多缸联动气动控制实验台毕业论文.doc

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1、I 多缸联动气动控制实验台（电控） 摘 要 本文针对提出研制开放和多功能性气动综合实验台的设想，对现有实验台缺陷作 相关分析和改进。以可编程序控制器( PLC) 为控制单元制作气动控制实验台，使学生 学会正确设计、安装、调试气动控制系统，而且还能使学生熟悉气动系统与电子技术 以及计算机系统的信号传递和控制功能。该实验台是一个典型的机、电、气动、计算 机一体化的实验装置。文章介绍了实验台的构成器件、搭建结构及其工作原理。同时, 还设计了基于PLC 控制的气动逻辑控制系统, 通过控制4 个气缸的顺序动作来演示气 动顺序控制的实验。 关键词：可编程控制器（PLC） ；气动控制；气动实验台；PLC 控

2、制 II Multi-cylinder test-bed pneumaticcontrol linkage (Electronic Control) ABSTRACT This paper proposed the development and versatility of open air the idea of comprehensive experimental platform, the existing test bed for related defect analysis and improvement. A programmable logic controller (PLC

3、) tocontrol the production of pneumatic controlunit bench,so that students learn the proper design, installation, commissioning andpneumatic control systems, but also to familiarize students with pneumatic systems and electronic technology and computer systems, signaling and control Function. The ex

4、periment station is a typical mechanical, electrical, pneumatic and computer integration, the experimental device. This paper introduces the composition of the device test bed, built structure and working principle. Also designed based on PLCcontrolled pneumatic logic control system, by controlling

5、the order of 4 cylinder actionin order to demonstrate the aerodynamic control experiments. KEY WORDS: Programmable Logic Controller (PLC); pneumatic control; aerodynamic test bed; PLC control 1 1 绪论 1.1 设计背景和目的 液压和气压传动统称为流体传动，他们都是以流体（如压力油或空气）为传动介 质，利用各种控制元件组成所需要的各种控制回路，再由若干回路有机组成能完成一 定控制功能的传递系统来进行能量

6、的传递、转换与控制。液压传动所用的工作介质为 液压油或其他合成液体，气压传动所用的工作介质为空气，由于这两种流体的性质不 同，所以液压传动与气压传动各自具备不同的特点。液压传动传递动力大，运动平稳， 但由于液体粘性大，在流动过程中阻力损失大，因而不适于做远距离传动和控制；气 压传动由于空气的可压缩性大，且工作压力低，所以传递动力不大，运动也不如液压 传动平稳，但空气粘性小，传递过程中阻力小、速度快、反应灵敏，所以广泛应用于 远距离的传动和控制15。 随着科学技术的发展和我国现代化进程，清洁环保、能耗低的仪器设备越来越备 受青睐，气压传动由于其使用空气作为传动介子，来源广泛、成本低；在传动过程中

7、 废气可以直接排泄，不会产生二次污染；一个气压站可供多台仪器使用，在传递过程 中噪音低等特点，不仅有逐步取代液压传动在工程技术中运用的趋势，而且也将在新 动力能源的开发方面越来越彰显其主导地位，如气动扳手、气动夹具、气动滑槽、空 气锤、组合机床等。 气压传动有如下优点： （1） 气动装置结构简单，安装维护方便。 （2） 工作介质是取之不尽，用之不竭的空气，排气处理简单，不污染环境。 （3） 气动元件的工作寿命很长，系统有很高的可靠性。 （4） 空气的粘度很小，在管道中的压力损失较小，因此压缩空气便于集中供应 （空气站）和远距离传送。 （5） 使用安全，具有防爆，防火，耐潮的能力，与液压方式相比

8、，气动控制可 在高温场合使用。 （6） 压缩空气的工作压力较低（一般为 0.30.8Mpa） ，因此对气动元件的材料 和制造精度上的要求较低。 现代教学体制的改革对学生要求和社会对人才的需要，已不仅仅局限于知道课内 的相关理论知识和实验参考书上的实验要求，而是要具备知识的灵活应用和解决实际 问题的能力。为了满足这一要求，学生在校不仅要养成积极思考的习惯，学校也要给 2 学生提供良好的知识引用和思维发展的空间。为了满足诸多因素的要求，我们提出了 设计多功能开放性气动实验台的的设想。 液压与流体传动是我们专业开设的基础课程，主要讲授流体传动的基本理论和常 见应用。在理论学习过程中，很多元器件不能直

9、观了解他的结构和功能；而在实践学 习中，我校配备的相关仪器设备由于购买时间较早，只能完成几个预定的实验，已不 再适应于现代化教学的需要和学生对知识的渴望。 实验台设计的目的主要是为了用于液压与气动课程实验教学使用，因此，必 须首先满足教学的基本实验要求，应能涵盖教学中涉及到的主要实验：其次，为了培 养学生的创新能力，提供一个便于元件固定和连接的操作平台，各元件位置、系统组 成不固定，可由实验者自行选择元件和组成回路，保证系统具有良好的开放性；第三， 充分发挥机、电、气一体化的特点，充分考虑到微电子技术及先进控制技术在液压与 气动系统中的应用,采用多种控制方式，提供几种技术结合的接口和设备条件；

10、第四， 应充分考虑到实验设备还要为科研工作服务，实验台的功能和性能参数应能满足一般 性科研工作的要求，使本实验台具有广泛的适应性。 1.2 国内外发展现状 开放性实验台的设计和应用在国外已经很娴熟，气动实验台也不例外。他们将现 代的先进科学技术与实验台相接和，使得实验台不仅功能完善，而且操作简单。现在 国际上比较流行的设备主要有德国的乐力士和 festo 公司的产品。乐力士产品的主要 特点是面板为双面，可同时供两组学生进行实验；配备了快速插口，可以方便的插接； 实验台充分考虑了各种需要，辅助设备完善，如书写垫板、抹布挂钩、计算机扩展插 口等；元器件种类丰富，能够模拟基本实验和开发型实验。如图

11、1-1 所示为 DS3 系列 的乐力士产品24。 3 图 1-1 德国乐力士产品 从图可见，实验面板的上端为电气控制模块，包括继电器控制单元，PLC 控制单元， 电源分路单元、计算机接口等，中部位 4545L 带 10mm 槽宽的铝合金型材框架，用于 元器件的安装，下部为孔距为 25mm 用于存放元件的板件。 与乐力士产品相似，festo 的产品功能也很完善。首先，该实验台配备了多种的气动元 件,灵活的快换接头和软管,各元件的安装和固定都非常容易,并且密封性非常好；其次， 元件可以根据需要任意组合,搭成所需的实验回路；第三，该实验台还配备了液压和气 动仿真软件 FluidSIM 利用该软件，可

12、以方便的绘制出符合工业标准的气动和液压回路 图,制图的同时，FluidSIM 软件还可以检查回路图结构的正确性。由于该软件中的元件 参数的调节范围与实际设备完全一致，所以可对设计的回路进行准确的系统模拟。学 生可以充分发挥自己的想象力，利用该软件设计所需的气动回路，然后通过实验台， 现场安装、调试、检测所设计的回路，验证回路的正确性。 在国内，开放性实验台在各高校和教学仪器生产厂商也有研制。比如秦川机床厂 生产的气动实验台如图 1-2 所示由图可见该产品的电气控制布局于右边面板，气缸与 元器件的位置分开布局，这样一方面可以方便操作，也节约了实验面板的空间。 图 1-2 秦川机床厂产品 图 1-

13、3 为高联机床厂的产品。该气动-液压-PLC 综合控制实验台是根据高校机电一 体化对气、电、液控制的教学大纲要求，在专利产品 YY-18 透明液压传动演示系统的 基础上，综合了气动-PLC 与液压-PLC 控制实验设备的优点，采用了开放型综合实验 台结构，广泛征求专家教授与老师的意见，经不断创新改进研制而成的。是目前集气 动控制技术、液压传动控制技术以 PLC 可编程序控制器控制技术于一体的理想的综合 性实验设备。实验时，它们可以相辅相成，交叉控制。可以让学生直观、感性地、了 解气、电、液各自具有的特点、特色、优点及缺点等。其基本配置为一个实验台配有 一套气动控制实验元件和一套液压控制实验元件

14、，且各自配有独立的一套 PLC 电气控 4 制设备。 图 1-3 高联机床厂的产品 国内的研究机构对各类实验台也有深入研究，在元器件控制方面，部分高校提出 了将面板设计为孔型，用三点定位的方法实现元器件的定位，硕博机床厂将其变为了 现实，如图 1-4 所示。也有研究机构提出真空吸盘的方案，其原理是利用真空发生器： 真空发生器主要由拉瓦尔管、扩压管和气体吸入室组成。拉瓦尔管和扩压器这两个部 件组成了一条断面变化的特殊气流管道，压缩空气通过拉瓦尔管喷嘴将压力能转变成 动能进行抽气，而混合气流通过扩压器又将动能转变压力能从而进行排气。供气口的 供气压力高于一定值后，喷管射出超声速射流。由于气体的粘性

15、,高速射流卷吸走吸入 室内的气体, 使该腔形成很低的真空度，将该腔与真空吸盘相连,便能吸住盘子。其特 点是：二次真空发生器具有无机械运动部件，不需润滑，抗振动，结构简单，工作稳 定可靠，使用寿命长等特点，完全适用吸盘对真空度的要求。更多的是部分高校对开 放性实验台控制部分的改进。比如使用 LabWindows/CVI 开发的虚拟仪器软件平台，将 其与实验台连接，使该系统能够在不同惯性负载和推力负载下，分别采用不同算法完 成位置伺服控制，并绘制相应的实验曲线，对实验面板进行模块化改进等23。 5 图 1-4 针孔式面板 1.3 课题目的和任务 气控实验台是机械大类专业进行实验教学的必要设备之一，

16、随着近年来我国机械 行业的高速发展，气压传动的 PLC 控制是必然的发展方向，因此，对本课题的设计研 究具有一定的实际意义。通过本次毕业设计，使学生对现代机械有一总体了解，采用 新的方法对气控实验台进行综合分析和研究。同时培养学生对大学所学知识的理解， 收集、查阅文献资料的能力，提高发现、分析、解决问题的能力。 6 2 总体方案设计 2.1 方案设计 设计的气动实验台应具备以下特点：实现气动系统快速装卸和电路系统的快速装 卸。管路的连接采用气动专用快速接头和聚胺脂材料的软管。从而实现气动回路和系 线的快速安装和拆卸。学生能够根据所学书本知识自行设计回路，然后自行组装、实 验、调试、理论和实践充

17、分地结合。而且气路走向，气动元件的作用以及气动回路的 功能清晰明了、直观，有利于理解教学内容。 a）方案一，本方案是借鉴于一种杆机构，并作了相应的改进。要使连个面之间比 较好的发生配和有两种方法：思路一，一步到位，即像方案一一样，借助于弹簧的压 缩和自动恢复功能，实现两个面间的配合；思路二，逐步到位，即在夹紧过程中，用 其他机构替代弹簧，如凸轮机构、螺旋机构、四杆机构等来实现元器件与面板的渐进 夹紧。使用弹簧必须给于其压力，还要考虑变形量对机构的影响，所以本方案将四杆 机构与螺旋机构相结合，采用第二条思路。如图 2-1 所示。 由于是逐步实现配合的过程，为了便于控制配合极限位置，所以选者使用楔

18、形面 配合，即燕尾槽型面板。元器件安装在底板的背面，在旋转螺杆 1 上安装一辅助旋转 机构，当要固定元器件时，活动楔块 2 与固定楔块间处于近端，放入到两槽内，旋转 螺杆 1，杆机构会围绕回转点旋转，使得活动楔块 2 与固定楔块间的距离逐渐增大，从 而实现楔紧。 7 1螺杆 2活动楔块 3连杆（共四个）4底板（含一个楔形面）5连杆（带螺孔，共两个） 图 2-1 方案二装配图 c）方案二，本方案是根据部分参考文献所提出的将面板设计为孔型26，再在元器 件上固定销，实现元器件的固定。 销孔 面板 图 2-2 方案三面板 8 图 2-3 方案三固定装置 如图 2-2 所示，在面板上加工出一系列的点即

19、可。配合原理为该方案将各种元件 都安装底座上，通过底座上的长销（可以是一个或多个）插入安装面板上的小孔内， 这样保证能让所有元件在安装面板上随意布置而不受限制。 2.2 方案比较 方案一机构原理比较简单，使用杆机构和螺纹机构相结合，杆件和螺纹的加工工 艺简单，并且螺纹机构具有自锁功能，夹紧容易实现。但是存在的缺陷也较多。第一， 杆件较多，杆件较多必然引起机构的总体尺寸较大，这样使得燕尾槽的间距也会变大 浪费材料；第二，螺杆旋转的辅助机构可能存在干涉；第三，杆机构自身的缺陷会影 响机构功能，杆机构有死点位置，在运动过程中可能会出现卡死现象。 方案二的机构原理也很简单，面板为一系列盲孔，元器件定位

20、机构为插销，但是 该方案在定位过程中两元器件的位置不能任意改动。如果存在干涉现象，不能方便的 移动元器件，但如果是槽时水平移动元器件即可，而需要相应改变多个元器件位置和 插管。 通过上述优缺点的简述，方案一的设计并不成熟，还有待多方面的改进，比如杆 机构的自身缺陷的改进。如前所述，方案二由于加工工艺较为简单，尤其是面板的加 工，为孔加工，可以用钻床实现，元器件定位由销实现，比较简单，方案二存在孔加 工必须较精确，元器件定位后不能任意移动等缺点。 因此，综合各方案优缺点与相关老师沟通了解之后决定工作台采用双面结构，可以供 两组学生同时进行实验，具有很高的产品性能价格比。同时采用 T 型槽面板的模

21、块化 结构设计搭建实验简单、方便，各个气动元件成独立模块，配有方便安装的底板，实 验时可以随意在通用铝合金型材板上，组装各种实验回路，操作简单、方便。 9 10 3 实验台的设计和制作 3.1 元器件原始参数 购买的亚德克（AIRTAC）公司的系列产品，其中包括：接近开关、单作用气缸 （MAL20X50-CA） 、二位五通双向电磁换向阀，气动三大件等，同时还购买了 OMRON CPM1A 可编程控制器。 每个元器件都有定位的螺纹孔或是通孔，这样为我们的定位装置设计提供了可靠 的依据，同时在公司网站上也给出了相应的参数及 CAD 图示，现归结如下： 3.1.1 单作用气缸 本实验台设计完成四缸联

22、动，因此至少需要四台气缸。本实验台为了能完成多项 试验项目，因此计划选用 6 台气缸并均配有传感器。 气缸行程参数可根据实验台面板尺寸而定。设计参数要求实验台整体尺寸在 1200mm800mm 以内，参考如下具体气缸参数，初步定气缸行程为 50mm。由于实验台 尺寸有限，并且本实验台所使用的气压仅为 0.5MPa，因此在气缸缸径的选择上则尽量 小些，如 MAL 系列气缸，最小缸径为 20mm，考虑到缸径 20mm 的气缸足以满足实验要求， 因此选择 MAL 系列气缸 2 台，具体尺寸为 20（缸径）50（行程） ，具体型号为 MAL 20X50-CA。此 气缸可不必附磁环，可用接近开关为其位置

23、的传感器。 如图 3-1 所示： 图 3-1 单作用气缸 11 产品特性： a）执行亚德客企业标准，采用铝圆管缸体； b）前后盖与钢管采用螺纹连接； c）活塞密封采用异型双向密封结构，尺寸紧凑，有储油功能； d）前端盖采用自润滑轴承导向，润滑与导向性能好； e）多种后盖型式，使气缸安装更方便； f）多种规格的气缸及气缸安装附件可供客户选择使用。 产品规格： 图 3- 2 单作用气缸规格 气缸可根据主机需要进行设计，但尽量直接选用标准气缸 a)安装形式的选择:安装形式由安装位置、使用目的等因素决定。在一般场合下， 多用固定式安装方式：轴向支座（MS1 式）前法兰（MF1 式）、后法兰（MF2 式

24、）等。 b)输出力的大小: 根据工作机构所需力的大小，考虑气缸载荷率确定活塞杆上的 推力和拉力，从而确定气缸内径。气缸由于其工作压力较小（0.40.6MPa），其输出 力不会很大，一般在 10000N（不超过 20000N）左右，输出力过大其体积（直径）会太 大，因此在气动设备上应尽量采用扩力机构，以减小气缸的尺寸。 c)气缸行程:气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况 下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用来夹紧等机构，为保证夹紧效果， 必须按计算行程多加 1020mm 的行程余量。 气缸使用注意事项 a）一般气缸的正常工作条件：环境温度为-3580，工作压力为

25、 0.40.6MPa b）安装前，应在 1.5 倍工作压力条件下进行试验，不应漏气。 c）装配时，所有密封元件的相对运动工作表面应涂以润滑脂。 12 d）安装的气源进口处必须设置气源调节装置：过滤器-减压阀-油雾器。 e）安装时注意活塞杆应尽量承受拉力载荷，承受推力载荷应尽可能使载荷作用在 活塞杆轴线上，活塞杆不允许承受偏心或横向载荷。 f）载荷在行程中有变化时，应使用输出力足够的气缸，并附设缓冲装置。 g）如前所述，尽量不使用满行程。 3.1.2 双向电磁换向阀 根据实验台整体尺寸以及何其配套使用的气缸尺寸，综合来考虑电磁换向阀的尺 寸。亚德客电磁换向阀有 4V100 系列、4V200 系列

26、和 4V300 系列，而 4V200 系列和 4V300 系列的电磁阀尺寸过大，与实验台其它元件很不相称，影响美观，整体效果不好。 4V100 系列电磁换向阀可以满足实验要求且尺寸适中，因此选其为本实验台电磁换向阀。 电磁阀位数的选择只要是选择两位五通还是三位五通，三位五通效果较好但较贵， 经济性不好；而两位五通亦能完成本次要求，因此选用两位五通，如图 3-4 所示。 考虑到电磁阀将由 PLC 控制，考虑编程情况，则选用单电控较为适合，电压为 AC220V。 综上，电磁换向阀的最终选择为亚德客 4V100 系列的单电控两位五通电磁换向阀， 其具体型号为 4V110-06。 电磁阀上有定位的螺纹

27、孔或是通孔，这样为我们的定位装置设计提供了可靠的依 据，同时在公司网站上也给出了相应的尺寸，以便我们做整体设计。4V110-06 电磁换 向阀具体尺寸及安装尺寸如下图所示。 13 图 3-3 亚德客 4V110-06 单电控两位五通电磁换向阀 图 3-4 双向电磁换向阀 产品特性 a）先导方式：外部与内部可选； b）滑柱式结构，密封性好，反应灵敏； c）三位置电磁阀有三种中央功能可供选择； d）双头二位置电磁阀具有记忆功能； e）内孔采用特殊工艺加工，摩擦阻力小，启动气压低，使用寿命长； f）无需加油润滑； g）可与底座集成阀组，节省安装空间； h）附设手动装置，利于安装调试； i、有多种标准

28、电压等级可供选用。 产品规格及电性能参数： 14 图 3-5 电磁换向阀规格 图 3-5 电磁换向阀电性能参数 3.1.3 可编程控制器 本实验台所用传感器要求 PLC 可直接驱动，因此其电压要求均为 DC24V。 15 图 3-7 OMRON CPM1A-30CDR-A 可编程控制器 3.2 实验台设计 3.2.1 气缸支架的设计 气缸固定支架选用 LB 型支架，其固定方式如下图 3-7 所示，图 3-8 为 LB 型支架 其为设计的最终图纸。 图 3-7 气缸固定方式 16 图 3-8 LB 型支架 在设计过程中主要考虑了如下几个因素： a）底面两螺纹孔可与底板相配合。 b）侧面的通孔与气

29、杆两端面的螺纹现配合，在外加螺母实现预定目的。 c）其尺寸要充分考虑底板的尺寸。 3.2.2 电磁换向阀底板的设计 如图 3 一 17 所示，其为设计的最终图纸，详细尺寸请见气动控制阀工程图。在 设计过程中主要考虑了如下几个因素 a）左、右两端的两个通孔用于安装螺栓，中间凹槽可使螺母沉下，便于电磁换向阀 的安装，使其不会一边翘起。 b）左、右两端两个通孔间距根据气缸上气缸支架间固定孔间距而定，固定底板长度 根据电磁阀的长度而定。左下 2 个 M3 螺纹孔用于安装电磁换向阀并起固定作用。 c）中间凸台上 2 个 M3 螺纹孔用于安装电磁换向阀并起固定作用。 作为底板，考虑美观性同样选择铝合金型材

30、，与 T 型槽及气缸颜色统一，并具有 足够强度。 17 图 3-8 电磁阀底板 3.2.3 接近开关安装板的设计 接近开关总是成对出现，放在气缸行程的始末位置，不需要与气缸接触，因此只 需要将其固定即可，不必要考虑其受力，材料仍选铝合金，在设计其安装时主要要考 虑如下因素： a）底面两个 M6 的孔必须与 T 型槽相配合。 b）接近开关必须与气缸保持很好的尺寸关系，接近开关必须和气缸保持同一高度， 并且与气缸不能接触，需留有间隙。 c）直角边上的两个 M12 的孔用于安装接近开关。 其设计的最终图纸如图 3-9 所示，详细尺寸见电磁阀底板工程图。 图 3-9 接近开关安装板 18 3.2.4

31、PLC 安装的设计 PLC 的固定可选用两种方式： a）PLC 固定板使用 U 型电器安装导轨，PLC 底部有固定卡子，可直接卡于导轨上。 导轨上槽宽为 4mm，因此只能选用 M4 的螺栓作为紧固件，安装板如图 3-10 所示。 图 3-10 PLC 安装板 a b）PLC 四角都配有固定孔，可采用两根型材固定，固定方式如图 3-11 所示。 图 3-11 PLC 安装板 b 第一种方案虽然便于安装，加工方便，但由于固定不稳，因此采用第二种方案。 19 3.2.5 其他辅助零件 辅助定位装置，均为标准件。标准件选择如表 31 所示 表 31 标准件列表 名称国标备注（单位 mm） 平垫圈 GB

32、/T 848-1985d1=4.3 d2=8 h=0.5 平垫圈 GB/T 848-1985d1=5.3 d2=9 h=1 平垫圈 GB/T 848-1985 d1=6.4 d2=11 h=1.6 螺栓 GB/T 5783-2000M3 螺栓 GB/T 5783-2000M4 螺栓 GB/T 5783-2000M6 3.2.6 面板的设计 材料选择，对于 T 型槽选择统一采用铝合金型材，如下表 3-2： 表 3-2 面板材料比较 名称性能价格比较 铝合金型材 1560（国标） 气缸支架需自己加工，但其它元器件底板 有相配合型材，加工方便，节省材料 价格最低 铝合金 型材 2080W 气缸支架有

33、标准件，但其它元器件不便安 装 价格最高 4040GH 工业 铝型材 不便安装，材料浪费大介于中间 由表 3-1，选择通用铝合金型材 1560（国标）。 面板的 T 型槽统一采用铝合金型材 1560（国标），如图 3-11 所示，由于每根铝合 金型材都有两个 T 型槽，所以采用四根铝合金型材组合成一个面板，整体的布局如图 3-10 所示。 20 图 3-10 面板整体布局 图 3-11 面板局部视图 在设计过程中主要考虑了如下几个因素：a）每根铝合金之间的间距必须合理，以 免安装元器件和接线时产生干涉。 b）铝合金型材与地板之间的固定。 c）考虑为了 完成较复杂实验的需要，将面板尺寸设计较大。

34、 3.2.6 面板支架的设计 将面板固定在支架上，再将支架安装在实验桌上可以采用两种方式，第一种是支 架只满足面板的固定要求，再将支架固定在桌面上；第二是支架既可以固定面板也能 满足平稳要求，即直接放置在地面上，为了节约成本和合理利用实验室资源，选择方 法一。 如图 3-12 所示，其为设计的最终图纸。 21 图 3-12 实验台支架 设计所需材料说明如表 3-2。 表 3-3 面板固定材料列表 名称长度数量备注 35 毫米导轨 1000mm1 用于安装继电器盒、PLC 控制盒、电源 直角彩钢条 800mm4 两面板面板侧面固定 直角彩钢条 320mm2 两面板固定件 直角彩钢条 600mm4

35、 面板与桌面的固定件 3.3 实验台加工制作 本实验台主要材料为铝合金型材，而购买来型材无法满足安装要求，需要根据所 需尺寸进行加工。由于此次铝合金型材截面尺寸为选择的所需形状，无需在加工，仅 将其切割、打孔和攻丝即可。加工的原始材料如图 3-13 所示。 图 3-13 原始材料 22 3.3.1 气缸支架的加工 在气缸支架加工过程中遇见了如下问题： 问题一：由于气缸固定必须要保持在同一中轴线线上，而加工时采用的普通钻床， 精度不高，很容易导致偏斜。 解决方案：加大孔的尺寸；气缸两边都配有螺纹，将孔的尺寸加大，再安装时可 以将气缸调节水平，然后用螺母固定即可。 3.3.2 面板的加工 面板采用

36、 T 型槽的铝合金型材，并按等间距安装固定，因此将其切割成等长度的 长条并在两端打上安装用的通孔即可。 在加工过程中遇见如下问题： 问题一：不可用手锯将其切割，切割造成断面不平。 解决方案：采用切割机将其切割。 3.3.3 PLC 固定底板、电磁换向阀底板及接近开关支架的加工 在其加工过程中遇见了如下问题： 问题一：与面板加工遇到问题相同，不可用手锯切割。 解决方案：采用切割机将其切割。 问题二：由于采用特殊截面形状的铝合金，在钻孔前不易定位，以致加工出的安 装孔位置稍偏。 解决方案：由于安装孔偏离不大，因此对安装无太大影响。 3.3.4 接近开关的安装 此次选择的接近开关感应范围为 4mm，

37、安装时需注意考虑其感应范围和横向安装位 置。 在 MAL 气缸活塞杆顶部安装 2 个螺母（以保证螺母不会旋转） ，使螺母到达接近 开关的感应范围内接近开关有响应，而活塞杆不会引起接近开关响应，这样可以达到 于磁性开关同样的效果。 接近开关的安装是将固定支架先安装去 T 型槽之上，然后再安装接近开关，将接 近开关穿过固定孔适当深度后用其本体上的两个螺母安将其固定即可。接近开关的安 装如图所示： 23 图 3-13 接近开关的安装 3.3.5 电磁换向阀的接线与安装 本实验台选用二位五通双向电磁换向阀，AC 220V，有两个接线端，共有六个接头， 接线时需将接线端取出，将三根导线分别接在三个接头上

38、，需将每根导线分别标明， 再将接线端重新安装在电磁阀上，再用 M3 的螺栓通过安装孔将电磁换向阀固定在其底 板上，然后将底板用 M6 的螺栓固定在 T 型槽上即可。电磁换向阀接线于安装后如图所 示： 图 3-14 电磁换向阀接线图 3.3.6 PLC 的安装及接线 本实验台选用 OMRON CPM1A 型可编程控制器，具体型号为 CPM1A-30CDR-A，具有 18 个输入点位和 12 个输出点位共计 30 个 I/O 点位，PLC 接线安装后如图所示： 24 图 3-15 PLC 接线图 本实验台有 8 个传感器和 3 个开关，因此需要输入点位 11 个；另有 4 个双向电磁 换向阀，需

39、PLC 直接控制，因此需要输出点位 8 个。PLC 据图接线图如下图所示： 25 4 实验开发 气动系统的控制方式有气控、电控或混合控制。全气动系统常用于易燃易爆的场 合或较简单程序的气动设备。而在工业控制中，无论是液压或气动设备，大多采用电 控，普通的继电器控制由于采用硬接线，不便于更改程序, 而改由可编程控制器( PLC) 控制就能够很容易地对程序进行修改。图 1 为该实验台的气动系统原理图。该实验台 主要由四台标准气缸和四台电磁阀以及一套 ORMON CPM1A PLC 控制器组成。空气压缩 机将空气转换成具有压力能的高压空气, 经过滤后通过管路进入各控制阀入口。PLC 控制器读取所要进

40、行实验的操作程序, 通过控制电磁阀, 并依据左、右传感器的检测 信号来控制气缸的前进与后退。由于 4 台气缸是互相独立的, 实验中可以单独控制其 中的一台或数台气缸运动。 图 4-1 实验台系统原理图 4.1 试验台的基本功能及能完成的实验项目 实验台采用PLC控制系统。PLC由于其具有可靠性高、组态灵活、抗干扰能力强、 环境适应性好等优点, 在工业控制方面的应用越来越广泛, 因此让学生通过综合实验 项目掌握气动方面及PLC的知识和技能尤为重要。本实验台可完成多缸行程控制系统、 多缸时序控制系统、换向控制回路、同步控制回路等多种功能。 可实现的实验项目： 1) 回路实验 a) 单双作用缸连续往

41、复动作回路 26 b) 三缸的互锁回路 c) 三缸连动回路 d）四缸的顺序动作回路 e）延时回路 f) 过载保护回路 2) 可编程序控制器（PLC）电气控制实验，机-电-气一体化控制实验 a) PLC 指令编程、梯形图编程的想学习 b) PLC 编程软件的学习与使用 c) PLC 与气动相结合的控制实验 3) 学生自行设计、组装和扩展各种回路实验 4.2 PLC 控制四缸时序控制系统设计 27 5 总结 本次的毕业设计多缸联动气动控制实验台（电控） ，主要是制作一台搭建了以 PLC 为控制核心的气动控制系统, 实现了在 PLC 控制下的气缸动作控制和综合实验项 目的开发。在这次的毕业设计中，我

42、受益匪浅，毕业实习是对四年学习的一个综合检 验，是对学生是否掌握所学知识的验证，同时也是一个很好的学习机会，让我们把所 学的知识系统的串联起来，理论与实际结合，让我们怎么运用所学的知识去创造价值， 怎样利用我们所学的知识去获得更多的知识，实现我们的价值。 本次毕业设计的顺利完成离不开各位老师和同学的帮助，尤其是我的指导老师-张 浩老师。在开始做的时候，对该课题比较陌生，不知道具体该做哪些工作，从哪下手， 对所做的毕业设计理解有所偏差；但是在我和张老师沟通之后，张老师及时发现问题， 告诉我该做哪些准备工作，在后来的时间里，张老师一直对我严于要求，在做的过程 中，张老师给我提供了相关资料和思路，帮

43、我分析课题，告诉我一些相关的技术和方 法，让我开阔了思路，越做越有兴趣，同时老师给我提供了实验室，并且经常过来察 看进度，给我指导一些我不懂的东西，在后期加工过程中是张老师安排好了一切，我 才能得以顺利进行。给我最深的是张老师治学非常严谨，对我严格要求，之前我是很 懒散的，学习的时候就非常随意，虽然我知道作为一个搞机械的这样不好，但总也改 不了，在这次张老师的敦促下，我改了很多，我想这对我以后的学习会有很大的帮助。 张老师不光给了我学习上的帮助，还告诉我怎样为人处世，张老师发现我是一个拘谨 腼腆的人常教育我要大胆一些，把自己的观点表达出来。总之张老师给了我很大的帮 助，虽然我没有什么好报答的，

44、只能衷心的感谢张老师。 在做毕设的过程中，还得到了王博老师和很多同学的帮助，在此一并感谢他们。 最后，感谢我的母校陕西科技大学，四年的学习让我受益终生。 28 致谢 本次的毕业设计多缸联动气动控制实验台（电控） ，主要是制作一台搭建了以 PLC 为控制核心的气动控制系统, 实现了在 PLC 控制下的气缸动作控制和综合实验项 目的开发。在这次的毕业设计中，我受益匪浅，毕业实习是对四年学习的一个综合检 验，是对学生是否掌握所学知识的验证，同时也是一个很好的学习机会，让我们把所 学的知识系统的串联起来，理论与实际结合，让我们怎么运用所学的知识去创造价值， 怎样利用我们所学的知识去获得更多的知识，实现

45、我们的价值。 本次毕业设计的顺利完成离不开各位老师和同学的帮助，尤其是我的指导老师-张 浩老师。在开始做的时候，对该课题比较陌生，不知道具体该做哪些工作，从哪下手， 对所做的毕业设计理解有所偏差；但是在我和张老师沟通之后，张老师及时发现问题， 告诉我该做哪些准备工作，在后来的时间里，张老师一直对我严于要求，在做的过程 中，张老师给我提供了相关资料和思路，帮我分析课题，告诉我一些相关的技术和方 法，让我开阔了思路，越做越有兴趣，同时老师给我提供了实验室，并且经常过来察 看进度，给我指导一些我不懂的东西，在后期加工过程中是张老师安排好了一切，我 才能得以顺利进行。给我最深的是张老师治学非常严谨，对

46、我严格要求，之前我是很 懒散的，学习的时候就非常随意，虽然我知道作为一个搞机械的这样不好，但总也改 不了，在这次张老师的敦促下，我改了很多，我想这对我以后的学习会有很大的帮助。 张老师不光给了我学习上的帮助，还告诉我怎样为人处世，张老师发现我是一个拘谨 腼腆的人常教育我要大胆一些，把自己的观点表达出来。总之张老师给了我很大的帮 助，虽然我没有什么好报答的，只能衷心的感谢张老师。 最后感谢陕西科技大学诸位任课教师对我的培养和教育，在以后的学习生活中我 一定更加努力，做一名合格优秀的大学毕业生。用自己所学的专业知识在工作岗位上 做出自己的贡献。 29 参 考 文 献 1 董继先，吴春英.流体传动与

47、控制M.北京：国防工业出版社，2008. 2 夏田，陈婵娟，祁广利.PLC 电气控制技术M.北京：化学工业出版社，2009. 3 SMC(中国)有限公司,现代实用气动技术M.北京：机械工业出版社，1998. 4 杨帮文.液压阀和气动阀选型手册M.北京：化学工业出版社，2009. 5机械设计手册编委会.机械设计手册 .机械工业出版社，2007 6 吴振顺.气压传动与控制M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003. 7 董林福.气动元件与系统识图.化学工业出版社，2009. 8 王庆九.新型气动实验台的设计和研究 J.液压气动与密封，2006， （2）：32-34. 9 邓雪莲，田新吉，潘永清.PLC 综合实验台的研制 J.河南高等专科学校学报， 2002，10（3）：34-36. 10 彭兰，孙晓奇.模块化创意气动实验台的研制 J.液压与气动，2005， （9）：5- 6.