機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)書(shū)

1、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)（可編程控制器原理及工程應(yīng)用）實(shí)驗(yàn)一 步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握步進(jìn)電機(jī)工作原理；2、熟悉對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向、速度、行程進(jìn)行控制的方法。二、實(shí)驗(yàn)要求1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深并驗(yàn)證學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，掌握實(shí)驗(yàn)的基本方法和實(shí)驗(yàn)原理；2、正確使用儀器設(shè)備；3、認(rèn)真觀察儀器設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方式，獨(dú)立編寫(xiě)控制程序并進(jìn)行操作。4、學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，應(yīng)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)分析和解決實(shí)驗(yàn)中遇到 的具體問(wèn)題；三、實(shí)驗(yàn)原理1、步進(jìn)電機(jī)工作原理 步進(jìn)電機(jī)按工作原理可分為電磁式、 磁阻式、永磁式、混合式四類。其中混合式步進(jìn)電機(jī)從 定子或轉(zhuǎn)子的導(dǎo)磁體來(lái)看， 它如反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)， 所不

2、同的是它的轉(zhuǎn)子上置有磁鋼， 反應(yīng)式 轉(zhuǎn)子則無(wú)磁鋼。從它的磁路內(nèi)含有永久磁鋼這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)， 又可以說(shuō)它是永磁式， 但因其結(jié)構(gòu) 不同，使其作用原理及性能方面， 都與永磁式步進(jìn)電機(jī)有明顯區(qū)別。 它好像是反應(yīng)式和永磁 式的結(jié)合，所以常稱為混合式。混合式步進(jìn)電機(jī)具有驅(qū)動(dòng)電流小，效率高，過(guò)載能力強(qiáng)、控 制精度高等特點(diǎn)，是目前市面上應(yīng)用最為廣泛的一種步進(jìn)電機(jī)。 左圖是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的剖面示意圖。 定子上有兩個(gè)等分的磁極， 相鄰兩個(gè)磁極間的夾 角為90° o磁極上面裝有控制繞組且聯(lián)成A、B兩相，轉(zhuǎn)子上均勻分布兩個(gè)齒， 齒間距為180°。以A、B表示兩相繞組正向電流工作，、表示反向電流工作

3、，可實(shí)現(xiàn)：1、 兩相激勵(lì)四拍整步運(yùn)行方式，即AA 4 TA或單相激勵(lì)的四拍運(yùn)行方式， 即 2 B- T o2、 八拍半步運(yùn)行方式，即AB Bt Bt t t ta ta。兩相混合式步進(jìn)電機(jī)剖面示意圖此外還有 1/4 步距的運(yùn)行方式、微步距控制運(yùn)行方式，這里不一一敘述。本節(jié)以八拍半步運(yùn)行方式為例，講述其工作原理，從下圖可看出，（a）圖為當(dāng)A、B兩相同時(shí)正向通電時(shí)，轉(zhuǎn)子受到兩相轉(zhuǎn)矩的矢量和而轉(zhuǎn)至該位置，（b）圖為B相通電瞬間時(shí)轉(zhuǎn)子的受力情況，（c）圖為A相接反向電流，而 B相接正向電流時(shí)轉(zhuǎn)子受到兩相轉(zhuǎn)矩的矢量和而轉(zhuǎn)到該位置， 依此類推，可得出八拍半步運(yùn)行方式 （圖中只給出了前三拍 運(yùn)行方式）。由此

4、可將該步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小及工作方式用下圖表示出來(lái)。圖中，當(dāng)兩相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)矩由兩相轉(zhuǎn)矩矢量合成，比單相轉(zhuǎn)矩要大（約 1.414 倍）。為使步進(jìn)電機(jī)勻速 轉(zhuǎn)動(dòng)，應(yīng)保持各拍轉(zhuǎn)矩相等，故應(yīng)使相電流降低到60%，由于磁路原先有飽合效應(yīng)，此時(shí)每相轉(zhuǎn)矩可能增大到 70%左右，兩相合成轉(zhuǎn)矩則接近于1。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的工作方式2、軟件設(shè)置1）設(shè)置步進(jìn)電機(jī)控制指令控制字本實(shí)驗(yàn)軟件采用松下 FP0型PLC它的步進(jìn)電機(jī)指令控制字為DT9052它有兩路脈沖輸出功能，可以同時(shí)控制兩路步進(jìn)電機(jī)。 脈沖的輸出和停止可以是當(dāng)程序執(zhí)行到一定的結(jié)果時(shí)完成， 也可以是利用外部信號(hào)隨時(shí)終止脈沖輸出或啟動(dòng)脈沖輸出。設(shè)

5、定特殊數(shù)據(jù)寄存器 DT9052需要使用F0 （ MOV指令，將對(duì)應(yīng)的控制字送入DT9052中。以下是CH0的幾種控制示例：允許軟件復(fù)位(0001)高速計(jì)數(shù)禁止,H2(0010)停止脈沖輸出,H8(1000)停止脈沖輸出并且復(fù)位高速計(jì)數(shù)經(jīng)過(guò)值,H9 (1001)2) 步進(jìn)指令使用的特殊內(nèi)部繼電器、特殊寄存器通道特殊內(nèi)部繼電器經(jīng)過(guò)值寄存器目標(biāo)值寄存器0CHR903ADT9044- DT904DT9046- DT904751CHR903BDT9048- DT9049DT9050- DT9051特殊內(nèi)部繼電器的狀態(tài)是根據(jù)程序的執(zhí)行狀態(tài)來(lái)改變的，用戶只可以讀出其中的狀態(tài)是ON還是OFF,而不可以改寫(xiě)。以

6、OCH為例，R903A當(dāng)OCH正在執(zhí)行高速計(jì)數(shù)器指令 (F166 F170) 時(shí)為ON當(dāng)R903A為ON期間，與0CH有關(guān)的高速計(jì)數(shù)指令(F166F170)不會(huì)被執(zhí)行。使 R903A狀態(tài)變?yōu)镺FF的情況可以是以下幾種情況中的一種：高速計(jì)數(shù)器指令被禁止，如DT9052的BIT3被送入了 1。高速計(jì)數(shù)指令執(zhí)行完成，如脈沖輸出指令執(zhí)行完成。當(dāng)脈沖輸出指令開(kāi)始被執(zhí)行時(shí)，內(nèi)部特殊繼電器R903A變?yōu)镺N并保持，目標(biāo)值寄存器中被自動(dòng)寫(xiě)入目標(biāo)數(shù)據(jù)。DT9047為高16位，DT9046為低16位，因?yàn)槭?2位寄存器，所以可以 寫(xiě)入的數(shù)據(jù)為 K-8，388，608 8，388，607( HFF800000- H

7、007FFFFF。在脈沖輸出指令 執(zhí)行期間，經(jīng)過(guò)值寄存器中的數(shù)據(jù)根據(jù)指令執(zhí)行結(jié)果不斷改變。當(dāng)經(jīng)過(guò)值寄存器中的數(shù)據(jù)與目標(biāo)值寄存器中的數(shù)據(jù)相等，脈沖輸出指令停止執(zhí)行，同時(shí)內(nèi)部特殊繼電器 R903A變?yōu)镺FF。一般情況下，經(jīng)過(guò)值寄存器中的數(shù)據(jù)用戶只能讀出，不能被用戶改寫(xiě)。特殊數(shù)據(jù)寄存器DT9052的設(shè)定3) 脈沖輸出指令 F168:指令格式：s：脈沖輸出指令應(yīng)讀取的數(shù)據(jù)表首地址，數(shù)據(jù)表占據(jù)相鄰的7個(gè)寄存器。n只能被寫(xiě)入K0或K1。K0 :脈沖輸出使用 CHQ Y0輸出脈沖信號(hào)，Y2輸出方向控制信號(hào)。K1 :脈沖輸出使用CH1, Y1輸出脈沖信號(hào)，Y3輸出方向控制信號(hào)。數(shù)據(jù)表設(shè)置S S+6:S控制代碼

8、S+1 初始啟動(dòng)頻率(HZ)，范圍K40 K5, 000S+2 脈沖運(yùn)行頻率(HZ)，范圍 K40 K9, 500S+3 加速/減速時(shí)間(mS，范圍 K30 K32，767S+4，S+5脈沖目標(biāo)值個(gè)數(shù)設(shè)定，范圍K-8，388，6088，388，607S+6脈沖輸出指令表結(jié)束，必須寫(xiě)入“ K0'脈沖輸出示意圖控制代碼設(shè)定控制代碼設(shè)定3、系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)立體倉(cāng)庫(kù)的X、Y向工作臺(tái)分別由兩個(gè)相同的兩相八拍混合式步進(jìn)電機(jī)與執(zhí)行部件滾珠絲杠 相連接，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：，其中N： PLC發(fā)出的控制脈沖個(gè)數(shù)t ：絲杠螺紋距0 :步進(jìn)電機(jī)步距角n步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖細(xì)分?jǐn)?shù)4、

9、軟件對(duì)應(yīng)的脈沖控制指令數(shù)據(jù)表：DT100:控制代碼為H102，固定脈寬、相對(duì)控制方式，增量輸出；DT101:初始起動(dòng)頻率（HZ）,范圍在 K40K5, 000 ；DT102:脈沖運(yùn)行頻率（HZ）,范圍在 K40K9, 500 ；DT103:加速/減速時(shí)間（ms）,范圍在 K30K32, 767 ；DT104、 DT105 脈沖目標(biāo)值個(gè)數(shù)，范圍在 K-8 ， 388， 608K8， 388， 607；DT106:脈沖輸出指令表結(jié)束，必須寫(xiě)入“K o”。四、實(shí)驗(yàn)所用儀器1 、 TVT-99C 立體倉(cāng)庫(kù)模型一套；2、奔 II 以上計(jì)算機(jī)一臺(tái)；五、實(shí)驗(yàn)步驟和方法1、熟悉編程環(huán)境,輸入所編制的程序；2、

10、接通立體倉(cāng)庫(kù)電源、串口通訊線；3、將程序下載至PLC并運(yùn)行。六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 經(jīng)指導(dǎo)教師檢查同意后,方可接通電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。七、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求1、預(yù)習(xí)PLC編程環(huán)境，上機(jī)前預(yù)先將控制程序編制完成；2、預(yù)習(xí)步進(jìn)電機(jī)工作原理。八、數(shù)據(jù)處理1、 變化DT101DT105中的數(shù)據(jù)（至少兩組數(shù)據(jù)），重新運(yùn)行程序，觀察X、Y軸運(yùn)行情況并 記錄。2、參考梯形圖九、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)報(bào)告的主要內(nèi)容1 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)驗(yàn)所用儀器3、實(shí)驗(yàn)原理方法簡(jiǎn)要說(shuō)明4、程序清單。實(shí)驗(yàn)二 三坐標(biāo)工作臺(tái)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 、了解三坐標(biāo)工作臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)及數(shù)控工作原理；2、采用PLC編程語(yǔ)言編制控制程序并運(yùn)行。二、實(shí)驗(yàn)要求1、通過(guò)

11、實(shí)驗(yàn),加深理解學(xué)過(guò)的理論知識(shí),掌握實(shí)驗(yàn)的基本原理。2、使學(xué)生受到必要的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。3、要求學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立動(dòng)手來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。4、學(xué)生要學(xué)會(huì)正確使用儀器設(shè)備。5、經(jīng)指導(dǎo)教師檢查同意后,方可接通電源,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)原理立體倉(cāng)庫(kù)的組成可分為三大部分：第一部分：控制部分，由松下FP0-C16T可編程控制器作為主控單元，F(xiàn)P0-E16T作為擴(kuò)展單元，存貯空間為2.7K步。第二部分：機(jī)械傳動(dòng)部分，是一個(gè)典型的三坐標(biāo)工作臺(tái)。其中X、Y軸機(jī)械結(jié)構(gòu)相同，均由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)；Z軸由直流電機(jī)帶動(dòng)普通絲杠來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。三軸配合，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，從而完成取、送貨物的動(dòng)作過(guò)程。第三部分

12、：檢測(cè)與傳感部分，檢測(cè)并告之某個(gè)倉(cāng)位上是否有貨物。有，置高電平“1”，無(wú)，置低電平“ 0”。立體倉(cāng)庫(kù)的使用：1、輸入輸出的分配情況具體輸入輸出的分配情況見(jiàn)下表：輸入部分輸岀部分X0Y0橫軸脈沖X1Y1豎軸脈沖X2Y2橫軸方向1/0X3Y3豎軸方向1/0X4貨臺(tái)回位限制Y4X5貨臺(tái)到位限制Y5X6貨臺(tái)是否有物Y6貨臺(tái)前升X7自動(dòng)/手動(dòng)(0/1 )Y7貨臺(tái)退回X20十六鍵盤(pán)值1位Y20顯示就緒X21進(jìn)制鍵盤(pán)值2位Y21部分取X22輸入鍵盤(pán)值3位Y22放X23鍵盤(pán)值4位Y23十位顯示X24橫軸右限位Y24BCD碼BCD碼1位X25橫軸左限位Y25輸出BCD碼2位X26豎軸上限位Y26顯示BCD碼3位

13、X27豎軸下限位Y27BCD碼4位注：X40-X4C為0至12個(gè)倉(cāng)庫(kù)的傳感器2、具體操作步驟(1) 、熟悉控制面板上的開(kāi)關(guān)及按鈕功能及倉(cāng)位號(hào)倉(cāng)庫(kù)倉(cāng)位號(hào)分布(2) 、接通電源。(3) 、將選擇開(kāi)關(guān)置于手動(dòng)位置(此時(shí)16號(hào)有效)。(4) 、分別點(diǎn)動(dòng)按鍵 1、2 J、3、4/、5f、6/,觀察水平( X軸)、垂直(Y軸) 、前后(Z軸)各絲杠運(yùn)行情況，運(yùn)行應(yīng)平穩(wěn)，在接近極限位置時(shí)，應(yīng)執(zhí)行限位保護(hù)(運(yùn)行自動(dòng)停止)。(5) 、用計(jì)算機(jī)或手持編程器寫(xiě)程序并下裝至PLG(6) 、將選擇開(kāi)關(guān)置于自動(dòng)位置。(7) 、將一帶托盤(pán)汽車(chē)模型置零號(hào)倉(cāng)位，放置模型時(shí)，入位要準(zhǔn)確，并注意到倉(cāng)位底部檢 測(cè)開(kāi)關(guān)已動(dòng)作。(8)

14、、執(zhí)行送指令 選擇欲送倉(cāng)位號(hào)，按動(dòng)倉(cāng)位對(duì)應(yīng)按鈕，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉(cāng)位號(hào)。 按動(dòng)送指令按鈕，觀察送入動(dòng)作（若被選擇倉(cāng)位內(nèi)已有汽車(chē)，則該指令不被執(zhí)行）。 指令完成后，機(jī)械自動(dòng)返回。 零號(hào)倉(cāng)位已無(wú)汽車(chē)，則下一個(gè)送指令（誤操作）將不被執(zhí)行。（9）、執(zhí)行取指令 選擇欲取倉(cāng)位號(hào)，按動(dòng)倉(cāng)位號(hào)，控制面板上的數(shù)碼管顯示倉(cāng)位號(hào)。 按動(dòng)取指令按鈕，觀察取動(dòng)作 （若被選擇倉(cāng)位內(nèi)無(wú)汽車(chē)，則該指令不被執(zhí)行）。 指令完成后，機(jī)械自動(dòng)復(fù)位。 零號(hào)倉(cāng)位已有汽車(chē)，則下一個(gè)取指令（誤操作），將不被執(zhí)行。四、實(shí)驗(yàn)所用儀器1、立體倉(cāng)庫(kù)2、奔n以上計(jì)算機(jī)一臺(tái)3、實(shí)驗(yàn)連接導(dǎo)線一套五、實(shí)驗(yàn)步驟和方法1、編制并調(diào)試程序2、聯(lián)好儀器，接通電源3、運(yùn)行程序六、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 調(diào)試程序時(shí)須拔掉電源七、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求 預(yù)先編制控制程序再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)上機(jī)調(diào)試參考程