1、控制系統設計
機械系統部分的設計,只是設計了全自動(dòng)化磁環(huán)繞線(xiàn)機系統的機構部分,完整的全自動(dòng)繞線(xiàn)機系統還包括電氣控制部分。我們設計的全自動(dòng)繞線(xiàn)機的自動(dòng)化控制系統中,電氣控制的主要作用是實(shí)現整個(gè)系統的運動(dòng)規劃,包括:執行元件的運動(dòng)控制,檢測傳感器的信息處理和現場(chǎng)人員的人機交互等。主要分為以下的幾個(gè)單元來(lái)完成:
PLC 控制單元、人機界面單元、傳感檢測單元、執行單元和報警裝置單元等。
2、全自動(dòng)繞線(xiàn)機系統流程圖
PLC 流程圖又稱(chēng)為順序功能圖。所謂順序控制, 就是按照生產(chǎn)工藝預先規定的順序, 在各個(gè)輸入信號的作用下, 根據內部狀態(tài)和時(shí)間的順序, 在生產(chǎn)過(guò)程中對各個(gè)執行機構自動(dòng)地有秩序地進(jìn)行操作,便于調試。
我們設計的全自動(dòng)繞線(xiàn)機系統電氣控制部分相對比較復雜,整個(gè)系統控制由公司經(jīng)驗豐富的電氣工程師負責。為便于 PLC 程序的順利編制,我們給出了全自動(dòng)繞線(xiàn)機整體運動(dòng)的系統流程圖,流程圖相對較長(cháng)。
3、全自動(dòng)繞線(xiàn)機氣動(dòng)系統設計
(1) 氣動(dòng)系統構成
典型的氣動(dòng)傳動(dòng)系統由氣壓發(fā)生裝置、執行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。
1) 氣源
氣源是氣壓傳動(dòng)系統的動(dòng)力源,是由空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣。為保證氣動(dòng)系統的正常工作,必須對壓縮空氣進(jìn)行降溫、凈化、減壓、穩壓以及提供油霧等一系列處理,因此必須設置壓縮空氣凈化裝置,包括冷卻器、油水分離器和儲氣罐等。
2) 執行元件
執行元件是以壓縮空氣為工作介質(zhì),并將壓縮空氣的壓力能轉變?yōu)闄C械能的能量轉換裝置,執行元件包括:做直線(xiàn)往復運動(dòng)的氣缸,做連續回轉運動(dòng)的氣馬達和做不連續回轉運動(dòng)的旋轉氣缸等。我們所涉及到的執行元件為直線(xiàn)往復運動(dòng)的氣缸和回轉運動(dòng)的旋轉氣缸以及氣爪。
3) 控制元件
控制元件又稱(chēng)操縱、運算、檢測元件,是用來(lái)控制壓縮空氣的壓力、流量和流動(dòng)方向等,以便使執行機構完成預定的運動(dòng)規律�?刂圃ǎ焊鞣N壓力閥、方向閥、流量閥、邏輯元件、射流元件、行程閥、轉化器和傳感器等。我們中用到的控制元件有方向閥和傳感器。
4、輔助元件
輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及元件間連接所需要的一些裝置。輔助元件包括:分水濾氣器,油霧氣、消聲器以及各種管路附件等。
(2) 全自動(dòng)繞線(xiàn)機系統電磁換向閥選擇
換向閥是氣動(dòng)控制中很重要的一類(lèi)閥,用于改變氣流方向和控制管道中氣流的通斷,從而控制執行元件的運動(dòng)方向。電磁換向閥是利用電磁力來(lái)完成閥芯移動(dòng)從而實(shí)現換向功能。由于電磁閥是電氣操作,易與 PLC 等控制設備配合,因而得到廣泛應用。
根據全自動(dòng)繞線(xiàn)機系統的要求,選用的電磁閥有兩類(lèi),三位五通電磁閥,另一類(lèi)為二位五通電磁閥。選型中,三位五通電磁閥選用使用日本 SMC 公司生產(chǎn)的 SY5340 系列電磁閥,二位五通電磁閥型號是 SY5140 系列電磁閥。
換向閥的特點(diǎn):①低功耗:0.5W;②小型、大流量;③高速響應:15 毫秒以下;④可以多位集裝;⑤最高動(dòng)作頻率:10 次/秒。當換向閥一端通電時(shí),此端產(chǎn)生的電磁力推動(dòng)先導閥打開(kāi),使氣源接通,從而推動(dòng)主閥移動(dòng),完成指定工作。閥體上均有手動(dòng)開(kāi)關(guān),用于斷電情況下以機械方式移動(dòng)閥芯。
(3) 全自動(dòng)繞線(xiàn)機氣動(dòng)回路設計
全自動(dòng)繞線(xiàn)機包含27個(gè)各類(lèi)氣缸,因此氣動(dòng)系統的設計是全自動(dòng)繞線(xiàn)機整體系統設計中重要的一環(huán)。
2、系統調試
全自動(dòng)繞線(xiàn)機的調試包括:機械調試、電氣控制調試和氣動(dòng)回路調試等三個(gè)主要部分。以我們設計的全自動(dòng)繞線(xiàn)機為基礎的樣機整體如下圖所示。
(1)硬件調試中解決的問(wèn)題
l) 對各裝配部件的相對位置的進(jìn)行微調
考慮到全自動(dòng)繞線(xiàn)機部分部件加工出現的誤差,裝配調試過(guò)程中,在設計允許的范圍內進(jìn)行微調,以滿(mǎn)足整機的工作要求。如同步帶的張緊力由一個(gè)調整輪調整,在調試時(shí),需要對其進(jìn)行微調,以使同步帶張緊力達到要求。
2) 檢查系統中是否存在部件的干涉
全自動(dòng)繞線(xiàn)機在設計時(shí)已進(jìn)行虛擬樣機的仿真和干涉分析,但實(shí)體樣機有眾多氣管和電氣控制線(xiàn),因此需要注意相關(guān)干涉問(wèn)題,以免運行時(shí)發(fā)生事故。
(2)控制系統調試中解決的問(wèn)題
l) 檢測各磁性開(kāi)關(guān)和和檢測元件的安裝位置是否正確,各磁環(huán)開(kāi)關(guān)和檢測元件是確保系統順利運行的關(guān)鍵,因此在調試中,需要對磁性傳感器和檢測元件安裝是否到位進(jìn)行細致檢查。
2) 協(xié)調好各驅動(dòng)元件的運動(dòng),以保證執行元件動(dòng)作的協(xié)調性
調試時(shí)對各運動(dòng)部件進(jìn)行單步逐步調試,以為防止調試中部件發(fā)生碰撞而使元件損壞。
3) 調試運行程序,檢查在各氣缸的運動(dòng)的連續性和可靠性。
通過(guò)解決系統調試中出現的問(wèn)題,改善系統的設計,提高系統整體性能。
3、全自動(dòng)繞線(xiàn)機樣機試運行結果
在完成全自動(dòng)繞線(xiàn)機的單步調試后,進(jìn)行了整體試運行。
(1) 試運行條件 1:
磁環(huán)環(huán)規格:內徑 Φ15mm,外徑 Φ25mm,磁環(huán)高度 10 mm;
銅線(xiàn)線(xiàn)徑:Φ0.6mm;
繞線(xiàn)圈數:20 匝。
(2) 運行結果 1:
整個(gè)磁環(huán)上下料、繞線(xiàn)過(guò)程均可自動(dòng)完成;
系統運行時(shí)間:5 分 30 秒;
完成繞線(xiàn)的磁環(huán)如圖 5-10所示,其繞線(xiàn)品質(zhì)與半自動(dòng)繞線(xiàn)設備繞線(xiàn)所繞成磁環(huán)相當。
(3) 試運行條件 2:
磁環(huán)環(huán)規格:內徑 Φ15mm,外徑 Φ25mm,磁環(huán)高度 10 mm;
銅線(xiàn)線(xiàn)徑:Φ1.0mm;
繞線(xiàn)圈數:20 匝。
(4) 運行結果 2:
整個(gè)磁環(huán)上下料、繞線(xiàn)過(guò)程均可自動(dòng)完成;
系統運行時(shí)間:5 分 30 秒
繞線(xiàn)機的繞線(xiàn)品質(zhì)亦可達到半自動(dòng)繞線(xiàn)設備繞線(xiàn)所繞成磁環(huán)。
樣機試運行結果顯示,樣機達到了整個(gè)繞線(xiàn)過(guò)程全自動(dòng)化這一最關(guān)鍵的設計技術(shù)要求,同時(shí)繞出來(lái)的磁環(huán)質(zhì)量也達到了相應要求。
我們首先進(jìn)行了全自動(dòng)繞線(xiàn)機控制部分設計,主要完成了系統氣路系統的設計以及各部分動(dòng)作分析,為便于進(jìn)行系統調試,給出了完整的系統流程圖。最后對裝配出的樣機進(jìn)行了調試,改進(jìn)調試中出現的問(wèn)題,進(jìn)行了樣機的試運行,結果顯示系統基本達到設計要求,能實(shí)現全自動(dòng)化的繞線(xiàn)同時(shí)繞線(xiàn)品質(zhì)亦能達到相應要求。