２０１３年第２期 液压与气动 ３９
基于组态软件的气动弹射试验测控系统设计
付永领 ，范殿梁 ，荆慧强
Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｃ ａｔａｐｕｌｔ
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂｙ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ
ＦＵ Ｙｏｎｇ—ｌｉｎｇ ，ＦＡＮ Ｄｉａｎ．１ｉａｎｇ ，ＪＩＮＧ Ｈｕｉ—ｑｉａｎｇ
（１．北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京１００１９１； ２．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１００１９１）
摘要：该文在对气动弹射试验系统进行简单概述的基础上，针对测控系统提出的要求，基于组态软件 对整个试验测控系统进行了软硬件设计，其中对操作流程的设计及监控画面的制作进行了较为详细的描述，
然后开发了基于ＡＴ８９Ｓ５２单片机的测速模块，并实现了上位机组态王监控。最终该气动弹射测控系统成功
应用于实际，并得到了较为满意的效果。 关键词：气动弹射；测控系统；组态软件；单片机
中图分类号：ＴＰ３１１．５１；ＴＨ１３８文献标志码：Ｂ文章编号：１０００－４８５８（２０１３）０２－００３９－０６
引言 为了测试降落伞的性能，大多采用真实飞机进行 空中投放，虽然能够得到较为真实准确的数据，但这样
极大地增加了测试成本和试伞员的安全风险，使我们 不得不考虑采用模拟投放的方式实现测试降落伞某些
性能的可能性。通过高压气体将内装降落伞的被试件
弹射出去，至一定的投放高度，以模拟飞机投放时的初 始状态，经过几级牵引最终实现降落伞性能的测试。
本试验测控系统是在原气动弹射试验系统的基础上进
行技术改造，旨在提高测试流程的自动化程度。试验 系统的最高压力可以达到３５ ＭＰａ，属于超高压试验系 统，如何实现对其精确测控是保证试验成功的关键，为 此本文基于组态软件设计了该气动弹射试验测控系统。
１气动弹射试验系统 气动弹射试验系统是在原有试验系统的基础上， 进一步提升其试验能力，提高自动化水平。原有试验
第１ ３卷第３期 ２ ０ １ ４年９月 杨凌职业技术学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｇｌｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ＆Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖｏｌ＿１３ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．，２ ０１ ４
基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ的压力机液压传动系统设计与仿真
王志华，熊刚，徐浩铭
（杨凌职业技术学院，陕西杨凌７１２１００）
摘要：设计了应用于工业生产的压力机液压回路系统，并通过ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件对该系统的液压回路和电气控制回路 进行仿真，验证了设计系统的可行性。 关键词：ＦｌｕｉｄＳＩＭ；液压传动；设计 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—９１３１（２０１４）０３—００３４—０２
Ｐｒｅｓｓ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦｌｕｉｄＳＩＭ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ
ＷＡＮＧ Ｚｈｉ—ｈｕａ，ＸＩＯＮＧ Ｇａｎｇ，ＸＵ Ｈａｏ－ｍｉｎｇ （Ｙａｎｇｌｉｎｇ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｙａｎｇｌｉｎｇ，Ｓｈａａｎｘｉ ７１２１００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｅｓｓ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕ ｌｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｉｒｅｕｉｔ ｉｓ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＦｌｕｉｄＳＩＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＦｌｕｉｄＳＩＭ；ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ
液压传动是以液压油作为工作介质来传递能量
和进行控制的传动方式，以其众多优点，被广泛用于 机床、汽车、工程机械、塑料机械等工业生产。本文
．Ｉ．．Ｓ．．．Ｓ．．．．Ｎ．．．．．．．．１．．０．．．．０．．．２．．．．－．．．．．．４．．．．９．．．５——６ ＣＮｌ１—２０３４／Ｔ 实验技术与管理 Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａ１ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ 第３２卷第８期２０１５年８月 Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１５
ＦｌｕｉｄＳＩＭ在液压与气动控制仿真实验中的应用
郭联金 ，潘斌 （１．东莞职业技术学院机电工程系，广东东莞 ５２３８０８； ２．中山职业技术学院电子信息工程学院，广东中山 ５２８４０４）
摘要：采用基于ＦｌｕｉｄｓＩＭ软件的系统仿真技术，简化了液压与气动控制系统的设计和分析。介绍了最新 版ＦｌｕｉｄＳＩＭ软件的功能特点，并分别通过电液比例控制系统的建模及仿真、气动步进顺控系统的建模及仿真 两个实例，说明ＦｌｕｉｄＳＩＭ在现代液压与气动控制新技术中的应用方法和实现过程。仿真过程及结果表明， ＦｌｕｉｄＳＩＭ的运用有助于液压与气动控制系统的分析、设计和工程应用研究。 关键词：电液比例位置控制；气动控制系统；仿真实验；ＦｌｕｉｄＳＩＭ 中图分类号：ＴＰ３１；ＴＰ２７１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—４９５６（２０１５）８一Ｏｌ２１－０６ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＦｌｕｉｄＳＩＭ ｉｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ Ｇｕｏ Ｌｉａｎｊｉｎ ，Ｐａｎ Ｂｉｎ。 （１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ ５２３８０８，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｚｈｏｎｇｓｈａｎ ５２８４０４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦｌｕｉｄＳＩＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｐｌｉｆｙ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｗｅｓｔ ｖｅｒｓｉｏｎ ｏｆ ＦｌｕｉｄＳＩＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ｎｅｗ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ａｎｄ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌａｉｎｅｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｔｗｏ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏ—ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；Ｆｌｕｉｄ— ＳＩＭ 液压与气压传动是研究以压力油或压缩空气为主 的受压流体作为能源介质，实现各种机械传动和自动 控制的技术［１］。近２Ｏ年来，液压和气动技术与现代电 子和信息技术紧密结合，在现代科技领域中显现出新 的活力［２］。将计算机控制技术应用到液压与气动设备 中，对改善机电设备产品的性能，实现高智能化、信息 化和人机界面的集成控制具有重要的现实意义。 虽然目前已有Ａ ｍ、ＡＤＡＭＳ／Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ、Ｍａｔ— ｌａｂ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ等液压与气动相关的软件［３．８］用于液压控 制系统的建模设计及分析，但这些软件都需要建立复杂 的数学模型，在参数设置方面需要较全面而专业的知
２０１３年１１月 第４ｌ卷第２２期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ Ｔ００Ｌ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ ＮＯＶ．２０ｌ３ Ｖｏ１．４１ Ｎｏ．２２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１３．２２．０３７ 基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ—Ｐ软件的膨胀管开槽机气控系统设计 丁时锋，李清香，王力群，韩泽东，黄强 （九江学院，江西九江３３２００５） 摘要：基于膨胀管开槽机的工作要求，对其气控系统进行了程序分析及校正，运用Ｘ—Ｄ图法设计了气控系统的标准程 序，给出了各气缸动作主控信号排除障碍后的执行信号表达式，完成了基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ—Ｐ软件的膨胀管开槽机气控系统回路 设计及模拟仿真。该气控系统在实际运行中取得了良好效果。 关键词：开槽机；膨胀管；气控系统；ｘ．Ｄ图；ＦｌｕｉｄＳＩＭ—Ｐ 中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—３８８１（２０１３）２２—１０３—３ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ Ｐｉｐｅ Ｇｒｏｏｖｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦｌｕｉｄＳＩＭ．Ｐ ＤＩＮＧ Ｓｈｉｆｅｎｇ，ＬＩ Ｑｉｎｇｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｌｉｑｕｎ，ＨＡＮ Ｚｅｄｏｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｑｉａｎｇ （Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ Ｊｉａｎｇｘｉ ３３２００５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｐｉｐｅ ｇｒｏｏｖｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｘ—Ｄ ｄｉａｇｒａｍ，ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｅｘ— ｐｒｅｓｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｉｇｎａｌ ａｆｔｅｒ ｒｅｍｏｖｉｎｇ ｏｂｓｔａｃｌｅｓ ｗｅｒｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｐｉｐｅ ｇｒｏｏｖｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦｌｕｉｄＳＩＭ—Ｐ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｈｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｇｒｏｏｖｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ；Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｐｉｐｅ；Ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｓｙｓｔｅｍ；Ｘ・Ｄ ｄｉａｇｒａｍ；ＦｌｕｉｄＳＩＭ—Ｐ 气动技术具有节能、环保、低成本等优点，广泛 应用于自动加工和装配设备及各种自动生产线上。为 了实现气动控制系统的可靠性设计及提高设计效率， 应用相应的气动控制仿真软件是一种很好的选择。目 前较为流行的典型气动控制仿真软件有德国研发的 ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｐ软件，ＦｌｕｉｄＳＩＭ－Ｐ软件将ＣＡＤ功能和仿真 功能紧密联系在一起，可对基于元件物理模型的回路 图进行实际仿真 。阐述了基于ＦｌｕｉｄＳＩＭ．Ｐ软件的 膨胀管开槽机气控系统设计，并将其应用到某企业的 膨胀管十字槽开口工艺加工设备上，该设备操作简 单、加工速度快、精度高，取得了良好效果。 １ 膨胀管开槽机气控系统程序设计 １．１ 膨胀管开槽机气控系统工作要求 膨胀螺丝广泛应用于防护栏、雨蓬等在水泥及砖 等材料上的紧固，膨胀螺丝一般由螺杆和膨胀管等部 件组成。膨胀管一端有若干切口，膨胀管开槽机就是 用于膨胀管的自动切口工艺，通过改变不同形式的刀 具一次性可开成４个口（十字槽）或其他形式的多 个口 。膨胀管开槽机主要动作为：送料一夹紧一 割槽一取出成品。根据不同材质、不同壁厚的实际膨 胀管，工作过程中要求速度可调，夹紧力和开槽长度 也能够自由调节。 １．２膨胀管开槽机气控程序分析及校正 分析膨胀管开槽机主要动作“送料一夹紧一割 槽一取出成品”，设计４个气缸Ａ、Ｂ、ｃ、Ｄ分别控 制相关的动作。送料气缸Ａ：气缸活塞杆伸出时送 料，送料完成后活塞杆缩回；工件夹紧气缸Ｂ：气缸 活塞杆伸出时夹紧工件，气缸活塞杆缩回时松开工 件；刀具气缸ｃ：气缸活塞杆伸出时割槽，气缸活塞 杆缩回时退刀；成品取出气缸Ｄ：气缸活塞杆缩回时 取出割槽完成后的工件成品。为了系统能够自动连续 工作，设计系统的工作循环为：送料气缸Ａ活塞杆 伸出送料一送料气缸Ａ活塞杆缩回一夹紧气缸Ｂ活 塞杆伸出夹紧工件一刀具气缸ｃ活塞杆伸出割槽一 夹紧气缸Ｂ活塞杆缩回松开工件一成品取出气缸Ｄ 活塞杆缩回取出工件成品一刀具气缸ｃ活塞杆缩回 退刀一成品取出气缸Ｄ活塞杆伸出复位，准备下一 工作循环。由膨胀管开槽机工作循环可知此系统为时 序逻辑气控系统，相应动作程序为 ［Ａ Ａ。Ｂ ｃ Ｂ。Ｄ。Ｃ。Ｄ ］，程序中下标１表示相应气缸 的活塞杆伸出动作，下标０表示相应气缸的活塞杆缩 回动作。动作程序［Ａ。Ａ０Ｂ ｃ Ｂ。Ｄ。Ｃ。Ｄ ］的程序相 位及信号关系如图１所示，从图１中可见有重复的信 号组合控制不同的动作，这将产生二义性，因此动作 收稿日期：２０１２—１０—１７ 作者简介：丁时锋（１９７５一），男，硕士，副教授，主要从事机电系统控制及自动化方向的研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｓ＿ｆ＿ｄｉｎｇ７５０８０１ ＠１６３．ｃｏｍ。
