近年來, 氣動(dòng)傳動(dòng)已同機(jī)電傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)一樣成了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化*的重要手段。長(zhǎng)期以來, 由于可編程控制器( PLC) 具有可靠性高、組態(tài)靈活、抗干擾能力強(qiáng)、通用性好以及使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn), 在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。流體傳動(dòng)與控制是一門特殊的工業(yè)技術(shù), 為機(jī)械專業(yè)的學(xué)生安排PLC 與氣動(dòng)技術(shù)組合的課程十分必要, 而與之配套的實(shí)驗(yàn)教程將是輔助教學(xué)的較好途徑。我們利用氣動(dòng)元件和PLC 控制器等裝置構(gòu)建了一臺(tái)基于PLC 的氣動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)。通過在該實(shí)驗(yàn)臺(tái)上所進(jìn)行的一系列操作可展現(xiàn)PLC 在氣動(dòng)控制中的實(shí)際應(yīng)用。對(duì)于實(shí)踐性很強(qiáng)的流體傳動(dòng)專業(yè)課程來說, 借助相關(guān)實(shí)驗(yàn)臺(tái), 幫助學(xué)生運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)理論處理實(shí)際問題, 驗(yàn)證、消化與鞏固課堂知識(shí)以及提高學(xué)生的綜合素質(zhì)都是十分必要的。
1、氣動(dòng)控制原理

氣壓傳動(dòng)與控制技術(shù)簡(jiǎn)稱氣動(dòng)控制技術(shù), 它是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進(jìn)行能量與信號(hào)的傳遞, 以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化與自動(dòng)化的一門技術(shù),它也是流體傳動(dòng)與控制學(xué)科的一個(gè)重要組成部分。相對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)、電傳動(dòng)及液壓傳動(dòng), 氣動(dòng)技術(shù)具有傳輸距離長(zhǎng)、控制系統(tǒng)中元件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、執(zhí)行元件運(yùn)行速度快、無爆炸危險(xiǎn)等許多突出優(yōu)點(diǎn)。正因?yàn)槿绱? 近年來氣動(dòng)控制技術(shù)已得到了迅速發(fā)展。目前, 氣動(dòng)技術(shù)又結(jié)合了液壓、機(jī)械、電氣和電子技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn), 并與它們相互補(bǔ)充, 已成為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的一個(gè)重要手段, 并在越來越多的工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用。

氣動(dòng)系統(tǒng)的控制方式有氣控、電控或混合控制。采用普通繼電器的控制方式不便于更改程序, 而改由可編程控制器( PLC) 控制就能夠很容易地對(duì)程序進(jìn)行修改。

圖1 為該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由四臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)氣缸和四臺(tái)電磁閥以及一套E.FEC- FC30 PLC 控制器組成。空氣壓縮機(jī)將空氣轉(zhuǎn)換成具有壓力能的高壓空氣, 經(jīng)過濾后通過管路進(jìn)入各控制閥入口。PLC 控制器讀取所要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作程序, 通過控制電磁閥, 并依據(jù)左、右傳感器的檢測(cè)信號(hào)來控制氣缸的前進(jìn)與后退。由于4 臺(tái)氣缸是互相獨(dú)立的, 實(shí)驗(yàn)中可以單獨(dú)控制其中的一臺(tái)或數(shù)臺(tái)氣缸運(yùn)動(dòng)。

圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)原理圖
2、PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1) 控制要求

實(shí)驗(yàn)過程中, 可以通過編寫和修改程序來實(shí)現(xiàn)氣缸不同的運(yùn)動(dòng)順序及其方式。這里以四臺(tái)氣缸依次連續(xù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)為例, 四臺(tái)氣缸按順序依次運(yùn)行一次為一個(gè)循環(huán)。在無外界干擾下, 氣缸可以循環(huán)聯(lián)動(dòng), 圖2 為工作流程圖。

圖2 工作流程圖

(2) I/O 選址及定義

本系統(tǒng)中, 四臺(tái)氣缸共有八個(gè)行程開關(guān)作為8個(gè)輸入信號(hào)源, 這里還要用到一個(gè)計(jì)數(shù)器作為一個(gè)激活計(jì)數(shù)器的輸入; 四臺(tái)電磁閥作為四個(gè)輸出信號(hào)源; 選用的Festo 公司E.FEC- FC30 PLC 控制器分別有12 個(gè)輸入和8 個(gè)輸出。系統(tǒng)的I /O 地址定義見表1

表1 PLC 的I /O 地址定義表

(3) PLC 控制梯形圖設(shè)計(jì)

梯形圖是以軟件邏輯代替硬件布線來實(shí)現(xiàn)邏輯控制與運(yùn)算等功能等。因此, 梯形圖非常直觀, 讀起來淺顯易懂, 程序修改也十分方便, 更不需要改變外部接線。編程軟件系Festo 公司產(chǎn)品所附帶的軟件, 該軟件應(yīng)用起來方便易懂, 只需將編寫好的程序下載到控制器上即可實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能。
工作過程如下: 接通電源后, 按下PLC 控制器的運(yùn)行按鈕, 氣缸1 右行程開關(guān)即I0.1 輸入為1,O0.2 輸出信號(hào)為1, 即電磁閥1 線圈得電, 氣源管路導(dǎo)通, 壓縮空氣進(jìn)入氣缸無桿腔, 氣缸1 前進(jìn); 當(dāng)氣缸前進(jìn)到zui左端時(shí), 氣缸1 左行程開關(guān)即I0.1 輸入為1, 電磁閥線圈得電, 氣缸1 做反程運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣缸1 運(yùn)動(dòng)一次后, 內(nèi)部設(shè)置的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為1。同時(shí),氣缸2 的右行程開關(guān)I0.3 輸入為1, 則輸出信號(hào)O0.3 為1, 即電磁閥2 的線圈得電, 氣缸2 前進(jìn)。同理, 氣缸2 也如同氣缸1 一樣運(yùn)作一次。上述運(yùn)行即4 臺(tái)氣缸的一次循環(huán)動(dòng)作, 需要停止這一循環(huán)時(shí), 只需按動(dòng)PLC 控制器的運(yùn)行鍵即可。

搭建了以PLC 為控制核心的氣動(dòng)控制系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了在PLC 控制下的氣缸順序動(dòng)作控制。通過在該氣動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)上所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn), 學(xué)生們能夠深入理解氣控回路的設(shè)計(jì)方法以及熟悉氣動(dòng)控制的工作原理。學(xué)生們可廣開思路自己設(shè)計(jì)不同的PLC 程序, 下載到控制器令PLC 控制器控制氣缸做各種各樣的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。與此同時(shí), 開發(fā)基于PLC 控制的氣動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái), 可使學(xué)生通過氣動(dòng)系統(tǒng)的組裝與實(shí)驗(yàn),學(xué)會(huì)基本的PLC 編程技術(shù), 同時(shí)通過自己動(dòng)手設(shè)計(jì)、操作、調(diào)試等過程的訓(xùn)練, 提高自身的綜合素質(zhì)。