近年來, 氣動傳動已同機電傳動和液壓傳動一樣成了實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化*的重要手段。長期以來, 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便等優(yōu)點, 在工業(yè)控制領(lǐng)域的應用越來越廣泛。流體傳動與控制是一門特殊的工業(yè)技術(shù), 為機械專業(yè)的學生安排PLC 與氣動技術(shù)組合的課程十分必要, 而與之配套的實驗教程將是輔助教學的較好途徑。我們利用氣動元件和PLC 控制器等裝置構(gòu)建了一臺基于PLC 的氣動控制實驗臺。通過在該實驗臺上所進行的一系列操作可展現(xiàn)PLC 在氣動控制中的實際應用。對于實踐性很強的流體傳動專業(yè)課程來說, 借助相關(guān)實驗臺, 幫助學生運用所學基礎(chǔ)理論處理實際問題, 驗證、消化與鞏固課堂知識以及提高學生的綜合素質(zhì)都是十分必要的。
1、氣動控制原理

氣壓傳動與控制技術(shù)簡稱氣動控制技術(shù), 它是指以壓縮空氣為工作介質(zhì)來進行能量與信號的傳遞, 以實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化與自動化的一門技術(shù),它也是流體傳動與控制學科的一個重要組成部分。相對于機械傳動、電傳動及液壓傳動, 氣動技術(shù)具有傳輸距離長、控制系統(tǒng)中元件結(jié)構(gòu)相對簡單、執(zhí)行元件運行速度快、無爆炸危險等許多突出優(yōu)點。正因為如此, 近年來氣動控制技術(shù)已得到了迅速發(fā)展。目前, 氣動技術(shù)又結(jié)合了液壓、機械、電氣和電子技術(shù)的眾多優(yōu)點, 并與它們相互補充, 已成為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的一個重要手段, 并在越來越多的工業(yè)部門得到了廣泛的應用。

氣動系統(tǒng)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行修改。

圖1 為該實驗臺的氣動系統(tǒng)原理圖。該實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。空氣壓縮機將空氣轉(zhuǎn)換成具有壓力能的高壓空氣, 經(jīng)過濾后通過管路進入各控制閥入口。PLC 控制器讀取所要進行實驗的操作程序, 通過控制電磁閥, 并依據(jù)左、右傳感器的檢測信號來控制氣缸的前進與后退。由于4 臺氣缸是互相獨立的, 實驗中可以單獨控制其中的一臺或數(shù)臺氣缸運動。

圖1 實驗臺系統(tǒng)原理圖
2、PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計

(1) 控制要求

實驗過程中, 可以通過編寫和修改程序來實現(xiàn)氣缸不同的運動順序及其方式。這里以四臺氣缸依次連續(xù)循環(huán)運動為例, 四臺氣缸按順序依次運行一次為一個循環(huán)。在無外界干擾下, 氣缸可以循環(huán)聯(lián)動, 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(tǒng)中, 四臺氣缸共有八個行程開關(guān)作為8個輸入信號源, 這里還要用到一個計數(shù)器作為一個激活計數(shù)器的輸入; 四臺電磁閥作為四個輸出信號源; 選用的Festo 公司E.FEC- FC30 PLC 控制器分別有12 個輸入和8 個輸出。系統(tǒng)的I /O 地址定義見表1

表1 PLC 的I /O 地址定義表

(3) PLC 控制梯形圖設(shè)計

梯形圖是以軟件邏輯代替硬件布線來實現(xiàn)邏輯控制與運算等功能等。因此, 梯形圖非常直觀, 讀起來淺顯易懂, 程序修改也十分方便, 更不需要改變外部接線。編程軟件系Festo 公司產(chǎn)品所附帶的軟件, 該軟件應用起來方便易懂, 只需將編寫好的程序下載到控制器上即可實現(xiàn)預期的功能。
工作過程如下: 接通電源后, 按下PLC 控制器的運行按鈕, 氣缸1 右行程開關(guān)即I0.1 輸入為1,O0.2 輸出信號為1, 即電磁閥1 線圈得電, 氣源管路導通, 壓縮空氣進入氣缸無桿腔, 氣缸1 前進; 當氣缸前進到zui左端時, 氣缸1 左行程開關(guān)即I0.1 輸入為1, 電磁閥線圈得電, 氣缸1 做反程運動。當氣缸1 運動一次后, 內(nèi)部設(shè)置的計數(shù)器計數(shù)為1。同時,氣缸2 的右行程開關(guān)I0.3 輸入為1, 則輸出信號O0.3 為1, 即電磁閥2 的線圈得電, 氣缸2 前進。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)動作, 需要停止這一循環(huán)時, 只需按動PLC 控制器的運行鍵即可。

搭建了以PLC 為控制核心的氣動控制系統(tǒng), 實現(xiàn)了在PLC 控制下的氣缸順序動作控制。通過在該氣動控制實驗臺上所進行的實驗, 學生們能夠深入理解氣控回路的設(shè)計方法以及熟悉氣動控制的工作原理。學生們可廣開思路自己設(shè)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循環(huán)。與此同時, 開發(fā)基于PLC 控制的氣動實驗臺, 可使學生通過氣動系統(tǒng)的組裝與實驗,學會基本的PLC 編程技術(shù), 同時通過自己動手設(shè)計、操作、調(diào)試等過程的訓練, 提高自身的綜合素質(zhì)。