机械工程试验2.DOC

前 言 　　随着现代科学和计算机技术的迅速发展，控制工程科学在机电系统中的应用越来越广泛。为了密切结合机械工程实际，注重基础理论知识和专业知识之间的联系，培养学生的创新精神和实践能力，将机械工程控制类实验分两大类： 第一类为慧鱼创新组合模型的PLC控制实验，该项实验不仅能培养学生综合知识的应用能力，如机械系统的设计、制造、组装；而且能通过系统的学习与使用可编程序控制器（PLC），加强工程实用技能的训练。提高学生工作能力和创新能力。 第二类为经典控制理论的应用型实验，主要是PID 控制实验包括：PID调解器的设计与一级直线倒立摆的PID控制实验，既加强了计算机仿真技术在控制系统中的应用，也将控制理论应用于工程实际中打下了良好的基础。 一、慧鱼创新组合模型的PLC控制实验 （一）实验目的 ① 开阔学生视野，拓宽学生的知识面，激发学生的设计与创新热情，培养学生的设计与创新能力。 ② 通过对一些工业模型的了解、熟悉机械制造与工艺，并对控制过程进行模拟，使学生对现代化生产过程、先进的控制技术等方面有一个初步的了解。 ③ 通过学习PLC控制器工作原理，初步掌握PLC编程方法与控制技术。 （二）实验任务 （1）冲床模型的PLC控制实验 1. 了解实际冲床的结构与加工工艺 2. 搭建冲床模型 3. 熟悉西门子S7—200（CPU224型）可编程控制器的功能及主要性能指标。 4. 实现冲床模型的PLC控制 （2）焊接机器人组合模型的PLC控制实验 1. 了解焊接工艺 2. 自行设计焊接机器人模型 3. 熟悉西门子S7—200（CPU224型）可编程控制器的功能及主要性能指标。 4. 实现焊接机器人模型的PLC控制 （3）气动机器人组合模型的PLC控制实验 1. 了解气压传动工作原理 2. 自行设计气动机器人模型 3. 熟悉西门子S7—200（CPU224型）可编程控制器的功能及主要性能指标。 4. 实现气动机器人模型的PLC控制 （4）温度控制系统模型的 PLC控制实验 1. 了解传热学的基本原理 2. 自行设计温控装置模型如：烘手机等。 3. 熟悉西门子S7—200（CPU224型）可编程控制器的功能及主要性能指标。 4. 实现温控装置模型的PLC控制 （三）实验内容 1、模型的搭建： 慧鱼组合模型(fishertechnic) 是一种仿真模型，是由机械构件、电气构件、传感器、气动构件、等组成的创新系统，模型设计采用模块式设计，可无限扩充；反复拆装；产品系统化，种类多；可逼真地表现机械构造；达到现场真实操作的效果。 模型的搭建主要是依据机器构造以及熟悉模型各个部件的构造及其相互间的连接方式。 如图1-1所示 图1-1 2. 熟悉西门子S7—200（CPU224型）可编程控制器的功能及主要性能指标。 如图1-2所示： 图1-2 S7—200（CPU224型）PLC的主要功能：顺序逻辑控制；运动控制；定时控制；计数控制；步进控制；数据处理；模/数和数/模转换；通信及联网。 主要性能指标：CPU224型PLC有14 输入/10 输出共24 个数字量I/O 点。可连接7 个扩展模块，最大扩展至168 路数字量I/O 点或35 路模拟量I/O 点。16K 字节程序和数据存储空间。6 个独立的30kHz 高速计数器，2 路独立的20kHz 高速脉冲输出，具有PID 控制器。1 个RS485 通讯/编程口， I/O 端子排很容易地整体拆卸。 图1-3 2、正确连接CPU224 的I/O电路： CPU224的I/O端子连接图，如图1-4所示： 图1-4 3、程序的下装、运行 （七）实验过程 ① 设计与搭建机构模型，制定控制方案； 1、确定模型的工作原理：以气压传动为例，如图1-5所示： 图1-5 2、确定工艺过程与控制要求： 机械手的动作过程示意如下图1-6： 原位下移夹紧上升右移 左移上升 放松下移 图1-6 3、工作流程： 机器人动作 PLC输入开关状态 PLC输出继电器状态 控制面板按钮 1.支撑打开 I0.3 I0.0 闭合 Q0.3 通电，其余断电 开关打到“支撑”，启动按钮按下 2.吊臂升起 I0.1 I0.2 闭合 Q0.1通电，其余断电 开关打到“上/下”，停止按钮按下 3.夹子张开 I0.4 I0.2 闭合 Q0.2复位，其余断电 开关打到“夹/松”，停止按钮继续闭合 4.旋转至工件上方 不用PLC控制 5.下降 I