PLC动实验台设计机械部分
PLC动实验台设计机械部分
1 引言
液压和气压传动统称为流体传动，他们都是以流体（如压力油或空气）为传动介质，利用各种控制元件组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组成能完成一定控制功能的传递系统来进行能量的传递、转换与控制。液压传动所用的工作介质为液压油或其他合成液体，气压传动以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。由于这两种流体的性质不同，所以液压传动与气压传动各自具备不同的特点。液压传动传递动力大，运动平稳，但由于液体粘性大，在流动过程中阻力损失大，因而不适于做远距离传动和控制；气压传动由于空气的可压缩性大，且工作压力低，所以传递动力不大，运动也不如液压传动平稳，但空气粘性小，传递过程中阻力小、速度快、反应灵敏，所以广泛应用于远距离的传动和控制。
随着科学技术的发展和我国现代化进程，清洁环保、能耗低的仪器设备越来越备受青睐，气压传动由于其使用空气作为传动介子，来源广泛、成本低；在传动过程中废气可以直接排泄，不会产生二次污染；一个气压站可供多台仪器使用，在传递过程中噪音低等特点，不仅有逐步取代液压传动在工程技术中运用的趋势，而且也将在新动力能源的开发方面越来越彰显其主导地位，如气动扳手、气动夹具、气动滑槽、空气锤、组合机床等。
1.1 气压传动的工作原理
气压传动系统的工作原理空气压缩机产生的压缩空气→后冷却器→油水分离器→贮气罐→空气过滤器→调压阀→油雾器→气控换向阀→气缸。
1.2 气压传动系统的组成
（1）气源装置 气源装置是压缩空气的发生装置，主体部分是空气压缩机。
（2）执行元件 气缸和气马达，它们将压缩空气的压力能转换为机械能。
（3）控制元件 用以控制压缩空气的压力、流量、流动方向以保证系统各执行机构具有一定的输出动力和速度。
（4）辅助元件 过滤器、油雾器、消声器、干燥器和转换器等。它们对保持系统正常、可靠、稳定和持久地工作起着十分重要的作用。
（5）工作介质 气压传动系统中所用的工作介质是空气。
1.3 气压传动的特点
1.3.1 气压传动的优点
1）工作介质为空气，来源经济方便，用过之后可直接排入大气，不污染环境。
2）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，作远距离输送。
3）气压传动具有动作迅速、反应快、维护简单、管路不易堵塞的特点，且不存在介质变质、补充和更换等问题。
4）对工作环境的适应性好，可安全应用于易燃易爆场所。
5）气压传动装置结构简单、重量轻。
6）气压传动系统能够实现过载自动保护。
1.3.2气压传动的缺点
1）由于空气具有可压缩性，所以气缸的动作速度受负载的影响比较大。
2）气压传动系统工作压力较低，气压传动系统输出动力较小。
3）工作介质空气没有自润滑性，需要另设装置进行给油润滑。
2 课题说明
我们这个课题所要研究的就是基于冲床的多功能气动实验台，在我国的乡镇企业、私营企业，由于受资金管理等方面的限制，一般送料绝大多数采用人工手送料，且缺乏保护装置，造成劳动强度大，效率低，事故发生大等特点。随着科技信息科技的迅猛，市场经济的高速发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更快，尤其是随着高新科技的日新月异产品的类型、工艺外形越来越复杂，精度越来越高，再加上企业经营与发展必会面对劳工的短越、人工成本上要节省化、合理化与自动化的发展趋向，传统的手工送料已经不能满足要求，这时自动送料机就应运而生，在今天现代的科学领域中送料机就是用于专门粒料，粉料，片状料等材料的自动化，数控化，精确化的输送系统，是无论是轻工业还是重工业都不可缺少的设备。
冲压是金属塑性成形加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以也称为板料成形。冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、 压力容器封头一类的大型零件； 既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件， 又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。冲压具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点，因此在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等生产和发展具有十分重要的意义。
冲压件重量轻、厚度薄、刚度好。它的尺寸公差是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需再经机械切削即可使用。冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始坯料，表面光滑美观。冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。大批量的中、小型零件冲压生产一般是采用复合模或多工位的连续模。自动模的送料、卸件、出件的动作最大特点是周期性间歇地与冲压工艺协调进行。实现周期性动作的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、定向离合器、平面连杆机构等。自动模的自动化装置就是自动模的驱动装置通过周期性动作机构使自动化装置的工作零件产生周期性工作，这就是自动送料机构。
气动控制实验台是一种机电一体化综合性试验设备。学生可自己动手设计气动回路，用模块上提供的气动元件快速组成回路，根据工艺过程，在PC机上可以编制不同梯形图程序，并灌入PLC进行全机试验。
图2.1 实验台模块化结构示意图
2.1 微机编程系统
利用STEP 7 MicroWIN软件可以在普通的微机上采用梯形图编程法编制梯形图，操作者无需记忆繁杂的运行指令就能编入梯形图。在计算机屏幕上可上下滚动以便把梯形图程序全部显示出来, 因此直观性能很强, 大大提高了编程速度, 对教学及科研十分必要。
利用软件的实时仿真功能, 可将梯形图程序的所有I/O点、内存继电器、计时器、计数器等的开关状态及其数据资料在屏幕上以列表形式显示出来, 并可用键盘的输入, 改变其开关状态以测试所编入的程序能否正确运行, 即仿真。如果编入的程序有误、或需要修改程序的话, 可以随时用键盘修改程序, 因此提高了编程的速度和可靠性, 特别是直观性很强。
2.1.1可编程序控制器(PLC)控制系统
由于利用软件在PC机上编程, 用户程序全部存储在电可擦除的只读存储器(EEPROM)内。在PC机与PLC之间用连接电缆连接后, 即可将在PC上仿真后正确无误的程序输入到PLC里。
利用软件监视功能在屏幕上来察看内外部元件和工作状态和数据;也可以强行设置/复位任何一I/O位或强行改变定时器的当前值。当微机气动控制实验台的执行元件: 气缸的工作程序不需经常改变时,也可以脱开PC机,由PLC直接控制气动执行元件按固定的程序工作。
PLC与上位机(普通的PC机)通讯,在屏幕上利用梯形图(LAD)编程语言直接编程、仿真、修改、监控,可联网通讯,直观性强,特别是与其他类型的PLC相比,价格低廉，很适合于示教设备的控制。
2.1.2 电气控制系统
是与PLC相配套的电磁换向阀—气缸—感应开关(接近开关) 等元件组成的机电一体化的控制系统,可进行单缸或多缸不同程序工作状态的试验。
气压传动由于具有一系列突出的优点,近几年来发展很快，并得到广泛的应用。微型计算机的应用更是飞速的发展，微机技术与气动控制技术的结合作为机电一体化技术的重要领域之一，微机气动控制综合性实验台，从满足教学和科研开发的双重要求出发，采用计算机编程、可编程序控制器PLC直接控制气动系统按程序工作。对于电磁换向阀控制的多缸回路, 根据其传动的设备类型不同, 可能有多种不同的工艺程序要求, 这就必须有相应的控制程序, 这正是应用PLC的特点所在。
其结构设计的特点为：
(1)气动、电气系统结构采用模块化设计，它由气动控制元件模块、气动动力元件模块(气动三大件等)、气动执行元件模块(气缸)、电气控制模块(控制按钮、显示指示灯及PLC等)等。据试验内容不同, 可组成多种气动系统，机动灵活，拆装方便，节约重复性元件。
(2)气动元件采用小功率的元件，传感器采用感应开关, 动作时由发光二极管显示, 以便程序工作时观察其动作过程。
(3)气动管路的连接采用快插式接头, 便于快速组成不同气动回路, 部分电气线路的连接也采用接插式接头, 便于快速组合电气线路。
2.2 毕业设计课题的目的：
本设计题目是针对机电一体化实验室的工业模块系统进行设计的，这可以对我们进行机械设计、控制系统设计的训练，工程能力的训练，创新能力的培养，调研和文献检索能力的培养。这对我们以后做项目是一个很好的借鉴，能加深我们对于完整工序的认识与理解，让我们可以从不同的方面来提高他的工作性能。对于现在这个课题，我们最终要在老师的指导和辅助下努力完成一套完整的气压自动送料系统。
2.3 课题的研究手段（途径）
（1） 实现对气压实验台电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制，同样也可以实现对系统的保护。
（2）利用可编程控制器的开关量逻辑控制、运动控制、过程控制等应用，来测试气压元件的性能及气压传动基本回路的演示实验。
（3）通过查阅文献了解现有的气压自动送料系统的结构，了解他们有什么样的优点可以值得我们去借鉴，同时找出他们的不足，看看自己能不能再进行一些好的改进。
（4）参观一些具有自动送料系统的工厂，了解他们选用这些系统的原因，并向他们了解这种系统的工作性能。
2.4 课题结果
在本次课题设计中，我要努力充分发挥气动系统的优点，避免他本身的缺点所带来的影响，设计出一个具有实用和通用性并存的系统，同时，在实验室，以实物的形式做出来，这样这个系统也可以作为一个实验设备，可以让以后的同学在这个实验台上操作，并让他们积极的提出改进意见，以便更加完善这个系统。
1 引言
液压和气压传动统称为流体传动，他们都是以流体（如压力油或空气）为传动介质，利用各种控制元件组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组成能完成一定控制功能的传递系统来进行能量的传递、转换与控制。液压传动所用的工作介质为液压油或其他合成液体，气压传动以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。由于这两种流体的性质不同，所以液压传动与气压传动各自具备不同的特点。液压传动传递动力大，运动平稳，但由于液体粘性大，在流动过程中阻力损失大，因而不适于做远距离传动和控制；气压传动由于空气的可压缩性大，且工作压力低，所以传递动力不大，运动也不如液压传动平稳，但空气粘性小，传递过程中阻力小、速度快、反应灵敏，所以广泛应用于远距离的传动和控制。
随着科学技术的发展和我国现代化进程，清洁环保、能耗低的仪器设备越来越备受青睐，气压传动由于其使用空气作为传动介子，来源广泛、成本低；在传动过程中废气可以直接排泄，不会产生二次污染；一个气压站可供多台仪器使用，在传递过程中噪音低等特点，不仅有逐步取代液压传动在工程技术中运用的趋势，而且也将在新动力能源的开发方面越来越彰显其主导地位，如气动扳手、气动夹具、气动滑槽、空气锤、组合机床等。
1.1 气压传动的工作原理
气压传动系统的工作原理空气压缩机产生的压缩空气→后冷却器→油水分离器→贮气罐→空气过滤器→调压阀→油雾器→气控换向阀→气缸。
1.2 气压传动系统的组成
（1）气源装置 气源装置是压缩空气的发生装置，主体部分是空气压缩机。
（2）执行元件 气缸和气马达，它们将压缩空气的压力能转换为机械能。
（3）控制元件 用以控制压缩空气的压力、流量、流动方向以保证系统各执行机构具有一定的输出动力和速度。
（4）辅助元件 过滤器、油雾器、消声器、干燥器和转换器等。它们对保持系统正常、可靠、稳定和持久地工作起着十分重要的作用。
（5）工作介质 气压传动系统中所用的工作介质是空气。
1.3 气压传动的特点
1.3.1 气压传动的优点
1）工作介质为空气，来源经济方便，用过之后可直接排入大气，不污染环境。
2）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供气，作远距离输送。
3）气压传动具有动作迅速、反应快、维护简单、管路不易堵塞的特点，且不存在介质变质、补充和更换等问题。
4）对工作环境的适应性好，可安全应用于易燃易爆场所。
5）气压传动装置结构简单、重量轻。
6）气压传动系统能够实现过载自动保护。
1.3.2气压传动的缺点
1）由于空气具有可压缩性，所以气缸的动作速度受负载的影响比较大。
2）气压传动系统工作压力较低，气压传动系统输出动力较小。
3）工作介质空气没有自润滑性，需要另设装置进行给油润滑。
2 课题说明
我们这个课题所要研究的就是基于冲床的多功能气动实验台，在我国的乡镇企业、私营企业，由于受资金管理等方面的限制，一般送料绝大多数采用人工手送料，且缺乏保护装置，造成劳动强度大，效率低，事故发生大等特点。随着科技信息科技的迅猛，市场经济的高速发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更快，尤其是随着高新科技的日新月异产品的类型、工艺外形越来越复杂，精度越来越高，再加上企业经营与发展必会面对劳工的短越、人工成本上要节省化、合理化与自动化的发展趋向，传统的手工送料已经不能满足要求，这时自动送料机就应运而生，在今天现代的科学领域中送料机就是用于专门粒料，粉料，片状料等材料的自动化，数控化，精确化的输送系统，是无论是轻工业还是重工业都不可缺少的设备。
冲压是金属塑性成形加工的基本方法之一，它主要用于加工板料零件，所以也称为板料成形。冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、 压力容器封头一类的大型零件； 既能够制造一般尺寸公差等级和形状的零件， 又能够制造精密（公差在微米级）和复杂形状的零件。冲压具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、操作简单、便于实现机械化与自动化等一系列优点，因此在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等生产和发展具有十分重要的意义。
冲压件重量轻、厚度薄、刚度好。它的尺寸公差是由模具保证的，所以质量稳定，一般不需再经机械切削即可使用。冷冲压件的金属组织与力学性能优于原始坯料，表面光滑美观。冷冲压件的公差等级和表面状态优于热冲压件。大批量的中、小型零件冲压生产一般是采用复合模或多工位的连续模。自动模的送料、卸件、出件的动作最大特点是周期性间歇地与冲压工艺协调进行。实现周期性动作的机构有棘轮机构、槽轮机构、凸轮机构、定向离合器、平面连杆机构等。自动模的自动化装置就是自动模的驱动装置通过周期性动作机构使自动化装置的工作零件产生周期性工作，这就是自动送料机构。
气动控制实验台是一种机电一体化综合性试验设备。学生可自己动手设计气动回路，用模块上提供的气动元件快速组成回路，根据工艺过程，在PC机上可以编制不同梯形图程序，并灌入PLC进行全机试验。
图2.1 实验台模块化结构示意图
2.1 微机编程系统
利用STEP 7 MicroWIN软件可以在普通的微机上采用梯形图编程法编制梯形图，操作者无需记忆繁杂的运行指令就能编入梯形图。在计算机屏幕上可上下滚动以便把梯形图程序全部显示出来, 因此直观性能很强, 大大提高了编程速度, 对教学及科研十分必要。
利用软件的实时仿真功能, 可将梯形图程序的所有I/O点、内存继电器、计时器、计数器等的开关状态及其数据资料在屏幕上以列表形式显示出来, 并可用键盘的输入, 改变其开关状态以测试所编入的程序能否正确运行, 即仿真。如果编入的程序有误、或需要修改程序的话, 可以随时用键盘修改程序, 因此提高了编程的速度和可靠性, 特别是直观性很强。
2.1.1可编程序控制器(PLC)控制系统
由于利用软件在PC机上编程, 用户程序全部存储在电可擦除的只读存储器(EEPROM)内。在PC机与PLC之间用连接电缆连接后, 即可将在PC上仿真后正确无误的程序输入到PLC里。
利用软件监视功能在屏幕上来察看内外部元件和工作状态和数据;也可以强行设置/复位任何一I/O位或强行改变定时器的当前值。当微机气动控制实验台的执行元件: 气缸的工作程序不需经常改变时,也可以脱开PC机,由PLC直接控制气动执行元件按固定的程序工作。
PLC与上位机(普通的PC机)通讯,在屏幕上利用梯形图(LAD)编程语言直接编程、仿真、修改、监控,可联网通讯,直观性强,特别是与其他类型的PLC相比,价格低廉，很适合于示教设备的控制。
2.1.2 电气控制系统
是与PLC相配套的电磁换向阀—气缸—感应开关(接近开关) 等元件组成的机电一体化的控制系统,可进行单缸或多缸不同程序工作状态的试验。
气压传动由于具有一系列突出的优点,近几年来发展很快，并得到广泛的应用。微型计算机的应用更是飞速的发展，微机技术与气动控制技术的结合作为机电一体化技术的重要领域之一，微机气动控制综合性实验台，从满足教学和科研开发的双重要求出发，采用计算机编程、可编程序控制器PLC直接控制气动系统按程序工作。对于电磁换向阀控制的多缸回路, 根据其传动的设备类型不同, 可能有多种不同的工艺程序要求, 这就必须有相应的控制程序, 这正是应用PLC的特点所在。
其结构设计的特点为：
(1)气动、电气系统结构采用模块化设计，它由气动控制元件模块、气动动力元件模块(气动三大件等)、气动执行元件模块(气缸)、电气控制模块(控制按钮、显示指示灯及PLC等)等。据试验内容不同, 可组成多种气动系统，机动灵活，拆装方便，节约重复性元件。
(2)气动元件采用小功率的元件，传感器采用感应开关, 动作时由发光二极管显示, 以便程序工作时观察其动作过程。
(3)气动管路的连接采用快插式接头, 便于快速组成不同气动回路, 部分电气线路的连接也采用接插式接头, 便于快速组合电气线路。
2.2 毕业设计课题的目的：
本设计题目是针对机电一体化实验室的工业模块系统进行设计的，这可以对我们进行机械设计、控制系统设计的训练，工程能力的训练，创新能力的培养，调研和文献检索能力的培养。这对我们以后做项目是一个很好的借鉴，能加深我们对于完整工序的认识与理解，让我们可以从不同的方面来提高他的工作性能。对于现在这个课题，我们最终要在老师的指导和辅助下努力完成一套完整的气压自动送料系统。
2.3 课题的研究手段（途径）
（1） 实现对气压实验台电力拖动系统的启动、调速、反转和制动等运行性能的控制，同样也可以实现对系统的保护。
（2）利用可编程控制器的开关量逻辑控制、运动控制、过程控制等应用，来测试气压元件的性能及气压传动基本回路的演示实验。
（3）通过查阅文献了解现有的气压自动送料系统的结构，了解他们有什么样的优点可以值得我们去借鉴，同时找出他们的不足，看看自己能不能再进行一些好的改进。
（4）参观一些具有自动送料系统的工厂，了解他们选用这些系统的原因，并向他们了解这种系统的工作性能。
2.4 课题结果
在本次课题设计中，我要努力充分发挥气动系统的优点，避免他本身的缺点所带来的影响，设计出一个具有实用和通用性并存的系统，同时，在实验室，以实物的形式做出来，这样这个系统也可以作为一个实验设备，可以让以后的同学在这个实验台上操作，并让他们积极的提出改进意见，以便更加完善这个系统。
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