Automation studio实例分析

1、三、Automation Studio实例分析任何软件都需要反复的使用才能熟练的掌握其使用的方法。上一章简单的介绍了Automation Studio软件的基本操作，这一章就是通过实例分析的方法加深理解，熟记操作方法，掌握软件应用的核心，为以后创造性的设计打下基础。3.1 实例一：搭建一个回路，并设置变量。双击Automation Studio软件图标，打开软件。界面如图3.1所示。首先先找到位于工具栏右下角的视图工具栏，调节百分比大小为100%，使工作空间布满整个视图。图3.1 Automation Studio操作界面在工作空间中空白处右击，选取Document Properties选项，

2、出现图3.2所示菜单，可以对设计工作空间做出大小调整。具体大小的选取还是以设计尺寸为准。从上到下依次是标准A5到标准A0图纸。再往下是英制的图纸，做某些英制标准设计时可以选用。现在我们选取“ISO A3,297X420MM”选项。图3.2 在Document properties中调整工作空间的尺寸大小工作空间设置完毕之后，我们就可以在其中进行模拟建模的步骤了。在项目工具栏中找到图标，点击之后将会出现库资源管理器，如图3.3。我们选用 图3.3库资源管理器 图3.4 拖动定量泵到工作空间液压系统回路作为一个基本案例。点击Hydraulic>Pumps and Power Units>

3、;Unidirectional Fixed Displacement库，在库中选取Fixed Displacement Pump，点击鼠标左键拖动到工作空间之中松开（图3.4）。在工作空间中，所选元件还可以随意拖动（图3.4蓝虚线框中为所选元器件）。接着在Hydraulic>Reservoirs库中拖选Hydrostatic Reservoir到工作空间（图3.5）。 图3.5 拖选油箱第三步，进入Hydraulic>Pressure Valves>Pressure Relief Valves库，拖选Relief Valve（溢流阀）进入工作空间（图3.6）。 图3.6 拖选

4、溢流阀第四步，进入Hydraulic>Directional Valves>Simplified Modeling>4/3-Way Valves库，拖选4/3-Way NC Valve(4位3通机械换向阀)进入工作空间（图3.7）。图3.7 拖选换向阀第五步，进入Hydraulic>Actuators>Double-Acting Cylinders库，拖选Double-acting Cylinder进入工作空间（图3.8）。图3.8 拖选双作用液压缸第六步，进入Hydraulic>Measuring Instruments>Others 库，拖选Flo

5、wmeter表进入工作空间（图3.9）。 图3.9 拖选流量计第七步，进入Hydraulic>Measuring Instruments>Others 库，拖选Pressure Gauge进入工作空间（图3.10） 图3.10 拖选压力表第八步，进入Hydraulic>Fluid Conditioning>Filters库，拖选Filter进入工作空间（图3.11）。图3.11 拖选过滤器第九步，在Hydraulic>Flow Valves>Restrictors>Curve Modeling Restrictors库中拖选Variable Throt

6、tle Valve到工作空间（图3.12）图3.12 拖选可变节流阀现在工作空间中已经有了基本回路的所有元器件。在工作空间中，我们按照方便管路连接的方式安置它们的位置。在Automation Studio软件的菜单栏里点击View（视图），在下拉菜单中的Gird选项前打勾，这时工作空间中将会出现网格。网格可以帮助我们定位每个元器件的位置，是一个实用的操作方法。接下来，左键点击散布在工作空间中的元器件的红色触头，可以拉伸出管路，当两个连接触头正确连接在一起时，触头颜色会变暗。本液压系统的总体布局图如图3.13所示。在连接管路的时候，回油管路我们用虚线表示。操作过程为点选回油路，鼠标右击，在菜单栏

7、中的Drain line前打勾。图3.13 液压系统总体布局图 接下来我们将要对每个元器件的参数进行设置，以达到我们设计的目的要求。我们先进行溢流阀的参数设置。双击溢流阀的图标，出现参数设置对话框（图3.14）。在本例中我们设置溢流阀的调定压力为1350Psi。在参数设置的对话框里单位也可以进行设置，可以选择的单位有Pa（帕斯卡）、bar（巴）、psi（磅每平方英寸）、atm（工程大气压）、MPa（兆帕）、KPa（千帕）、GPa（G帕）、kgf/cm2（公斤力平方厘米）。每个单位的具体含义与换算关系，可以参考液压与气压传动这本书。图3.14 设置溢流阀调定压力设置完调定压力，我们点击左下方对话

8、框里的选项Displayed Information。在新弹出的设置对话框里找到Cracking Pressure 选项，在其前面的小方框里打勾（图3.15）。完毕之后点击Apply，再点击Close。溢流阀的参数设置完毕。之后对液压缸参数进行设置。双击液压缸图标，在左侧的明细栏中选取Technical Data，在右侧的Basic Data中修改参数，这里的Basic Data中包含的参数有Piston Diameter（柱塞直径）、Rod Diameter（柱塞杆直径）、Stroke（冲程）、Extension（伸长率）、Inclination（倾斜角度）、External Load（外部

9、载荷）、Push External Force（外推力）、Pull External Force（拉外力）。在此例中我们仅仅设置冲程为15 in。并且点击More按钮，在高级设置中清空Dynamic Piston Friction 图3.15 溢流阀的设置的数值。因为这是简单的模拟，所以我们暂时不考虑活塞动作时摩擦力变化情况的影响（图3.16）。图3.16 液压缸参数设置上一步骤的基本设置完成之后，点击Apply，使设置生效。接着在左侧明细栏中找到Builder，在Builder界面下可以设置液压缸的外形尺寸、活塞类型等等，建立实际中的液压缸模型。在相同的基本设置情况下，不同的活塞形状、缓冲设

10、计都会对液压缸的性能产生不一样的影响。在本例中，我们的设置情况如图3.17。图3.17 液压缸建模设置完参数之后点击Apply与Close关闭对话框。因为液压缸外形尺寸的变化，原先连接好的管路可能需要重新排列。读者可自行进行一系列调整。为了方便读数的显示，流速表、压力表、溢流阀的调定压力显示值的字体小大与颜色都可以改变。选中这些读数，双击就可以打开了。本例中，设置字体大小都是四号，流速表选用橘黄色，压力表选用蓝色，溢流阀调定压力选用红色。接下来设置液压泵的工作参数。双击液压泵打开参数设置对话框，在Basic Data中设置Displacement值为8 in3/rev。注意在这里单位也是可以改

11、变的，不同的单位对应的排量值是需要经过换算的。在做别的设计的时候要仔细考虑一开始设计所选用的单位，以免因为单位造成结果的变化。基本参数修改完之后点击Apply，在左侧明细栏中选择Displayed Information，检查Rated Flow前是否有打勾，如果没有就打上。然后点击应用关闭。这样我们液压泵的设置就完成了。再接着按住Shift键，双选两个可变节流阀，双击打开参数设置对话框，在Technical Data中改变Opening的值，本例中两个节流阀的开口大小都是100%。设置完成。到现在，所有的设置都已经完成（图3.18），准备开始模拟仿真。图3.18 所有元器件参数设置完成首先A

12、utomation Studio是一个仿真软件，作为一个系统的仿真，首要就是确认仿真的目的。虽然之前的模型搭建环节中似乎没有考虑这个问题的必要，但是一旦模型搭建完毕，就要好好考虑是什么目的驱使一个设计人员进行仿真，仿真完毕之后是希望得到怎么样的一个结果？其实这个问题才是开始一个项目的核心问题，贯穿着整个建模到仿真到数据分析的始终。正因为这个核心的问题，各种各样的建模结果才变得可能，各种各样的数据才有意义。本例，我们希望得到液压缸在系统工作的时候液压杆伸缩的曲线，以及液压杆伸缩时速度变化的情况。在仿真阶段，我们需要使用到模拟工具栏。首先，在模拟工具栏中点击会出现绘图仪界面（图3.19），然后点击

13、液压缸将其拖入绘图仪之中，这时会弹出对话框（图3.20），在Linear Speed与Linear Position前打勾，点击0K。下一步打开Properties，将其中Linear Position参数的Scale Max改为16图（3.21）。设置完毕之后，在模拟工具栏中点击，开始仿真。图3.19 绘图仪 图3.20 对话框图3.21 Y轴参数选择开始仿真之后，绘图仪上开始出现速度与位移曲线，鼠标点击换向阀拨杆可以调节换向阀的工作位。仿真结果如图3.22所示。仿真过程如图3.23所示。仿真结束之后点击停止仿真过程。绘图仪中的曲线可以作为结果输出。之后，我们将可变节流阀换成流量可调的止回节

14、流阀。在Hydraulic>Flow Valves>Restrictors>With Check Valve库中可以找到Variable Non-return Throttle Valve。将它拖选到工作空间里图（3.24），替换原来可变节流阀所在的位置。这两个止回节流阀的放置方法也有一定的讲究，对于位于左边的这个止回节流阀，图3.22 速度位移曲线图图3.23 仿真过程中图3.24 拖选流量可调的止回节流阀点击右键，在弹出的列表中找到Transformation，在下一级的菜单里面依次点击Vertical Flip 与 Horizontal Flip，意为垂直翻转与水平翻转

15、。之后双选两个止回节流阀，双击打开参数设置对话框进行参数设置，将Diameter设置为0.5mm。接着从Hydraulic>Measuring Instruments>Others中拖选Pressure Indicator（压力指示器）到工作空间，单位设置为Psi。如图3.25。开始仿真。图3.25 使用止回节流阀的回路本例详尽的阐述了Automation Studio软件的操作方法以及该软件的仿真方式。剩下的就是读者对不同的元器件库的探索，了解不同的库对自身设计产品的帮助。在机电液一体化设计中，熟练而高效的使用各种库才能做出简洁高效的产品。在Automation Studio软件

16、课程中，我们出生于机械专业的读者不熟悉的是软件的操作方法，软件的建模方式以及软件的仿真手段。但是需要牢记的是，任何软件其来源与基础即是实际生产上的需要，是对于现实生活的虚拟。所以建议读者在使用软件的时候要勤查字典，对于元器件库中看不懂的英文要转换成中文来理解，会发现它其实就是我们业已掌握的元器件。所以，各位学习机电的同学还是要扎实的回归到原有液压与气压传动、机床传动等专业课程之中，将专业课的课程与Automation Studio软件课程相互比对，交叉学习。这样才能事半功倍的学好这门课。接下来，再分析几个典型的实例，帮助同学更好的理解软件的操作与软件仿真的意义。3.2 实例二：电控回路的搭建。

17、本例所设计的电控回路，主回路还是使用上例搭建好的液压回路。为了实现电气控制，原有的机械换向阀要替换成电磁换向阀。双击打开三位四通机械换向阀参数设置界面（图3.26），首先点击图3.27中图3.26 4/3换向阀元件参数界面红框标注的机械手柄，再用界面右上角的Delete键将其删除。接下来双击图3.28中用红框标注出来的问号，会弹出一个元件库，其中可以根据不同的控制方式选图3.27 删除机械手柄取控制手柄。因为本例是使用电气控制的，所以要选用电磁换向阀，其图标如图3.29中红框标示。选取之后，因为该位置太靠上，需要调整到与换向阀的下边齐图3.28 修改控制手柄平。这时可以点击参数修改界面的图标，

18、实现选取的零部件的上下左右移动。图3.29 各种可供选用的部件这时，问号原来所处位置会出现一个新的问号图标，同样双击打开它，在部件库中找到Spring Return，即是弹簧。如图3.30中红框所标示。图3.30 选取回复弹簧了解电磁换向阀的同学知道它的结构特点，剩下的就是按上述操作过程，将换向阀的另一侧也设置成上述的情形。最后的样子如图3.31所示。图3.31 电磁换向阀设置完成接下来我们将要拖选一系列元器件到工作空间，用以搭建控制回路。进入Hydraulic>Sensors>Others库中拖选两个Mechanical Position Sensor到工作空间，会弹出图3.32

19、所示对话框，在Tagname一栏中输入该行程开关的名字，本例中第一个行程开关使用WAYOUT的标签名，第二个行程开关使用WAYBACK的标签名。在工作空间中的安放位置如图3.34所示。图3.32 修改变量对话框另注，刚拖选到工作空间里的机械位置传感器需要调整，留给读者自己完成。接着进入Electrical Control (JIC Standard)>Power Sources库中，拖选Power Supply 24 Volts和Common(0 Volts)进入工作空间，安放位置如图3.34所示。值得注意的是Electrical Control (JIC Standard)是一个新的库

20、，括号里的意思是该库中的元器件图标使用美国标准。而位于其下方还有一个Electrical Control (IEC Standard)，其意为使用国际标准的元器件库。首先这两个库都是用作电气控制的库，涉及到电路设计，继电器选用的都需要进入这个库中寻找。跟涉及液压系统设计都需要使用液压库相仿。该库本书并未作出详细的介绍，但是根据原先液压库的介绍和使用方法，读者应该可以掌握本库的操作方法。至于其库中不同项目的含义以及其包括的元器件种类，读者可以勤查字典做深入了解，培养自身的自学能力。目前我们只对于本例使用到的元器件做一个解释与翻译。刚刚我们拖选的Power Supply 24 Volts是24V电

21、源，Common(0 Volts)为公共端，相对电势零点。进入Electrical Control (JIC Standard)>Switches库中，拖选两个Normally Open Push-button到工作空间，依次输入Tagname为START 和STOP。Normally Open Push-button意为常开开关。摆放位置如图3.34所示。进入Electrical Control (JIC Standard)>Output Components库，拖选两个Coil进入工作空间，依次输入Tagname为CR1和CR2。Coil意为线圈。摆放如图3.34。进入Elec

22、trical Control (JIC Standard)>Output Components库，拖选两个Solenoid DC/AC进入工作空间，依次输入Tagname为SOL1和SOL2。Solenoid DC/AC意为交直流螺线管。摆放如图3.34。进入Electrical Control (JIC Standard)>Contacts库，拖选四个Normally Open Contact和一个Normally Closed Contact进入工作空间，Normally Open Contact意为常开接触器，Normally Closed Contact意为常闭接触器。摆放

23、位置如图3.34。进入Electrical Control (JIC Standard)>Contacts库，拖选Push-button Auxil Contact, Normally Open与Push-button Auxil Contact, Normally Closed进入工作空间。Push-button Auxil Contact, Normally Open意为连杆控制的常开按钮接触器，Push-button Auxil Contact, Normally Closed意味连杆控制的常闭按钮接触器。进入Electrical Control (JIC Standard)>Sensor Switches库，拖选一个Normally Open Limit Switch和一个Normally Cloesd Limit Switch进入工作空间。Normally Open Limit Switch意为常开限位开关