電熱管檢測線控制系統(tǒng)電動(dòng)部分設(shè)計(jì)

1、成都學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 電熱管檢測線控制系統(tǒng)電動(dòng)部分設(shè)計(jì)學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 自動(dòng)化 學(xué)生姓名 秋涼 學(xué) 號(hào)22222222222222 年級(jí) 2010 級(jí) 指導(dǎo)教師 一葉 職稱 高工 2013年 12 月 30 日電熱管檢測線控制系統(tǒng)電動(dòng)部分設(shè)計(jì)摘要：作為家用電熱器中一種極為常見的發(fā)熱元件，電熱管主要適用范圍為電飯鍋、電熱水器、電水壺以及電火鍋等家用電熱電器。電熱管質(zhì)量以及穩(wěn)定性直接決定著產(chǎn)品的使用期限以及用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)此需要采用良好的制造控制工藝及檢測技術(shù)。而檢測技術(shù)控制更是對(duì)所有制造工序的產(chǎn)品質(zhì)量均具有直接性影響，是工藝控制的關(guān)鍵所在。通

2、過基于PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠做好檢測技術(shù)控制，可以促進(jìn)電熱管產(chǎn)品合格率的穩(wěn)定性，進(jìn)而為產(chǎn)品的使用期限以及用戶的人身財(cái)產(chǎn)安全提供最有力保障。關(guān)鍵詞：電熱管； 控制系統(tǒng)；PLCElectric heating tube test line control system of electric designSummary ：As a very common household electric heating elements, tubular heater range is mainly used for rice cookers, electric water heater, electr

3、ic kettle and household electric appliances such as electric hot pot. Electric heating tube directly determines the lifespan of the product quality and stability, as well as personal and property safety of the user, which requires good manufacturing process and testing technology. Control and detect

4、ion techniques for all manufacturing process of the product quality has a direct impact, are key to process control. Through automatic control system based on PLC and detection technology controls can contribute to heat pipes product qualified rate stability, and for the duration of product use and

5、users provide the strong protection of personal and property safety.Keyword ：Electric tube; control system; PLC 目錄緒論11 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的定義31.1 基于模擬電路的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)31.2 基于可編程邏輯控制器的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)32系統(tǒng)分析42.1 生產(chǎn)過程分析42.1.1 項(xiàng)目需求分析42.1.2 自動(dòng)檢測線的工藝流程分析53 電熱管檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1 控制器選擇73.2系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)73.3引線帽尺寸檢測傳感器93.4冷態(tài)電阻測量傳感器選擇103.5步進(jìn)電機(jī)的選擇103.6 步進(jìn)

6、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇123.7人機(jī)界面設(shè)置133.7.1 設(shè)備及需求133.7.2 人機(jī)界面詳細(xì)設(shè)計(jì)143.8 系統(tǒng)調(diào)試163.9 注意事項(xiàng)16結(jié)論18參考文獻(xiàn)19致謝20緒論運(yùn)動(dòng)控制 (Motion Control)通常是指在復(fù)雜條件下,將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)精確的位置控制、速度控制加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。按照使用動(dòng)力源的不同,運(yùn)動(dòng)控制主要可分為以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源的電氣運(yùn)動(dòng)控制、以氣體和流體作為動(dòng)力源的氣液控制和以燃料(煤、油)等作為動(dòng)力源的熱機(jī)運(yùn)動(dòng)控制等。據(jù)資料統(tǒng)計(jì),在所有動(dòng)力源中,90%以上來自于電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代化生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用,

7、因此在這幾種運(yùn)動(dòng)控制中,電氣運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用最為廣泛。本文論述的運(yùn)動(dòng)控制也均是針對(duì)電氣運(yùn)動(dòng)控制而展開的。 電氣運(yùn)動(dòng)控制是由電力拖動(dòng)發(fā)展而來的,電力拖動(dòng)或電氣傳動(dòng)是對(duì)以電動(dòng)機(jī)為對(duì)象的控制系統(tǒng)的通稱。從電力拖動(dòng)開始,經(jīng)歷四十多年的發(fā)展過程,現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制已成為一個(gè)以控制理論為基礎(chǔ)，涵蓋電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)（電力電子器件、電力電子線路）、微電子技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真和輔助制造（CAM）技術(shù)等許多學(xué)科 ,且多種不同學(xué)科交叉應(yīng)用的控制技術(shù)。運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)作為這些周邊技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體,隨著各種學(xué)科技術(shù)的發(fā)展而不斷向前邁進(jìn)。隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)日新月異的迅猛發(fā)展 ,

8、其內(nèi)涵也不斷擴(kuò)大,原有電力拖動(dòng)的概念己經(jīng)不能充分適應(yīng)電氣運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展需求。因此,二十世紀(jì)八十年代后期,國際上開始出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(Motion Control System) 這一術(shù)語。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)多種多樣,但從基本結(jié)構(gòu)上看,一個(gè)典型的現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件主要由上位計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制器、功率驅(qū)動(dòng)裝置、電動(dòng)機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器反饋檢測裝置等部分組成。其中的運(yùn)動(dòng)控制器是指以中央邏輯控制單元為核心,以傳感器為信號(hào)敏感元件,以電機(jī)或動(dòng)力裝置和執(zhí)行單元為控制對(duì)象的一種控制裝置它的主要任務(wù)是根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制的的邏輯、數(shù)學(xué)運(yùn)算,為電機(jī)或其它動(dòng)力和執(zhí)行裝置提供正確的控制信號(hào)。 運(yùn)動(dòng)控制器歷經(jīng)分立電子元件、

9、集成電路（包括小、中、大、超大規(guī)模集成電路）,直至微控制器的出現(xiàn)，使運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)生了質(zhì)的飛躍由硬件電路發(fā)展到軟件控制。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)也隨之進(jìn)入了全數(shù)字化控制的新階段。自20世紀(jì)80年代初期，通用運(yùn)動(dòng)控制器已經(jīng)開始在國外多個(gè)行業(yè)應(yīng)用，尤其是在微電子行業(yè)的應(yīng)用更加廣泛。而當(dāng)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制器在我國的應(yīng)用規(guī)模和行業(yè)面很小，國內(nèi)也沒有廠商開發(fā)出通用的運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品，目前，國內(nèi)的運(yùn)動(dòng)控制器生產(chǎn)廠商提供的產(chǎn)品大致可以分為三類：第一類是以單片機(jī)或微處理器作為核心的運(yùn)動(dòng)控制器，這類運(yùn)動(dòng)控制器速度較慢精度不高，成本相對(duì)較低。在一些只需要低速點(diǎn)位運(yùn)動(dòng)控制和對(duì)軌跡要求不高的輪廓運(yùn)動(dòng)控制場合應(yīng)用。第二類是以專用芯片ASIC作

10、為核心處理器的運(yùn)動(dòng)控制器，這類運(yùn)動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)比較簡單，但這類運(yùn)動(dòng)控制器大多數(shù)只能輸出脈沖信號(hào)，工作于開環(huán)控制方式。這類控制器對(duì)基本滿足單軸的點(diǎn)位控制要求，這類運(yùn)動(dòng)控制器不能滿足多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)和高速軌跡插補(bǔ)控制的設(shè)備要求。由于這類控制器不能提供連續(xù)插補(bǔ)功能，也沒有前瞻功能（Look ahead），特別是對(duì)于大量的小線段連續(xù)運(yùn)動(dòng)的場合。如模具雕刻，不能使用這類控制器。第三類是基于PC總線的以DSP 和FPGA作為核心處理器的開放式運(yùn)動(dòng)控制器。這類開放式運(yùn)動(dòng)控制器以DSP芯片作為運(yùn)動(dòng)控制器的核心處理器，以PC機(jī)作為信息處理平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制器以插卡形式嵌入PC機(jī)即“PC+運(yùn)動(dòng)控制器”的模式。這樣將PC機(jī)的

11、信息處理能力和開放式的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力有機(jī)地結(jié)合在一起，具有信息處理能力強(qiáng)、開放程度高運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)、通用性好的特點(diǎn)。這類運(yùn)動(dòng)控制器充分利用了DSP的高速數(shù)據(jù)處理功能和FPGA的超強(qiáng)邏輯處理能力，便于設(shè)計(jì)出功能完善、性能優(yōu)越的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。這類產(chǎn)品通常都能提供板上的多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制與復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、實(shí)時(shí)插補(bǔ)運(yùn)算、誤差補(bǔ)償、伺服濾波算法，能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制。1 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的定義 以控制器為核心，電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以電力電子功率變換裝置作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制（MC）是自動(dòng)化的一個(gè)分支，它使用通稱為伺服機(jī)構(gòu)的一些設(shè)備如液壓泵，線性執(zhí)行機(jī)

12、或者是電機(jī)來控制機(jī)器的位置和/或速度, 使其按照預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在包裝、印刷、紡織和裝配工業(yè)中，機(jī)械加工，冶金，交通運(yùn)輸，石油加工，航天航空、國防工業(yè)、家電生產(chǎn)、輕工、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。 1.1 基于模擬電路的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)早期的運(yùn)動(dòng)控制器一般采用運(yùn)算放大器等分立元件,以模擬電路硬接線方式構(gòu)成。這種運(yùn)動(dòng)控制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,沒有附加延時(shí),響應(yīng)速度快。由于采用硬接線方式可實(shí)現(xiàn)無限的采樣頻率,因此控制器的精度較高且具有較大的帶寬。但是,模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)相比,也有明顯的缺點(diǎn):老化和環(huán)境溫度的變化對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的元器件的參數(shù)影響很大；

13、構(gòu)成模擬系統(tǒng)需要的元器件較多,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,最終使系統(tǒng)的可靠性降低；由于采用硬接線,系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝完成后,幾乎不可能修改系統(tǒng)的功能；受系統(tǒng)規(guī)模的限制,很難實(shí)現(xiàn)運(yùn)算量大、精度高、性能更先進(jìn)的復(fù)雜控制算法。目前在一些早期的系統(tǒng)和功能簡單的系統(tǒng)中仍然采用這種控制方式。1.2 基于可編程邏輯控制器的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)可編程邏輯控制器 (PLC)是以微處理器為基礎(chǔ),在硬件接線邏輯控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它是將計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)綜合為一體的工業(yè)控制產(chǎn)品,由中央處理單元（CPU）、存儲(chǔ)器、輸入/ 輸出單元(I/O)電源、編程器等組成,是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)?？删?/p>

14、程邏輯控制器一般都具有脈沖輸出功能,以它作為運(yùn)動(dòng)控制器，可以控制接收脈沖和方向信號(hào)工作的電機(jī),如步進(jìn)電機(jī)和數(shù)字式交流伺服電機(jī)等。這種控制方式具有體積小、可靠性高,通用性強(qiáng),成本較低,軟、硬件開發(fā)周期短,安裝維護(hù)簡便,在工業(yè)現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但由于PLC是以循環(huán)掃描方式工作, 即每一次狀態(tài)變化需要一個(gè)掃描周期 ,其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間(視PLC工作速度和用戶程序大小而定。由于受到 PLC 工作方式的限制以及掃描周期的影響,被控制電機(jī)不能在高頻下工作,轉(zhuǎn)速較慢,且不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,故一般只應(yīng)用在點(diǎn)位控制和單軸運(yùn)動(dòng)控制等場合。2 系統(tǒng)分析2.1 生產(chǎn)過程分析 2.1.1 項(xiàng)

15、目需求分析（1） 檢測要求：電熱管引線帽尺寸參數(shù)測量冷態(tài)直流電阻值測量工件測量完成后自動(dòng)分揀合格品與不合格品，并按合格品、引線帽尺寸不合格、電阻值不合格分別輸送至不同區(qū)域（2） 自動(dòng)檢測線的總體功能組建自動(dòng)檢測線，實(shí)現(xiàn)上述參量自動(dòng)檢測測試，測試儀器、工具與被測電熱管工件之間需要確保相對(duì)位置及相對(duì)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械結(jié)構(gòu)以完成工件的夾持、定位和傳送，選用儀器儀表以實(shí)現(xiàn)參數(shù)測量，以及設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)來協(xié)調(diào)自動(dòng)線按揭牌工作，整個(gè)自動(dòng)線功能構(gòu)成如圖2-1所示。圖2-1 自動(dòng)線功能圖電熱管自動(dòng)檢測線分為兩個(gè)檢測工位，第一工位檢測電熱管引線帽尺寸，第二工位檢測電熱管冷態(tài)電阻值。整條線共4個(gè)工位，檢測線規(guī)劃工位如圖2-2

16、所示。圖2-2 檢測線規(guī)劃工位 2.1.2 自動(dòng)檢測線的工藝流程分析（1）工件結(jié)構(gòu)及定位分析工件定位基準(zhǔn)選擇如圖2-3所示。高度以夾具的上表面定位，長度和寬度則通過在夾具上開槽限位（利用前端法蘭結(jié)構(gòu)）。采用V型塊口夾持工件，可以適當(dāng)補(bǔ)償寬度和高度誤差，能夠?qū)崿F(xiàn)測量時(shí)引導(dǎo)對(duì)位；長度方向誤差則可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)（氣動(dòng)）補(bǔ)償。圖2-3 工件定位基準(zhǔn)選擇（2）幾何參數(shù)測量引線帽尺寸：以三個(gè)連接螺柱端面構(gòu)成基準(zhǔn)面，電熱管引線帽到基準(zhǔn)面的直線距離。螺柱端面到引線帽尺寸允許范圍3.6±0.25mm。測量原理：將導(dǎo)向塊和三個(gè)位移傳感器固定在基座上，夾持電熱管移動(dòng)使螺柱通過導(dǎo)向模塊，使三個(gè)連接螺柱端面與基座基

17、準(zhǔn)面可靠接觸。此時(shí)，位移傳感器將測得相應(yīng)位置的相對(duì)位移，經(jīng)過標(biāo)定計(jì)算即可得到需要的尺寸參數(shù)。測量單元結(jié)構(gòu)圖，如圖2-4所示，電熱管處于工作臺(tái)上，送至測量工位。利用夾頭夾持電熱管，可以保證中心對(duì)齊。采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)夾頭和工件一起運(yùn)動(dòng)，完成導(dǎo)入。圖2-4 測量單元結(jié)構(gòu)圖（3）電熱管冷態(tài)電阻值測量電熱管冷態(tài)電阻值允許范圍：26-29測量原理：測量儀器的電觸頭固定在支架上，工件由工作臺(tái)送至測量工位。夾頭夾持工件實(shí)現(xiàn)定位，夾持移動(dòng)工件，使電熱管的電熱絲與或外殼分別接觸測量頭，保證一定接觸力和時(shí)間，完成相應(yīng)電量測試。夾具固定在傳送臺(tái)上，以此定位放置工件，完成工位之間轉(zhuǎn)換。夾頭采用絕緣材料制造。（4）工件自動(dòng)分

18、選輸出工件測量完畢傳送至工作臺(tái)下件工位，利用機(jī)械手夾持工件，轉(zhuǎn)送至合格品輸送帶或不合格品存放單元。要求取件時(shí)能準(zhǔn)確對(duì)位，放置時(shí)無精度要求。在下料區(qū)設(shè)置三個(gè)區(qū)合格品存放區(qū)（相對(duì)于取件位置的180度位置）、引線帽尺寸不合格存放區(qū)（60度位置）、電阻值不合格存放區(qū)（120度位置）。機(jī)械手夾持工件后旋轉(zhuǎn)到三個(gè)區(qū)域的上方停止、釋放工件?？刂埔螅焊鶕?jù)電熱管引線帽尺寸和冷態(tài)電阻的測量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判定，并將其結(jié)果輸入到控制器，由控制器輸出下料機(jī)械手的運(yùn)行位置。3 電熱管檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 控制器選擇根據(jù)實(shí)際需求，我們選用三菱FX3U系列PLC。（1） 三菱FX3U系列PLC的特點(diǎn)，內(nèi)置了高達(dá)64K步的大容量

19、RAM存儲(chǔ)器；大幅增加了內(nèi)部軟元件的數(shù)量；強(qiáng)化了指令的功能，提供了多達(dá)209條應(yīng)用指令；包括像與三菱變頻器通訊的指令；CRC計(jì)算指令，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)指令等等。（2） 晶體管輸出型的基本單元內(nèi)置了3軸獨(dú)立最高100kHz的定位功能；并且增加了新的定位指令：帶DOG搜索的原點(diǎn)回歸（DSZR）；中斷單速定位（DVIT）和表格設(shè)定定位（TBL）；從而使得定位控制功能更加強(qiáng)大，使用更為方便；內(nèi)置6點(diǎn)同時(shí)100kHz的高速計(jì)數(shù)功能，雙相計(jì)數(shù)時(shí)可以進(jìn)行4倍頻計(jì)數(shù)。（3） 增強(qiáng)了通信的功能，其內(nèi)置的編程口可以達(dá)到115.2kbps的高速通信； 而且最多可以同時(shí)使用3個(gè)通信口（包括編程口在內(nèi)）。（4） 新增了高速輸

20、入輸出適配器；模擬量輸入輸出適配器和溫度輸入適配器； 這些適配器不占用系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)，使用方便；在FX3UC的左側(cè)最多可以連接10臺(tái)特殊適配器 。3.2 系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)在此我們選用三菱MR-J3伺服系統(tǒng)。具體參數(shù)如表3-1所以。三菱MR-J3伺服系統(tǒng)將伺服的速度和性能提升到一個(gè)新的臺(tái)階。功率從50W 到 7kW,放大器和電機(jī)的體積進(jìn)一步減小,增加了高分辨率編碼器,高級(jí)自整定功能和共振控制。J3的高扭拒電機(jī)速度高達(dá)6000 rpm,頻率響應(yīng)900Hz。J3的262,144ppr高分辨率編碼器為標(biāo)準(zhǔn)配置, 這樣低速時(shí)能提供更穩(wěn)定的控制。三菱電機(jī)自動(dòng)化開發(fā)的模型自適應(yīng)控制和自整定功能使得高精度的調(diào)節(jié)更容

21、易, J3高級(jí)振動(dòng)控制可自動(dòng)抑制機(jī)械共振。MR-Configurator設(shè)定軟件使得參數(shù)設(shè)定,診斷和調(diào)節(jié)非常簡單。MR-Configurator增強(qiáng)了許多診斷功能,如高級(jí)機(jī)械分析, 軟件示波器,高速監(jiān)視器。參數(shù)設(shè)定窗口使得系統(tǒng)啟動(dòng)非常容易, USB接口使得高速采樣和長時(shí)間波形測量成為可能。MR-J3 支持下列控制模式:位置控制,速度控制,扭矩控制, SSCENT網(wǎng)絡(luò), RS485多點(diǎn)通訊。表3-1 三菱MR-J3伺服系統(tǒng)參數(shù)放大器型號(hào) MR-J310AMR-J3-10A主回路電源電壓/頻率3相 200 to 230 VAC 50/60Hz單相 200 to 240 VAC 50/60Hz允許電

22、壓波動(dòng)3相 200 to 230 VAC:3相 170 to 253 VAC單相 200 to 230 VAC:單相 170 to 253 VAC允許頻率波動(dòng)最大±5%控制回路電源電壓/頻率單相 200 to 230 VAC 50/60Hz允許頻率波動(dòng)最大±5%功耗(W)30MR-J3-10A接口電源電壓24VDC ±10% (容量: 300mA )位置模式最大輸入脈沖頻率1Mpps (差分), 200kpps (集電極開路)定位反饋脈沖262144 p/rev命令脈沖倍數(shù)電子齒輪A/B 相乘, A: 1 to 1048576, B: 1 to 1048576 1

23、/10 < A/B < 2000定位完成寬度設(shè)定0 to ±10000 脈沖 (命令脈沖單位)誤差±3 轉(zhuǎn)扭矩限制參數(shù)設(shè)定或外部模擬輸入 (0 - +10VDC, 最大扭矩)速度模式速度控制范圍模擬速度命令 1:2000, 內(nèi)部速度命令 1:5000模擬速度命令輸入0 - ±10VDC, 額定速度 (10V時(shí)速度可通過參數(shù)No. PC12改變.)速度波動(dòng)最大±0.01% (負(fù)載波動(dòng) 0 to 100%) 0% (電源波動(dòng) ±10%) 最大±0.2%。用模擬速度命令時(shí)(環(huán)境溫度:0°C (77°F

24、7;50°F)扭矩限制參數(shù)設(shè)定或外部模擬輸入 (0 - +10VDC, 最大扭矩)轉(zhuǎn)矩模式模擬扭矩命令輸入0 - ±8VDC, 最大扭矩 (輸入阻抗10 to 12k)速度限制參數(shù)設(shè)定或外部模擬輸入 (0 - +10VDC, 額定速度)3.3 引線帽尺寸檢測傳感器在此我們選用LVDT（差動(dòng)變壓器式位移傳感器）來測量引線帽尺寸。LVDT傳感器結(jié)構(gòu)分以下幾個(gè)部分：外管，內(nèi)管，線圈，前后端蓋，電路板，屏蔽層，出線等部分構(gòu)成。外管采用不銹鋼制成，內(nèi)管可采用不銹鋼或塑料等。電路板的作用是提供LVDT的初線線圈一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，通過差動(dòng)變壓器原理，在次級(jí)產(chǎn)生的輸出信號(hào)進(jìn)入電路板進(jìn)行信號(hào)處理

25、，使輸出信號(hào)變成標(biāo)準(zhǔn)的可被計(jì)算機(jī)或PLC使用的電壓0-5V或4-20mA輸出。其特點(diǎn)有：（1）無摩擦測量LVDT 的可動(dòng)鐵芯和線圈之間通常沒有實(shí)體接觸，也就是說LVDT 是沒有摩擦的部件。它被用于可以承受輕質(zhì)鐵芯負(fù)荷，但無法承受摩擦負(fù)荷的重要測量。 例如，精密材料的沖擊撓度或振動(dòng)測試，纖維或其它高彈材料的拉伸或蠕變測試。（2）無限的機(jī)械壽命由于LVDT 的線圈及其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會(huì)產(chǎn)生任何磨損。這樣LVDT的機(jī)械壽命，理論上是無限長的。在對(duì)材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞測試等應(yīng)用中，這是極為重要的技術(shù)要求。此外，無限的機(jī)械壽命對(duì)于飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛船以及重要工業(yè)設(shè)備中的高可靠性機(jī)械裝置也同樣

26、是重要的。（3）無限的分辨率LVDT的無摩擦運(yùn)作及其感應(yīng)原理使它具備兩個(gè)顯著的特性。第一個(gè)特性是具有真正的無限分辨率。這意味著 LVDT 可以對(duì)鐵芯最微小的運(yùn)動(dòng)作出響應(yīng)并生成輸出。外部電子設(shè)備的可讀性是對(duì)分辨率的唯一限制。（4）零位可重復(fù)性LVDT 構(gòu)造對(duì)稱，零位可回復(fù)。LVDT的電氣零位可重復(fù)性高，且極其穩(wěn)定。用在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，LVDT 是非常出色的電氣零位指示器。（5）徑向不敏感LVDT對(duì)于鐵芯的軸向運(yùn)動(dòng)非常敏感，徑向運(yùn)動(dòng)相對(duì)遲鈍。這樣，LVDT 可以用于測量不是按照精準(zhǔn)直線運(yùn)動(dòng)的物體，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端測量壓力。（6）輸入/輸出隔離LVDT被認(rèn)為是變壓器的一種，因?yàn)樗?/p>

27、的勵(lì)磁輸入（初級(jí)）和輸出（次級(jí)）是完全隔離的。LVDT無需緩沖放大器，可以認(rèn)為它是一種有效的模擬信號(hào)元件。在要求信號(hào)線與電源地線隔離的測量和控制回路中，它的使用非常方便差動(dòng)變壓器式(LVDT)位移傳感器的優(yōu)點(diǎn)是高精度、高可靠性,能適應(yīng)惡劣環(huán)境,符合本儀器的要求。本儀器選用的是國產(chǎn)半橋式LVDT直線位移傳感器,其量程為5mm,最小示動(dòng)值為0.03m,結(jié)合適當(dāng)?shù)腖VDT信號(hào)調(diào)理電路能達(dá)到很高的測量精度。3.4 冷態(tài)電阻測量傳感器選擇由測量原理，選擇2511A 型智能直流多電阻測試儀。2511A 型智能直流多電阻測試儀能對(duì)變壓器、電機(jī)、開關(guān)、繼電器、接插件等各類電阻進(jìn)行測試，儀器測量范圍1u2M，儀

28、器產(chǎn)生高精度恒流經(jīng)被測件進(jìn)行四端點(diǎn)測量，有效地扣除了引線誤差，適合用作高精度測量；由于使用直流測試及最多可以進(jìn)行10組負(fù)載的快速掃描測試，所以對(duì)各類變壓器及電感的銅阻測量比較適合；2511A 型智能直流多電阻測試儀也擴(kuò)展了同類儀器的功能，我們可直接設(shè)置兩組標(biāo)稱值，即電阻直讀顯示上/下限值，百分比標(biāo)稱值和+/-百分比誤差值，且所有設(shè)置判斷針對(duì)于全量程，百分比誤差最大可顯示9999%，最小顯示0.000%，極大地提高了2511A 型智能直流多電阻測試儀使用范圍；此外，測試速度（快速、慢速）的改變，全狀態(tài)、全設(shè)置數(shù)值的斷電保護(hù)等功能也極大的方便了我們對(duì)產(chǎn)品的測試。在2511A 型智能直流多電阻測試儀

29、背面有LOW 輸出（下超信號(hào)輸出），PASS 輸出（合格信號(hào)輸出）, HIGH 輸出（上超信號(hào)輸出）三個(gè)信號(hào)輸出，可以將這三個(gè)信號(hào)輸入PLC，用以控制下料步進(jìn)電機(jī)。由于測量的電阻在范圍2629，所以選擇200檔位，此檔位分辨率可達(dá)1m，完全可以滿足我們的測量要求。3.5 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)

30、用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由

31、電機(jī)的固有特性所決定。 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算： （1）計(jì)算齒輪的減速比 根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下: i=(.S)/(360.) (3-1) 式中 -步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖） S -絲桿螺距（mm) -(mm/脈沖） （2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。 Jt=J1+（1/i2)(J2+Js）+W/g（S/2)2 （3-2） 式中Jt -折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg.cm.s2) J1

32、、J2 -齒輪慣量(Kg.cm.s2) Js -絲桿慣量(Kg.cm.s2) W-工作臺(tái)重量（N） S -絲桿螺距（cm） （3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M M=Ma+Mf+Mt （3-3） Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×102 （3-4） 式中Ma -電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N.m) Jm、Jt-電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2) n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min） T-電機(jī)升速時(shí)間（s） Mf=(u.W.s)/(2i)×102 （3-5） Mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N.m) u-摩擦系數(shù) -傳遞效率 Mt=(Pt.s)/(2i)×10

33、2 （3-6） Mt-切削力折算至電機(jī)力矩（N.m) Pt-最大切削力（N） （4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為 fq=fq0(1-(Mf+Mt)/Ml）÷(1+Jt/Jm) 1/2 （3-7） 式中fq-帶載起動(dòng)頻率（Hz） fq0-空載起動(dòng)頻率 Ml-起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N.m) 若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算. （5）運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。 （6）負(fù)載力矩和

34、最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（3-5）和式（3-6）計(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 0.4)Mmax. 3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電。一般來說驅(qū)動(dòng)器共有三路輸入信號(hào)： （1）步進(jìn)脈沖信號(hào)CP：驅(qū)動(dòng)器每接受一個(gè)脈沖信號(hào)CP，就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角，CP的頻率和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比，CP的脈沖個(gè)數(shù)決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度。 （2）方向電平信號(hào)UD：此信號(hào)決定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，為

35、高電平時(shí)電機(jī)為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，為低電平時(shí)電機(jī)則為反方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 （3）脫機(jī)信號(hào)FREE：此端輸入一個(gè)5V電平時(shí)，電機(jī)處于無力矩狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時(shí)，此功能無效，電機(jī)可正常運(yùn)行，此功能若用戶不采用，只需將此端懸空即可。我們將選用MS2035MXD步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器MS2035MXD可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，為雙極細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)。該驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部自帶振蕩器，可選擇脈沖/方向模式或內(nèi)部自帶振蕩器模式操作，使用方便靈活，性能穩(wěn)定，成本低。MS2035MXD的特點(diǎn)：可獨(dú)立驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)輸出相電流0.1A-2A15檔細(xì)分輸入信號(hào)光隔離，脈沖響應(yīng)頻率可達(dá)1MHz0-5V模擬量輸入轉(zhuǎn)速控制12V-35V直流

36、供電自動(dòng)減流功能H橋雙極恒流驅(qū)動(dòng)步進(jìn)脈沖、方向和使能信號(hào)控制光電隔離的可編程輸出信號(hào)功能框圖如圖3-1所示。圖3-1 MS2035MXD步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器功能框圖3.7 人機(jī)界面設(shè)置3.7.1 設(shè)備及需求所需設(shè)備（1）可編程控制器1臺(tái)（FX-PLC）；（2）USB串口、422數(shù)據(jù)線各一套；（3）計(jì)算機(jī)1臺(tái)（已安裝GX_Develope編程軟件）；（4）觸摸屏1臺(tái)（GTO1150）；（5）選擇開關(guān)1個(gè)，按鈕開關(guān)1個(gè)；（6）傳感器6個(gè)；（7）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器2個(gè)（Q2HDA）；（8）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2臺(tái)、兩軸絲杠；（9）電工常用工具一套，導(dǎo)線若干。I/O分配輸入端口：急停 x10， x軸左限位傳感器 X4， x軸

37、右限位傳感器X5，軸左傳感器X11，x軸右傳感器X12， y軸上傳感器X6， y軸下傳感器X7。輸出端口：X軸脈沖 y0， x軸方向 y4， y軸脈沖 y1， y軸方向 y5。 觸摸屏按鈕：M0啟動(dòng)按鈕，M2停止按鈕，M1復(fù)位按鈕。自動(dòng)控制要求（1）復(fù)位：不在原點(diǎn)時(shí)，按下復(fù)位按鈕（m1），回歸原點(diǎn)。（X軸左傳感器，Y軸下傳感器）（2）啟動(dòng)：在原點(diǎn)條件下點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕（m0）電機(jī)按觸摸屏設(shè)定要運(yùn)行。（3）停止：按下停止按鈕（m2）后，步進(jìn)電機(jī)完成指定動(dòng)作，返回原位后停止。（4）急停：按下急停按鈕、限位觸感器動(dòng)作步進(jìn)電機(jī)馬上停止?，F(xiàn)場控制要求可以對(duì)各運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，手動(dòng)與自動(dòng)應(yīng)互鎖觸摸屏畫面（1）

38、畫面具有啟動(dòng)、停止、復(fù)位功能；（2）畫面能設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的初始位置，第一段運(yùn)行速度、位移、加工 時(shí)間，第二段運(yùn)行速度、位移、加工時(shí)間。第4段運(yùn)行速度、位移、加工時(shí)間，以及循環(huán)次數(shù)。3.7.2 人機(jī)界面詳細(xì)設(shè)計(jì)（1）新建工程第一步：GOT類型：選擇GT1165-VNBA-C，顏色設(shè)置：單色16級(jí)灰度、 顯 示方式：橫向點(diǎn)下一步。第二步：選擇連接的設(shè)備類型：Melsec-FX點(diǎn)下一步。第三步：連接機(jī)器的接口：RS-422或RS-232點(diǎn)下一步。第四步：通訊驅(qū)動(dòng)程序：默認(rèn)MELSEC-FX點(diǎn)下一步。第五步：畫面切換元件的設(shè)置：在基本畫面選擇GD100點(diǎn)下一步。第六步：系統(tǒng)環(huán)境確認(rèn)第七步：系統(tǒng)設(shè)置完成，

39、進(jìn)入空白界面進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）控制系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)與參數(shù)設(shè)置 第一步，插入“文本” 點(diǎn)擊“圖形” “文本”左鍵插入即可，并在文本屬性中進(jìn)行設(shè)置。第二步，插入“位開關(guān)” 點(diǎn)擊“對(duì)象” “開關(guān)” “文本”左鍵插入即可。設(shè)置M0為啟動(dòng)，選擇點(diǎn)動(dòng)。在“擴(kuò)展功能”中勾上“動(dòng)作條件”，設(shè)置為“多位觸發(fā)”位數(shù)為“2”，M0為ON，M1為OFF。第三步，插入“指示燈” 點(diǎn)擊“對(duì)象” “指示燈” “位指示燈”。設(shè)置：ON和OFF兩種狀態(tài)，軟件輸出為Y0100，選擇啟/停的顏色。第四步，插入“數(shù)值輸入” 點(diǎn)擊“對(duì)象” “數(shù)值輸入”。以加工時(shí)間為例，元件對(duì)應(yīng)輸入為D5000?！皵?shù)據(jù)類型”選擇“實(shí)數(shù)”，其它設(shè)置可根據(jù)需要設(shè)置。在“擴(kuò)展功能”勾選“范圍設(shè)置”、“顯示/動(dòng)作條件”、“數(shù)據(jù)運(yùn)算”設(shè)置。以X軸位移為例?！胺秶O(shè)置”為0-90MM之間“顯示/動(dòng)作條件”觸發(fā)類型選擇“ON中”，M20為元件。“數(shù)據(jù)運(yùn)算”在“監(jiān)視”將0-90之間的數(shù)值除以6.4，進(jìn)行監(jiān)視第五步，插入“報(bào)警系統(tǒng)”首先在“注釋” “基本注釋”添加4種狀態(tài)“初始位”“第一位”“第二位”“返回”。然后點(diǎn)擊“公共設(shè)置” “報(bào)警”