机电实验台使用手册

1、系统连接1. 安全注意事项l 守则1) 本手册使用与机电系统教学实验台。2) 为确保安全、正确地操作、保护电器设备，在正式使用设备前必须认真阅读本说明书。l 注意1) 运行设备前，检查电气接线无短路现象。2) 在设备已通电后，严禁用导电物体接触接线柱等带电区域。3) 电器接线中，红线与黑色导线间的电压为交流220V，严禁接触。其余颜色导线的电压为直流24V。4) 设备在运行中如发现非正常状态，立即按下急停按钮，再用复位按钮恢复原始状态。5) 设备运行中，双手不要进入机械运行区。6) 不要带电插拔PLC的传输电缆接头，以免烧毁PLC电源或接点单元。2. 检查装箱内容包装箱到货后，按下列清单检查货

2、品：Ø 机电系统实验台本体Ø PLC传输电缆一条Ø S7200编程系统盘一块Ø 演示程序一套Ø 机电系统实验台说明书一份Ø S7200编程手册一本3. 搬运把设备从包装箱内取出后，应轻搬轻放。设备本体重45，至少需两人搬动。要避免剧烈撞击，以免损坏电器元件及其他零部件。搬动设备时，应抓牢设备底版，不要用力搬动底版上安装的零部件，以免损坏设备部件。4. 安装设备本体重45，应将设备安放在一个较坚固的工作台上，无需用地脚螺钉紧固。设备本体一侧应能放置一台电脑，供实验人员编程使用，建议工作台台面尺寸为1500×7005. 系统连接

3、机电系统实验台与计算机、气源等辅助装置的连接的关系如图1所示A. 附件安装及连线电气面板从上至下分成三个区域，所带散件按下述要求装配：1) PLC主机、输入模块、输入/输出模块装在区域1的中部。安装时将机体先挂在导轨的上沿内，然后向下搬动机体下部的锁舌，这样，机体就挂在了导轨上。2) 将两个中间继电器插入其底座内。3) 接线：将散落的线头按PLC主机、输入模块、输入/输出模块上的编号分别对号连线。注意，线头按三个模块分别捆成三把，并有明显的标记。拆开一把线头后按线槽中的出线顺序与模块上的端子对应连接。4) 连接后，必须仔细检查每相邻的两个接线柱是否接触。严禁在两接线柱接触的情况下通电！否则将烧

4、毁PLC！B. 接入电源将实验台上预留的两相插头插入交流220V的插座中，引入交流220V电源。C. 与计算机连接编程用户程序时，可采用离线编程方式。当需调试和验证程序时，再将程序从计算机输入PLC内。此时，使用PLC的专用PC/PPI通用通讯电缆，将计算机与PLC连接起来。PLC的通讯接口在CPU的左端中部。D. 与气源连接机电系统实验台需压力空气驱动，最高气压为10Mpa.将普通空气压缩机的出口换成可连接6外径的软管接头。然后把实验台上气源三联件入口处的6软管插入。气源三联件的始端安装了一个截止阀。用它可接通或断开气源，以便维修和调整设备。演示与操作1. 实验台的操作在接线检查无误后，合上

5、交流220V和直流24V的电源开关，并将PLC主机右侧小活动门内的开关置于“RUN”的位置。然后，把操作箱上的总开关接通。此时，设备处于待机运行状态。实验台分手动和自动两种运行状态，通过手/自动切换开关进行选择。手动模式：PLC执行手动程序，拨动或按下操作箱上某个开关或按钮，相应的机械部件就会按照该开关（或按钮）的标牌提示的动作运。手动模式主要用于调整和检查各传感器的位置是否正确，以及发生故障时的调整和检查。自动模式：1) 顺时针旋转急停按钮，释放此开关；2) 将各手动开关均置于右上方倾斜的位置；3) 按下复位按钮，系统即开始自动循环。需终止循环时， 按下急停按钮。4) 按下启动按钮，系统即开

6、始自动循环。需终止循环时， 按下急停按钮。2. 演示在随机附带的程序演示盘中有5个演示程序，当希望演示某个程序时，按下述顺序操作：1) 连接PC/PPI通讯电缆。2) 打开计算机。3) PLC开关置于“STOP”位置。4) 运行STEP7MicroWIN32系统。5) 用File中的“Open”调出带传输的程序。6) 用工具栏中的Download传输程序。7) 屏幕显示“完成传输“后，将PLC的开关置于：RUN”。8) 按上述操作要领运行该程序。系统概述该实验设备为一台模拟的自动生产线，集机械、气动、PLC控制、交流调速和传感器等技术为一体，是一台典型的机电一体化产品和理想的教学实验设备。设备

7、设四个工位，第一工位是上下料工位，第二至第四工位是模拟加工工位，为节省空间尺寸，仅在第三工位安装了加工单元，工件为35×35×8的方形铝件，料库中可存放15个工件。自动循环过程是：1. 卸料阻挡定位块升起；2. 机械手爪取已加工工件、提升、旋转至卸料位，松开工件，工件由坡形滑道滑入工件箱内；3. 卸料阻挡定位块下降；4. 机械手爪转至取料位、下降、抓取工件、上升并旋转至工作台的上料位、下降、放入待加工工件；5. 刀具旋转、快进；6. 刀具工进；7. 刀具延时停留；8. 刀具快退、停转；9. 旋转工作台定位销松开；10. 工作台旋转90°；11. 工作台定位销定位锁

8、紧；12. 推料缸送出一个工件至取料位。除刀具旋转和工作台旋转两个运动外，其于动作均由气缸驱动，使用可编程控制器控制，通过编制难易不同的软件，即可做不同实验内容的实验。本体装置占地750×600，高700，重量约45，可以放置在一个1500×700的普通写字台面上，其余空间可放置一台用于可放置一台用于编程的计算机。本套装置仅提供教学实验台本体，用户还需要另配空气压缩机和编程用计算机。机械结构机械系统分为四个主要部件：刀具及进给部件 如图4所示， 刀具旋转由一台220V,6W的交流电机驱动。转轴前端装有钻夹头，安装一把钻头作为刀具。转轴由两个深沟球轴承支撑，另一端通过联轴器与

9、电机连接。刀具主轴由一个带导向杆的气缸带动，从而完成进给动作。导杆气缸上装有三个磁性开关，检测原位、快工进转换位及延时停留位。通过两位三通电磁阀的切换，便可使刀具实现快速进给和工作进给。工作台部件工作台面上设有四个工位，其中一个为上下料位，与之成180°的工位是加工位，另外两个工位可噌设其他加工刀具。工作台由可调速电机驱动，采用一台220V、6W的交流电机，通过i=50的减速器带动台面旋转，该电机有调速系统，调速范围是0-350转/分。工作台由定位气缸实现工作台的定位夹紧。气缸上装有两个磁性开关，检测定位和松开两个位置。台面下端还装有三个传感器，一个接近开关检测台面的90°

10、换位，另两个光电开关检测上下料位和加工位的工件有无。运料机械手部件如图6所示，该机械手属四自由度机械人。旋转气缸是大臂可在上料位、卸料位和取料位三个位置间旋转、停留。因此，旋转气缸上分别装有三个检测开关，升降气缸使机械手升降，实现提起和放下工件的动作，并有两个开关检测；机械手爪采用指形气缸并装有相应夹爪，实现夹紧和松开工件的动作，也由两个开关检测。为使大臂在卸料处停转，还设置了卸料阻挡气缸。当需要卸料时，则挡块升起，挡住大臂；落下时，可允许大臂转至料库的取料位。因此，这两个动作位置也由两个磁性开关检测。料库部件 如图7所示，料库可存放15个部件。出料时，推料气缸通过推杆将最下一层的工件推出，沿

11、着出料导槽送到取料位，挡块使工件确定位置。当推杆在气缸牵引下缩回后，料库中的工件下降一层，以备下次推料。除推料气缸装有两个位置开关外，在料库的存料位置和取料位置分别装了两个接近开关，以检测料库和取料处是否有料。电气控制技术电器控制技术的核心是可编程控制器。选用西门子S7系列224型产品，并配一块8入和一块16入/16出扩展模块。PLC有专用电源供电。整个系统共有41个输入输出及18个输出点。用实验台上的个人电脑编出梯形图或语句表程序，由传输线将程序输入PLC中。有关PLC和编程的知识请参阅西门子的可编程序控制器说明书。传感器均选用日本OMRON产品。保护开关、调速盒、端子排以及全部电气元件均安

12、装在与实验台面垂直的立板上，所有的元件面向操作着开放，以便学生一目了然的学习电气控制原理和动手接线配线。操作箱安装在实验台面的前端，共装有显示灯及开关16个。即总开关、电源显示、手自动选则、报警显示、复位、以及用于手动控制的钻头升降、手指松夹、出料、转台旋转、手指升降、手指旋转、手指阻挡、钻头旋转、启动和急停按钮。本系统手动开关或按钮均与PLC的输入口连接，也就是说，开关必须经过用户程序才能起作用。一些按钮应按电动开关对待，如复位和钻头旋转按钮；而启动按钮在编程时应有“自保”处理。每一个两位或三位旋钮开关PLC上仅占一个输入点，在编程时，要用该点的高低电平对应两种运动状态，也就是说，当某点为“

13、1”时，接通一个运动的正向电磁铁；而该点为：0“时，接通这个运动方向的反向电磁铁。注意各行程开关（接近开关、气缸磁性开关和光电开关）的类型，为了教学的目的，开关中即有常闭类型，也有常开类型。在编程前，必须分清类型。气动控制技术概述：气动控制元件均选用日本SMC的产品，并在设计中尽可能多的选则了各种不同形式的气缸。主要有导杆气缸、普通气缸、旋转气缸、薄形气缸个手指缸。意图是使学生认识不同类型的气缸，以及气动元件的选择与机械设计间的密切关系。控制阀使用汇流板安装，选择了两位五通电磁阀、三位五通电磁阀和两位三通电磁阀。气源选用普通的空气压缩机，经三联件向系统供给压力空气。各气缸的调速元件选用机构紧凑

14、、安装方便的软管快插式接管头型单向节流阀。管路均使用软管连接，接头为快插式接头，这样便于学生在实验中自己动手配管，多次插拔管路。气动原理图系统的气动原理如图9所示。主要元件过滤器空气过滤器的作用是除去压缩空气中的固态杂质、水滴和油雾等，不能用于清除气态油、水。按过滤器排水方式，可以分为手动排水和自动排水式。按自动排水式的工作原理，可分为浮子式和差压式。按无气压时的排水状态，可分为常开型和常闭型。本系统所选用的是手动式排水方式。油雾器 油雾器是一种特殊的注油装置，它将润滑油进行雾化并注入空气流中，随压缩空气流入需要润滑的部位，达到润滑的目的。减压阀减压阀是较高的入口压力调节并降低到符合使用要求的

15、出口压力，并保证调节后出口压力的稳定。其它减压装置（如节流阀）虽能降压，但无稳压能力。电磁换向阀单向节流阀（速度控制阀）单向节流阀是由单向阀和节流阀并联而成的流量控制阀，常用于控制气缸的运动速度，故常称为速度控制阀。气缸叶片式摆动气缸传感器技术实验台使用了多个传感器，按照使用类型分为：1. 气缸用磁感应式接近开关磁性开关是用来检测气缸活塞位置的，即检测活塞的运动行程的。它分为有触点式和无触点式两种。实验台使用的是有触点式。使用时应注意以下几点：1) 安装时，不得给开关过大的冲击力，如将开关打入抛仍等。2) 避免在周围有强磁场，大电流（像大型磁场、电焊机等）的环境中使用磁性开关。不要把连接导线与

16、动力线并在一起。3) 不宜让磁性开关处于水或冷却液的环境中。如需在这种环境中使用，应使用耐弯曲性能的导线。4) 舌簧式磁性开关的最大触点容量为2.5VA。5) 配线时，导线不宜承受拉伸和弯曲力。用于机械手等可动部件的场合，应使用耐弯曲性能的导线。6) 对直流电，红线接+极，黑线接-极。对三线式，白线接负载。带指示灯的开关，当开关吸合时，指示灯亮。若接线接反，开关可动作，但指示灯不亮。7) 带指示灯的有触点磁性开关，当电流超过最大电流时，发光二极管会损坏；若电流在规定范围以下，发光二极管会变暗或不亮。2. 电磁式接近开关电磁式接近开关的工作原理是：外界的金属性物体对传感器的高频-振荡器产生非接触

17、式感应作用。振荡器是由缠绕在铁氧体磁芯上的线圈而构成的LC振荡电路。振荡器通过传感器的感应面，在其前方产生一个高频交变的电磁场。当外界的金属性导电物体接近这一磁场，并到达感应区时，在金属物体内产生我涡流效应，从而导致LC振荡电路振荡减弱，振幅变小，即称之为阻尼现象。这一振荡的变化，被开关的后置电路放大处理并转换为换为一个确定的输出信号，触发开关并驱动控制器件，从而达到非接触式检测目的。3. 光电开关光电检测的原理是根据投光发出的光束，被物体阻断或部分反射，受光器最终拒此作出判断及反应。接收到光线时，光电开关有输出，被称为“亮通”；当光线被阻断或低于一定数值时，光电开关有输出，被称为“暗通”。光

18、电开关动作的光强值是由许多因素决定的，包括目标的反射能力及光电开关的灵敏度。所有光电开关都采用调制光，以便有效地消除环境的影响。输入输出信号关系机电系统教学实验台的PLC输入输出信号关系可由实验人员根据自己的习惯编排，然后按照这种确定的关系进行编程。由于信号关系可以随机确定，再加上编程技巧的不同，所以用于实验的程序是千差万别的。本系统携带的演示程序对应与表中所示的信号关系。 序号功 能 输入/输出 地 址接线端子号1启动手动输入I0.01#2复位手动输入I0.12# 8# +24V3急停手动输入I0.23# 9# GND4自动/手动手动输入I0.34#5钻头旋转手动输入I0.45#6钻头升/降

19、手动输入I0.56#7转台旋转（顺转）手动输入I0.67#8转台逆转手动输入I0.710# 18#+24V9转台定位伸缩手动输入I1.011# 19# GND10手指开闭手动输入I1.112#11手指升降手动输入I1.213#12手指开闭手动输入I1.314#13手指升降手动输入I1.415#14转臂顺/逆转动手动输入I1.516#15转臂中位定位伸缩手动输入I1.617#16转臂顺/逆转动手动输入I1.720# 28#+24V17转臂中位定位伸缩手动输入I2.021# 29# GND18上料气缸伸缩 手动输入I2.122#19下料气缸伸缩手动输入I2.223#20丝杠运料小车上升手动输入I2

20、.324#21丝杠运料小车下降手动输入I2.425#22丝杠高端定位伸缩手动输入I2.526#23丝杠低端定位伸缩 手动输入I2.627#24钻头位置上传感器I3.031# 39# +24V25钻头位置中传感器I3.132# 40# GND26钻头位置下传感器I3.233#27转台工位到传感器I3.334#28转台定位气缸伸位缸体自带传感器I3.435#29转台定位气缸缩位缸体自带传感器I3.536#30加工工位有料光电式传感器I3.641# 49# +24V31上下料工位有料光电式传感器I3.742# 50# GND32手指开位磁传感器I4.043#33手指闭位磁传感器I4.144#34手指

21、升位磁传感器I4.245#35手指降位磁传感器I4.346#36转臂取料位（料库）磁传感器I4.447#37转臂放料位（转台）磁传感器I4.548#序号功 能 输入/输出 地 址接线端号38转臂中位磁传感器I4.651# 58# +24V39转臂中位定位缩位磁传感器I4.752# 59#GND40转臂中位定位伸位磁传感器I5.053#41取料位有料接近传感器I5.154# 42下料气缸位有料接近传感器I5.655#43上料气缸缩位磁传感器I5.356# 44上料气缸伸位磁传感器I5.457# 45下料气缸缩位磁传感器I5.560# 65# +24V46下料气缸伸位磁传感器I5.261# 66#

22、 GND47手指开位磁传感器I5.762#48手指闭位磁传感器I6.063# 49手指升位磁传感器I6.164# 50手指降位磁传感器I6.267# 72# +24V51转臂取料位（丝杠）磁传感器I6.368# 73# GND52转臂放料位（料库）磁传感器I6.469#53I6.570# 54I6.671# 55丝杠低端位接近传感器I6.774# 81# +24V56丝杠高端位接近传感器I7.075# 82# GND57丝杠低端定位伸位磁传感器I7.176# 58丝杠低端定位缩位磁传感器I7.277# 59丝杠高端定位伸位磁传感器I7.478# 60丝杠高端定位缩位磁传感器I7.379# 序号

23、功 能 输入/输出 地 址接线端子号62钻头升三位五通电磁阀1、2Q0.085#63钻头降三位五通电磁阀3、4Q0.186# 87# GND64钻头旋转继电器Q0.288#65转台定位缩三位五通电磁阀1、2Q0.389#66转台定位伸三位五通电磁阀3、4Q0.490# 91# GND67转台顺转继电器Q0.592#68转台逆转继电器Q0.693# 94#GND69钻头工进二位三通电磁阀Q0.795# 96#GND70手指开三位五通电磁阀1、2Q1.097#71手指闭三位五通电磁阀3、4Q1.198# 99# GND72手指升三位五通电磁阀1、2Q1.2100#73手指降三位五通电磁阀3、4Q1

24、.3101#102# GND74转臂逆转三位五通电磁阀1、2Q1.4103#75转臂顺转三位五通电磁阀3、4Q1.5104# 105# GND76转臂中位定位缩位三位五通电磁阀1、2Q1.6106#77转臂中位定位伸位三位五通电磁阀3、4Q1.7107# 108# GND78上料气缸缩三位五通电磁阀1、2Q2.0109#79上料气缸伸三位五通电磁阀3、4Q2.1110# 111# GND80下料气缸缩三位五通电磁阀1、2Q2.2112#81下料气缸伸三位五通电磁阀3、4Q2.3113# 114# GND82手指开三位五通电磁阀1、2Q2.4115#83手指闭三位五通电磁阀3、4Q2.5116#

25、 117# GND84手指升三位五通电磁阀1、2Q2.6118#85手指降三位五通电磁阀3、4Q2.71119#120#GND 86转臂逆转三位五通电磁阀1、2Q3.0121# 87转臂顺转三位五通电磁阀3、4Q3.1122# 123# GND88转臂中位定位缩位三位五通电磁阀1、2Q3.2124#89转臂中位定位伸位三位五通电磁阀3、4Q3.3125# 126# GND90丝杠低端定位升位三位五通电磁阀1、2Q3.4127# 91丝杠低端定位缩位三位五通电磁阀3、4Q3.5128# 129# GND92丝杠高端定位升位三位五通电磁阀1、2Q3.6130#93丝杠高端定位缩位三位五通电磁阀3、

26、4Q3.7131# 132# GND94丝杠运料上继电器Q4.0133#95丝杠空车下继电器Q4.1134# 135# GND96报警蜂鸣器Q4.2136# 137# GND97电源控制继电器Q4.3138# 139# GND145# +24V维护与保养1. 设备要放置在干燥、少尘的实验室内，湿度不大于40%。2. 设备通电后，不要用导电物体接触带电区域。3. 搬运时，轻搬轻放，不要产生大的振动。4. 学生进行接线实验后，必须检查有无短路和松动现象。5. 定期排放三连、联件中空气过滤器中的积水。6. 三联件中的油雾器严禁注油（因所选元件均为无给油气缸）。7. 软管接头属快速插拔接头，插入软管时

27、，将软管插入接头，待有一次顿挫后将软管向外拉，软管即被紧住。在拔出软管时，必须先将软管向接头方向推，然后将接头口处的锁片向接头方向牙入，最后拔出软管。否则，很容易损坏接头8. 机械部件中的定位伸缩杆、手抓阻挡杆及手爪升降导向杆处定期滴三滴润滑油，以防止杆件生锈9. 在进行气动原理及接管实验时，注意不要将异物落入接头之内。如果软管拔出时间较长，应用棉花将接头塞住，以防杂物落入接头之内。实验内容设计用户可以根据自己的教学计划和教学需要，灵活设计实验内容。下列实验内容可作为参考：1. 新生入学是的专业参观演示；机械工程与自动化、信息工程、自动控制等专业的新生入学时，需要初步了解本专业的学习内容、学习

28、方向和将来所从事的研究领域，通过参观本学院、本专业的实验室，建立专业概念，培养专业兴趣。机电系统教学实验台可作为生产自动化或自动生产线的模拟对象，进行演示实验。2. 生产实习中的机械工程自动化实习；在工厂的生产实习，受到生产任务和工厂经济效益的影响，学生的动手机会和长时间接近设备的机会甚少。机电系统教学实验台可弥补上述不足，学生能认真分析研究设备，初步认识机电一体化的技术基础的应用和机电产品的基本组成要素。3. 金工实习中的机械工程自动化见习目前，金工实习的内容正在做较大幅度的改革，数空机床、特种加工和自动化生产的内容有所增加，在机电系统教学实验台上4学时的见习和操作实验。4. 机电一体化、机

29、电系统或电子课程实验；机电一体化、机电系统或应用电子技术等课程中，有关生产自动化、PLC技术及其应用、传感器技术、气液压技术、计算机控制技术等内容的实验均可在本实验台上进行。5. 部件自动或手动循环演示实验；使用附带的演示程序，可进行整机的自动或手动循环演示实验，用户也可以根据自己的设想，编制各部件的演示实验。6. 整机全自动或手动循环演示实验；使用附带的演示程序，可进行整机的自动或手动循环演示实验，用户也可以根据自己的设想和其他变成思路，编制不同程序的演示实验。7. 机械零部件测绘实验；机械零部件的测绘和草图绘制是一项实践性较强的训练，学生可在消化本实验结构特点的基础上，动手测绘机械零部件，绘制草图，训练学生的结构设计能力。8. 气动系统原理学习及测绘实验；通过对实验台气动系统的认识和学习，可以设计出对于气压元件（如三联件、