【正文】 助元件的配合下，通過執(zhí)行元件把空氣的壓縮能轉(zhuǎn)換為機械能，從而完成氣缸直線或回轉(zhuǎn)運動并對外做功。一個完整的氣動控制系統(tǒng)基本由氣壓發(fā)生裝置（氣源裝置）、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、檢測元件以及控制器等六個部分組成，如圖45所示。圖45 氣動控制系統(tǒng)基本組成圖43中靜音氣泵為壓縮空氣發(fā)生裝置，其包括空氣壓縮機、壓力開關(guān)、過載安全保護器、儲氣罐、壓力表、過濾減壓閥及氣源開關(guān)等部件，如圖44所示。氣泵是用來產(chǎn)生具有足夠壓力和流量的壓縮空氣并將其凈化、處理及存儲的一套裝置，氣泵的輸出壓力可通過其上的過濾減壓閥進行調(diào)節(jié)。 氣動控制回路分析及連接圖46所示為圖44氣動控制系統(tǒng)的原理圖。從圖可知，執(zhí)行元件為雙作用氣缸，控制元件為兩位五通的單電控電磁閥，氣動系統(tǒng)借助檢測及輔助元件裝置，在控制器的控制下實現(xiàn)氣缸的伸縮運動。圖46 氣動控制回路原理圖在氣動控制回路中，由于電磁閥為單電控，所以電磁閥未通電時，閥工作于右位復(fù)位狀態(tài)，氣路走向如圖47左圖所示，此時在氣壓力作用下，氣缸活塞左移，氣缸桿縮回。當(dāng)電磁閥的電磁線圈通電時，閥工作位于左位工作狀態(tài)，氣路走向如圖47右圖所示，此時在氣壓力作用下，氣缸活塞右移，氣缸桿伸出。依據(jù)圖46氣動控制系統(tǒng)的原理圖，并結(jié)合氣動回路的運行過程要求，繪制出對應(yīng)的氣動控制回路安裝連接圖，如圖48所示。在繪制安裝連接圖時，要求各元件之間的位置布局合理，管路連接無交叉，整體的效果美觀。圖47 氣動控制回路運行圖圖48 氣動控制回路安裝連接圖依據(jù)圖48所示氣動控制回路的安裝連接圖，分別將氣泵、過濾減壓閥、電磁閥及直線氣缸上的快速連接頭用氣管進行連接，隨時檢查氣路的可靠牢固性。然后接通氣源，用手控旋鈕進行調(diào)試，檢查氣缸動作情況。 步進電動機認知及應(yīng)用步進電動機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步距角）。根據(jù)步進電動機的工作原理，步進電動機工作時需要滿足一定相序的較大電流的脈沖信號，生產(chǎn)裝備中使用的步進電機都配備有專門的步進電機驅(qū)動裝置，來直接控制與驅(qū)動步進電機的運轉(zhuǎn)工作?，F(xiàn)在比較常用的步進電機分為永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）三種。如圖49所示為各種步進電動機及驅(qū)動裝置的實物圖。圖49 步進電動機及驅(qū)動裝置步進電動機受脈沖的控制，其轉(zhuǎn)子的角位移量和轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，達到準確定位的目的，同時也可以通過控制脈沖頻率控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電動機的運行特性還與其線圈繞組的相數(shù)和通電運行方式有關(guān)。在實際應(yīng)用中，首先按照步進電機和驅(qū)動器裝置具體對應(yīng)的電氣接口關(guān)系連接好硬件線路，其次根據(jù)需要設(shè)置好驅(qū)動器裝置上步距角細分選擇與電流設(shè)置開關(guān)，接著控制器只需要提供一組控制步進電動機轉(zhuǎn)速和方向的mW數(shù)量級功率的可調(diào)脈沖序列就可驅(qū)動電動機工作。步進電動機由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、精度較高以及使用方便等優(yōu)點，在計算機的數(shù)字開環(huán)控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，例如數(shù)控機床、印刷設(shè)備、打印機、自動記錄儀等都有應(yīng)用。雖然步進電動機也有一些弱點，一是用得不好有可能失步，二是控制精度相對較低，而且運動中無法確定運動部件的準確位置，一般可滿足對于工作精度要求不高的領(lǐng)域。 S7200控制系統(tǒng)設(shè)計PLC的I/O口分配可參照 圖31立體存儲單元PLC I/O接線原理圖。（設(shè)置）如圖410，通信參數(shù)的設(shè)置必須符合PLC型號要求，并且與觸摸屏的通信設(shè)置相同，以便與觸摸屏通信實現(xiàn)人機對話。圖410 通信參數(shù)設(shè)置 軟件系統(tǒng)總流程圖及設(shè)計思路說明 （1）PLC部分說明：先從機械手的部分功能開始實現(xiàn)。在設(shè)計有了開端之后我就開始在pls指令中設(shè)定步進電機工作的初始速度。接著調(diào)整高速脈沖輸出的脈沖數(shù)值，控制Y軸步進電機走一步8400個脈沖，X軸步進電機走一步8600個脈沖，因為我們選擇的步進電機細分檔次為800個脈沖轉(zhuǎn)一圈，步進電機轉(zhuǎn)動一圈的距離為4mm，而存儲倉的寬度為42mm，高度為43mm，這樣電機走一步剛好使機械臂移動一格。為了防止工作過程發(fā)生事故，當(dāng)機械臂移至該點時就停止前進，避免了電機驅(qū)動器的電源被底部限位開關(guān)切斷。限位的方式是在手動控制中，當(dāng)出現(xiàn)誤操作觸及其中一個金屬探頭時，使機械臂向左或向上移回來時的位置。部分功能實現(xiàn)之后將機械手升降、左右移和伸縮的程序整合到一起，實現(xiàn)堆垛機的機械手三維空間的運動。之后我又給程序設(shè)置加速和減速按鍵，同時設(shè)置了一個速度復(fù)位鍵，在初始速度的基礎(chǔ)上增加兩個快速檔和兩個慢速檔，并設(shè)置了每個速度等級的指示燈輸出地址。從而實現(xiàn)堆垛機的三維運動的速度的可調(diào)性，并能指示工作速度等級?？紤]到機械臂在停工的時候需要有指定的起始位置，我又編寫了“機械臂復(fù)位到底線子程序”，在主程序中通過“機械臂復(fù)位按鍵”來調(diào)用該子程序，實現(xiàn)機械臂復(fù)位到左下角的起始位置。立體存儲站的存儲倉是按平面二維布局的25個方格，我又編寫了“移動到第1格”至“移動到第25格”的子程序，在主程序中設(shè)置“往第1格移動”至“往第25格移動”的按鍵。實現(xiàn)手動控制之后，在系統(tǒng)中加入自動控制切換開關(guān)，在自動控制程序中用定時器設(shè)定了機械手伸出加緊或放置貨物的時間為2秒，縮回機械手的時間為1秒。程序編寫了兩種自動控制模式，“單貨源搬運模式”和“五貨源搬運模式”，并在自動控制程序中加入機械臂25個位置指示燈的輸出地址。最后用威綸通的觸摸屏編寫了相應(yīng)的手動控制和自動控制的人機界面，經(jīng)過不斷的改善讓控制面板示意清晰明了易操作。在進行PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計之前，根據(jù)控制任務(wù)及要求，分析設(shè)計出電動機正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)的工藝流程。具體的控制工藝流程如“智能堆垛機控制系統(tǒng)流程圖”所示。圖411是電動機正反轉(zhuǎn)控制工藝流程圖的例子。圖411 電動機正反轉(zhuǎn)控制的工藝流程圖（2） 人機界面部分說明：人機界面如附錄一，界面上的按鍵與PLC中設(shè)定的按鍵地址相同，通過示意清晰明了的控制面板對PLC程序進行控制，使得操作系統(tǒng)易操作。5 安裝與調(diào)試 立體存儲單元結(jié)構(gòu)與功能分析立體存儲單元用于接收前一單元送來的工件，按照預(yù)定的工件信息而自動運送至相應(yīng)指定的倉位口，并將工件推入立體倉庫完成工件的存儲功能。在該典型的自動化生產(chǎn)線中，立體存儲單元作為最后一單元，模擬工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中物件的分類存儲功能，如圖51所示為立體存儲單元的整體結(jié)構(gòu)。立體存儲單元主要由直線驅(qū)動模塊、工件推料裝置、立體倉庫、I/O轉(zhuǎn)接端口模塊、電氣控制板、操作面板、CP閥島及氣源處理裝置等部件組成。圖51 立體存儲單元直線驅(qū)動模塊主要由步進電機及驅(qū)動器、滾珠絲杠機構(gòu)和直線導(dǎo)向桿等部件組成，用于將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成滾珠絲杠螺母移動塊的直線往復(fù)運動，如圖52左圖所示。立體存儲單元中具有X軸方向和Y軸方向的兩套直線驅(qū)動模塊，它們相互呈90176。垂直安裝于鋁合金工作臺面上，共同構(gòu)成一個 XY平面運動系統(tǒng)，如圖52右圖所示。在該兩套直線驅(qū)動模塊裝置上均設(shè)有一個工作零點，安裝有電感式接近開關(guān)進行零點位置檢測，用于系統(tǒng)位置校正和參考點設(shè)置。同時，在絲杠機構(gòu)的運動極限位置處均安裝有運動行程保護開關(guān)，用來防止絲杠螺母移動塊過量而產(chǎn)生機械性損壞。 圖52 直線驅(qū)動模塊工件推出裝置由一個雙作用直線氣缸、推塊和一個接收工件的工作平臺（推塊導(dǎo)槽）組成。整體安裝固定在Y軸絲杠螺母移動塊的側(cè)面上隨著其在XY平面移動，主要功能是將放置在推塊導(dǎo)槽的工件，通過直線氣缸推動推塊將工件推進對應(yīng)存儲庫位內(nèi)，如圖53所示。同樣，為了保證推出裝置的準確動作，其上安裝有磁性開關(guān)進行限位檢測。 圖53 工件推出裝置 圖54 立體倉庫立體倉庫是一個由4行4列共16個方格組成的鏤空存儲鐵架，每個方格之間距離分別為40 mm，用于分類存放不同的工件。立體倉庫垂直安裝在直線驅(qū)動模塊XY運動平面的一側(cè)，用于接收工件推料裝置送出的工件，如圖54所示。立體存儲單元上除了具有以上介紹的組成模塊外，同樣也配備有電磁閥、I/O轉(zhuǎn)接端口模塊、電氣控制板以及操作面板等組件，他們的結(jié)構(gòu)和功能都和搬運單元上的一樣，在此不再詳述。 立體存儲單元機械及氣動元件安裝與調(diào)整立體存儲單元的XY軸運動部分通過步進電機驅(qū)動運行，在Z軸直線氣缸工作配合下完成整個立體存儲運行過程。下面進行具體的機械及氣動元件安裝與調(diào)整步驟介紹。立體存儲單元詳細的機械及氣動元件安裝過程可觀看教材附帶光盤中視頻文件。在標準導(dǎo)軌上依次安裝I/O轉(zhuǎn)接端口模塊、步進電機驅(qū)動器、電磁閥。然后將導(dǎo)軌用螺釘固定到鋁合金面板下方位置上，在面板的右上角安裝氣源處理裝置。獨立進行X軸方向上的直線驅(qū)動模塊安裝，如圖55（a）圖所示。首先在絲杠上依次裝入絲杠固定機端、軸承、絲杠軸套，使絲杠固定塊機端不動，將絲杠旋出；其次在絲杠旋出端安裝上聯(lián)軸器，再套入步進電動機固定塊，電動機輸出轉(zhuǎn)軸配合安裝到聯(lián)軸器另一端，并用螺釘將電動機固定塊連接緊固到步進電動機上；再將絲杠固定機端退回到緊貼電動機固定塊位置，用螺桿將固定機端與電動機固定塊鎖緊連接，將絲桿驅(qū)動導(dǎo)向桿兩端分別安裝在絲杠兩端固定塊機端上，在絲桿固定塊上用緊固螺釘鎖緊；最后，在兩端絲杠固定塊下分別安裝對稱的絲杠墊塊用螺釘鎖緊。特別需要注意，絲杠和導(dǎo)向桿在安裝到固定塊機端時，要隨時檢測絲杠是否保持轉(zhuǎn)動運行流暢。當(dāng)獨立安裝好X軸向直線驅(qū)動模塊后，在鋁合金臺面的中間偏下的位置上，借助兩端的絲杠墊塊用螺桿和T型螺母將其水平安裝到工作臺面上，如圖55（b）圖所示。安裝時盡量保證絲杠的螺母滑動塊行程范圍左右對稱。Y軸方向上驅(qū)動裝置獨立安裝方式與X軸方向的驅(qū)動裝置是相同的，但它不需要安裝絲杠墊塊。將直線氣缸安裝到推料導(dǎo)槽上，工件推塊安裝到直線氣缸的活塞桿上，用螺釘鎖緊工件推料導(dǎo)槽安裝到導(dǎo)槽底板上，最后將其整體安裝定位到Y(jié)軸絲杠裝置的螺母滑動塊的側(cè)面上，如圖55（c）圖所示。然后將Y軸方向上驅(qū)動裝置垂直定位到X軸方向驅(qū)動裝置的螺母滑動塊上，Y軸絲杠的下固定機端與X軸絲杠的螺母滑動塊之間通過螺釘鎖緊連接一體。對于X、Y軸驅(qū)動裝置進行配合安裝時，必須保證二者的垂直度，且必須鎖緊。根據(jù)X、Y軸方向驅(qū)動裝置的位置，在面板上相對位置安裝立體倉庫，以立體倉庫安裝的位置不與驅(qū)動裝置XY平面運動發(fā)生干涉為宜，如圖55（d）所示。但要注意，必須保證立體倉庫所有的倉位位于工件推料裝置能達到的范圍之內(nèi)。根據(jù)各運動機構(gòu)之間的運動空間要求，局部調(diào)整各模塊的相對位置，保證各模塊安裝穩(wěn)固，防止發(fā)生干涉，再進行加固處理。最后，在單元設(shè)備