步進電機直接驅動伺服移動機構設計

1、 本科生畢業(yè)論文（設計）題 目:步進電機直驅單軸直線伺服移動機構設計 姓 名: 王春榮 學 院: 機械工程學院 專 業(yè): 機械電子工程（專升本） 班 級: 機械電子151（專升本） 學 號: 1673150119 指導教師: 張海濤 職稱: 副教授 2017 年 6 月安徽科技學院教務處制目 錄摘要1Abstract21 引言31.1 電機驅動的研究背景31.2 電機驅動的現(xiàn)狀研究41.3 本設計目標42 步進電機直驅單軸直線伺服移動機構設計方案42.1 整體設計方案42.1.1 機構傳動設計方案62.1.2 控制系統(tǒng)的設計方案62.2 機構的整體結構的設計72.3 主要設計的參數(shù)與依據(jù)73

2、傳動機構的設計83.1 滾珠絲杠概述83.1.1 確定滾珠絲桿副的導程Ph83.1.2 滾珠絲桿副的載荷及轉速計算83.1.3 滾珠絲桿的校核103.1.4 滾珠絲桿副的極限轉速n0的校核113.1.5 Dn值的驗證113.1.6 基本軸向額定靜載荷Cu的驗算113.2 軸承選擇113.5 步進電機驅動器的選擇143.6 滾動直線導軌的選擇、計算及驗算154 步進電機直接驅動單軸直線伺服移動機構控制系統(tǒng)設計174.1 PLC的定義與簡介174.2 PLC硬件系統(tǒng)174.2.1 PLC的工作原理174.2.2 PLC組成194.2.3 PLC類型的選擇204.2.4 整個系統(tǒng)的接線方式204.3

3、 PLC的軟件系統(tǒng)214.3.1 設計的任務214.3.2 軟件系統(tǒng)214.3.3 程序流程圖224.3.4 輸入/輸出地址23總結25致謝26參考文獻27附錄：28 步進電機直驅單軸直線伺服移動機構設計摘要：單軸直線伺服移動機構精巧的利用了控制器軟件功能和硬件功能相結 來實現(xiàn)執(zhí)行機構的移動，使加工范圍被拓寬，使加工精度也更加精確。它作為機電一體化技術的重要構成部分之一，具有重要的地位。本課題由機械驅動部分知識和PLC部分的知識組成。機械部分在機電一體化系統(tǒng)中主要是用來實現(xiàn)執(zhí)行和構造兩大功能，所以機械部分設計我們要完成的任務有：絲杠型號的選定、選擇合適的步進電機型號、根據(jù)步進電機的型號選擇配套

4、的步進電機驅動器的、根據(jù)實際情況綜合考慮合適的導軌以及軸承。單軸直線伺服移動機構屬于運動控制系統(tǒng)，它以步進電動機為控制對象以 可編程控器PLC為控制核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構組成的自動控制系統(tǒng)，自動控制系統(tǒng)是將電產生力量的能力轉化為機械產生力量的能力，以實現(xiàn)我們期望的機械的運動。對于設計的控制部分我們必須完成：PLC的選型、清晰知道控制的流程以及準確的繪制梯形圖等。關鍵詞：單軸直線伺服移動、自動控制系統(tǒng)、機械驅動35Design of Direct - drive Single - axis Linear Servo Mechanism for Stepping MotorAbst

5、ract: Single-axis mobile servo mechanism is one of the important parts of electromechanical integration technology, it clever application of the controller hardware and software functions to achieve the control of the mobile body, increasing the processing range and improve the machining accuracy.Th

6、is paper includes the knowledge of the design of the mechanical part and the knowledge of the PLC control part. Mechanical part of the electromechanical integration system is mainly used to implement the implementation and construction of the two functions, so the mechanical part of the design we ha

7、ve to complete the task: the choice of screw, stepper motor selection, drive selection, guide the selection and Bearing selection. Single-axis linear motion mechanism is a motion control system, which is a stepper motor for the control object to PLC as the control center to power electronic power co

8、nversion device for the implementation of the composition of the automatic control system, automatic control system to convert electrical energy into mechanical energy, To achieve mechanical movement. For the control part of the task we want to complete: PLC selection, a clear understanding of the c

9、ontrol process and accurate drawing ladder diagram and so on.Using PLC and high-power transistors to achieve stepper motor drive and control. The whole system has the characteristics of simple structure, high reliability, low cost and practicability. It has high universality and popularization value

10、.Keywords: single-axis linear motion, electromechanical integration technology,motion control system, stepper motor.1 引言普通的電動機一般都是連續(xù)不斷運轉的，步進電機卻和普通電機不一樣，它是接受到一個信號就走一步。只有當信號接連不斷的發(fā)生他才能連續(xù)運轉。步進電機是通過一種專門使用的電源輸入電脈沖信號，這種電源每輸入一個電脈沖信號就能使步進電機的轉子轉過一個角度，由此我們可以知道電脈沖信號是斷斷續(xù)續(xù)的輸入所以轉子轉動產生的角位移也是斷斷續(xù)續(xù)的，由于這個特點我們又給步進電機取了一個

11、別稱-脈沖電機。步進電機的驅動控制就是通過弱電驅動強電來實現(xiàn)的。弱電部分實現(xiàn)了頻率、數(shù)量和方向的變化。該設計是以三相步進電動機作為控制電機的，三相步進電機在本設計的控制系統(tǒng)中起到至關重要的作用，它能起到將專用電源輸入的電脈沖信號轉變成為轉子上的角位移或者是軸上的轉速，以帶動工作臺做來回運動。1.1 電機驅動的研究背景丹麥的物理學家奧斯特在一次偶然的機會發(fā)現(xiàn)了電流和小磁針之間的聯(lián)系。其后他在接下來的三個月中埋頭研究終于得出當電流流過電路，靠近它的羅盤的磁針就一定會發(fā)生偏移這一現(xiàn)象。其后英國的法拉第基于這一結論反復研究試驗終于發(fā)明了世界上第一臺電動機-圓盤電動機，雖然這臺電動機現(xiàn)在在我們看來十分簡

12、陋，但就是由它才演變出了我們現(xiàn)在各式各樣的電動機。當今社會人們對生活品質要求原來越高，這促使工業(yè)機械設備在飛速發(fā)展，步進電機生產行業(yè)迎來了千載難逢的絕佳機遇。電機技術可以說是整個機械控制系統(tǒng)的核心，但由于傳統(tǒng)的控制技術存在反應靈敏度低、運轉速度慢等缺點適應不了市場對的需求，使得其被市場淘汰。新一代的步進電機就在這種情況下應運而生，電機行業(yè)又有了新的動力源泉。后來出現(xiàn)的三相混合式步進電機就是應用了交流伺服原理，從使用的結果來看他的性能有明顯的提高。三相混合式步進電機與其專用的步進電機驅動器共同構成了機械控制系統(tǒng)，它改變了傳統(tǒng)步進電機運行速度低、噪音大、起動頻率低等缺陷，通過了市場的考驗?；旌鲜降?/p>

13、步進電機雖然有很多優(yōu)點，但它卻有一個很大的缺陷那就是不能直接來使用，它必須由各個部分配合協(xié)作變成了一個整個的控制系統(tǒng)才可以使用，想要能夠很好的使用步進電機可不是一件容易的事呢！步進電機的使用要涉及的知識十分廣泛，有機械方面的知識，有電力電子方面的知識，有計算機方面的知識。1.2 電機驅動的現(xiàn)狀研究電動機及電動機技術在半導體技術繁盛發(fā)展的大環(huán)境下，也取得的很大的進步。在科技水平的進一步推動下，電機驅動技術同樣取得了可喜的成績，已經逐步從起初的應用階段發(fā)展過渡到智能技術的應用階段。又比如在農業(yè)生產中的排灌機械、脫粒機、以及各種農副產品加工機械等等，都是電機驅動技術應用的典型代表；另一方面，將電子智

14、能技術和電機驅動技術進行有效整合，使其更加適應人們生產生活的需求。時間的一步步推移和科學技術也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新，傳統(tǒng)的工作模式不能再適應我們日趨迫切的生產生活的要求了，于是人們把交流伺服原理扦插進了步進電機系統(tǒng)中。后來出現(xiàn)的三相混合式步進電機就是應用了交流伺服原理，它的各項性能都有大幅度的提高。它改變了傳統(tǒng)步進電機運行速度低、噪音大、起動頻率低等缺陷，通過了市場的考驗。步進電機的使用要涉及的知識十分廣泛，有機械方面的知識，有電力電子方面的知識，有計算機方面的知識。1.3 本設計目標本設計的經過前期的初步構思和設想，最終我們希望該設計能在PLC控制器里進行指令的預命令，通過步進電機驅動器驅動電機

15、轉子帶動與滾珠絲杠連接的重物，做指定運動，能達到即動即停加速減速往復等動作的目的。2 步進電機直驅單軸直線伺服移動機構設計方案2.1 整體設計方案下圖為系統(tǒng)的整體框圖： 圖 2.1 系統(tǒng)框圖由圖2.1我們可以大致闡述一下整個機構的工作流程，PLC控制器通過手動輸入控制發(fā)出指令脈沖信號，指令脈沖信號被步進電機驅動器接收，接受的信號個數(shù)與頻率通過功率放大電路就能達到控制驅動步進電機旋轉的目的。在本設計中我們利用聯(lián)軸器把步進電機軸和滾珠絲杠直接連接成為一個整體，步進電機軸開始轉動了就連帶著絲桿一起跟著轉動，其大小和頻率都與步進電機一致。滾珠絲杠副由于轉動產生行程，帶動工作臺做特定移動。整體方案設計的

16、內容包括：是以什么形式運動、步進電機型號的選定和其調速方法、可編程控制器PLC控制系統(tǒng)的選擇。經過前期的考慮與分析我們將從下面幾個方向展開：（1）運動方式的確定該設計規(guī)定工作臺要沿著坐標軸做單軸直線移動并且具備相對精確的運動關系所以我們最終選擇連續(xù)不斷的控制方式。（2）系統(tǒng)驅動的選擇本設計的負載不是很大并且對精度和速度的要求也不高，開環(huán)伺服系統(tǒng)就能夠滿足我們的需求 。開環(huán)伺服系統(tǒng)有，所以開環(huán)伺服系統(tǒng)驅動成為本設計的最佳選擇。（3）控制系統(tǒng)的控制器選擇自動控制系統(tǒng)有三種控制器可以供人們選擇，有適用在不同場合、不同功能需求的控制系統(tǒng)中運動控制器；有性能十分可靠，受外界干擾影響小的可編程控制器PLC

17、；還有低電壓，低功耗，便于生產便攜式的產品單片機，綜合考慮了一下三種控制器的優(yōu)缺點，權衡再三最后我還是決定用PLC作為本設計控制系統(tǒng)的控制器。（4）機構的傳動方式對于本設計要求能達到一定的精度和穩(wěn)定性，并且也能使結構更加緊湊連貫，我綜合考慮一下，覺得滾珠絲杠螺母驅動更加適用我的設計。由于機構件存在間隙，且存在傳動剛度不夠大的情況。我們得加上預加載荷的結構。從前文主要設計的參數(shù)與依據(jù)我們可以得出工作臺的移動構件重量和外加載荷都不是太大，由此我們可以使用滑動滾動直線導軌，因為滑動滾動導軌可以降低摩擦系數(shù)，提高移動過程中平穩(wěn)性能。2.1.1 機構傳動設計方案機構傳動設計部分內容有：明確系統(tǒng)的脈沖當量

18、，滾珠絲杠型號的的選定和驗算，步進電機型號的選定和校核，導軌型號的選取，軸承型號的選定，繪出機械結構圖。本文是通過步進電機接收放大的脈沖信號后轉動產生步距角帶動滾珠絲杠的絲桿旋轉來實現(xiàn)工作臺水平移動。開環(huán)伺服控制系統(tǒng)是不能補償系統(tǒng)精度的，因為沒有檢測反饋裝置，因此步進電機的誤差以及滾珠絲杠的傳動誤差都將影響運動精度?？紤]到摩擦系數(shù)和動靜摩擦系數(shù)差等因素，還有滾動直線導軌運動輕巧靈活、運動平穩(wěn)性高、定位和移動精度高等優(yōu)點最終我們選擇滾動直線導軌。下圖為機構傳動的結構圖：圖2.2 單軸直線移動機構總體結構圖2.1.2 控制系統(tǒng)的設計方案經過上面的分析和研究我們最終確定采用PLC來實現(xiàn)此控制系統(tǒng)的預

19、期目標?？删幊炭刂破鱌LC控制步進電機，是通過硬件的連線和軟件的編程來實現(xiàn)發(fā)出指令脈沖以達到對步進電機的控制?？删幊炭刂破骺赏ㄟ^變換輸入指令脈沖的個數(shù)和頻率，來控制的步進電動機的速度大小、方向確定和定位功能等。我們希望控制系統(tǒng)能達到以下功能要求： （1）能實現(xiàn)正轉起動或者能實現(xiàn)反轉起動；（2） 在電機運行過程中能實現(xiàn)在不停機的前提下正、反轉的隨機切換；（3） 可以在任意時間或者任意工作位置隨時手動切換高速、中速、低速三檔的步進速度。2.2 機構的整體結構的設計進給傳動系統(tǒng)如下圖： 圖2.3 機構進給傳動示意圖2.3 主要設計的參數(shù)與依據(jù)表2.1 設計的主要參數(shù)及依據(jù)負載最大 1800N最小 1

20、400N工作速度高速 0.6m/s中速 0.4m/s低速 0.2m/s快進速度0.04m/min定位精度0.02/300mm重復定位精度0.01mm行程0.6m壽命要求22000h絲桿直徑初定16mm絲杠支撐形式兩端固定托板尺寸長0.4m寬0.4m高0.03m3 傳動機構的設計3.1 滾珠絲杠概述滾珠絲杠是精密儀器中使用的主要傳動元件之一，其主要功能是將扭矩轉換成軸向反復作用力，并且還同時具備效率高、可逆性強和精度十分高的特點。滾珠絲杠因為具備種種優(yōu)勢現(xiàn)已被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器中去。滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器和防塵器組成。滾珠絲杠是將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，這是艾克

21、姆螺桿的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。3.1.1 確定滾珠絲桿副的導程Ph從表2.1我們可以知道絲桿直徑為16mm,由馮浩人等主編的機電一體化系統(tǒng)設計的第三章表3-5滾珠絲杠副的公稱直徑和基本導程的參數(shù)系列及組合知可選擇的滾珠絲桿副的導程有=5mm和=10mm兩種。根據(jù)本論文的實際需要我們選擇=10mm。3.1.2 滾珠絲桿副的載荷及轉速計算1）2）3）導軌副與托板連接部分重量估算為：4）夾具及工件重量約為：5）工作臺運動部分總重：6）最小載荷選機器空載時滾珠絲桿副的傳動力。由滾動導軌副的摩擦系數(shù)得7)最大載荷采用矩形滾動導軌工作載荷等效公式：其中： 8

22、)滾珠絲桿副的當量轉速及當量載荷Fm:按工進時間占總時間的90%，快進時間占總時間的10%計算：確定當量載荷：確定當量轉速：預期額定動載荷按預期工作時間計算：使用壽命 滾珠絲杠副壽命（）最大動載荷：查機電一體化系統(tǒng)設計課程設計指導書以下簡稱指導書表3-30取載荷系數(shù)：，硬度系數(shù)代入上式得擬采用預緊滾珠絲杠副，按最大負載計算查機電一體化系統(tǒng)設計及實踐表3-25以下簡稱實踐重載荷取 得取以上結果最大值確定允許的最小螺紋小徑估算絲杠允許的最大軸向變形量。已知：重復定位精度，定位精度=（1/41/3)重復定位精度=（1/51/4)定位精度=取最小值=3，估算最小螺紋底徑，絲桿要求預拉伸，采用兩端固定的

23、支承形式，已知行程為600mm，靜摩擦系數(shù)查實踐表3-26 確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號：選內循環(huán)浮動式法蘭，直筒雙螺母型墊片預緊形式。由、選擇相應規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD3210-3 確定預緊力：3.1.3 滾珠絲桿的校核下面進行滾珠絲桿副臨界壓縮載荷的核算（即驗算壓桿穩(wěn)定性）（其中： ）所以驗證穩(wěn)定性合格.3.1.4 滾珠絲桿副的極限轉速n0的校核 驗算合格。3.1.5 Dn值的驗證 經驗證合格。3.1.6 基本軸向額定靜載荷Cu的驗算 3.2 軸承選擇按照滾珠絲杠副相關要求初步選定滾動角接觸球軸承B型背對背安裝，受力如下圖： 1 F2 2 圖 3.1角接觸球軸承的受力分析徑向力：派生軸向力：

24、 取載荷系數(shù) 徑向當量動載荷：徑向當量動載荷：求軸承具有的基本額定動載荷：根據(jù)所選滾珠絲杠副及軸承壽命要求選擇 滾動軸承7305 B GB/T292所選軸承滿足設計要求。3.3 步進電機的選擇、計算及驗算（一）作用在滾珠絲桿副上各種轉矩計算外加載荷產生的摩擦力矩TF（N.m）空載時:外加徑向載荷時的摩擦力矩:滾珠絲桿副預加載荷產生的預緊力矩: （二）負荷轉動慣量JL（Kg.m2）及傳動系統(tǒng)轉動慣量J（Kg.m）的計算：滾動絲桿的轉動慣量：移動平臺轉換的轉動慣量； （三）空載時最大加速轉矩Tam根據(jù)負載情況初選步進電機130BYG3503為三相混合式，采用單-雙6拍動時步距角為，查130BYG3

25、503步進電機參數(shù)得轉子的轉動慣30kg.取脈沖當量d=0.01mm/脈沖，則加到電機轉軸上的總轉動慣量為： Tam1=（四）快速空載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩（五）快速負載啟動時電動機轉軸所承受的負載轉矩由上可知，加在步進電機上的最大負載轉矩為：（六）電機最大靜轉矩的選定考慮到步進電機的驅動電源受電網電壓影響較大，當輸入電壓降低時，其輸出轉矩會下降，可能造成失步，甚至堵轉。并采用開環(huán)控制，需考慮安全系數(shù)。取K=3.5，則步進電機的最大靜轉矩應滿足：表3.1 步進電機型號表步進電機型號步進電機相數(shù)相電流相電阻相電感保持轉矩轉動慣量電機重量機身長度適配步進電機驅動器型號單軸 Am

26、HN.MKg-cm2kgmm130BYGH3501步進電機350.842225131683HB0822M步進電機驅動器 130BYGH3502步進電機3515303016197130BYGH3503步進電機351.313363518225130BYGH3504步進電機351.617.5504522280 查表3.1初選電機130BYG3503的最大靜轉矩為。所選電機滿足要求如下圖為130BYG3503型號的步進電機:圖3.2 130BYG3503型號步進電機3.4 聯(lián)軸器的選擇傳動軸上的公稱轉矩取工作情況系數(shù)計算轉矩根據(jù)所選電機輸出軸、絲杠大小及計算轉矩選擇：YL2聯(lián)軸器,所選聯(lián)軸器滿足要求。

27、3.5 步進電機驅動器的選擇通過上面的一系列計算我們已經得出了步進電機的型號，再根據(jù)表3.1可以得出我們將選擇3HB0822M型號的步進電機驅動器。下圖為步進電機驅動器的接線圖：圖3.3 步進電機驅動器接線圖3.6 滾動直線導軌的選擇、計算及驗算 導向支承部件的作用是使運動機構按照既定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動，對運動正在運動的部件起到支承和限制的效果。機電一體化系統(tǒng)對導軌的導向精度、剛度、精度的保持性、運動的靈活性、低速時的平穩(wěn)性、對溫度的敏感性和結構的工藝性都有一定的要求。根據(jù)給定的工作載荷和估算的和計算導軌的靜安全系，式中：C0為導軌的基本靜額定載荷，；工作載荷P=0.5()； (一

28、般運行狀況)，（運動時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結果查有關資料初選導軌：因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取根據(jù)計算額定靜載荷初選導軌:選擇漢機江機床廠系列滾動直線導軌,其型號為:，其參數(shù)如下：表3.2導軌參數(shù)滑座個數(shù)單向行程長度每分鐘往復次數(shù)40.64表3.3導軌規(guī)格額定載荷靜載荷 C017500動載荷 C126000靜態(tài)力矩/N*MTA198TB198TC288滑座重量Kg0.6導軌重量Kg/m3.1導軌長度L(mm)7604 步進電機直接驅動單軸直線伺服移動機構控制系統(tǒng)設計4.1 PLC的定義與簡介1987年 International Electrotechnical Commission

29、（國際電工委員會）對PLC做出了一個詳細又生動的解釋。為了適應快速發(fā)展的工業(yè)需求，我們的先人們特地設計了一種電子裝置，這種電子裝置是利用數(shù)字運算操作的。它的內部存儲器可以被被編制，它的所有操作指令都是在其內部完成的，最后通過數(shù)字式或者模擬量輸入輸出，來操控各種機械運動或生產過程。4.2 PLC硬件系統(tǒng) 4.2.1 PLC的工作原理PLC是集中輸入、集中輸出以及周期性掃描的工作方式進行工作的，它的原理流程圖如下。由下圖可知，當圖4.1 PLC工作原理流程圖由上圖4.1我們可以知道當系統(tǒng)處于，就會把流程圖中所有的步驟都執(zhí)行一遍，而當不處于系統(tǒng)執(zhí)行兩個步驟“”和“通信處理”。例如PLC之間的聯(lián)機等。

30、當PLC完成一個掃描周期后，又重新執(zhí)行流程圖中的步驟，周而復始的進行掃描。為了防止某個掃描周期會超過規(guī)定時間而使PLC程序運行進入死循環(huán)，在其內部設置了WDR既看門狗程序來監(jiān)視每個掃描周期。4.2.2 PLC組成PLC主要組成分為以下5個部分，如圖所示： 圖4.2 PLC的組成（1）CPU： CPU在PLC中的地位和在計算機中的地位是一樣的，都是首腦“人物”。（2）存儲器：PLC的存儲器有兩個部分結合形成的，分別是。起到的主要作用是存儲程序，。（3）電源：PLC的電源一般是開關電源。（4）輸入/輸出： 輸入輸出模塊可以擴大CPU接線端子的數(shù)量，其主要功能還是輸入或輸出模擬量和數(shù)字量。我們知道P

31、LC1輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和晶閘管輸出三種形式。繼電器輸出型它的響應時間慢，可以帶動大的外部負載。晶體管輸出它的響應速度快可輸出高頻脈沖，如步進電機方面。晶閘管輸出它的響應時間較快，則用于需要大電流控制的的高頻輸出。綜合考慮之后我們最終選擇PLC的晶體管的輸出方式。（5）通信接口通信接口是PLC與外界聯(lián)系的途徑，只有通過通信接口我們才能把難懂的PLC與外界聯(lián)系結合起來，才能達到利用PLC控制機械運動的目的。將單獨網絡納入整體統(tǒng)一集中控制的途徑。 4.2.3 PLC類型的選擇德國SIEMENS公司在1996年研制了一套PLC產品，是S7的。這套系列PLC包括了小型、中型和大型三種型號。分

32、別是、和。這三種機型的性能以及適用范圍都不相同。在設計PLC控制系統(tǒng)時，要根據(jù)系統(tǒng)功能和選擇的輸入輸出設備的點數(shù)、性能和特殊通道選擇PLC的機型。而S7-200系列的小型機，由于其設計結構的緊湊性，擴展功能的良好性，價格相對的低廉性以及指令系統(tǒng)的豐富性從而勝任本文的設計任務，對于中小規(guī)模系統(tǒng)的控制中，它近乎完美，在各行各業(yè)中的應用從而得到廣泛的推廣。 又能具體細分成不同型號，有、等。綜合多方面考慮最終確定選用來完成設計，有，。它自身帶有和，有4個的，2個。除此之外，還擁有一個RS-485通信口，一個模擬電位器，128個輸入印象區(qū)和128個輸出印象區(qū)。 4.2.4 整個系統(tǒng)的接線方式由第三章我們

33、已經得出步進電機驅動器機型號，且根據(jù)上文我們也得出了可編程控制器的型號。步進電機的轉速隨著脈沖信號頻率增大而變快，所以我們只要通過改變進行精確的調速。同理通過改變步進脈沖的數(shù)量就可以精確定位電機。下圖是整個系統(tǒng)的接線圖：圖4.3 PLC與步進電機驅動器接線圖4.3 PLC的軟件系統(tǒng) 4.3.1 設計的任務 PLC組成的控制系統(tǒng)控制步進電機時,可以通過改變輸入脈沖的頻率和數(shù)量，來實現(xiàn)對步進電機的速度、方向、定位方面的掌控。 4.3.2 軟件系統(tǒng)上面中已經簡單介紹了硬件系統(tǒng)的部分，但要想系統(tǒng)真正發(fā)揮控制作用關鍵還是在于系統(tǒng)的軟件部分，軟件設計的合理性與簡明性直接影響著系統(tǒng)控制的使用效率與效果。接下

34、來我們將采用梯形圖程序來講解本控制系統(tǒng)的軟件設計。對于軟件的編程，不同廠家的可編程控制器所使用的編程軟件也各不相同，比如日本的三菱系列的PLC使用的是GX DEVELOPER編程軟件，歐姆龍系列的PLC使用的是CX-Programmer編程軟件等等，而本文中的西門子S7-200系列的PLC所用的編程軟件是Step 7 MICRO/WIN編程軟件。雖然各大廠家的指令以及編程軟件都不相同，但其中含義都是相同的。梯形圖由于簡明易懂，直觀方便在西門子軟件編程領域中占得一席地位。4.3.2.1 Step 7 MICRO/WIN編程軟件介紹：本文所采用的Step 7 MICRO/WIN編程軟件是由西門子公

35、司針對本公司系列的PLC所開發(fā)的編程軟件。操作簡單易上手，功能也相當完善而被廣大的編程愛好者們所喜愛。本節(jié)將對Step 7 MICRO/WIN編程軟件的使用編程進行簡單的介紹。Step 7 MICRO/WIN編程軟件的開發(fā)是基于微軟的windows操作系統(tǒng)。現(xiàn)在家用計算機以及工業(yè)計算機都能遠遠的滿足Step 7 MICRO/WIN編程軟件的平臺要求。Step 7 MICRO/WIN編程軟件的自帶語法檢測功能可以避免一些語法錯誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤，為我們廣大編程者提供了相當方便的編程平臺，進過語法功能的檢查后，在錯誤的梯形圖處自動加上紅色波浪線，直觀明了，簡潔易懂。除了這些基本功能外，我們的S

36、tep 7 MICRO/WIN編程軟件還可以對PLC設置“RUN”和“STOP”的工作方式以及數(shù)據(jù)參數(shù)和監(jiān)控等等，還可以對編寫的程序進行加密處理和管理。 4.3.3 程序流程圖本設計的程序流程圖如下： 圖4.4 控制程序流程圖4.3.4 輸入/輸出地址在編寫梯形圖之前，最重要的是先對控制系統(tǒng)的輸入量和輸出量進行分析， 下表是輸入/輸出地址分配表。表4 I/O分配表輸入信號輸出信號正轉起動按鈕SB1 I0.0反轉起動按鈕SB2 I0.1停止及清零按鈕SB3 I0.2低速按鈕SB4 I1.0中速按鈕SB5 I1.1高速按鈕SB6 I1.2控制A相繞組 Q0.0控制B相繞組 Q0.1控制C相繞組 Q

37、0.2 總結本論文是步進電機驅動技術應用的一個實例。它是通過步進電機接受控制系統(tǒng)發(fā)出的指令脈沖轉動預期的角度，帶動滾珠絲杠副絲桿的轉動產生行程，再由滾珠絲杠副的螺母帶動工作臺做水平往復直線運動。因為設計的負載不是很大并且對精度和速度的要求也不高，所以我們選擇開環(huán)伺服系統(tǒng) 。開環(huán)伺服系統(tǒng)中由于沒有檢測反饋裝置所以不能補償系統(tǒng)精度， 所以只有通過選擇合適的驅動系統(tǒng)和適宜的機械傳動部件自身精度來控制。所以導致整個系統(tǒng)的精度不是很高。因為我們的設計是用步進電機通過聯(lián)軸器連接直接驅動滾珠絲杠，所以系統(tǒng)的定位精度是由步距角來決定的，所以這要求我們步進電機的步距角要小。 在傳動機構設計的章節(jié)中我們選擇的導軌

38、是是滾動直線導軌，選擇的原因是滾動直線導軌能降低摩擦阻力、受壓能力強、硬度大、使用時間長、結構具有自我調節(jié)的能力等優(yōu)點。滾珠絲杠螺旋傳動相比較于其他類型的傳動機構，有很多優(yōu)勢。如、能夠預緊、工作壽命長等優(yōu)點。本論文采用的是內循環(huán)的滾珠循環(huán)方式，可以做到通道流暢、摩擦特性好和剛度較高的優(yōu)點。雖然設計中一定還存在著的缺陷，但是對控制的精度影響不大，基本上能達到設計開始時的預期，能實現(xiàn)對工作臺控制。致謝經過為期幾個月的學習和設計，終于完成了本課題的任務，期間收獲甚大，獲益匪淺。畢業(yè)設計是多年學習生涯的一個句號，我想要能把這個句號畫的更圓更完美。在這次畢業(yè)設計過程中，我漸漸掌握了一些我原本并不具備的一

39、些能力和知識，我學會了怎么樣能高速效率快的查閱到我想要的知識；如何通過一個知識聯(lián)想到另一個知識點，再怎么把它們串聯(lián)在一起；如何在已有的知識里面合理的加入自己的理解使它成為我的東西。這一次的畢業(yè)設計可以說是掏空了我的腦海里知識的儲備量，當然也有添加進新的東西。機械系統(tǒng)的機電一體化要求高精度，運動平穩(wěn)，安全可靠，這不僅是靜態(tài)設計可以解決的問題，需要對系統(tǒng)的動態(tài)性能分析調整相關的機械性能參數(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)性能。經過這段時間的設計，得出以下經驗：系統(tǒng)結構應盡可能緊湊; 組件應盡可能輕，標準件選擇盡可能小的慣性; 在允許現(xiàn)有設計進行局部調整的條件下; 最大的是滾珠絲杠，聯(lián)軸器，電機，它的選擇考慮主要考慮減少慣性。 機電一體化設計是為了訓練我們的學習能力，以