机电传动单向数控平台-矿大-机械电子-有图

机械工程及自动化专业机械电子方向专业课程设计说明书设计题目：机电传动单项数控平台设计设计者：班级：学号：指导教师：中国矿业大学机电工程学院2014年12月目录一.设计任务1.1设计任务介绍及意义∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21.2设计任务∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21.3设计参数明细∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙21.4课程设计根本要求∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙二．总体方案设计2.1电动机的选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙32.2传动方式的选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙42.3电气控制的选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙52.4总体方案确定，参数初设∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙5三．机械传动系统设计3.0机械传动装置的组成及原理∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙63.1导轨的选择∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙63.2步进电机的选型∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙83.3同步皮带的选择及校核∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙93.4联轴器的选用∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113.5键的校核∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙123.6滚动轴承的选用与校核∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙133.7润滑与密封装置∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙15四．电器控制系统设计4.1设计的根本原那么∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙164.2PLC控制系统的具体设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙174.3PLC高速脉冲输出控制∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙24五.结束语∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙30六.参考文献∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙30一设计任务1.1设计任务介绍及意义通过课程设计培养学生综合运用所学知识和技能、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，专业课程设计是建立在专业根底课和专业方向课的根底上的，是学生根据所学课程进行的工程根本训练，课程设计的目的在于：〔1〕培养学生综合运用所学的根底理论和专业知识，独立进行机电控制系统(产品)的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步稳固和扩大知识领域。〔2〕培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力，提高计算、绘图等根本技能。〔3〕培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师根本素质的训练。〔4〕树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。1.2设计任务1、设计内容为机电控制系统〔典型机电产品〕设计，其主要内容包括：1〕机械传动结构设计；2〕电气测控系统；设计内容必须包括一个模拟量控制。1.3设计参数明细课程设计题目：机电传动单向数控平台设计〔1〕电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机；〔2〕机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等；〔3〕电气控制方式：单片微机控制、PLC控制；〔4〕功能控制要求：速度控制、位置控制；〔5〕主要设计参数：单向工作行程——1800、1500、1200mm；移动负载质量——100、50kg；负载移动阻力——100、50N；移动速度控制——3、6m/min；1.4课程设计的根本要求〔1〕方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的根底上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各种方案进行分析和评价，进行方案选优。〔2〕总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进行总体设计，最后给出机械系统的控制原理图或主要部件图〔A2一张〕。〔3〕根据控制功能要求，完成电气控制设计，给处电气控制电路原理图〔A2图一张〕。〔4〕课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计图纸上，每个学生应独立完成课程设计说明书一份，字数为3000字以上，设计图纸不少于两张。〔5〕用计算机绘图或手工绘图，打印说明书。〔6〕设计选题分组进行，每位同学采用不同方案〔或参数〕独立完成；二总体方案设计2.1电机的选择步进电机又称脉冲电机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。步进电动机具有以下特点：1、工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等)的影响；2、步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”；3、由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比拟容易；4、控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”；5、不需要传感器进行反响，可以进行开环控制；6、缺点是能量效率较低。2.2传动方式的选择同步带传动是由一根内周外表设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。传输用同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达1:10。允许线速度可达50m/s，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。传输产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。同步带具有以下特点〔1〕传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；〔2〕传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；〔3〕传动效率高，可达0.98，节能效果明显；〔4〕维护保养方便，不需润滑，维护费用低；〔5〕速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；〔6〕可用于长距离传动，中心距可达10m以上。〔7〕相对于V型带传送，预紧力较小，轴和轴承上所受载荷小。2.3电气控制的选择可编程序控制器PLC可靠性高、抗干扰能力强，能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰，能抗1000V、1μs脉冲的干扰，能在高温、高湿以及空气中存有各种各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作，PLC能够承受电网电压的变化，即使在电源瞬时断电的情况下，仍可以正常工作。另外PLC是通过软件实现控制的，其控制程序编在软件中，实现程序软件化，因而对于不同的控制对象都可以采用相同的硬件配置。PLC提供标准通信接口，可以方便地进行网络通信。而且PLC体积小、能耗低、便于机电一体化。通过PLC可以实现对直流伺服电动机的控制，实际上控制时电动机的转动受脉冲控制。利用PLC产生高速脉冲串，调节脉冲频率，从而实现步进电动机启动加速、恒速运行、减速停止过程。本次设计设计了启动、停止、设置行程等按钮。还采用了直流伺服电动机的专门控制芯片PMM8713，利用单片机定时中断的方法输出脉冲给PMM8713芯片，通过PMM8713芯片和功率放大器把脉冲分配给直流伺服电动机，驱动电动机的运行。再通过带动滚珠丝杠带动滑动平台做直线运动，对于位置控制，在平台始末两端安装2个行程开关，当到达始末2端时使步进电动机自动的方向旋转，使平台方向运行。同时还增加了平台行程的设置功能，当需要改变平台的行程，通过扩展的键盘就可以实现。 本次设计的总体工作原理如下列图所示：指令脉冲发生器脉冲分配器脉冲放大器直流伺服电机工作机构指令脉冲发生器脉冲分配器脉冲放大器直流伺服电机工作机构2.4总体方案确定，参数初设如下：⑴电机驱动方式：步进电机⑵机械传动方式：同步皮带⑶电气控制方式：PLC控制⑷功能控制要求：位置控制⑸主要设计参数：单向最大工作行程——1800mm；移动负载质量m1——100kg；工作台重量m负载移动阻力——100N；移动速度控制——6选用矩形导轨；工作台滑动摩擦系数；三机械传动系统设计3.0机械传动装置的组成及原理本机电传动单向数控平台，由导轨座、移动滑块、工作台、同步皮带传动装置以及直流伺服电动机等部件构成。其中伺服电动机做执行元件用来驱动同步皮带，同步皮带带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X方向的直线移动。导轨副、同步皮带和伺服电动机等均以标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。姓名设计计算依据和过程结果3.1导轨的选择1.条件本设计选择同步带单向工作行程ls=18移动速度v=6m/min负载质量m1采用2根导轨、4个滑块，工作平台和滑块的质量m2假设为寿命要求：每天开机8h，一年按300个工作日，寿命8年以上初选矩形滑动导轨2．动载荷的计算作用在滑块上的力F那么单个滑座受力F=导轨寿命T行程长度寿命：

T其中n为每分钟运行的次数n=T设计平台上共有滑块4个，每根导轨2个滑块。有T查机电一体化技术手册[1]有：k寿命系数取k=50fH硬度系数取fHfT温度系数取fTfc接触系数取ffw负荷系数取f那么动载荷有：C动载荷Ca=3518.91查机电一体化设计手册导轨选择型号：HSR15TA滑动导轨根本额定载荷为7600N每个滑块的质量为0.2kg3.2步进电机的选型工作台重量，工作台与导轨间摩擦系数，定位精度0.1mm。1)脉冲当量的选择选择步进电机时，考虑是否有现成的与其配套的驱动器。该设计选用反响式三相六拍步进电机。初选电动机型号时步距角与传动比应满足，取步距角为0.75°，为了结构简单，提高精度，取。脉冲当量：一个指令脉冲使步进电动机驱动拖动的移动距离〔输入一个指令脉冲工作台移动0.1mm〕2)等效负载转矩的计算空载时的摩擦转矩：①稳定运行时的转矩：②加速运行时转矩：带轮折算到电机轴上的转动惯量，取带轮质量为负载和工作台折算到电机轴上的转动惯量，取工作台质量为50kg同步带折算到电机轴上的转动惯量折算到电机轴上的总转矩为3〕初选步进电动机型号根据稳定运行时转距和电动机总转动惯量,初步选定电动型号为110BC380B步进电动机。该电动机的最大静扭距，转子转动惯量。为了使步进电动机具有良好的起动能力及较快的响应速度应为：TJ空载时起动时间计算〔ta〕110BC380B步进电动机的最小加、减速度时间为1秒带惯性负载的最大起动频率flffm带惯性负载的最大转速nM1=7.57N•m负载时起动时间tat该电机带惯性负载时能够起动 以上计算，选该型号步进电动机，能满足设计要求。3.3同步皮带的选择及校核取传动比i=1，n1〕设计功率PdP其中：K0为工况系数，取1.7K1为张紧轮影响系数，取0.1K2为增速传动系数，取02〕选定带型和节距根据Pd=查手册确定为H型，节距p3〕小带轮齿数z1根据带型H和小带轮转速n1由手册查得小带轮的最小齿数z此处取z4〕小带轮节圆直径dd5〕大带轮齿数zz2按手册取z6〕大带轮节圆直径dd7〕带速vv=8〕初定轴间距a0.72由于0.7而实际情况是单行行程为1800mm，故a故取a09〕带长及其齿数L==4281.01mm查表得应选用带长代号为1700的H型同步带，其节线长Lp=4318.0mm,节线长上的齿数zb=10〕实际轴间距a此结构的轴间距可调整a≈a11〕小带轮啮合齿数zz=12〕根本额定功率PPTa——宽度为bs0的带的许用工作拉力〔m——宽度为bs0的带单位长度的质量〔kg/m由手册查得bs0=76.2mmP13〕所需带宽bb按zm=30b由手册查得，应选带宽代号为075的H型带，其b14)作用在轴上的力FFr3.4联轴器的选用110BC380B电动机输出轴的直径为d=14mm，根据手册选用HL1型弹性柱销联轴器。其许用转矩T许用转速n轴孔直径d=14mm轴孔长度L=转动惯量J=0.003.5键的校核1〕连接伺服电机与联轴器上键的校核选A型普通平键，d=14mm查手册，选键：b=5mm，h=5mm，L=30mm平键的主要失效形式是工作面的过度磨损，应进行强度校核，验算其挤压强度，对于钢轴，承受轻微冲击，查表得其许用压应力σp强度条件为：σ键的工作长度l=L-b=30-5=25mm，T=FT∙d12=325×σσp2〕连接联轴器和同步带轮的键的校核连接伺服电机与联轴器的键与连接联轴器与同步带轮的键采用相同的键，对于同样的负载转矩同样能够到达设计要求。3〕同步带轮上键的校核选A型普通平键，d=20mm查手册，选键：b=6mm，h=6mm，L=20mm强度条件为：σ键的工作长度l=L-b=20-6=14mm，T=FT∙d1σσp3.6滚动轴承的选用和校核根据以上数据作出带轮轴的简图：根据工作情况以及滚珠丝杠的受力，初选轴承为角接触球轴承,其型号为7205B根本额定载荷为：C0=15.8KN，C0r=9.45KN受力情况如下列图 为径向外载荷Fr=(m1+m2+m3)g=(100+50+50)×9.8=1960N为轴向外载荷Fa轴承支反力轴承派生轴向力轴承所受轴向载荷那么计算轴承担量动载荷，工作在中等冲击：载荷系数查表查表计算当量动载荷：计算轴承的寿命：因为，故按进行校核。取温度系数ft=1故寿命指数对于球轴承因为所以轴承符合要求7205B角接触轴承根本尺寸内圈直径外圈直径轴承宽度轴承质量静载荷动载荷3.7润滑与密封装置由条件选择脂润滑，密封装置为毛毡圈。lv=6m/minmmF=367.5N Tn=2Tk=50ffffwCμ=0.15MJJJJ=0.56kgi=1nPpzdzdv=aLLp=4318.0zb=a≈19668.49mmzP0bFTndLJ=0.00b=5mmh=5mmL=30mmσp符合要求b=6mmh=6mmL=20mm符合要求C0=15.8KNC0r=9.45KNFr=1960Nft=1四电气控制系统设计4.1设计的根本原那么在电气控制系统的设计过程中，应遵循以下几个原那么：1)最大限度满足机床和工艺对电气控制的要求；2)在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济和实用，不宜盲目追求自动化和高性能指标；3)妥善处理机械与电气的关系。很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造本钱、机械电气结构的复杂性和使用维护等方面协调处理好二者的关系；4)把电气系统的平安性和可靠性放在首位，确保使用平安、可靠。5)合理的选用电器元件。4.12设计步骤1)分析被控对象并提出控制要求详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。2)确定输入/输出设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备〔如：按钮、位置开关、转换开关及各种传感器等〕和输出设备〔如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等〕，从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。3〕选择PLCPLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择等等。4〕分配I/O点并设计PLC外围硬件线路①分配I/O点画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该局部也可在第2步中进行。②设计PLC外围硬件线路画出系统其它局部的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。由PLC的I/O连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。到此为止系统的硬件电气线路已经确定。5)根据PLC所要完成的任务及应具备的功能，进行PLC程序设计，同时可进行控制台的设计等。4.2PLC控制系统具体设计4.21控制要求在本设计中我要做的是数控机床工作台的位置控制，由于工作台的移动速度已给定，根据工作行程的计算可算出单向行程的行走时间，通过PLC的计时器功能，控制其正反转，由可编程控制器通过PTO/PWM控制，输出脉冲和方向控制信号，控制三相交流伺服电机的转速和转向，进而控制工作台的前进和后退，到达对工作台位置的控制。而且通过选择适宜的伺服驱动器和在可编程控制器中把高速计数指令和PTO/PWM控制结合实用实现了闭环控制。现把步进电机的原理陈述如下：4.22PLC的选择PLC=ProgrammablelogicController，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。现在PLC种类很多，有西门子、三菱、松下等等，而且每种PLC都有很多的系列，他们的功能各不相同，以满足不同用户、不同环境的要求。由于我们在PLC课程学习时学的是西门子S7200系列的PLC，故我们对西门子PLC的性能、特点及使用等比拟熟悉，所以我们从西门子PLC着手选起，最后确定选用S7-224PLC,通过分析，它可以到达工作要求：1)功能强弱适当，因为系统对响应速度要求不高，S7-200系列足以满足需要；2)结构合理，S7-224具有模块化结构，通过相应模块可以实现控制要求；3)可在线编程，其特点是主机和编程器各有一个CPU，编程器的CPU可随时处理由键盘输入的各种编程指令；4)由于工作环境并不恶劣，S7-224已经可以很好的适应环境了。4.23步进电机专用芯片的选择：在选择电机时，因为考虑到伺服系统的关系，使用与其配套的PMM8713。PMM8713是单片CMOS芯片，用于控制三相和四相步进电机PMM8723是外表安装器件，用于控制二相步进电机，是PMM8713的简化设计，价格低于PMM8713PMM8714是单片CMOS芯片，用于控制五相步进电机对于PMM8713，它的根本规格如下：控制步进电机工作方式：4相输出—1相励，2相励磁，1-2相励磁。3相输出—1相励，2相励磁，1-2相励磁电源电压范围：输出电流：源极或漏极输出电流最小为20mA抗干扰能力强：所有输入端内部都设置施密特电路两种类型脉冲输入方式1〕2输入端〔CW和CCW输入方式〕2〕1输入端一切换端〔CK和U/D输入方式〕6〕有励磁监视：PMM8713的E脚输出可说明控制器的工作方式PMM8713的管脚功能如下：管脚编号符号功能管脚编号符号功能1输入脉冲Up时钟9复位2输入脉冲DOWN时钟103输入时钟114U/D方向切0-反转1-正转125励磁方式切换控制13614励磁监视73,4相选择15输入脉冲监视80V(地)16电源〔+4-+18V〕PMM8713的其他相关参数参见参考书及相关手册4.24控制电路设计主程序框图：PTO/PWM控制框图：高速计数程序中的中断程序框图：高速计数程序框图：4.25PTO/PWM控制存放器及相关计算(1)PTO/PWM控制存放器S7-224有两台PTO/PWM发生器，建立高速脉冲串或脉宽调节信号波形。一台发生器指定给数字输出点Q0.0，另一台发生器指定给数字输出点Q0.1。脉冲串〔PTO〕功能提供50%占空比的方波输出或指定的脉冲数及指定的周期。脉宽调制〔PWM〕功能提供带变量占空比的固定周期输出。每台PTO/PWM发生器有一个8位的控制字节，一个不带符号的16位的周期值、一个不带符号的16位的脉宽值和一个不带符号的32位脉冲个数值。这些值全部存储在特殊内存区域SM的指定位置，一旦设置这些特殊的内存位，选择所需的操作后，执行脉冲输出指令〔PLS〕即启动操作。因此，在执行高速脉冲输出指令之前，必须设置好控制存放器。在编写程序之前，编程人员必须明确的知道控制存放器各个位的功能，具体说明见下表(见下页)。(2)相关计算PMM8713有很多参数，参数的设置值影响电机的转速和旋转编码器的反响信号，同时决定输入输出接口中脉冲和方向的类型。由于驱动器的输入输出接口与S7-224连接，而S7-224的I/O为24VDC的单端信号，必须实现驱动器和S7-224输入输出信号类型及电平的匹配。由于S7-224脉冲输出和和计数器的最高频率均为20KHz，所以Pr44和Pr4B的设定值必须确保在适宜的范围内。伺服驱动器中A相和B相反响脉冲均为差分信号，而PLC不能直接输入差分信号，必须对信号进行转换，并放大至24VDC信号，信号转换及放大处理。PTO/PWM控制存放器各位功能表Q0.0Q0.1描述状态字节SM66.4SM76.4PTO包络由于增量计算错误而终止，0＝无错误；1＝有错误SM66.5SM76.5PTO包络由于用户命令而终止，0＝不中止；1＝终止SM66.6SM76.6PTO管线溢出，0＝无溢出；1＝有溢出SM66.7SM76.7PTO空闲，0＝执行中；1＝PTO空闲控制字节SM67.0SM77.0PTO/PWM更新周期值，0＝不更新；1＝更新周期值SM67.1SM77.1PWM更新脉冲宽度值，0＝不更新；1＝更新脉冲宽度值SM67.2SM77.2PTO更新脉冲数，0＝不更新；1＝更新脉冲数SM67.3SM77.3PTO/PWM时间基准选择，0＝1us；1＝1msSM67.4SM77.4PWM更新方法，0＝异步更新，1＝同步更新SM67.5SM77.5PTO操作，0＝单段操作；1＝多段操作SM67.6SM77.6PTO/PWM模式选择，0＝PTO；1=PWMSM67.7SM77.7PTO/PWM允许，0＝禁止；1＝允许其它存放器SMW68SMW78PTO/PWM周期值〔范围2～65535〕SMW70SMW80PWM脉冲宽度值〔范围0～65536〕SMD72SMD82PTO脉冲计数值〔范围1～4294967295〕SMW166SMW176操作中的段数〔仅在多段PTO操作中〕SMW168SMW178包络表的起始位置，用从V0开始的字节偏移量表示电平匹配的问题已通过控制电路设计解决掉了，现在我们做相应计算来解决脉冲的问题：因为本设计中负载的工作行程是1800mm，故可得出丝杠走完全程需要15转。为了S7-224和驱动器功率协调，我们就设最高工作频率为10KHZ，此时电机步距角为0.75°出电机转动一圈需要的脉冲数为360/0.75=480所以完成负载的行动共需72000个脉冲。由以上计算就可得出MDDDT5540-003驱动器的设置参数为：编号参数名称设定值功能说明Pr40指令脉冲输入选择0通过光耦电路输入Pr41旋转方向设置0Pr42指令脉冲输入方式3Pr44反响脉冲分倍频分子75电机每转一圈，编码器反响的脉冲为Pr44*4Pr45反响脉冲分倍频分母0Pr48指令脉冲分倍频分子0Pr4B指令脉冲分倍频分母300电机每转一圈所需的脉冲数为Pr4B110BF003(新)步进电机的启动频率为1.4KHZ。络表参数的计算由以上脉冲频率－时间关系图可知，步进电机的运动控制分成3段，起动、运行和停止，共需要72000个脉冲。起动和结束时的频率是2KHz，最大脉冲频率是10KHz。由于包络表中的值需要用周期表示，而不是用频率，因此需要把给定的频率值转换成周期值：起动和结束时的周期是：500μs最大频率对应的周期是：100μs要求加速局部在400个脉冲内到达最大脉冲频率〔10KHz〕，减速局部在800个脉冲内完成。PTO发生器用来调整给定段脉冲周期的周期增量为：周期增量＝〔ECT－ICT〕/Q其中，ECT——该段结束周期；ICT——该段初始周期；Q——该段脉冲数。故可计算得出：加速局部〔第一段〕的周期增量是－1；恒速局部〔第二段〕周期增量是0；减速局部〔第三段〕的周期增量是0.5。假定包络表存放在从VB500开始的V存储器区，相应的包络表参数如下表所示：包络表值V存储器地址参数值VB1003〔总段数〕VW101500〔1段初始周期〕VW103－1〔1段周期增量〕VD105400〔1段脉冲数〕VW109100〔2段初始周期〕VW1110〔2段周期增量〕VD11370800〔2段脉冲数〕VW117100〔3段初始周期〕VW1190.5〔3段周期增量〕VD121800〔3段脉冲数〕4.27高速计数器S7-224支持6台高速计数器(HSC0至HSC5)，可配置为十二种不同的操作模式。每台计数器对支持此类功能的时钟、方向控制、复原和起始均有专用输入。对于双相计数器，两个时钟均可按最高速度运行。在正交模式中，选择一倍或四倍的最高计数速率。所有的计数器按最高速率运行，而不会相互干扰。在编写程序之前，编程人员必须明确的知道控制存放器各个位的功能，具体说明见下面两个表：(1)高速计数器的控制字节表HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5描述SM37.0SM47.0SM57.0SM147.0复位有效电平控制位；1=低电平-SM47.1SM57.1-启动有效电平控制位；1=低电平SM37.2SM47.2SM57.2SM147.2正交计数速率选择；1=1*计数速率SM37.3SM47.3SM57.3SM137.3SM147.3SM157.3计数方向控制位1=增计数SM37.4SM47.4SM57.4SM137.4SM147.4SM157.4允许更新计数方向；1=更新SM37.5SM47.5SM57.5SM137.5SM147.5SM157.5向HSC写入预置值1=更新预置值SM37.6SM47.6SM57.6SM137.6SM147.6SM157.6向HSC写入当前值1=更新当前值SM37.7SM47.7SM57.7SM137.7SM147.7SM157.7HSC允许；1=允许(2)HSC的当前值和预置值表要装入的值HSC0HSC1HSC2HSC3HSC4HSC5新当前值SMD38SMD48SMD58SMD138SMD148SMD158新预置值SMD42SMD52SMD62SMD142SMD152SMD162结合以上两表，由于伺服电机返回A、B两相正交编码信号，在程序中，使用高速计数器HSC0，工作在模式9，使用内部启动和清零功能，A相和B相计数脉冲通过I0.0、I0.1输入，I0.2为外部复位。内存单元中SMD38、SMD42分别为HSC0的初始值和预置值，SMB37为HSC0的控制字节，计数实时值使用地址HSC0，当计数实时值等于预置值时，产生12号中断，可在对应的中断程序中实现特定的功能。4.3PLC高速脉冲输出控制⑴PLC接线图⑵三电动机转动PLC控制I/O分配输入端： 启动按钮SB1 I0.0紧急停止按钮SB2 I0.1正常停止按钮SB3 I0.2初始位置行程开关S1 I0.3终点位置行程开关S2 I0.4增量式旋转式编码器A相 I0.6增量式旋转式编码器B相 I0.7输出端：脉冲输出口CL Q0.0电机转动方向输出控制 Q0.1蜂鸣器、报警指示灯输出 Q0.2⑶PLC控制程序主程序Main:Network1//NetworkTitle//NetworkCommentLDSM0.1RQ0.0,2RS0.0,3Network2//当物体处在初始位置行程开关且启动按钮启动时，电动机正转LDI0.0AI0.3ANI0.1ANI0.2EUSS0.1,1Network3LSCRS0.1Network4LDSM0.1CALLSBR3Network5LDSM0.0=Q0.1//启动标志Network6LDSM0.1CALLSBR0//正向输出//正向标志//Q0.0脉冲输出Network7LDI0.4SCRTS0.2Network8SCRENetwork9LSCRS0.2Network10//延时100ms后，电动机反转LDSM0.0TONT37,+100Network11LDT37RQ0.1,1//启动标志Network12LDT37ASM0.1ANI0.3CALLSBR0//反向输出//反向标志//Q0.0脉冲输出Network13SCRENetwork14//电动机立即停止LDI0.1ANI0.2SM0.1,1CALLSBR1Network15//电动机正常停止LDI0.2ANI0.1RS0.0,3Network16LDSM0.1AM0.1MOVWSMW68,VW200//将此时的脉冲周期存入VW200RS0.0,3Network17//电动机调整零点LDI0.0ANI0.3ANI0.1ANI0.2ANQ0.1SS0.0,1Network18LSCRS0.0Network19LDSM0.1ANI0.3CALLSBR0Network20LDI0.3SS0.1,1//到零点后，正常行驶MOVD+0,SMD48Network21SCRENetwork22LDSM0.0TONT32,+100Network23LDT32CALLSBR2RT32,8子程序SBR_0；PLC发射高速脉冲Network1//NetworkTitle//NetworkCommentLDSM0.0MOVB16#E7,SMB67//PTO工作于多段工作模式MOVW100,SMW168MOVB3,VB100MOVW+500,VW101//第1段的初始周期，周期单位MOVW-1,VW103//第1段的周期增量MOVD+400,VD105//第1段的脉冲个数MOVW+100,VW109//第2段的初始周期MOVW0,VW111//第2段的周期增量MOVD+70800,VD113//第2段的脉冲个数MOVW+100,VW117//第3段的初始周期MOVW+0.5,VW119//第3段的周期增量MOVD+80