機(jī)電液實(shí)驗(yàn)臺(tái)液壓系統(tǒng)自動(dòng)化改造

1、學(xué)學(xué) 士士 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文系系 別：機(jī)電工程系別：機(jī)電工程系 學(xué)科專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)科專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓姓 名：王玉鵬名：王玉鵬 運(yùn)運(yùn) 城城 學(xué)學(xué) 院院 2010 年年 5 月月 II基于基于 PLC 的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)設(shè)計(jì)系系 別：機(jī)電工程系別：機(jī)電工程系學(xué)科專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)科專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓姓 名：王玉鵬名：王玉鵬指導(dǎo)教師：弓指導(dǎo)教師：弓 鏘鏘 運(yùn)運(yùn) 城城 學(xué)學(xué) 院院 2010 年年 5 月月運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文基于 PLC 的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)總說明：設(shè)計(jì)總說明： 絕緣材料的包扎是線

2、圈生產(chǎn)中重要工序之一，包扎的質(zhì)量是決定電機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)1。近年來國(guó)際設(shè)備市場(chǎng)上雖然出現(xiàn)一些電機(jī)定子線圈自動(dòng)包扎機(jī)，但這些包扎機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)很高。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的半自動(dòng)包扎機(jī),結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，受人工影響較大，包扎質(zhì)量不高2。綜上所述，現(xiàn)有的包扎機(jī)都不能滿足我國(guó)市場(chǎng)需求，進(jìn)行自動(dòng)包扎機(jī)的研究十分必要。本課題主要是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、精度較高，通用性好的全自動(dòng)鼓形線圈包扎機(jī)。本課題完成的是基于 PLC 控制的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3，主要完成控制方案的設(shè)計(jì)選擇，動(dòng)力系統(tǒng)的選型，PLC 控制程序的設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)（包括 PLC 型號(hào)的確定） ，程序的調(diào)試。設(shè)計(jì)完全按照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定的傳動(dòng)系

3、統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)方法主要運(yùn)用了比較法、順序設(shè)計(jì)法。比較法主要用在方案選擇上，順序設(shè)計(jì)法主要用在梯形圖的編制上。系統(tǒng)動(dòng)力的選擇利用比較法在步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)之間選擇4，由于步進(jìn)電機(jī)可以精確啟停，而且相對(duì)容易控制的特點(diǎn)，最終選擇步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力5。設(shè)計(jì)過程中綜合考慮非標(biāo)準(zhǔn)件和標(biāo)準(zhǔn)件6，選擇標(biāo)準(zhǔn)件，設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)件，非標(biāo)準(zhǔn)件受標(biāo)準(zhǔn)件的限制。在設(shè)計(jì)的過程中，由于傳動(dòng)元件多，要考慮傳動(dòng)元件的支撐與固定以及保證所有部件之間互不干涉。最大限度使傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，精確化。主要觀點(diǎn)是設(shè)計(jì)應(yīng)考慮安全可靠性、經(jīng)濟(jì)性和可行性等綜合因素,其中安全可靠性放在首位。安全可靠性體現(xiàn)在一些基礎(chǔ)參數(shù)的選擇上，國(guó)內(nèi)參數(shù)大

4、部分依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來確定，而且按國(guó)內(nèi)參數(shù)設(shè)計(jì)一般比較安全。經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在方案簡(jiǎn)單和技術(shù)成熟。如果方案選擇了 PLC 控制，在設(shè)計(jì)中力求元件最少?？尚行钥紤]技術(shù)資料和制造成本。本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)成熟、制造成本較低，可行性較強(qiáng)。方案選擇了 PLC 控制，在設(shè)計(jì)中力求控制元件最少，結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)，包扎精運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文確， 運(yùn)行穩(wěn)定可靠。通過比較幾種可選控制方案，選擇最優(yōu)的方案進(jìn)行初步設(shè)計(jì)、計(jì)算。如果達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，對(duì)其余方案進(jìn)行比較，然后選擇最優(yōu)方案再次進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，如果達(dá)到要求，則選擇該模式，進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)?？刂品桨傅倪x擇：在選擇控制方案時(shí)由于現(xiàn)實(shí)硬件、軟件的限制，不得不對(duì)一些要求進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，綜合考慮各種因素

5、后，確定方案為基于 PLC 控制的電氣系統(tǒng)。本主要技術(shù)資料：國(guó)內(nèi)對(duì)包扎機(jī)改造的資料以及國(guó)內(nèi)外包扎機(jī)的視頻資料，以及其他相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)資料。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：自動(dòng)，包扎機(jī),PLC，電氣控制,系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文Automatic PLC based electrical control system design Design General Information:Coil insulation material is packed in the important process of production, one is to determine the quality of dre

6、ssing an important indicator of motor performance. In recent years, the international equipment market, despite a number of automatic wrapping machine stator coils, but these dressing machine, structural complexity, high cost. Existing domestic semi-automatic wrapping machine, simple structure, infl

7、uenced by man, dressing quality is not high. In summary, the existing dressing machines can not satisfy the market demand of the automatic wrapping machine is necessary. The main task is to design a simple structure, high precision, versatile drum loop good automatic wrapping machine. The completion

8、 of this subject is based on the automatic PLC control dressing the design of electrical control systems, the main control program to complete the design of choice, selection of power system, PLC control program design, hardware design (including the PLC model to determine), the program debugging. D

9、esigned in full accordance with the provisions of the manual mechanical transmission system design standards and design principles to the design. Design mainly used the comparison method, sequence design. Comparison is mainly used in the program selection, the sequential design method is mainly used

10、 in the preparation of the ladder. System, the choice of using more power in between the stepping motor and DC motor options, as stepper motor can be precisely start and stop, and relatively easy to control, step motor to power the final choice. Taken into account during the design of non-standard p

11、arts and standard parts, standard parts selection, design non-standard parts, standard parts of non-standard 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文parts by the restrictions. In the design process, as more transmission components, transmission components to be considered with the fixed support and to ensure non-interference bet

12、ween all the components. Possible to simplify the transmission system, accurate. Main point is the design should consider safety and reliability, economy and feasibility of such a combination of factors, including safety and reliability first place. Safety and reliability is reflected in the choice

13、of some basic parameters, most of the domestic parameters determined based on experience, but also by internal parameters of the design is generally more secure. Economy reflected in the program simple and mature technology. If the program selected the PLC control components in the design sought to

14、at least. Consider the feasibility of technical information and manufacturing costs. The design of control systems mature, lower manufacturing costs, feasibility strong. Select the PLC control program, seek to control components in the design at least, the simplest structure, bandaging accurate, sta

15、ble and reliable. A comparison of alternative control scheme, choose the best program for preliminary design, calculation. If not meet design requirements, compared to the rest of the program, and then choose the best preliminary design of the program again, if meet the requirements, select the mode

16、l, the detailed design. Control options: options in the choice of control because the reality hardware and software limitations, some requirements had to be simplified, considering the various factors to determine the program for the PLC-based control of electrical systems. The main technical data:

17、Renovation of internal information on the dressing and bandaging machine video at home and abroad, and other information related to the mechanical design. Key words: Automatic, wrap machine, PLC, electrical control system design 運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文I目 錄第一章 緒論 .11.1 選題目的、價(jià)值和意義.11.2 研究范圍以及所要達(dá)到的技術(shù)要求.11.3 本課題在國(guó)內(nèi)外

18、的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問題.21.4 本課題的指導(dǎo)思想.21.5 本課題應(yīng)解決的主要問題.3第二章 基于 PLC 的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制方案介紹.42.1 控制方案簡(jiǎn)介、分析、選擇.42.2 控制方案確定、介紹.4第三章 步進(jìn)電機(jī)基本原理.73.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介.73.2 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理.83.3 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制.103.3.1 工作過程 .103.4 PLC 介紹.113.4.1 PLC（可編程控制器）的特點(diǎn).113.5 PLC 基本原理.123.6 CPM2A 的性能和功能.15第四章 編程設(shè)計(jì)（接線圖、梯形圖、功能表圖）.164.1 步進(jìn)電機(jī).164.2 PLC 選擇

19、、參數(shù).174.3 控制過程分析.184.4 程序編制.194.5 電機(jī)間的速比.214.6 步進(jìn)電機(jī)與 PLC 銜接配合.35運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文II第五章 實(shí)驗(yàn) .365.1 條件實(shí)驗(yàn).365.2 實(shí)物連線圖.365.3 設(shè)計(jì)成本分析.38第六章 結(jié)論 .39參考文獻(xiàn) .40附錄 .42致謝 .48運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1第一章 緒論1.1 選題目的、價(jià)值和意義隨著我國(guó)工業(yè)化化程度的快速提高，電動(dòng)機(jī)將更加廣泛的使用。牽引電機(jī)用直流、交流電機(jī)電樞、定子線圈絕緣包扎是線圈生產(chǎn)中的重要工序，電機(jī)電樞、定子線圈絕緣包扎是決定電機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)7，故包扎機(jī)的研究和改造十分必要。我國(guó)加入到 WTO

20、之后，國(guó)內(nèi)電動(dòng)機(jī)與國(guó)際電動(dòng)機(jī)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)愈來愈激烈，而我國(guó)的包扎機(jī)整體處于低水平，自主改進(jìn)包扎機(jī)成為一種必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)的價(jià)值和意義在于，現(xiàn)在封閉式鼓型線圈的包扎設(shè)備多為半自動(dòng)，效率不高，包扎精度也主要依靠操作員，包扎機(jī)本身和包扎的線圈都缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，本設(shè)計(jì)中的包扎機(jī)特點(diǎn)是，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度較快，PLC控制系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡的控制使包扎機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)包扎8，用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給，可以精確的起停特點(diǎn)保障了線圈包扎的精度和很強(qiáng)的通用性，采用 PLC 控制線圈的包扎精度更高，能有效提高和保證包扎質(zhì)量，降低企業(yè)的投入，提升包扎機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力，基本能滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，提高國(guó)內(nèi)線圈企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，

21、給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，因此，本設(shè)計(jì)課題有很大的現(xiàn)實(shí)意義，有助于提高我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化水平。1.2 研究范圍以及所要達(dá)到的技術(shù)要求1、基于 PLC 控制的自動(dòng)包扎機(jī)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要工作包括：機(jī)械系統(tǒng)總體方案的分析確定；動(dòng)力方案的選擇；PLC 型號(hào)的選擇；編制 PLC控制步進(jìn)電機(jī)的程序；設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)；模型加工與組裝；調(diào)試。2、自動(dòng)包扎機(jī)應(yīng)滿足以下條件：繞包頭轉(zhuǎn)速：0-300r/min （分高速與低速）注：由于實(shí)際條件所限，此次設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速降低。繞包頭內(nèi)徑：200mm檔位選擇：迭包選擇1/2 迭、1/3 迭運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23、包扎機(jī)能完成自動(dòng)控制的 U 型運(yùn)動(dòng)，且運(yùn)行過程保持恒速與迭包速度

22、相關(guān)聯(lián)。4、繞包頭拖動(dòng)電機(jī)采用 1 臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)給系統(tǒng)采用 2 臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。5、完成自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)的成本分析。1.3 本課題在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問題國(guó)外線圈自動(dòng)包扎方法有手工包扎，包扎頭固定，手工控制線圈的進(jìn)給速度，缺點(diǎn)是包扎精度無法保證傳統(tǒng)的恒速半自動(dòng)包扎機(jī)，該機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是效率較高、成本低，缺點(diǎn)是包扎精度低，通用性差。全自動(dòng)多軸線圈包扎機(jī)，近年來國(guó)際設(shè)備市場(chǎng)上雖然出現(xiàn)一些自動(dòng)包扎機(jī)，但由于多采用微機(jī)控制的多軸運(yùn)動(dòng)，設(shè)備造價(jià)極高，且包扎一支線圈用時(shí)過長(zhǎng)。該機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是高精度，自動(dòng)化程度高，缺點(diǎn)是包扎效率低，經(jīng)濟(jì)性差。目前我國(guó)大量使用的包扎機(jī)有三種類型：第一種包扎頭固定，有傳送帶

23、，半自動(dòng) ，彎曲部分由人工完成。 第二種包扎頭固定，沒有傳送帶，工人手持線圈完成包扎。第三種包扎頭轉(zhuǎn)動(dòng)，夾持裝置夾緊線圈，完成包扎。國(guó)際設(shè)備市場(chǎng)上雖然出現(xiàn)一些電機(jī)電樞、定子線圈絕緣全自動(dòng)包扎機(jī)，但由于多采用微機(jī)控制的多軸運(yùn)動(dòng)，可是設(shè)備造價(jià)極其高昂，而且包扎一支線圈用時(shí)過長(zhǎng)（例如法國(guó)阿爾斯通公司研制的一種六軸機(jī)器人，能根據(jù)線圈尺寸自動(dòng)調(diào)整繞包參數(shù)，但包扎一支定子線圈用時(shí) 15-20min，不能滿足大部分國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求） 。國(guó)內(nèi)有幾家廠引進(jìn)了國(guó)外幾臺(tái)繞包機(jī)，有的廠家也進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化嘗試，國(guó)內(nèi)包扎機(jī)的技術(shù)的改進(jìn)不大，速度低、精度差、生產(chǎn)效率很低，在技術(shù)上也已落后，屬 7080 年代水平，與現(xiàn)在國(guó)際上的新

24、進(jìn)展有很大差距，需要采取措施發(fā)展國(guó)產(chǎn)新一代高速、高精度自動(dòng)化程度高的包扎機(jī)，以縮小與國(guó)外的技術(shù)差距，自主開發(fā)全自動(dòng)包扎機(jī)已刻不容緩。1.4 本課題的指導(dǎo)思想本課題的主要指導(dǎo)思想是利用 PLC 的豐富功能來控制可以精確啟停的步進(jìn)運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3電機(jī)，從而設(shè)計(jì)一款包扎效率、精度更優(yōu)良，成本低的全自動(dòng)包扎機(jī)，提高國(guó)內(nèi)包扎機(jī)的自動(dòng)化程度8。1.5 本課題應(yīng)解決的主要問題利用 PLC（可編程控制器）控制步進(jìn)電機(jī)，設(shè)計(jì)一款全自動(dòng)包扎機(jī)。基于 PLC 的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要工作包括：基于 PLC控制的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、不同控制方案的選擇確定；步進(jìn)電機(jī)的選型、動(dòng)力的選擇；控制步進(jìn)電

25、機(jī) PLC 的選擇、學(xué)習(xí)；設(shè)計(jì) PLC 控制步進(jìn)電機(jī)程序，利用 CX-Program 軟件編制程序，設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)（PLC 型號(hào)的確定）四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序調(diào)試。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4第二章 基于 PLC 的自動(dòng)包扎機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制方案介紹2.1 控制方案簡(jiǎn)介、分析、選擇方案一：采用單片機(jī)控制動(dòng)力系統(tǒng)。利用驅(qū)動(dòng)器增大脈沖頻率和電源，通過驅(qū)動(dòng)器的功率放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行線圈包扎作業(yè)。方案二：利用 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)，通過驅(qū)動(dòng)器增大脈沖頻率，帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行線圈包扎作業(yè)。方案三：利用 PLC 產(chǎn)生脈沖信號(hào)直接控制步進(jìn)電機(jī)，帶動(dòng)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行線圈包扎作業(yè)。方案一，人機(jī)界面好，應(yīng)

26、用較為簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，但是對(duì)于工作環(huán)境要求較高，限制了應(yīng)用范圍。方案二，擴(kuò)展性能好，但是使用驅(qū)動(dòng)器增使系統(tǒng)更加復(fù)雜，維護(hù)難度加大，制造和使用成本都較高。方案三，現(xiàn)代控制系統(tǒng)中, PLC 作為廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的控制器, 它的功能越來越強(qiáng), 性能越來越先近，整個(gè)控制系統(tǒng)由PLC 和步進(jìn)電機(jī)組成，提高系統(tǒng)的可靠性，軟硬件功能強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，通用性強(qiáng)、采用模塊化結(jié)構(gòu)，而且人機(jī)界面好，成本也可以控制，有較高的推廣和實(shí)用價(jià)值9。2.2 控制方案確定、介紹通過步三種方案的對(duì)比分析，并綜合考慮多方面實(shí)際后，確定本設(shè)計(jì)采用方案三，即 PLC 直接控制進(jìn)電機(jī)。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文5圖

27、2-1 設(shè)計(jì)方案圖 2-2 電氣控制方案圖各部件功能：PLC 承擔(dān)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī) M1/M2/M3 運(yùn)動(dòng)的功能。M1 步進(jìn)電機(jī)控制包扎頭旋轉(zhuǎn)，將絕緣材料包扎到線圈上。M2 步進(jìn)電機(jī)控制 Y 軸方向進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)對(duì)線圈斜邊的包扎。M3 步進(jìn)電機(jī)控制 X 軸方向進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)對(duì)線圈直線邊的包扎。M4 步進(jìn)電機(jī)控制包扎臺(tái)的旋轉(zhuǎn)，調(diào)整至轉(zhuǎn)角角度。工作過程：將線圈用夾具固定,手工將絕緣材料固定在包扎起點(diǎn)。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6起動(dòng)設(shè)備,包扎前端斜邊,此時(shí) M1 恒速運(yùn)行,M2M3 按需求進(jìn)給運(yùn)行。當(dāng)包扎至第 1 轉(zhuǎn)角時(shí), M1 恒速運(yùn)行,M2M3 停止,M4 按一定速度使得工作臺(tái)轉(zhuǎn)過一定角度。轉(zhuǎn)角結(jié)

28、束后, M1 恒速運(yùn)行,M2 恒速運(yùn)行,M3 停止,M4 停止。當(dāng)包扎至第 2 轉(zhuǎn)角時(shí), M1 恒速運(yùn)行,M2M3 停止,M4 按一定速度使得工作臺(tái)轉(zhuǎn)過一定角度。包扎后端斜邊,此時(shí) M1 恒速運(yùn)行,M2M3 按需求進(jìn)給運(yùn)行。包扎結(jié)束后,4 臺(tái)電機(jī)停止,卸下線圈。按與上述相反的程度,工作臺(tái)回程至起點(diǎn)結(jié)束。利用步進(jìn)電機(jī)隨脈沖信號(hào)精確起停的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)控制的精確性，用 PLC 編程實(shí)現(xiàn)以下動(dòng)作： M1 起動(dòng)，帶動(dòng)包扎頭以一定速度旋轉(zhuǎn)，隨著對(duì)直線邊的包扎， PLC 控制 M2 工作， M4 工作旋轉(zhuǎn)角度為 A，隨著對(duì)短邊的包扎，PLC 控制 M3 工作，然后拆卸包扎另一半。圖 2-3 包扎示意圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)

29、士學(xué)位論文7第三章 步進(jìn)電機(jī)基本原理3.1 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件10。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)、交流電機(jī)在常

30、規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。圖 3-1 步進(jìn)電機(jī)外觀圖步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)：（1）步進(jìn)電機(jī)沒有積累誤差：一般步進(jìn)電機(jī)的精度為實(shí)際步距角的百分之三到五，且不累積。（2）步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)，脈沖信號(hào)按一定順序輪流加到各相繞組上（由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的環(huán)形分配器控制繞組通斷電的方式） 。（3）即使是同一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，在使用不同驅(qū)動(dòng)方案時(shí)，其矩頻特性也相差很大。（4）步進(jìn)電機(jī)與其它電動(dòng)機(jī)不同，其標(biāo)稱額定電壓和額定電流只是參考值；運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8又因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是以脈沖方式供電，電源電壓是其最高電壓，

31、而不是平均電壓，所以，步進(jìn)電機(jī)可以超出其額定值范圍工作。但選擇時(shí)不應(yīng)偏離額定值太遠(yuǎn)。（5）步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度：步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80-90 度完全正常。（6）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。3.2 步進(jìn)電機(jī)

32、結(jié)構(gòu)及工作原理圖 3-2 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理：步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處在于它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它同時(shí)完成兩個(gè)工作：一是傳遞轉(zhuǎn)矩，二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度。圖 3-2 為兩相步進(jìn)電機(jī)的工作原理示意圖，它有兩個(gè)運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文9繞組。當(dāng)一個(gè)繞組通電后，其定子磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)子吸合到此磁極處。若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照四個(gè)狀態(tài)AABBAABB周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；通電時(shí)序?yàn)闀r(shí)，AABBAABB電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂泼}沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

33、一步，即 90 度。4 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈。脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快，實(shí)際電機(jī)的節(jié)構(gòu)要比模型復(fù)雜，并且每轉(zhuǎn)一步，一般為 1.8。步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩與電機(jī)的有效體積、線圈匝數(shù)、磁通量、電流成正比，因此，電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之越小。圖 3-3 兩相步進(jìn)電機(jī)原理圖步進(jìn)電機(jī)的極性：步進(jìn)電機(jī)分為雙極性電機(jī)和單極性電機(jī)。如圖 34 所示雙極性電機(jī)，電流在兩個(gè)線圈流動(dòng)時(shí)序?yàn)?。AABBAABB運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文10圖3-4 雙極性電機(jī)3.3 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的不同之處在于它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行動(dòng)作，同時(shí)完成兩項(xiàng)工作：一是傳

34、遞轉(zhuǎn)矩，二是控制轉(zhuǎn)交速度或位移。對(duì)于本課題，PLC每給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確啟停。對(duì)于PLC的輸入輸出指令的控制由PLC的人機(jī)交互界面來實(shí)現(xiàn)，人機(jī)交互界面可以是常規(guī)按扭、監(jiān)視用儀表或指示燈等，也可以應(yīng)用觸摸屏來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互11。3.3.1 工作過程圖 3-5 為兩相四拍制步進(jìn)電機(jī)的工作時(shí)序圖，它有兩個(gè)繞組。當(dāng)一個(gè)繞組通電后，其定子磁極會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)子吸合到此磁極處。若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變AABBAABB化，電機(jī)就可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；通電時(shí)序?yàn)闀r(shí)，電機(jī)就能逆AABBAABB時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。控制脈沖每作用一次，通電方向就變化一

35、次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文11圖3-5 兩相四拍制步進(jìn)電機(jī)時(shí)序圖3.4 PLC 介紹PLC 即可編程控制器（Programmable logic Controller） ，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置12。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC 做了如下定義：“PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式

36、或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 ”3.4.1PLC（可編程控制器）的特點(diǎn)1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。從 PLC 的機(jī)外電路來說，使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文12的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警

37、報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除 PLC 以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性。2、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代 PLC 大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC 滲透到了位置控制、溫度控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3、易學(xué)易用PLC 作為通用工業(yè)控制

38、計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。5、體積小，重量輕，能耗低以超小型 PLC 為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝

39、入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。3.5 PLC 基本原理PLC 主要由中央處理單元（CPU） 、存儲(chǔ)器（RAM、ROM） 、輸入/輸出部運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13件（I/O） 、電源和編程器幾大部分組成。圖 3-7 是 PLC 結(jié)構(gòu)圖19。圖 3-7 PLC 的結(jié)構(gòu)圖 3-8 直流輸入電路圖 3-8 直流輸入電路，輸入電路的一次電路與二次電路間用光耦合器隔離。在電路中設(shè)有 RC 濾波器，以消除輸入觸點(diǎn)的抖動(dòng)和沿輸入線引入的外部噪聲的干擾。因此，外部輸入從 ONOFF 或從 OFFON 變化時(shí)，PLC 內(nèi)部約有運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1410ms 的響應(yīng)滯后。當(dāng)輸入開關(guān)閉合時(shí)，一次電路中流

40、過電流，輸入指示燈亮，光耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，而三極管從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱柡蛯?dǎo)通狀態(tài)，PLC 的輸入數(shù)據(jù)產(chǎn)生了 0 和 1 的改變。圖 3-9 輸出電路（繼電器輸出）圖 3-9 輸出電路（繼電器輸出） ，每種輸出電路的有隔離措施。繼電器輸出型是利用繼電器的觸點(diǎn)和線圈將 PLC 的內(nèi)部電路與外部負(fù)載電路進(jìn)行電氣隔離。輸出電路的負(fù)載電源由外部提供。輸出電流一般為 0.5 至 2A。輸出電流的額定值與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。圖 3-10 掃描過程運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的13。即在 PLC 運(yùn)行時(shí)，CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令

41、步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC 的一個(gè)掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。PLC 在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應(yīng)的運(yùn)算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄

42、存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。3.6 CPM2A 的性能和功能CPM2A 的性能：CPM2A 在一個(gè)小巧的單元內(nèi)綜合有各種性能，包括同步脈沖控制，中斷輸入，脈沖輸出，模擬量設(shè)定，和時(shí)鐘功能等。CPM2A CPU單元又是一個(gè)獨(dú)立單元，能處理廣泛的機(jī)械控制應(yīng)用，所以它是在設(shè)備內(nèi)用作內(nèi)裝控制單元的理想產(chǎn)品，完整的通信功能保證了與個(gè)人計(jì)算機(jī)、其它OMRON PC 和 OMRON 可編程終端的通信。這些通信能力使用戶能設(shè)計(jì)一個(gè)經(jīng)濟(jì)的分布生

43、產(chǎn)系統(tǒng)22。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16圖 3-11 CPM2A 的外觀第四章 編程設(shè)計(jì)（接線圖、梯形圖、功能表圖）4.1 步進(jìn)電機(jī)綜合以上因素選擇的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)是 42BYG250-48，參數(shù)如下：表 4-1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)型號(hào)步距角相數(shù)電流A電阻電感mH靜轉(zhuǎn)矩g.cm引線數(shù)機(jī)身長(zhǎng)mm42BYG250-481.820.430805000448圖 4-1 所選用步進(jìn)電機(jī)主要特點(diǎn)：高轉(zhuǎn)速，低慣量，低噪音運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文17圖 4-2 電氣原理圖4.2 PLC 選擇、參數(shù)綜合考慮各項(xiàng)要求后 PLC 選擇型號(hào)為 CPM2A-40CDR-A，參數(shù)如下表：表 4-2 PLC 型號(hào)型號(hào)晶體管輸出說明輸入點(diǎn)輸

44、出點(diǎn)電源繼電器輸出漏型源型最大 I/O 擴(kuò)展單元數(shù)最大的I/O 數(shù)40 點(diǎn) I/O 的CPU 單元24 點(diǎn)16 點(diǎn)ACCPM2A-40CDR-A3100圖 4-3 所選用的 PLC 外型圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文18表 4-3 I/O 接口分配項(xiàng)目CPM2AH輸入位IR00000IR00915IR02000IR02515輸出位IR01000IR00915IR03000IR03515I/O 存儲(chǔ)器工作位IR02000IR04915IR20000IR22715模擬量 I/O 單元：為提供模擬量輸入和輸出可連接多達(dá) 3 個(gè)模擬量 I/O 單元。每個(gè)單元提供 2 點(diǎn)模擬量輸入和 1 點(diǎn)模擬量輸出，所以連接

45、 3 個(gè)模擬量 I/O單元就能得到最大的 6 點(diǎn)模擬量輸入和 3 點(diǎn)模擬量輸出。（將模擬量 I/O 點(diǎn)與PID()和 PWM()指令結(jié)合就能完成時(shí)間-比例控制）。模擬量輸入范圍可以設(shè)置為 010VDC，15VDC，或 420mA；分辨率為 1/256。（15VDC 和420mA 設(shè)定可以使用開路檢測(cè)功能）。模擬量輸出范圍可以設(shè)置為010VDC，-1010VDC，或 420mA；分辨率為 1/256。高速計(jì)數(shù)器和中斷：CPM2A 計(jì)有五個(gè)高速計(jì)數(shù)器輸入。一個(gè)響應(yīng)頻率為20 kHz/5 kHz 的高速計(jì)數(shù)器輸入，與四個(gè)響應(yīng)頻率為 2 kHz 的高速計(jì)數(shù)器輸入（在計(jì)數(shù)器方式下）。高速計(jì)數(shù)器可以用在四

46、種輸入方式中的任一種下；微分相位方式(5 kHz)，脈沖+方向輸入方式(20 kHz)，增/減脈沖方式(20 kHz)，或遞增方式(20 kHz)。當(dāng)計(jì)數(shù)與一設(shè)置值匹配或下降在一規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，能觸發(fā)中斷。中斷輸入（計(jì)數(shù)器方式）可用遞增計(jì)數(shù)器或遞減計(jì)數(shù)器(2 kHz)并在計(jì)數(shù)與目標(biāo)值匹配時(shí)觸發(fā)中斷（執(zhí)行中斷程序）。高速中斷輸入功能有四個(gè)輸入用于中斷輸入（與快速響應(yīng)輸入和計(jì)數(shù)方式的中斷輸入共用），最小輸入信號(hào)寬度與50s，響應(yīng)時(shí)間為 0.3 ms。當(dāng)一中斷輸入變?yōu)?ON 時(shí)，主程序停止而中斷程序執(zhí)行?？焖夙憫?yīng)輸入功能有四個(gè)輸入用于快速響應(yīng)輸入（與中斷輸入和計(jì)數(shù)方式的中斷輸入共用），能可靠地讀出信號(hào)

47、寬度短到 5s 的輸入信號(hào)。穩(wěn)定輸入濾波器功能：所有輸入的輸入時(shí)間常數(shù)都可以設(shè)置為 1 ms，2 ms，3 ms，5 ms，10 ms，20ms，40 ms 或 80 ms。信號(hào)抖動(dòng)和外部噪聲可以通過提高輸入時(shí)間常數(shù)來降低。間隔計(jì)時(shí)器中斷間隔計(jì)時(shí)器可以設(shè)置在 0.5 和319,968 ms 之間，并能設(shè)置為只產(chǎn)生一次中斷（單次方式）或定時(shí)中斷（預(yù)定中斷方式）。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文194.3 控制過程分析表 4-4 步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)表4.4 程序編制單臺(tái)步進(jìn)電機(jī)功能表圖、時(shí)序圖圖 4-4 單臺(tái)步進(jìn)電機(jī)時(shí)序運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20圖 4-5 單臺(tái)步進(jìn)電機(jī)功能表圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21圖 4-6

48、單臺(tái)步進(jìn)電機(jī)梯形圖4.5 電機(jī)間的速比根據(jù)線圈包扎過程控制過程圖可以知道，在包扎兩端斜邊時(shí)控制 X 軸的步進(jìn)電機(jī) M3 和控制 Y 軸的步進(jìn)電機(jī) M2 是同時(shí)啟停的，它們之間在包扎過程中需要相互配合，則速度之間必有關(guān)系， ，因此需要計(jì)算 M2、M3 之間的速度關(guān)系，首先假設(shè)線圈的轉(zhuǎn)角是 120。 圖 4-7 M2/M3 電機(jī)速比示意圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文22則約等于 3/5。32cot60mmVV考慮 M3 與 M2 的速比后,梯形圖如下：圖 4-8 M3 梯形圖圖 4-9 M2 梯形圖包扎頭電機(jī)速比：圖 5-10 包扎頭速比示意圖步進(jìn)電機(jī)外輪與繞包頭的傳動(dòng)比是 8/40=1/5。脈沖當(dāng)量=步

49、進(jìn)電機(jī)步距角螺距/( 360 傳動(dòng)速比)，已知螺距是 5mm，而絕緣材料包扎 5mm 就是前進(jìn)了一個(gè)螺距。包扎頭電機(jī) M1 的脈沖當(dāng)量= =0.181.8 513605繞包頭的梯形圖如下運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文23圖 4-10 包扎頭步進(jìn)電機(jī)梯形圖我們采用多個(gè) PLC 基礎(chǔ)脈沖組成一個(gè)步進(jìn)電機(jī)工作脈沖，其工作流程圖如下。這樣通過改變基礎(chǔ)脈沖個(gè)數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)工作脈沖的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。圖 4-11 脈沖定義示意圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文24圖 4-12 流程圖重新定義脈沖寬度的程序如下圖 4-13 重新定義脈沖寬度的梯形圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25對(duì)于兩相步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)電源極性發(fā)生改變時(shí)，保

50、持控制過程不變，則電機(jī)轉(zhuǎn)向發(fā)生改變，即改變電源的正負(fù)極向，實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖 5-8 所示為電源正反轉(zhuǎn)控制原理圖。圖中當(dāng)開關(guān) 1000 和 1001 接通時(shí)，電源輸出極性為上+下-，當(dāng)開關(guān) 1002 和 1003 接通時(shí)，電源輸出極性為上-下+?？紤]到 1000、1002 和 1003、1001 分別同時(shí)接通時(shí)會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象，故必須增加互鎖保護(hù)。本設(shè)計(jì)里，采用 PLC 程序進(jìn)行電源互鎖保護(hù)。 圖 4-14 電源反接原理圖電源反接梯形圖圖 4-15 電源反接梯形圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文26四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)梯形圖，根據(jù)控制流程圖寫出，圖 5-16 四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制流程圖根據(jù)控制流程圖。用 CX-Progr

51、am 寫出梯形圖，把控制的主程序放在最前，把四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的程序放在后面，中間用開關(guān)控制。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文27運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文28運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文29運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文30運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文31運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文32運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文33運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文34運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文35四臺(tái)步進(jìn)電機(jī)語句表因?yàn)殚L(zhǎng)度過大，因此置于附錄。4.6 步進(jìn)電機(jī)與 PLC 銜接配合運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文36圖 4-17 PLC 與步進(jìn)電機(jī)接線圖第五章 實(shí)驗(yàn)運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文375.1 條件實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：THORM-3 型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱、42BYG250-48 步進(jìn)電機(jī)四臺(tái)、12V 的穩(wěn)壓

52、電源一臺(tái)、開關(guān) 5 個(gè)、接線端子 10 個(gè)、熔斷器 4 個(gè)、導(dǎo)線及數(shù)據(jù)線若干。由于 THORM-3 型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱的是 CPM2AH 型號(hào)，而CPM2AH 的 I/O 接口數(shù)是 12 個(gè)，因此達(dá)不到要求，所以只能將每臺(tái)電機(jī)的程序一個(gè)個(gè)的在實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)驗(yàn)、調(diào)試。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意步進(jìn)電機(jī)不應(yīng)該立置，并注意不要長(zhǎng)時(shí)間將步進(jìn)電機(jī)通電閑置，以免溫度過高，燒毀電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)控制程序用 CX-Program 軟件編制好以后上傳至 PLC，上傳過程中 PLC 電源應(yīng)打開，程序才可以上傳至 PLC 內(nèi)部。上傳后運(yùn)行程序，程序運(yùn)行時(shí)會(huì)有淺顏色綠線表示為導(dǎo)通狀態(tài)，查看檢驗(yàn)程序運(yùn)行過程與設(shè)計(jì)是否相同，經(jīng)檢驗(yàn)，此次試驗(yàn)

53、程序運(yùn)行與設(shè)計(jì)相符。5.2 實(shí)物連線圖圖 5-1 單臺(tái)步進(jìn)電機(jī)連線圖運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文38圖 5-2 兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)連線圖圖 5-3 程序運(yùn)行運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文395.3 設(shè)計(jì)成本分析 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)用到的設(shè)備包括：表 5-1 成本清單設(shè)備名稱單價(jià)數(shù)量合計(jì)（元）步進(jìn)電機(jī)2004800PLC(CPM2AH)250012500穩(wěn)壓電源2001200開關(guān)205100接線端子520100熔斷器5840輔助材料略略150由上表得本設(shè)計(jì)的成本為 800+2500+200+100+100+40+150=3890（元）運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文40第六章 結(jié)論通過本設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了符合要求的控制系統(tǒng)，基本達(dá)到了預(yù)

54、期目標(biāo)。1. 新型全自動(dòng)包扎機(jī)具有步進(jìn)電機(jī)提供動(dòng)力，應(yīng)用面廣，包扎準(zhǔn)確，調(diào)節(jié)簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)輕巧,采用 PLC 控制抗干擾能力前，人機(jī)界面好。2.由于在結(jié)構(gòu)上考慮了不同步進(jìn)電機(jī)之間速度的協(xié)調(diào)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)角能任意而準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，全自動(dòng)包扎斜邊和直線邊，而且包扎精度得到了很好的保證，包扎速度也大幅的提高，因此解決了長(zhǎng)期來未能解決的包扎精度和包扎速度不能同時(shí)提高問題，克服了以往絕緣材料包扎后不合格產(chǎn)品率居高不下的現(xiàn)象，避免了原材料和人力資源的浪費(fèi)，大量降低了生產(chǎn)成本，對(duì)今后發(fā)展具有脆性的玻璃絲包絕緣的技術(shù)經(jīng)濟(jì)方向創(chuàng)造了有利條件。3.基于 PLC 的控制系統(tǒng)有很好的適用性，對(duì)于不同型號(hào)的全封閉線圈只要改變

55、PLC 程序中的數(shù)值，上傳至 PLC，就能實(shí)現(xiàn)包扎。同時(shí)，由于現(xiàn)實(shí)的硬件及軟件條件限制，本設(shè)計(jì)也存在一些不足：1.如現(xiàn)在可以提供的 PLC 實(shí)驗(yàn)箱為：THORM-3 型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱，這個(gè)型號(hào)的實(shí)驗(yàn)箱的接口數(shù)量 12 個(gè)而設(shè)計(jì)中的 PLC 接口數(shù)量需要 20 個(gè)，可是滿足此條件的 PLC 價(jià)格至少千余元，依靠現(xiàn)有條件無法獲得，所以只能使用THORM-3 型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行逐步驗(yàn)證。2.由于 THORM-3 型可編程控制器實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)置的是歐姆龍 CPM2AH 型可編程控制器，而此型號(hào)是繼電器型，可是設(shè)計(jì)應(yīng)選擇晶閘管型 PLC，由于CPM2AH 是繼電器型，造成脈沖頻率低，電機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)也就降低，不能實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)。運(yùn)城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文41參考文獻(xiàn)1胡曉明.電氣控制及 PLC M.北京: 機(jī)械工業(yè)出版社 2005.151-2032何衍慶,俞金壽.可編程序控制器原理及應(yīng)用技巧 M.北京: 化學(xué)工業(yè)出版社 2000.144-159 3王淑英.電氣控制與 PLC 應(yīng)用.M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2005.47-78 4