CN203895037U - 一种基于交流伺服控制的搬运教学实训系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于交流伺服控制的搬运教学实训系统，包括：伺服定位模块、伺服放大器、伺服电机、丝杆、气缸以及抓手；其中，伺服定位模块用于对伺服放大器发脉冲，伺服放大器作为电机驱动模块，伺服电机带动丝杆，从而带动机械抓手和气缸左右直行。本实用新型优点在于：它是工业控制一种典型的、实用的控制设备，能够对学生的PLC编程设计、触摸屏编程设计、组态设计和伺服系统的结构设计，伺服系统运行参数的设置、运行程序的设计等全方位的知识进行综合的训练，是一种集学习和生产实际于一体的综合实践平台。

Description

一种基于交流伺服控制的搬运教学实训系统

技术领域

本实用新型属于伺服控制技术领域，具体涉及一种基于交流伺服控制的搬运教学实训系统。

背景技术

机械制造业是国民经济的物质基础和产业主体、是国民经济的支柱产业、是国家科技水平和综合实力的重要标志。我国是世界公认的“制造业大国”，而非“制造业强国”。产业和企业的核心竞争力极为薄弱，缺乏自主知识产权的核心技术。现代制造业的发展需要大量既掌握专业理论知识、又具有工程应用背景的应用型人才，这样的人才还必须具备有再学习和自我知识更新的能力，以适应应用技术的更新速度。人才的培养与发展是制造业发展的关键。

PLC教学是高校工业自动化控制系统教学中的一门关键技术，其内容丰富、抽象，仅仅靠多媒体辅助教学技术，脱离实际的电气控制、机械装置的纸上谈兵的教学，不能让学生强化理论，了解电气设备的运行，机械装置的工艺，不能提高他们的动手能力和专业自信心。

目前，有很多商业化模拟的PLC实验实训工作台，但是这些设备有着很大的局限性。首先，这些设备固定在箱子里或者试验台上，PLC和外部设备的接线等已经连接好，学生只能部分的进行线路连接，对系统没有完整的认识。其次，大部分这样的实验装置实验项目设置非常简单，每个实验装置之间不方面组合衔接，不利于PLC实训的循序渐进深入的训练。另外，以上装置很多事模拟实验，输入输出常按钮和灯泡模拟，没能将机械、液压、化工等生产实际的工序流程引入到教学中。特别是在课程设计、毕业设计、技能大赛中，以上设备发挥不出真正的作用。在工业自动化控制系统中，较多设备用到变频器，伺服，步进，触摸屏等设备，还会用到模拟量，温度，脉冲，通讯等各种功能，而这些功能往往无法在教学实训系统中实现。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种基于交流伺服控制的搬运教学实训系统，其基于高校技能实训实验教学的需要，结合生产实际开发的一套灵活、实用的综合性实训设备。

一种基于交流伺服控制的搬运教学实训系统，包括：定位脉冲发生器、直流源、驱动器、电机、丝杆以及搬运机构；其中：

所述的定位脉冲发生器接收外部PLC提供的控制指令，生成一组加载有搬运机构运动方向、位移以及速度的脉冲触发信号；

所述的直流源与驱动器连接，其用于为驱动器提供恒定的直流电压；

所述的驱动器与定位脉冲发生器连接，其用于根据所述的脉冲触发信号为电机的三相定子绕组供电；

所述的丝杆与电机的转轴固定连接，所述的搬运机构安装于丝杆上，所述的电机通过转轴带动丝杆旋转，进而带动搬运机构按控制指令进行平移。

所述的定位脉冲发生器采用型号为FX2N-1PG的伺服定位模块。

所述的驱动器采用型号为MR-J2S-A的伺服放大器。

所述的电机采用型号为HC-AQ系列的伺服电机。

所述的搬运机构包括：

气泵；

底座，其两侧通过支杆安装有左限位方块和右限位方块；

滑块，其安装于丝杆上；所述的丝杆两端分别与左限位方块和右限位方块固定；

与气泵连接的第一气缸，其一端固定于滑块上；

抓手，其与第一气缸的另一端连接；

与气泵连接的第二气缸，其与抓手整体连接；

所述的第一气缸用于控制抓手上下位移，所述的第二气缸用于控制抓手的抓放动作。

所述的第一气缸通过第一电磁阀与气泵连接，所述的第一电磁阀与外部PLC连接，其断电则第一气缸控制抓手上升，其通电则第一气缸控制抓手下降。

所述的第二气缸通过第二电磁阀与气泵连接，所述的第二电磁阀与外部PLC连接，其断电则第二气缸控制抓手松开，其通电则第二气缸控制抓手握紧。

所述的第一气缸上安装有两个限位传感器，所述的两个限位传感器均与外部PLC连接，且分别对抓手上升和下降动作进行限位感应。

所述的左限位方块和右限位方块上分别安装有两个限位传感器，所述的两个限位传感器均与外部PLC连接，且分别对滑块左右平移动作进行限位感应。

故相对现有技术，本实用新型利用伺服电机和气缸通过丝杆与滑块之间的配合，即可令抓手在上下左右四个方向上运动至希望的位置，结构简单，并可模拟真实生产现场，实现真正意义上的机械运动控制，提高学生学习的积极性和学习效果，在此基础上便于学生学会工控系统软硬件的设计流程和调试方法。

附图说明

图1为本实用新型的系统组成示意图。

图2为本实用新型机械装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细说明。

本实施方式搬运教学实训系统由两大部分组成，第一部分是电气控制柜里面的电气控制部分，第二部分是机械装置。电气控制部分如图1所示，主要的器件包含PLC(FX2N-48MR-D)、伺服定位模块(FX2N-1PG)、伺服放大器(MR-J2S-A)、触摸屏(Smart700)、按键、指示灯等，所有元器件均安装在导轨上。而第二部分是机械装置包含底座、基座、滑块、丝杆、电磁阀、抓手、气缸、气泵、限位开关和伺服电机(HC-AQ)等部分，如图2所示；其中：

伺服定位模块接收PLC提供的控制指令，生成一组加载有搬运机构运动方向、位移以及速度的脉冲触发信号；

伺服放大器连接有直流源，直流源用于为驱动器提供恒定的直流电压；

伺服放大器与伺服定位模块连接，其用于根据脉冲触发信号为伺服电机的三相定子绕组供电；

丝杆与伺服电机的转轴固定连接，滑块安装于丝杆上，伺服电机通过转轴带动丝杆旋转，进而带动滑块按控制指令进行平移。

气缸有两个且均与气泵连接，其中，第一气缸的一端固定于滑块上；抓手与第一气缸的另一端连接；第二气缸与抓手连接。

第一气缸用于控制抓手上下位移，第二气缸用于控制抓手的抓放动作。

第一气缸通过第一电磁阀与气泵连接，第一电磁阀与PLC连接，其断电则第一气缸控制抓手上升，其通电则第一气缸控制抓手下降。

第二气缸通过第二电磁阀与气泵连接，第二电磁阀与PLC连接，其断电则第二气缸控制抓手松开，其通电则第二气缸控制抓手握紧。

第一气缸上安装有两个限位开关(上下)，这两个限位传感器均与PLC连接，且分别用于对抓手上升和下降动作进行限位感应。

丝杆两端的左限位方块和右限位方块上也分别安装有两个限位传感器(左右)，这两个限位传感器均与PLC连接，且分别对滑块左右平移动作进行限位感应。

本实施方式可以完成抓手的上下左右、抓紧放松的动作，可以将工件由1#位搬运到2#位，1#位、2#位的距离可以调节。其中左右运行是通过PLC伺服系统控制伺服电机带动其转轴上的丝杆来进行的。伺服系统的主回路由电源经无熔断丝断路器、电磁接触器和功率电抗器接入伺服放大器，伺服电机接在伺服放大器U、V、W输出端。而伺服系统的控制回路由PLC发出指令给伺服定位模块，定位模块产生脉冲信息传递给伺服放大器，伺服放大器控制电机的运行速度及其位置。

系统的上下运行由电磁阀的开、合推动气缸抓手来完成。当PLC发出指令，下降(上升)电磁阀通电时，抓手下降(上升)；当下降(上升)碰到气缸自带的下限(上限)位开关时，下限(上限)位开关给PLC一个下限(上限)位信号，PLC发出信号关断电磁阀，气缸抓手停止。

本实施方式中电脑通过串口线和PLC连接，梯形图通过串口下载带PLC的存储器里。触摸屏通过USB口和PLC通讯，通过操作按键(或者触摸屏屏幕的按钮)控制抓手上下左右，抓紧放松的动作，能够实现工业过程的控制。指示灯(或者触摸屏的指示灯)和触摸屏界面可以显示信号的变化，触摸屏界面还可以显示各变量的变化情况，如伺服电机的速度、所在的位置等。

本实施方式中PLC的编程使用梯形图设计，触摸屏使用WINCCFlexible2008软件进行设计，学生不仅可以学习PLC的编程、仿真和调试，还可以学习触摸屏用户组态界面的结构设计、窗口显示布局、界面元素的使用、WinCC flexible组态界面的设置等。学生能够进行编程、仿真练习，还可以对实际的结果进行调试、测试。另外，学生在此过程熟悉PLC、伺服定位模块、伺服放大器、触摸屏、限位开关、电磁阀、气缸、抓手等的结构原理和应用，在本实施方式的基础上学会了工控系统软硬件的设计流程和调试方法。

Claims (9)

1.一种基于交流伺服控制的搬运教学实训系统，其特征在于，包括：定位脉冲发生器、直流源、驱动器、电机、丝杆以及搬运机构；其中：

所述的定位脉冲发生器接收外部PLC提供的控制指令，生成一组加载有搬运机构运动方向、位移以及速度的脉冲触发信号；

所述的直流源与驱动器连接，其用于为驱动器提供恒定的直流电压；

所述的驱动器与定位脉冲发生器连接，其用于根据所述的脉冲触发信号为电机的三相定子绕组供电；

所述的丝杆与电机的转轴固定连接，所述的搬运机构安装于丝杆上，所述的电机通过转轴带动丝杆旋转，进而带动搬运机构按控制指令进行平移。

2.根据权利要求1所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的定位脉冲发生器采用型号为FX2N-1PG的伺服定位模块。

3.根据权利要求1所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的驱动器采用型号为MR-J2S-A的伺服放大器。

4.根据权利要求1所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的电机采用型号为HC-AQ系列的伺服电机。

5.根据权利要求1所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的搬运机构包括：

气泵；

底座，其两侧通过支杆安装有左限位方块和右限位方块；

滑块，其安装于丝杆上；所述的丝杆两端分别与左限位方块和右限位方块固定；

与气泵连接的第一气缸，其一端固定于滑块上；

抓手，其与第一气缸的另一端连接；

与气泵连接的第二气缸，其与抓手整体连接；

所述的第一气缸用于控制抓手上下位移，所述的第二气缸用于控制抓手的抓放动作。

6.根据权利要求5所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的第一气缸通过第一电磁阀与气泵连接，所述的第一电磁阀与外部PLC连接，其断电则第一气缸控制抓手上升，其通电则第一气缸控制抓手下降。

7.根据权利要求5所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的第二气缸通过第二电磁阀与气泵连接，所述的第二电磁阀与外部PLC连接，其断电则第二气缸控制抓手松开，其通电则第二气缸控制抓手握紧。

8.根据权利要求5所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的第一气缸上安装有两个限位传感器，所述的两个限位传感器均与外部PLC连接，且分别对抓手上升和下降动作进行限位感应。

9.根据权利要求5所述的搬运教学实训系统，其特征在于：所述的左限位方块和右限位方块上分别安装有两个限位传感器，所述的两个限位传感器均与外部PLC连接，且分别对滑块左右平移动作进行限位感应。