機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)講解

1、機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書專 業(yè)：機(jī)械工程班 級(jí)： 學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師：崔 吉2 0 1 3 年 7 月 9 日目錄1.設(shè)計(jì)任務(wù) 3 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義 3.1.1.1 課程設(shè)計(jì)題目 3.1.1.2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 3.1.1.3 課程設(shè)計(jì)意義： 3.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì) 3.1.3 設(shè)計(jì)的基本要求 4.2總體方案設(shè)計(jì) 4.2.1 設(shè)計(jì)基本依據(jù) 4.2.2 總體方案的確定 6.3. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.3.1 機(jī)械傳動(dòng)裝置的組成及原理 6.3.2 主要部件的結(jié)構(gòu) 7.4. 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1.3.4.1 控制系統(tǒng)的基本組成 1.3.4.2

2、 環(huán)形脈沖分配器 CH250 1.34.3 功率放大器 1.5.4.4 PLC 高速脈沖輸出控制 1.6總結(jié)2.2.參考文獻(xiàn) 2.3.1.設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義1.1.1 課程設(shè)計(jì)題目機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)1.1.2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容(1) 機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (2) 電氣控制系統(tǒng)1.1.3 課程設(shè)計(jì)意義 ：(1) 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制 系統(tǒng)( 產(chǎn)品) 的初步設(shè)計(jì)工作。(2) 培養(yǎng)學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料， 運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書 籍 以及編寫技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。(3) 培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序和方法， 進(jìn)行工程

3、師基本素質(zhì) 的訓(xùn)練。(4) 樹立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)：1) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)；2) 機(jī)械傳動(dòng)方式：螺旋絲桿、滾珠絲桿、同步皮帶、鏈傳動(dòng)等；3) 電氣控制方式：?jiǎn)纹C(jī)控制、 PLC控制；4) 功能控制要求：速度控制、位置控制； 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蚬ぷ餍谐?1800、1500、1200 mm；移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量 100、50 kg；負(fù)載移動(dòng)阻力 100、50 N；移動(dòng)速度控制 3、6 m/min；1.3 設(shè)計(jì)的基本要求（ 1）方案設(shè)計(jì) ：根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在搜集、歸納、分析資料的基礎(chǔ)上， 明確系統(tǒng)的主要

4、功能， 確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案， 并對(duì)各種方案進(jìn)行分 析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行方案選優(yōu)。（ 2）總體設(shè)計(jì) ：針對(duì)具體的原理方案，通過對(duì)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算， 進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，最后給出機(jī)械系統(tǒng)的控制原理圖或主要部件圖（A2 圖一張）。（ 3）電氣控制線路圖： 根據(jù)控制功能要求，完成電氣控制設(shè)計(jì)，給處電氣控制 電路原理圖（ A3 圖一張）。（ 4）成果展示： 課程設(shè)計(jì)的成果最后集中表現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)說明書和所繪制的設(shè) 計(jì)圖紙上，每個(gè)學(xué)生應(yīng)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說明書一份，字?jǐn)?shù)為 3000 字以上，設(shè) 計(jì)圖紙不少于兩張。（ 5）繪圖及說明書： 用計(jì)算機(jī)繪圖，打印說明書；（ 6）設(shè)計(jì)選題： 分組進(jìn)行，每位同學(xué)

5、采用不同方案（或參數(shù)）獨(dú)立完成。2總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)基本依據(jù)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)控制元步進(jìn)電機(jī)件。 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， 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)， 它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) 按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角” ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度 一步一步運(yùn)行的。 可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量， 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度， 從而達(dá)到調(diào) 速的目的。同步帶是一種綜合了帶、 鏈傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)的新型傳動(dòng)。 面及帶輪外圓周上均制成齒形，通過

6、帶輪與帶齒相嚙合， 同時(shí)，帶內(nèi)采用了承載后無彈性伸長(zhǎng)的材料作強(qiáng)力層， 主、從帶輪作無滑差的同步運(yùn)動(dòng)。如圖所示， 它在帶的工作 作無滑移的嚙合傳動(dòng)。以保持帶的節(jié)距不變， 使與一般傳動(dòng)帶相比，同步帶傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)：1工作時(shí)無滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比 同步帶傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)，雖然同步帶是彈性體，但由于其中承受負(fù)載的 承載繩具有在拉力作用下不伸長(zhǎng)的特性， 故能保持帶節(jié)距不變， 使帶與輪齒槽能 正確嚙合，實(shí)現(xiàn)無滑差的同步傳動(dòng)，獲得精確的傳動(dòng)比。2傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好由于同步帶作無滑動(dòng)的同步傳動(dòng)， 故有較高的傳動(dòng)效率， 一般可達(dá) 0.98。它 與三角帶傳動(dòng)相比，有明顯的節(jié)能效果。3傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊

7、同步帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般可達(dá)到 10 左右，而且在大傳動(dòng)比情況下，其結(jié)構(gòu) 比三角帶傳動(dòng)緊湊。 因?yàn)橥綆鲃?dòng)是嚙合傳動(dòng)， 其帶輪直徑比依靠摩擦力來傳 遞動(dòng)力的三角帶帶輪要小得多， 此外由于同步帶不需要大的張緊力， 使帶輪軸和 軸承的尺寸都可減小。 所以與三角帶傳動(dòng)相比， 在同樣的傳動(dòng)比下， 同步帶傳動(dòng) 具有較緊湊的結(jié)構(gòu)。4維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 由于同步帶中承載繩采用伸長(zhǎng)率很小的玻璃纖維、 鋼絲等材料制成， 故在運(yùn) 轉(zhuǎn)過程中帶伸長(zhǎng)很小，不需要像三角帶、鏈傳動(dòng)等需經(jīng)常調(diào)整張緊力。此外，同 步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不需要任何潤(rùn)滑， 所以維護(hù)保養(yǎng)很方便， 運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用比三角帶、 鏈、 齒輪要低得多。5惡劣環(huán)境條件

8、下仍能正常工作q 盡管同步帶傳動(dòng)與其它傳動(dòng)相比有以上優(yōu)點(diǎn)，但它對(duì)安裝時(shí)的中心距要求 等方面極其嚴(yán)格，同時(shí)制造工藝復(fù)雜、制造成本高。PLC 是一種專門在工業(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)按照易于與工 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)。2.2總體方案的確定我的主體思想：用 PLC控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 用同步帶進(jìn)行電機(jī)和絲桿之間 的傳動(dòng)，間接控制平臺(tái)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。參數(shù)初

9、設(shè)如下：（ 1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：步進(jìn)電機(jī)（2）機(jī)械傳動(dòng)方式：同步皮帶（ 3） 電氣控制方式： PLC控制（4）功能控制要求：位置控制（5）主要設(shè)計(jì)參數(shù) :總行程 600mm, 第一段空行程 100mm, 第二段工作行程 400mm, 第三段工作 行程 100mm;移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量 50kg；負(fù)載移動(dòng)阻力 100N； 移動(dòng)速度控制： 6m/s3. 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 機(jī)械傳動(dòng)裝置的組成及原理本設(shè)計(jì)選擇同步皮帶， 2 根 HSR型導(dǎo)軌和 4 個(gè)滑座 , 工作平臺(tái)的質(zhì)量假設(shè)為 40kg，滑塊質(zhì)量 50Kg.壽命要求：每天開機(jī) 8h，一年按 300個(gè)工作日，壽命 5 年以上。 已知條件：?jiǎn)蜗蚬ぷ餍谐?6

10、00mm，第一段工作行程 100m, 第二段工作行程 400mm，第 三段工作行程 100mm。負(fù)載質(zhì)量50kg3.2 主要部件的結(jié)構(gòu)計(jì)算及說明結(jié)果3.2.1同步帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算1)傳遞的功率： P=Fv=1000.2=0.02kW2）功率： Pd=KAPP=0.38kWKA 工況系數(shù)，查表 2.1-13Pd=1.1KAP=1.11.7 0.02=0.04 kWKA=1.73）主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n1：電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪， 初選電機(jī)轉(zhuǎn)速為 2000r/minPd=0.04kW從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速 n2：主帶輪直徑等于從帶輪直徑n1=n2=2000r/min4）選定帶型：根據(jù) Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1由圖 2.1-3

11、 選取，可知應(yīng)選 L 型。5)節(jié)距： Pb=9.525 查表 2.1-5選L6）小帶輪齒數(shù)：查表 2.1-14得zmin=14，因?yàn)?z1zmin，所以小帶輪Pb=9.525齒數(shù) z1=157）小帶輪節(jié)圓直徑： d1 Pb z1 /45.5mmz1=158）大帶輪齒數(shù)： z2=iz1=115=15d1=45.5mm9）大帶輪節(jié)圓直徑： d2 Pb z2 / 45.5mmz2=1510）同步帶傳動(dòng)速度： v d1 n1/ 60 1000 4.76m / s （應(yīng)滿足d2=45.5mmv=4.76m/sv vmax =50m/s )11）初定軸間距： 0.7（d1+d2） a02（d1+d2），取

12、 a0=150mm12)同步帶長(zhǎng)度：L0 2a0 (d1 d2) / 2 (d 2 d1) / 4a0 =443mma0=150mm13）同步帶齒數(shù) z和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長(zhǎng) LP：查表 2.1-3L0=443mmz=160,LP=1524mmz=16014)實(shí)際軸間距： a=a0+(LP-L0)/2 =690.5mmLP=1524mm13)小帶輪嚙合齒數(shù)： zn(0.5-(d2-d1)/6a)z1=86a=690.5mm15）基本額定功率：zn=8Ta 各帶型的許用工作拉力，查表 2.1-16m 帶寬為 bs0 的帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，查表 2.1-16Ta=245Nbs0 查表 2.1-15-1m=0.

13、096kg?m-1P0 (Ta mv 2) v/1000 1.15kWbs0 =25.4mm16)同步帶寬度： bs bs0Pd/(KzP0)1/1.14 75.8m(mKz看表 2.1-12)P0=1.15kW17）作用在軸上的力 Ft=1000Pd/v=8.40Nbs=75.8mm18）輪緣齒形尺寸查表 2.1-2 或取決于表 2.1-5 所列漸開線刀具尺Ft=8.40N寸。3.2.2導(dǎo)軌動(dòng)載荷的計(jì)算作用在滑塊上的力F(m1 m2)g (50 40) 9.8 882N則單個(gè)滑座受力F =882N7F 882F 220.5 N 44導(dǎo)軌壽命Th 8 300 5 12000 h行程長(zhǎng)度壽命：2

14、Thls nTs3s 103其中 n 為每分鐘運(yùn)行的次數(shù)n v 6 22ls 2 1.52 12000 1.5 60 2 4320h1000設(shè)計(jì)平臺(tái)上共有滑塊 4 個(gè)，每根導(dǎo)軌 2 個(gè)滑塊。2P0 (Ta mv 2) v/1000Ts k( hfwt c Fa)3壽命系數(shù)取 K=50硬度系數(shù)取 f =1H溫度系數(shù)取 f =1T接觸系數(shù)取 f =0.81C負(fù)荷系數(shù)F 取 f =1.5有KHTC(m1 m2)g則動(dòng)載荷有：wFCa220.5 3 432050 1.5501805.2 N0.81 1 1F=220.5NTh=12000hn=2Ts 4320hK=50 f H=1 fT=1 f =0.

15、81Cf =1.5WCa=1805.2N 型號(hào) HSR 153.3 步進(jìn)電機(jī)選型計(jì)算J1J2u=0.15J3已知參數(shù)：M1=0.75N?mJ1 1 10 3kg m232J1 36.2 10 kg mJ3 1.04 10 3kg m2J 38.24 10 3kg m工作臺(tái)重量 G=70x9.8N 工作臺(tái)與導(dǎo)軌間摩擦系數(shù) 定位精度 0.1 毫米3.3.1 脈沖當(dāng)量的選擇 脈沖當(dāng)量：一個(gè)指令脈沖使步進(jìn)電J動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)拖動(dòng)的移動(dòng)距離=0.1mm/p(輸入一個(gè)指令脈沖工作臺(tái)移動(dòng) 0.1 毫米)3.3.2 等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 空載時(shí)的摩擦轉(zhuǎn)矩 TLFTLF = uGl = 0.15 70 9.8 0.005

16、 =0.087Nm2 si2 3.14 0.94 11)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩 M1： M1 F (d1/2) 10 3 100 (15 / 2) 10 3 0.75N m 2)加速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩 M2：帶輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ，取帶輪質(zhì)量為 2kg J1 2 (m0d12 /8) 10 6 2 (2 45.52 /8) 10 6 1 10 3 kg m2負(fù)載和工作臺(tái)折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ，取工作臺(tái)質(zhì)量為 20kgJ2 (m1 m2)d12 /4 106 (50 20) 45.52 /4 10 6 36.2 10 3kg m2 同步帶折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J3 (m0d12 /4) 106

17、(mLpd12 /4) 106 1.04 103kg m2 折算到電機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)矩為J J1 J2 J3 (1 36.2 1.04) 10 3 38.24 10 3kg m23.3.3 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)=744.43Hz=89.33 轉(zhuǎn)/分根據(jù)穩(wěn)定 運(yùn)行 時(shí)轉(zhuǎn) 距 M1=0.75N m 和電動(dòng) 機(jī)總轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量 JL=38.24 10 5Kgm2, 初步選定電動(dòng)型號(hào)為 SST86D040X步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)。該電動(dòng)機(jī)的最 大 靜扭距 Tmax=2.26N m，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量 52Jm=12.5 10 5Kg m2 為了使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)能力及較快的響應(yīng)速度應(yīng)為：Tmax 2M1及 JJL 4

18、JMTmax 2.26M1 0.753.01 2JL 38.24 10 5JM12.5 10 53.06 4空載時(shí)起動(dòng)時(shí)間計(jì)算（ t a）SST86D040X步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最小加、減速度時(shí)間為 帶慣性負(fù)載的最大起動(dòng)頻率 f L 的計(jì)算1秒m1500m 744.431 JL1 3.06JMHzfm 電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)頻率帶慣性負(fù)載的最大轉(zhuǎn)速nmfl 603600.72 744.43 6036089.33轉(zhuǎn)/分帶慣性負(fù)載起動(dòng)力矩 Tm電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩 頻率特性曲線M1=0.75Nm負(fù)載時(shí)起動(dòng)時(shí)間 t a1025A2 480.2 Nx 0.41, y 0.87P1 1123.4NP2 1476.5NC0=15

19、.8KNC0r=9.45KNJL JM nm38.24 10 5 12.5 10 5 89.330.1047 L M m 0.1047t a=Tm TLF0.75 0.08771.58 10 4sA1 750.7 N該電機(jī)帶慣性負(fù)載時(shí)能夠起動(dòng)Fr=1372N以上計(jì)算，選該型號(hào)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，能滿足設(shè)計(jì)要求。Fa 270.5N3.3.4滾動(dòng)軸承的選用與校核R1 R2 686N根據(jù)工作情況以及滾珠絲杠的受力，初選軸承為角接觸球軸S1 S2 480.2 N承，其 25 ， 型號(hào)為 7205B基本額定載荷為： C0=15.8KN ， C0r=9.45KNx 0.41, y 0.87Fr 為徑向外載荷 Fr

20、=(m1+m2+m3)g=(50+40+50)9.8=1372NFp 1.5Fa為軸向外載荷Fa 270.5N軸承支反力 R1 R2 Fr /2 1372 /2 686NLn 148120 h軸承派生軸向力 S1 S2 0.7 R 0.7 686 480.2 N軸承所受軸向載荷 S2 Fa S1則 A1 S2 Fa 480.2 270.5 750.7 Nft=1A2 S1 480.2 ND 32mm計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷，工作在中等沖擊：符合要求載荷系數(shù) Fp 1.5B 9mmA1 785 1.07 e 0.68R1 735d 15mm查表 x 0.41,y 0.87A2 514.52 0.7 e

21、 0.68 R2 735查表 x 0.41, y 0.87計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷：P1 fp (xR1 yA2) 1.5 (0.41 735 0.87 514.5) 1123.4N111476.5NP2 f p(xR2 yA1) 1.5 (0.41 735 0.87 785)計(jì)算軸承的壽命：因?yàn)?P2P1， 故按 P2 進(jìn)行校核取溫度系數(shù) ft=1故 Ln 106 ( ftC)106 (1 32500) 14812060n P2n 60 1200 1476.5壽命指數(shù) 對(duì)于球軸承 3 因?yàn)?Ln 15000h 所以軸承符合要求 符合要求7205B 角接觸軸承基本尺寸 內(nèi)圈直徑 d 25mm 外圈直徑

22、D 52mm 軸承寬度 B 15mm軸承質(zhì)量W 0.13kg靜載荷C0 15.8kN動(dòng)載荷 C0r 9.45kN3.3.5鍵的選擇與校核鍵許用擠壓應(yīng)力，查表 3.2得 p 70N/ mm2帶輪軸上的鍵根據(jù)該處軸的直徑 d= 15mm，取 bh=55 采用 A 型鍵，根據(jù) GB/T1095-2003,GB/T1096-2003 暫選：鍵 A520 GB/T1096-2003p 4T 4 230 0.61N/ mm2 p dhL 15 5 203.3.6潤(rùn)滑與密封裝置由已知條件選擇脂潤(rùn)滑，密封裝置為毛氈圈受力情況如下圖：124. 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)的基本組成步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的機(jī)電元

23、件 ,不能直接接到交直流電源上工作 ,必須使用專用 的驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動(dòng)或停止都完全取決于 CP 脈沖的有無或頻率。環(huán)形分配器用來接受來自控制器的 CP 脈沖信號(hào)，并按步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)工作方式要求的各相脈沖信號(hào)狀態(tài)順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通或截止的信號(hào)， 但是 環(huán)形分配器的輸出電流很小， 不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)， 因此需要功率放大器實(shí) 現(xiàn)對(duì)脈沖分配回路輸出的弱信號(hào)進(jìn)行放大， 產(chǎn)生電機(jī)脈沖信號(hào)工作所需的激磁電 流。其控制流程如下圖所示：4.2 環(huán)形脈沖分配器 CH250由于用軟件環(huán)形分配器需要編寫復(fù)雜的程序，而且占用計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間，故一般使用硬件或軟硬件結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。 硬件環(huán)形分配器

24、的種類很多， 有專用的集13 成電路，可以用 JK 觸發(fā)器或 D觸發(fā)器構(gòu)成，還可以用通用的可編程邏輯器件組 成。在這里，通常我們采用集成電路 CH250。CH250 是國(guó)產(chǎn)的三相反應(yīng)式步進(jìn)電 機(jī)環(huán)形分配器的專用集成電路芯片， 通過其控制端的不同接法可以組成三拍和三 相六拍的不同工作方式。 CH250 管腳圖如下所示 : CH250主要管腳的作用 ：J3r 、J3L 兩端子是三相雙三拍的控制端， J6r 、J6L 是三相六拍的控制端， 三相雙三拍工作時(shí)，若 J3r “1”，而 J3L“ 0”，則電機(jī)正轉(zhuǎn)；若 J3r “ 0”， J3L“1”，則電機(jī)反轉(zhuǎn)；三相六拍供電時(shí)，若 J6r “ 1”，J6

25、L“ 0”，則電機(jī) 正轉(zhuǎn)；若 J6r“0”，J6L“1”，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 R2是雙三拍的復(fù)位端， R1是六拍 的復(fù)位端，使用時(shí)，首先將其對(duì)應(yīng)復(fù)位端接入高電平，使其進(jìn)入工作狀態(tài)，然后14換接到工作位置。 CL端是時(shí)鐘脈沖輸入端， EN是時(shí)鐘脈沖允許端，用以控制時(shí) 鐘脈沖的允許與否。當(dāng)脈沖 CP由 CL端輸入，只有 EN端為高電平時(shí)，時(shí)鐘脈沖 的上升沿才起作用。 CH250也允許以 EN端作脈沖 CP的輸入端，此時(shí)，只有 CL 為低電平時(shí)， 時(shí)鐘脈沖的下降沿才起作用。 A、B、C為環(huán)形分配器的三個(gè)輸出端， 經(jīng)過脈沖放大器（功率放大器）后分別接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三相線上。CH250的三相雙三拍接線原理圖如下

26、所示：4.3 功率放大器單電壓功率放大電路 是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一相的驅(qū)動(dòng)電路如下圖所示， L 是電動(dòng) 機(jī)繞組，晶體管 VT可以認(rèn)為是一個(gè)無觸點(diǎn)開關(guān)，它的理想工作狀態(tài)應(yīng)使電流流 過繞組 L 的波形盡可能接近矩形波。但是由于電感線圈中的 電流指數(shù)規(guī)律上升，其時(shí)問常數(shù) =L/r ，須經(jīng)過 3rl 的時(shí)間 后才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)電流。 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組本身的電阻很小， 所以，時(shí)間常數(shù)很大，從而嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率。為 了減小時(shí)問常數(shù)， 在勵(lì)磁繞組中串以電阻 R，這樣時(shí)間常數(shù)就15 大大減小，縮短了繞組中電流上升的過渡過程，從而提高了工作速度。在電阻 R 兩端并聯(lián)電容 c，是由于電容上的電壓不能突變，在繞組由截

27、止到 導(dǎo)通的瞬間，電源電壓全部降落在繞組上，使電流上升更快，所以，電容 c 又稱 為加速電容。二極管 V 在晶體管 VT截止時(shí)起續(xù)流和保護(hù)作用，以防止晶體管截止瞬間繞 組產(chǎn)生的反電勢(shì)造成管子擊穿，串聯(lián)電阻 Ro 使電流下降更快，從而使繞組電流 波形后沿變陡。這種電路的缺點(diǎn)是 R上有功率消耗。 為了提高快速性， 需加大 R的阻值， 隨 著阻值的加大，電源電壓也勢(shì)必提高，功率消耗也進(jìn)一步加大。正因?yàn)檫@樣，單 電壓限流型驅(qū)動(dòng)電路的使用受到了限制。4.4 PLC 高速脈沖輸出控制S7-200控制器S7-200 系列是一類可編程邏輯控制器（ Micro PLC ）。這一系列產(chǎn)品可以滿 足多種多樣的自動(dòng)化

28、控制需要。 由于具有緊湊的設(shè)計(jì)、 良好的擴(kuò)展性、 低廉的價(jià) 格以及強(qiáng)大的指令， 使得 S7-200 可以近乎完美的滿足小規(guī)模的控制要求。 此外， 豐富的 CPU類型和電壓等級(jí)使其在解決用戶的工業(yè)自動(dòng)化問題時(shí)， 具有很強(qiáng)的適 應(yīng)性。 S7-200 的編程軟件： STEP7-Micro/WIN32。該編程軟件可以方便地在 Windows環(huán)境下對(duì) PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控。使得 PLC的編程更加方便、快捷。主要組成部分：一臺(tái) S7-200 Micro PLC 包括一個(gè)單獨(dú)的 S7-200CPU，或者 帶有各種各樣的可選擴(kuò)展的模塊。 S7-200 Micro PLC 模塊包括一個(gè)中央處理單 元，電源及數(shù)

29、字量 I/O 點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。3. CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便對(duì)工業(yè)自動(dòng)控制任務(wù)或過程進(jìn)行控制。4. 輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點(diǎn)： 輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 （例如傳感器或者開關(guān)） 中 采集信號(hào)，輸出部分則控制電機(jī)、泵、以及工業(yè)過程中的其他設(shè)備。5. 電源向 CPU所連接的任何模塊提供電力。6. 通訊端口允許將 S7-200CPU同編程器或其他設(shè)備連接起來。7. 狀態(tài)信息號(hào)燈顯示了 CPU的工作模式 （運(yùn)行或者停止），本機(jī) I/O 的當(dāng)前狀態(tài)， 以及檢查出錯(cuò)的系統(tǒng)錯(cuò)誤。168. 通過擴(kuò)展模塊可增加 CPU的 I/O 點(diǎn)數(shù)9. 通過擴(kuò)展模塊可提供其他通訊性能。10. 一

30、些 CPU具有內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其它 CPU則需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡。11. EEPROM可以存儲(chǔ) CPU程序，也可以將一個(gè) CPU中的程序傳送到另一個(gè) CPU中12. 通過可選的插入式電池盒可延長(zhǎng) RAM中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間本系統(tǒng)中選 CPU224，主要參數(shù)如表 4-1 ：外形尺寸（ mm）120.5 8062程序存儲(chǔ)器4K本機(jī) I/O14 輸入 10輸出用戶數(shù)據(jù)2K內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器6H/W（20KHz）數(shù)據(jù)后備50 小時(shí) PLC 接線圖AB5V1 2 3 4SB1 SB2 SB3 S1 S21L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3S7-200 CPU2241M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3

31、I0.4 I0.5 I0.6 I0.7JP1三電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) PLC控制 I/O 分配輸入端： 啟動(dòng)按鈕 SB1 I0.0 緊急停止按鈕 SB2 I0.1 正常停止按鈕 SB3 I0.2 初始位置行程開關(guān) S1 I0.3 終點(diǎn)位置行程開關(guān) S2 I0.4 增量式旋轉(zhuǎn)式編碼器 A 相 I0.6 增量式旋轉(zhuǎn)式編碼器 B 相 I0.7輸出端：脈沖輸出口 CL Q0.017電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向輸出控制 Q0.1 蜂鳴器、報(bào)警指示燈輸出 Q0.2 PLC 控制程序 主程序 Main:Network 1 / Network Title/ Network CommentLD SM0.1RQ0.0, 2RS0.0, 3N

32、etwork 2 / 當(dāng)物體處在初始位置行程開關(guān)且啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)LDI0.0AI0.3ANI0.1ANI0.2EUSS0.1, 1Network 3LSCR S0.1Network 4LD SM0.1CALL SBR3Network 5LDSM0.0=Q0.1/啟動(dòng)標(biāo)志Network 6LD SM0.1 CALL SBR0/正向輸出/正向標(biāo)志/Q0.0 脈沖輸出Network 7LD I0.4SCRT S0.2Network 8SCRENetwork 9LDT37RQ0.1, 1/啟動(dòng)標(biāo)志18Network 10SCRENetwork 11/ 電動(dòng)機(jī)立即停止Network 12 /

33、 電動(dòng)機(jī)正常停止LDANI0.2I0.1RS0.0, 3Network 13LDSM0.1AM0.1MOVWSMW68, VW200RS0.0, 3/ 將此時(shí)的脈沖周期存入 VW200Network 14/ 電動(dòng)機(jī)調(diào)整零點(diǎn)LDI0.0ANI0.3ANI0.1ANI0.2ANQ0.1SS0.0, 1Network 15LSCRS0.0Network 19LDSM0.1ANI0.3CALLSBR0Network 16LDI0.3SS0.1, 1/到零點(diǎn)后，正常行駛MOVD +0, SMD4819LDI0.1ANI0.2SM0.1, 1CALLSBR1Network 21SCRENetwork 17

34、LD SM0.0TON T32, +100Network 23LD T32CALL SBR2R T32, 8子程序 SBR_0；PLC 發(fā)射高速脈沖Network 1 / Network Title/ Network CommentLD SM0.0MOVB 16#E7, SMB67MOVW 100, SMW168MOVB 3, VB100MOVW +667, VW101MOVW -1, VW103MOVD +524, VD105MOVW +143, VW109MOVW 0, VW111MOVD +28000, VD113MOVW +667, VW117MOVW +2, VW119MOVD +2

35、62, VD121PLS 0/PTO 工作于多段工作模式/第 1 段的初始周期，周期單位 s/第 1 段的周期增量/第 1 段的脈沖個(gè)數(shù)/第 2 段的初始周期/第2 段的周期增量/ 第 2 段的脈沖個(gè)數(shù)/第 3 段的初始周期/第 3 段的周期增量/第 3 段的脈沖個(gè)數(shù)Network 2LDI0.3OI0.4SSM66.5, 1子程序 SBR_1 ；緊急停車時(shí)脈沖控制 Network 1 / Network Title / Network CommentLD SM0.0/PTO 工作于一段工作模式/該段初始周期MOVW +50, VW202 -I VW200, VW202 MOVW VW202, VW204 /I +50, VW204 MOVB 16#88, SMB67 MOVW VW200, VW40020/周期增量/脈沖個(gè)數(shù)MOVWVW204, VW402MOVD+262, VD404PLS 0子程序 SBR_2 ； 編碼器檢測(cè)到的脈沖與 PL