一種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統的制作方法
【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，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脈沖，伺服放大器作為電機驅動模塊，伺服電機帶動絲桿，從而帶動機械抓手和氣缸左右直行。本實用新型優點在于：它是工業控制一種典型的、實用的控制設備，能夠對學生的PLC編程設計、觸摸屏編程設計、組態設計和伺服系統的結構設計，伺服系統運行參數的設置、運行程序的設計等全方位的知識進行綜合的訓練，是一種集學習和生產實際于一體的綜合實踐平臺。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于伺服控制【技術領域】，具體涉及一種基于交流伺服控制的搬運教學 實訓系統。 一種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統

【背景技術】
[0002] 機械制造業是國民經濟的物質基礎和產業主體、是國民經濟的支柱產業、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"制造業大國"，而非"制造業強國"。 產業和企業的核心競爭力極為薄弱，缺乏自主知識產權的核心技術。現代制造業的發展需 要大量既掌握專業理論知識、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，以適應應用技術的更新速度。人才的培養與發展是制造 業發展的關鍵。
[0003] PLC教學是高校工業自動化控制系統教學中的一門關鍵技術，其內容豐富、抽象， 僅僅靠多媒體輔助教學技術，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自信 心。
[0004] 目前，有很多商業化模擬的PLC實驗實訓工作臺，但是這些設備有著很大的局限 性。首先，這些設備固定在箱子里或者試驗臺上，PLC和外部設備的接線等已經連接好，學 生只能部分的進行線路連接，對系統沒有完整的認識。其次，大部分這樣的實驗裝置實驗項 目設置非常簡單，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 工等生產實際的工序流程引入到教學中。特別是在課程設計、畢業設計、技能大賽中，以上 設備發揮不出真正的作用。在工業自動化控制系統中，較多設備用到變頻器，伺服，步進，觸 摸屏等設備，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 訓系統中實現。


【發明內容】

[0005] 針對現有技術所存在的上述技術問題，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，其基于高校技能實訓實驗教學的需要，結合生產實際開發的一套靈 活、實用的綜合性實訓設備。
[0006] -種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統，包括：定位脈沖發生器、直流源、驅 動器、電機、絲桿以及搬運機構；其中：
[0007] 所述的定位脈沖發生器接收外部PLC提供的控制指令，生成一組加載有搬運機構 運動方向、位移以及速度的脈沖觸發信號；
[0008] 所述的直流源與驅動器連接，其用于為驅動器提供恒定的直流電壓；
[0009] 所述的驅動器與定位脈沖發生器連接，其用于根據所述的脈沖觸發信號為電機的 三相定子繞組供電；
[0010] 所述的絲桿與電機的轉軸固定連接，所述的搬運機構安裝于絲桿上，所述的電機 通過轉軸帶動絲桿旋轉，進而帶動搬運機構按控制指令進行平移。
[0011] 所述的定位脈沖發生器采用型號為FX2N-1PG的伺服定位模塊。
[0012] 所述的驅動器采用型號為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] 所述的搬運機構包括：
[0015] 氣泵；
[0016] 底座，其兩側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] 故相對現有技術，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，結構簡單，并可模擬真實生產現場， 實現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，在此基礎上便于學 生學會工控系統軟硬件的設計流程和調試方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1為本實用新型的系統組成示意圖。
[0028] 圖2為本實用新型機械裝置的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0029] 為了更為具體地描述本實用新型，下面結合附圖及【具體實施方式】對本實用新型的 技術方案進行詳細說明。
[0030] 本實施方式搬運教學實訓系統由兩大部分組成，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運動方向、位 移以及速度的脈沖觸發信號；
[0032] 伺服放大器連接有直流源，直流源用于為驅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，其用于根據脈沖觸發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軸固定連接，滑塊安裝于絲桿上，伺服電機通過轉軸帶動絲 桿旋轉，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（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#位的距離可以調節。其中左右運行是通過PLC伺服系統控制伺服電機帶 動其轉軸上的絲桿來進行的。伺服系統的主回路由電源經無熔斷絲斷路器、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。而伺服系統的控制 回路由PLC發出指令給伺服定位模塊，定位模塊產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] 系統的上下運行由電磁閥的開、合推動氣缸抓手來完成。當PLC發出指令，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） 位開關時，下限（上限）位開關給PLC -個下限（上限）位信號，PLC發出信號關斷電磁閥， 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，能夠實現工業過程的控制。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計，觸摸屏使用WINCC FleXible2008軟件 進行設計，學生不僅可以學習 PLC的編程、仿真和調試，還可以學習觸摸屏用戶組態界面的 結構設計、窗口顯示布局、界面元素的使用、WinCC flexible組態界面的設置等。學生能夠 進行編程、仿真練習，還可以對實際的結果進行調試、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、電磁閥、氣缸、抓手等的結構原理和應用，在本 實施方式的基礎上學會了工控系統軟硬件的設計流程和調試方法。
【權利要求】
1. 一種基于交流伺服控制的搬運教學實訓系統，其特征在于，包括：定位脈沖發生器、 直流源、驅動器、電機、絲桿以及搬運機構；其中： 所述的定位脈沖發生器接收外部PLC提供的控制指令，生成一組加載有搬運機構運動 方向、位移以及速度的脈沖觸發信號； 所述的直流源與驅動器連接，其用于為驅動器提供恒定的直流電壓； 所述的驅動器與定位脈沖發生器連接，其用于根據所述的脈沖觸發信號為電機的三相 定子繞組供電； 所述的絲桿與電機的轉軸固定連接，所述的搬運機構安裝于絲桿上，所述的電機通過 轉軸帶動絲桿旋轉，進而帶動搬運機構按控制指令進行平移。
2. 根據權利要求1所述的搬運教學實訓系統，其特征在于：所述的定位脈沖發生器采 用型號為FX2N-1PG的伺服定位模塊。
3. 根據權利要求1所述的搬運教學實訓系統，其特征在于：所述的驅動器采用型號為 MR-J2S-A的伺服放大器。
4. 根據權利要求1所述的搬運教學實訓系統，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. 根據權利要求1所述的搬運教學實訓系統，其特征在于：所述的搬運機構包括： 氣泵； 底座，其兩側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. 根據權利要求5所述的搬運教學實訓系統，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. 根據權利要求5所述的搬運教學實訓系統，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. 根據權利要求5所述的搬運教學實訓系統，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. 根據權利要求5所述的搬運教學實訓系統，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 優先權日:2014年4月30日
【發明者】唐美玲, 余華春 申請人:杭州萬向職業技術學院