一種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統(tǒng)，包括：伺服定位模塊、伺服放大器、伺服電機、絲桿、氣缸以及抓手；其中，伺服定位模塊用于對伺服放大器發(fā)脈沖，伺服放大器作為電機驅(qū)動模塊，伺服電機帶動絲桿，從而帶動機械抓手和氣缸左右直行。本實用新型優(yōu)點在于：它是工業(yè)控制一種典型的、實用的控制設(shè)備，能夠?qū)W生的PLC編程設(shè)計、觸摸屏編程設(shè)計、組態(tài)設(shè)計和伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，伺服系統(tǒng)運行參數(shù)的設(shè)置、運行程序的設(shè)計等全方位的知識進行綜合的訓練，是一種集學習和生產(chǎn)實際于一體的綜合實踐平臺。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于伺服控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于交流伺服控制的搬運教學 實訓系統(tǒng)。 一種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的物質(zhì)基礎(chǔ)和產(chǎn)業(yè)主體、是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)、是國家 科技水平和綜合實力的重要標志。我國是世界公認的"制造業(yè)大國"，而非"制造業(yè)強國"。 產(chǎn)業(yè)和企業(yè)的核心競爭力極為薄弱，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展需 要大量既掌握專業(yè)理論知識、又具有工程應用背景的應用型人才，這樣的人才還必須具備 有再學習和自我知識更新的能力，以適應應用技術(shù)的更新速度。人才的培養(yǎng)與發(fā)展是制造 業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。
[0003] PLC教學是高校工業(yè)自動化控制系統(tǒng)教學中的一門關(guān)鍵技術(shù)，其內(nèi)容豐富、抽象， 僅僅靠多媒體輔助教學技術(shù)，脫離實際的電氣控制、機械裝置的紙上談兵的教學，不能讓學 生強化理論，了解電氣設(shè)備的運行，機械裝置的工藝，不能提高他們的動手能力和專業(yè)自信 心。
[0004] 目前，有很多商業(yè)化模擬的PLC實驗實訓工作臺，但是這些設(shè)備有著很大的局限 性。首先，這些設(shè)備固定在箱子里或者試驗臺上，PLC和外部設(shè)備的接線等已經(jīng)連接好，學 生只能部分的進行線路連接，對系統(tǒng)沒有完整的認識。其次，大部分這樣的實驗裝置實驗項 目設(shè)置非常簡單，每個實驗裝置之間不方面組合銜接，不利于PLC實訓的循序漸進深入的 訓練。另外，以上裝置很多事模擬實驗，輸入輸出常按鈕和燈泡模擬，沒能將機械、液壓、化 工等生產(chǎn)實際的工序流程引入到教學中。特別是在課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、技能大賽中，以上 設(shè)備發(fā)揮不出真正的作用。在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，較多設(shè)備用到變頻器，伺服，步進，觸 摸屏等設(shè)備，還會用到模擬量，溫度，脈沖，通訊等各種功能，而這些功能往往無法在教學實 訓系統(tǒng)中實現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于交流伺服控制 的搬運教學實訓系統(tǒng)，其基于高校技能實訓實驗教學的需要，結(jié)合生產(chǎn)實際開發(fā)的一套靈 活、實用的綜合性實訓設(shè)備。
[0006] -種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統(tǒng)，包括：定位脈沖發(fā)生器、直流源、驅(qū) 動器、電機、絲桿以及搬運機構(gòu)；其中：
[0007] 所述的定位脈沖發(fā)生器接收外部PLC提供的控制指令，生成一組加載有搬運機構(gòu) 運動方向、位移以及速度的脈沖觸發(fā)信號；
[0008] 所述的直流源與驅(qū)動器連接，其用于為驅(qū)動器提供恒定的直流電壓；
[0009] 所述的驅(qū)動器與定位脈沖發(fā)生器連接，其用于根據(jù)所述的脈沖觸發(fā)信號為電機的 三相定子繞組供電；
[0010] 所述的絲桿與電機的轉(zhuǎn)軸固定連接，所述的搬運機構(gòu)安裝于絲桿上，所述的電機 通過轉(zhuǎn)軸帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，進而帶動搬運機構(gòu)按控制指令進行平移。
[0011] 所述的定位脈沖發(fā)生器采用型號為FX2N-1PG的伺服定位模塊。
[0012] 所述的驅(qū)動器采用型號為MR-J2S-A的伺服放大器。
[0013] 所述的電機采用型號為HC-AQ系列的伺服電機。
[0014] 所述的搬運機構(gòu)包括：
[0015] 氣泵；
[0016] 底座，其兩側(cè)通過支桿安裝有左限位方塊和右限位方塊；
[0017] 滑塊，其安裝于絲桿上；所述的絲桿兩端分別與左限位方塊和右限位方塊固定；
[0018] 與氣泵連接的第一氣缸，其一端固定于滑塊上；
[0019] 抓手，其與第一氣缸的另一端連接；
[0020] 與氣泵連接的第二氣缸，其與抓手整體連接；
[0021] 所述的第一氣缸用于控制抓手上下位移，所述的第二氣缸用于控制抓手的抓放動 作。
[0022] 所述的第一氣缸通過第一電磁閥與氣泵連接，所述的第一電磁閥與外部PLC連 接，其斷電則第一氣缸控制抓手上升，其通電則第一氣缸控制抓手下降。
[0023] 所述的第二氣缸通過第二電磁閥與氣泵連接，所述的第二電磁閥與外部PLC連 接，其斷電則第二氣缸控制抓手松開，其通電則第二氣缸控制抓手握緊。
[0024] 所述的第一氣缸上安裝有兩個限位傳感器，所述的兩個限位傳感器均與外部PLC 連接，且分別對抓手上升和下降動作進行限位感應。
[0025] 所述的左限位方塊和右限位方塊上分別安裝有兩個限位傳感器，所述的兩個限位 傳感器均與外部PLC連接，且分別對滑塊左右平移動作進行限位感應。
[0026] 故相對現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型利用伺服電機和氣缸通過絲桿與滑塊之間的配合， 即可令抓手在上下左右四個方向上運動至希望的位置，結(jié)構(gòu)簡單，并可模擬真實生產(chǎn)現(xiàn)場， 實現(xiàn)真正意義上的機械運動控制，提高學生學習的積極性和學習效果，在此基礎(chǔ)上便于學 生學會工控系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計流程和調(diào)試方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本實用新型的系統(tǒng)組成示意圖。
[0028] 圖2為本實用新型機械裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0029] 為了更為具體地描述本實用新型，下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本實用新型的 技術(shù)方案進行詳細說明。
[0030] 本實施方式搬運教學實訓系統(tǒng)由兩大部分組成，第一部分是電氣控制柜里 面的電氣控制部分，第二部分是機械裝置。電氣控制部分如圖1所示，主要的器件包 含PLC (FX2N-48MR-D)、伺服定位模塊（FX2N-1PG)、伺服放大器（MR-J2S-A)、觸摸屏 (Smart700)、按鍵、指示燈等，所有元器件均安裝在導軌上。而第二部分是機械裝置包含底 座、基座、滑塊、絲桿、電磁閥、抓手、氣缸、氣泵、限位開關(guān)和伺服電機（HC-AQ)等部分，如圖 2所示；其中：
[0031] 伺服定位模塊接收PLC提供的控制指令，生成一組加載有搬運機構(gòu)運動方向、位 移以及速度的脈沖觸發(fā)信號；
[0032] 伺服放大器連接有直流源，直流源用于為驅(qū)動器提供恒定的直流電壓；
[0033] 伺服放大器與伺服定位模塊連接，其用于根據(jù)脈沖觸發(fā)信號為伺服電機的三相定 子繞組供電；
[0034] 絲桿與伺服電機的轉(zhuǎn)軸固定連接，滑塊安裝于絲桿上，伺服電機通過轉(zhuǎn)軸帶動絲 桿旋轉(zhuǎn)，進而帶動滑塊按控制指令進行平移。
[0035] 氣缸有兩個且均與氣泵連接，其中，第一氣缸的一端固定于滑塊上；抓手與第一氣 缸的另一端連接；第二氣缸與抓手連接。
[0036] 第一氣缸用于控制抓手上下位移，第二氣缸用于控制抓手的抓放動作。
[0037] 第一氣缸通過第一電磁閥與氣泵連接，第一電磁閥與PLC連接，其斷電則第一氣 缸控制抓手上升，其通電則第一氣缸控制抓手下降。
[0038] 第二氣缸通過第二電磁閥與氣泵連接，第二電磁閥與PLC連接，其斷電則第二氣 缸控制抓手松開，其通電則第二氣缸控制抓手握緊。
[0039] 第一氣缸上安裝有兩個限位開關(guān)（上下），這兩個限位傳感器均與PLC連接，且分 別用于對抓手上升和下降動作進行限位感應。
[0040] 絲桿兩端的左限位方塊和右限位方塊上也分別安裝有兩個限位傳感器（左右）， 這兩個限位傳感器均與PLC連接，且分別對滑塊左右平移動作進行限位感應。
[0041] 本實施方式可以完成抓手的上下左右、抓緊放松的動作，可以將工件由1#位搬運 到2#位，1#位、2#位的距離可以調(diào)節(jié)。其中左右運行是通過PLC伺服系統(tǒng)控制伺服電機帶 動其轉(zhuǎn)軸上的絲桿來進行的。伺服系統(tǒng)的主回路由電源經(jīng)無熔斷絲斷路器、電磁接觸器和 功率電抗器接入伺服放大器，伺服電機接在伺服放大器U、V、W輸出端。而伺服系統(tǒng)的控制 回路由PLC發(fā)出指令給伺服定位模塊，定位模塊產(chǎn)生脈沖信息傳遞給伺服放大器，伺服放 大器控制電機的運行速度及其位置。
[0042] 系統(tǒng)的上下運行由電磁閥的開、合推動氣缸抓手來完成。當PLC發(fā)出指令，下降 (上升）電磁閥通電時，抓手下降（上升）；當下降（上升）碰到氣缸自帶的下限（上限） 位開關(guān)時，下限（上限）位開關(guān)給PLC -個下限（上限）位信號，PLC發(fā)出信號關(guān)斷電磁閥， 氣缸抓手停止。
[0043] 本實施方式中電腦通過串口線和PLC連接，梯形圖通過串口下載帶PLC的存儲器 里。觸摸屏通過USB 口和PLC通訊，通過操作按鍵（或者觸摸屏屏幕的按鈕）控制抓手上 下左右，抓緊放松的動作，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)過程的控制。指示燈（或者觸摸屏的指示燈）和觸 摸屏界面可以顯示信號的變化，觸摸屏界面還可以顯示各變量的變化情況，如伺服電機的 速度、所在的位置等。
[0044] 本實施方式中PLC的編程使用梯形圖設(shè)計，觸摸屏使用WINCC FleXible2008軟件 進行設(shè)計，學生不僅可以學習 PLC的編程、仿真和調(diào)試，還可以學習觸摸屏用戶組態(tài)界面的 結(jié)構(gòu)設(shè)計、窗口顯示布局、界面元素的使用、WinCC flexible組態(tài)界面的設(shè)置等。學生能夠 進行編程、仿真練習，還可以對實際的結(jié)果進行調(diào)試、測試。另外，學生在此過程熟悉PLC、伺 服定位模塊、伺服放大器、觸摸屏、限位開關(guān)、電磁閥、氣缸、抓手等的結(jié)構(gòu)原理和應用，在本 實施方式的基礎(chǔ)上學會了工控系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計流程和調(diào)試方法。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于，包括：定位脈沖發(fā)生器、 直流源、驅(qū)動器、電機、絲桿以及搬運機構(gòu)；其中： 所述的定位脈沖發(fā)生器接收外部PLC提供的控制指令，生成一組加載有搬運機構(gòu)運動 方向、位移以及速度的脈沖觸發(fā)信號； 所述的直流源與驅(qū)動器連接，其用于為驅(qū)動器提供恒定的直流電壓； 所述的驅(qū)動器與定位脈沖發(fā)生器連接，其用于根據(jù)所述的脈沖觸發(fā)信號為電機的三相 定子繞組供電； 所述的絲桿與電機的轉(zhuǎn)軸固定連接，所述的搬運機構(gòu)安裝于絲桿上，所述的電機通過 轉(zhuǎn)軸帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，進而帶動搬運機構(gòu)按控制指令進行平移。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的定位脈沖發(fā)生器采 用型號為FX2N-1PG的伺服定位模塊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的驅(qū)動器采用型號為 MR-J2S-A的伺服放大器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的電機采用型號為 HC-AQ系列的伺服電機。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的搬運機構(gòu)包括： 氣泵； 底座，其兩側(cè)通過支桿安裝有左限位方塊和右限位方塊； 滑塊，其安裝于絲桿上；所述的絲桿兩端分別與左限位方塊和右限位方塊固定； 與氣泵連接的第一氣缸，其一端固定于滑塊上； 抓手，其與第一氣缸的另一端連接； 與氣泵連接的第二氣缸，其與抓手整體連接； 所述的第一氣缸用于控制抓手上下位移，所述的第二氣缸用于控制抓手的抓放動作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一氣缸通過第一 電磁閥與氣泵連接，所述的第一電磁閥與外部PLC連接，其斷電則第一氣缸控制抓手上升， 其通電則第一氣缸控制抓手下降。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的第二氣缸通過第二 電磁閥與氣泵連接，所述的第二電磁閥與外部PLC連接，其斷電則第二氣缸控制抓手松開， 其通電則第二氣缸控制抓手握緊。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的第一氣缸上安裝有 兩個限位傳感器，所述的兩個限位傳感器均與外部PLC連接，且分別對抓手上升和下降動 作進行限位感應。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的搬運教學實訓系統(tǒng)，其特征在于：所述的左限位方塊和右限 位方塊上分別安裝有兩個限位傳感器，所述的兩個限位傳感器均與外部PLC連接，且分別 對滑塊左右平移動作進行限位感應。
【文檔編號】G09B25/02GK203895037SQ201420221498
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】唐美玲, 余華春 申請人:杭州萬向職業(yè)技術(shù)學院