TC-QP04型氣動伺服控制綜合實(shí)驗(yàn)臺
氣動伺服技術(shù)以其節(jié)能、無污染、成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、系統(tǒng)安全可靠、適應(yīng)范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代制造業(yè)中占有十分重要的地位。本實(shí)驗(yàn)平臺采用模塊化設(shè)計(jì)思路，以工業(yè)級觸摸一體機(jī)為主控單元、采用NI公司的LabVIEW軟硬件平臺、選用SMC氣動元件搭建，可用于測控、機(jī)自和過控專業(yè)教學(xué)中的液壓與氣壓傳動、過程檢測與控制等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本實(shí)驗(yàn)平臺具有開放性，通過設(shè)計(jì)綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利于學(xué)生對所學(xué)知識的融會貫通。
（此圖片緊供參考）
具體內(nèi)容包括
實(shí)現(xiàn)一個基于虛擬儀器的氣動伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺。系統(tǒng)基于LabVIEW軟硬件平臺，分別完成“基于虛擬儀器的氣動伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺”的結(jié)構(gòu)、信號調(diào)理電路、伺服控制程序、虛擬儀器面板的設(shè)計(jì)與開發(fā)。
（1）實(shí)驗(yàn)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
氣動伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺主要由氣動回路和數(shù)據(jù)采集與控制回路兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖１所示。氣動回路主要由氣源、電磁閥、比例閥、壓力傳感器、氣缸等組成；數(shù)據(jù)采集與控制回路以工業(yè)級觸摸一體機(jī)和NI數(shù)據(jù)采集卡為核心，由位移傳感器、力傳感器、加速度傳感器和相應(yīng)的信號調(diào)理電路等組成。
圖1 實(shí)驗(yàn)平臺總體結(jié)構(gòu)
PC機(jī)采用QY185型工業(yè)級觸摸一體機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的USB-6211型多功能數(shù)據(jù)采集卡。USB-6211具有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器I/O等功能。模擬輸入通道有單端輸入32路、差分輸入16路，分辨率為16位，采樣率為250Ks/s。模擬輸出通道有4路，數(shù)據(jù)更新率為每通道625Ks/s。數(shù)字I/O有48路，有2個定時(shí)/計(jì)數(shù)器，分辨率為32位，內(nèi)部時(shí)鐘頻率為80MHz。該板卡的模擬輸入、模擬輸出電壓的范圍均為±10V。
（2）信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)
本實(shí)驗(yàn)平臺選用的雷尼紹光柵尺的輸出信號為差分信號，而USB-6211數(shù)據(jù)采集卡計(jì)數(shù)器的輸入端只能接收單端信號，因此需要設(shè)計(jì)信號調(diào)理電路將光柵尺的輸出差分信號A＋、A－、B＋、B－、Z＋、Z－轉(zhuǎn)換為USB-6211計(jì)數(shù)器可以接收的單端信號A、B、Z，所設(shè)計(jì)的電路如圖2所示。
（3）電氣控制單元
1）使用電源：標(biāo)準(zhǔn)供電電源——AC220V（±5%）、50HZ，帶短路保護(hù)、漏電保護(hù)、過載保護(hù)等功能；
2）控制電壓：安全控制電壓—DC24V；在規(guī)定壓力范圍內(nèi)安全、穩(wěn)定工作，并帶有壓力過載保護(hù)裝置，防止學(xué)生誤操作，造成人身傷害，帶有漏電保護(hù)裝置，電氣控制帶有過流保護(hù)，防止誤操作損壞設(shè)備。
3）使用環(huán)境要求：能在環(huán)境溫度-10℃～+50℃下使用；
4)可編程序控制器(PLC)：采用歐姆龍，繼電器輸出形式，電源電壓：AC 220V/50Hz；并配有與計(jì)算機(jī)通訊的下載線纜（包括適配器）。
5）漏電脫扣器：直流24V電源，電磁閥輸出控制口，接近開關(guān)，磁性開關(guān)，連接線纜，插座，按鈕，指示燈等。
（4）氣動伺服系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺的軟件設(shè)計(jì)
伺服控制系統(tǒng)軟件的編寫采用模塊化的編程思路，軟件功能框圖見圖3。
圖3 軟件功能框架
?、?數(shù)據(jù)采集子模塊。包括氣缸輸出力、氣缸運(yùn)動加速度、氣缸左右兩腔的壓力值４ 路模擬輸入信號和氣缸位置１路計(jì)數(shù)器輸入信號。
② 參考信號生成子模塊。用于產(chǎn)生任意的給定參考信號。
③ 信號輸出子模塊。包括用于控制２個電氣比例閥的２路模擬輸出信號和用于控制２個電磁閥的２路數(shù)字輸出信號。
?、?信號處理子模塊。通過采樣得到的數(shù)值，結(jié)合給定參考信號，通過一定的控制算法，得到所需要的控制量的值。
?、?圖形化操作與顯示子模塊。利用LabVIEW豐富的界面實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，主要包括：測量數(shù)據(jù)的顯示，給定參考信號參數(shù)的設(shè)定，控制算法中參數(shù)的設(shè)定等。
?、?數(shù)據(jù)存儲子模塊。實(shí)現(xiàn)將測量的數(shù)據(jù)保存為文件。
（5）虛擬儀器面板設(shè)計(jì)
使用旋鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)盤、指示燈等控件來定義虛擬儀器面板，控制面板上有輸入和輸出兩類對象，分為控制器和指示器?？刂破靼ㄩ_關(guān)、旋鈕、按鈕及其他輸入設(shè)備；指示器包括曲線顯示區(qū)、LED和其他顯示輸出對象。
（6）主要特點(diǎn)：
PLC氣動實(shí)訓(xùn)裝置是我公司借鑒德國FESTO公司研發(fā)生產(chǎn)的快插組合式教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺。
1、氣動實(shí)驗(yàn)臺采用冷扎鋼板框架柜體，表面防銹靜電噴塑，美觀大方。
2、實(shí)驗(yàn)面板：用精美的鋁合金型材排列組合緊固螺絲加工而成，帶“T”型槽。模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)搭建實(shí)驗(yàn)簡單、方便，各個氣動元件成獨(dú)立模塊。
3、氣壓閥體，帶鋁合金過渡底板，實(shí)驗(yàn)時(shí)可以隨意在通用鋁合金型材板上，組裝各種實(shí)驗(yàn)回路，操作簡單、方便。內(nèi)嵌式鎖緊機(jī)構(gòu)，確保與實(shí)驗(yàn)面板結(jié)合緊固、安全。
4、氣壓閥體成獨(dú)立模塊，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)快換接頭，特殊密封接口，清潔干凈，不漏油。
5、安裝方式：任意搭接、組合回路實(shí)驗(yàn)，擴(kuò)展性強(qiáng)，提高學(xué)生的動手能力，老師的設(shè)計(jì)、開發(fā)能力，外形美觀、安全。
6、氣壓閥采用為日本 “SMC”。性能穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)久耐用。
7、電器元器件等都為國內(nèi)品牌廠家。有質(zhì)量和售后服務(wù)保證。
8、 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)用元器件，性能可靠邊，安全。
9、低噪音的工作泵站、提供一個安靜的實(shí)驗(yàn)環(huán)境（噪聲＜55分貝）
