檫@個(gè)核心的問(wèn)題，各種各樣的建模結(jié)果才變得可能，各種各樣的數(shù)據(jù)才有意義。本例，我們希望得到液壓缸在系統(tǒng)工作的時(shí)候液壓桿伸縮的曲線，以及液壓桿伸縮時(shí)速度變化的情況。在仿真階段，我們需要使用到模擬工具欄。首先，在模擬工具欄中點(diǎn)擊會(huì)出現(xiàn)繪圖儀界面（圖3.19），然后點(diǎn)擊

13、液壓缸將其拖入繪圖儀之中，這時(shí)會(huì)彈出對(duì)話框（圖3.20），在Linear Speed與Linear Position前打勾，點(diǎn)擊0K。下一步打開(kāi)Properties，將其中Linear Position參數(shù)的Scale Max改為16圖（3.21）。設(shè)置完畢之后，在模擬工具欄中點(diǎn)擊，開(kāi)始仿真。圖3.19 繪圖儀 圖3.20 對(duì)話框圖3.21 Y軸參數(shù)選擇開(kāi)始仿真之后，繪圖儀上開(kāi)始出現(xiàn)速度與位移曲線，鼠標(biāo)點(diǎn)擊換向閥撥桿可以調(diào)節(jié)換向閥的工作位。仿真結(jié)果如圖3.22所示。仿真過(guò)程如圖3.23所示。仿真結(jié)束之后點(diǎn)擊停止仿真過(guò)程。繪圖儀中的曲線可以作為結(jié)果輸出。之后，我們將可變節(jié)流閥換成流量可調(diào)的止回節(jié)

14、流閥。在Hydraulic>Flow Valves>Restrictors>With Check Valve庫(kù)中可以找到Variable Non-return Throttle Valve。將它拖選到工作空間里圖（3.24），替換原來(lái)可變節(jié)流閥所在的位置。這兩個(gè)止回節(jié)流閥的放置方法也有一定的講究，對(duì)于位于左邊的這個(gè)止回節(jié)流閥，圖3.22 速度位移曲線圖圖3.23 仿真過(guò)程中圖3.24 拖選流量可調(diào)的止回節(jié)流閥點(diǎn)擊右鍵，在彈出的列表中找到Transformation，在下一級(jí)的菜單里面依次點(diǎn)擊Vertical Flip 與 Horizontal Flip，意為垂直翻轉(zhuǎn)與水平翻轉(zhuǎn)

15、。之后雙選兩個(gè)止回節(jié)流閥，雙擊打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話框進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，將Diameter設(shè)置為0.5mm。接著從Hydraulic>Measuring Instruments>Others中拖選Pressure Indicator（壓力指示器）到工作空間，單位設(shè)置為Psi。如圖3.25。開(kāi)始仿真。圖3.25 使用止回節(jié)流閥的回路本例詳盡的闡述了Automation Studio軟件的操作方法以及該軟件的仿真方式。剩下的就是讀者對(duì)不同的元器件庫(kù)的探索，了解不同的庫(kù)對(duì)自身設(shè)計(jì)產(chǎn)品的幫助。在機(jī)電液一體化設(shè)計(jì)中，熟練而高效的使用各種庫(kù)才能做出簡(jiǎn)潔高效的產(chǎn)品。在Automation Studio軟件

16、課程中，我們出生于機(jī)械專(zhuān)業(yè)的讀者不熟悉的是軟件的操作方法，軟件的建模方式以及軟件的仿真手段。但是需要牢記的是，任何軟件其來(lái)源與基礎(chǔ)即是實(shí)際生產(chǎn)上的需要，是對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活的虛擬。所以建議讀者在使用軟件的時(shí)候要勤查字典，對(duì)于元器件庫(kù)中看不懂的英文要轉(zhuǎn)換成中文來(lái)理解，會(huì)發(fā)現(xiàn)它其實(shí)就是我們業(yè)已掌握的元器件。所以，各位學(xué)習(xí)機(jī)電的同學(xué)還是要扎實(shí)的回歸到原有液壓與氣壓傳動(dòng)、機(jī)床傳動(dòng)等專(zhuān)業(yè)課程之中，將專(zhuān)業(yè)課的課程與Automation Studio軟件課程相互比對(duì)，交叉學(xué)習(xí)。這樣才能事半功倍的學(xué)好這門(mén)課。接下來(lái)，再分析幾個(gè)典型的實(shí)例，幫助同學(xué)更好的理解軟件的操作與軟件仿真的意義。3.2 實(shí)例二：電控回路的搭建。

17、本例所設(shè)計(jì)的電控回路，主回路還是使用上例搭建好的液壓回路。為了實(shí)現(xiàn)電氣控制，原有的機(jī)械換向閥要替換成電磁換向閥。雙擊打開(kāi)三位四通機(jī)械換向閥參數(shù)設(shè)置界面（圖3.26），首先點(diǎn)擊圖3.27中圖3.26 4/3換向閥元件參數(shù)界面紅框標(biāo)注的機(jī)械手柄，再用界面右上角的Delete鍵將其刪除。接下來(lái)雙擊圖3.28中用紅框標(biāo)注出來(lái)的問(wèn)號(hào)，會(huì)彈出一個(gè)元件庫(kù)，其中可以根據(jù)不同的控制方式選圖3.27 刪除機(jī)械手柄取控制手柄。因?yàn)楸纠鞘褂秒姎饪刂频?，所以要選用電磁換向閥，其圖標(biāo)如圖3.29中紅框標(biāo)示。選取之后，因?yàn)樵撐恢锰可?，需要調(diào)整到與換向閥的下邊齊圖3.28 修改控制手柄平。這時(shí)可以點(diǎn)擊參數(shù)修改界面的圖標(biāo)，

18、實(shí)現(xiàn)選取的零部件的上下左右移動(dòng)。圖3.29 各種可供選用的部件這時(shí)，問(wèn)號(hào)原來(lái)所處位置會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的問(wèn)號(hào)圖標(biāo)，同樣雙擊打開(kāi)它，在部件庫(kù)中找到Spring Return，即是彈簧。如圖3.30中紅框所標(biāo)示。圖3.30 選取回復(fù)彈簧了解電磁換向閥的同學(xué)知道它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，剩下的就是按上述操作過(guò)程，將換向閥的另一側(cè)也設(shè)置成上述的情形。最后的樣子如圖3.31所示。圖3.31 電磁換向閥設(shè)置完成接下來(lái)我們將要拖選一系列元器件到工作空間，用以搭建控制回路。進(jìn)入Hydraulic>Sensors>Others庫(kù)中拖選兩個(gè)Mechanical Position Sensor到工作空間，會(huì)彈出圖3.32

19、所示對(duì)話框，在Tagname一欄中輸入該行程開(kāi)關(guān)的名字，本例中第一個(gè)行程開(kāi)關(guān)使用WAYOUT的標(biāo)簽名，第二個(gè)行程開(kāi)關(guān)使用WAYBACK的標(biāo)簽名。在工作空間中的安放位置如圖3.34所示。圖3.32 修改變量對(duì)話框另注，剛拖選到工作空間里的機(jī)械位置傳感器需要調(diào)整，留給讀者自己完成。接著進(jìn)入Electrical Control (JIC Standard)>Power Sources庫(kù)中，拖選Power Supply 24 Volts和Common(0 Volts)進(jìn)入工作空間，安放位置如圖3.34所示。值得注意的是Electrical Control (JIC Standard)是一個(gè)新的庫(kù)

20、，括號(hào)里的意思是該庫(kù)中的元器件圖標(biāo)使用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。而位于其下方還有一個(gè)Electrical Control (IEC Standard)，其意為使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的元器件庫(kù)。首先這兩個(gè)庫(kù)都是用作電氣控制的庫(kù)，涉及到電路設(shè)計(jì)，繼電器選用的都需要進(jìn)入這個(gè)庫(kù)中尋找。跟涉及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)都需要使用液壓庫(kù)相仿。該庫(kù)本書(shū)并未作出詳細(xì)的介紹，但是根據(jù)原先液壓庫(kù)的介紹和使用方法，讀者應(yīng)該可以掌握本庫(kù)的操作方法。至于其庫(kù)中不同項(xiàng)目的含義以及其包括的元器件種類(lèi)，讀者可以勤查字典做深入了解，培養(yǎng)自身的自學(xué)能力。目前我們只對(duì)于本例使用到的元器件做一個(gè)解釋與翻譯。剛剛我們拖選的Power Supply 24 Volts是24V電

21、源，Common(0 Volts)為公共端，相對(duì)電勢(shì)零點(diǎn)。進(jìn)入Electrical Control (JIC Standard)>Switches庫(kù)中，拖選兩個(gè)Normally Open Push-button到工作空間，依次輸入Tagname為START 和STOP。Normally Open Push-button意為常開(kāi)開(kāi)關(guān)。擺放位置如圖3.34所示。進(jìn)入Electrical Control (JIC Standard)>Output Components庫(kù)，拖選兩個(gè)Coil進(jìn)入工作空間，依次輸入Tagname為CR1和CR2。Coil意為線圈。擺放如圖3.34。進(jìn)入Elec

22、trical Control (JIC Standard)>Output Components庫(kù)，拖選兩個(gè)Solenoid DC/AC進(jìn)入工作空間，依次輸入Tagname為SOL1和SOL2。Solenoid DC/AC意為交直流螺線管。擺放如圖3.34。進(jìn)入Electrical Control (JIC Standard)>Contacts庫(kù)，拖選四個(gè)Normally Open Contact和一個(gè)Normally Closed Contact進(jìn)入工作空間，Normally Open Contact意為常開(kāi)接觸器，Normally Closed Contact意為常閉接觸器。擺放

23、位置如圖3.34。進(jìn)入Electrical Control (JIC Standard)>Contacts庫(kù)，拖選Push-button Auxil Contact, Normally Open與Push-button Auxil Contact, Normally Closed進(jìn)入工作空間。Push-button Auxil Contact, Normally Open意為連桿控制的常開(kāi)按鈕接觸器，Push-button Auxil Contact, Normally Closed意味連桿控制的常閉按鈕接觸器。進(jìn)入Electrical Control (JIC Standard)>Sensor Switches庫(kù)，拖選一個(gè)Normally Open Limit Switch和一個(gè)Normally Cloesd Limit Switch進(jìn)入工作空間。Normally Open Limit Switch意為常開(kāi)限位開(kāi)關(guān)