PLC控制的氣動(dòng)實(shí)驗臺設計分析

近年來(lái), 氣動(dòng)傳動(dòng)已同機電傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)一樣成了實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化*的重要手段。長(cháng)期以來(lái), 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、通用性好以及使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn), 在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。流體傳動(dòng)與控制是一門(mén)特殊的工業(yè)技術(shù), 為機械專(zhuān)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 控制器等裝置構建了一臺基于PLC 的氣動(dòng)控制實(shí)驗臺。通過(guò)在該實(shí)驗臺上所進(jìn)行的一系列操作可展現PLC 在氣動(dòng)控制中的實(shí)際應用。對于實(shí)踐性很強的流體傳動(dòng)專(zhuān)業(yè)課程來(lái)說(shuō), 借助相關(guān)實(shí)驗臺, 幫助學(xué)生運用所學(xué)基礎理論處理實(shí)際問(wèn)題, 驗證、消化與鞏固課堂知識以及提高學(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(chēng)氣動(dòng)控制技術(shù), 它是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來(lái)進(jìn)行能量與信號的傳遞, 以實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程機械化與自動(dòng)化的一門(mén)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。相對于機械傳動(dòng)、電傳動(dòng)及液壓傳動(dòng), 氣動(dòng)技術(shù)具有傳輸距離長(cháng)、控制系統中元件結構相對簡(jiǎn)單、執行元件運行速度快、無(wú)爆炸危險等許多突出優(yōu)點(diǎn)。正因為如此, 近年來(lái)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)又結合了液壓、機械、電氣和電子技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn), 并與它們相互補充, 已成為實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的一個(gè)重要手段, 并在越來(lái)越多的工業(yè)部門(mén)得到了廣泛的應用。

氣動(dòng)系統的控制方式有氣控、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程序進(jìn)行修改。

圖1 為該實(shí)驗臺的氣動(dòng)系統原理圖。該實(shí)驗臺主要由四臺標準氣缸和四臺電磁閥以及一套E.FEC- FC30 PLC 控制器組成?？諝鈮嚎s機將空氣轉換成具有壓力能的高壓空氣, 經(jīng)過(guò)濾后通過(guò)管路進(jìn)入各控制閥入口。PLC 控制器讀取所要進(jìn)行實(shí)驗的操作程序, 通過(guò)控制電磁閥, 并依據左、右傳感器的檢測信號來(lái)控制氣缸的前進(jìn)與后退。由于4 臺氣缸是互相獨立的, 實(shí)驗中可以單獨控制其中的一臺或數臺氣缸運動(dòng)。

圖1 實(shí)驗臺系統原理圖
2、PLC 控制系統設計

(1) 控制要求

實(shí)驗過(guò)程中, 可以通過(guò)編寫(xiě)和修改程序來(lái)實(shí)現氣缸不同的運動(dòng)順序及其方式。這里以四臺氣缸依次連續循環(huán)運動(dòng)為例, 四臺氣缸按順序依次運行一次為一個(gè)循環(huán)。在無(wú)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

本系統中, 四臺氣缸共有八個(gè)行程開(kāi)關(guān)作為8個(gè)輸入信號源, 這里還要用到一個(gè)計數器作為一個(gè)激活計數器的輸入; 四臺電磁閥作為四個(gè)輸出信號源; 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。系統的I /O 地址定義見(jiàn)表1

表1 PLC 的I /O 地址定義表

(3) PLC 控制梯形圖設計

梯形圖是以軟件邏輯代替硬件布線(xiàn)來(lái)實(shí)現邏輯控制與運算等功能等。因此, 梯形圖非常直觀(guān), 讀起來(lái)淺顯易懂, 程序修改也十分方便, 更不需要改變外部接線(xiàn)。編程軟件系Festo 公司產(chǎn)品所附帶的軟件, 該軟件應用起來(lái)方便易懂, 只需將編寫(xiě)好的程序下載到控制器上即可實(shí)現預期的功能。
工作過(guò)程如下: 接通電源后, 按下PLC 控制器的運行按鈕, 氣缸1 右行程開(kāi)關(guān)即I0.1 輸入為1,O0.2 輸出信號為1, 即電磁閥1 線(xiàn)圈得電, 氣源管路導通, 壓縮空氣進(jìn)入氣缸無(wú)桿腔, 氣缸1 前進(jìn); 當氣缸前進(jìn)到zui左端時(shí), 氣缸1 左行程開(kāi)關(guān)即I0.1 輸入為1, 電磁閥線(xiàn)圈得電, 氣缸1 做反程運動(dòng)。當氣缸1 運動(dòng)一次后, 內部設置的計數器計數為1。同時(shí),氣缸2 的右行程開(kāi)關(guān)I0.3 輸入為1, 則輸出信號O0.3 為1, 即電磁閥2 的線(xiàn)圈得電, 氣缸2 前進(jìn)。同理, 氣缸2 也如同氣缸1 一樣運作一次。上述運行即4 臺氣缸的一次循環(huán)動(dòng)作, 需要停止這一循環(huán)時(shí), 只需按動(dòng)PLC 控制器的運行鍵即可。

搭建了以PLC 為控制核心的氣動(dòng)控制系統, 實(shí)現了在PLC 控制下的氣缸順序動(dòng)作控制。通過(guò)在該氣動(dòng)控制實(shí)驗臺上所進(jìn)行的實(shí)驗, 學(xué)生們能夠深入理解氣控回路的設計方法以及熟悉氣動(dòng)控制的工作原理。學(xué)生們可廣開(kāi)思路自己設計不同的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動(dòng)循環(huán)。與此同時(shí), 開(kāi)發(fā)基于PLC 控制的氣動(dòng)實(shí)驗臺, 可使學(xué)生通過(guò)氣動(dòng)系統的組裝與實(shí)驗,學(xué)會(huì )基本的PLC 編程技術(shù), 同時(shí)通過(guò)自己動(dòng)手設計、操作、調試等過(guò)程的訓練, 提高自身的綜合素質(zhì)。