電磁鐵推拉力測試系統(tǒng)——控制部分

1、目錄第一章 引言11.1 電磁鐵概述11.2 課題背景及意義11.3 國內(nèi)外基本研究情況11.4 課題的主要研究內(nèi)容1第二章 理論知識介紹32.1 PLC簡介32.1.1 PLC的結(jié)構(gòu)及各部分的作用42.1.2 PLC的工作原理52.1.3 PLC編程語言52.2 步進電機及其發(fā)展62.3 步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理72.4 步進電機的特點8第三章 元器件選擇及I/O分配103.1 系統(tǒng)基本框圖的確定103.1.1 元器件的選擇113.1.2 雷賽ND1182 步進驅(qū)動器113.1.3 雷賽110HS20兩相混合式步進電機153.2 系統(tǒng)控制過程173.3 控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配17第四章

2、 系統(tǒng)控制過程設(shè)計18結(jié)束語26參考文獻27第一章 引言1.1 電磁鐵概述電磁鐵在我們的日常生活中到處可見，應(yīng)用非常廣泛，生活中我們越來越離不開它。電磁鐵是一種電器，它被廣泛應(yīng)用于機床、起重機等大型機電設(shè)備中。電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機械零件、工件于固定位置的一種電器。銜鐵的動作可使其他機械裝置發(fā)生聯(lián)動。當電源斷開時，電磁鐵的磁性隨之消失，銜鐵或其他零件即被釋放。電磁鐵在生產(chǎn)中的應(yīng)用極為普遍，工業(yè)上常用來制動機床和起重機的電動機。當接通電源時，電磁鐵動作而拉開彈簧，把抱閘提起，于是放開裝在電動機軸上的制動輪，這時電動機便可自由轉(zhuǎn)動。當電源斷開時，電磁鐵的銜鐵落下，彈簧便把抱

3、閘壓在制動輪上，電動機就被制動。在起重機中采用這種方法，可以避免由于工作過程中的斷電而使重物滑下造成的事故。隨著機械工業(yè)的發(fā)展，在機床中也常用電磁鐵操縱氣動或液壓傳和控制變速機構(gòu)。電磁吸盤和電磁離合器也都是電磁鐵的具體應(yīng)用此外，現(xiàn)代物流業(yè)的集裝流程中，也使用電磁鐵進行起重提放鋼材等。不論是機床、起重機，還是物流裝卸的電磁繼電器和接觸器，電磁鐵的任務(wù)是開閉電路，起到一個開關(guān)的作用。1.2 課題背景及意義電磁鐵是一種基于電磁系統(tǒng)產(chǎn)生電磁力，使銜鐵做機械運動，從而對外做功的電-機轉(zhuǎn)換器，因此，電磁鐵力特性成為表征其主要性能的基本特性。作為一個轉(zhuǎn)換元件，電磁鐵的靜態(tài)力特性直接影響到由它所構(gòu)成的元件及裝

4、置的整體性能，國內(nèi)外有許多機構(gòu)、學者都曾做過電磁鐵的推拉力測試，可以測試量電磁鐵的靜動態(tài)力和位移特性。有的結(jié)構(gòu)復雜，精度不高，且難以測量出雙向電磁鐵的靜動態(tài)力特性。因此，對電磁鐵進行推拉力的測試是非常必要的。1.3 國內(nèi)外基本研究情況電磁鐵被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活之中，其作用不容忽視。電磁鐵的特性中力的特性是很重要的一部分，因此對電磁鐵進行推拉力測試具有非常的實際意義。國內(nèi)外已經(jīng)有很多學者和機構(gòu)對其進行研究和探討過。此次，本人在前人的基礎(chǔ)上，基于PLC控制步進電機和滾珠絲桿組成的機構(gòu)，應(yīng)用力傳感器技術(shù)，再一次嘗試對電磁鐵的推拉力測試進行學習研究，以更好的學習掌握所學的相關(guān)內(nèi)容。1.4 課

5、題的主要研究內(nèi)容電磁鐵推拉力測試系統(tǒng)控制部分設(shè)計，其主要工作內(nèi)容是：1）確定電磁鐵測力系統(tǒng)的方案及系統(tǒng)的各組成部件首先擬定一個大致方案，初步確定各組成部件的型號。再分析了解各組成部分的功能用途，掌握各部件的使用方法和工作原理。最后討論系統(tǒng)的可行性、連續(xù)性、完整性，不斷修正系統(tǒng)，確保系統(tǒng)能正常、穩(wěn)定的工作。握PLC基本指定和程序設(shè)計的方法。要弄清步進電機、驅(qū)動器的工作原理和其參數(shù)特性以及他們之間的接線問題。最終學會如何用PLC對步進電機實現(xiàn)精確的速度控制、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等。2）對電磁鐵測力系統(tǒng)的控制部分進行學習和研究為實現(xiàn)PLC對步進電機的精確控制，一定要掌握PLC應(yīng)用技術(shù)的核心內(nèi)容，如各種控制線路

6、圖、功能圖、梯形圖、時序圖、語句表等，掌握PLC的基本指定和程序設(shè)計的方法；要弄清楚步進電機、驅(qū)動器的工作原理和參數(shù)特性以及他們之間的接線問題，最終學會如何用PLC對步進電機實現(xiàn)精確地速度控制、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等。3）其他工作要知道力傳感器、位移傳感器、滾珠絲杠和顯示終端的工作原理和特征參數(shù)，最終得到不同距離時電磁鐵推拉力的大小 對本課題的研究，預期要達到能用PLC實現(xiàn)對步進電機的精確速度控制、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等，熟悉步進電機、驅(qū)動器、滾珠絲杠、推拉力傳感器、位移傳感器、電磁鐵的工作原理和特征參數(shù)，最終得到電磁鐵在每隔0.2mm時所對應(yīng)的推拉力大小的目標。其中關(guān)鍵的理論和技術(shù)是PLC應(yīng)用技術(shù)在工程實現(xiàn).中

7、程序設(shè)計的方法，技術(shù)指標要達到精確的控制。其使用的方案是用電磁鐵 、位移傳感器、力傳感器、滾珠絲杠、顯示終端、步進電機、驅(qū)動器、電源所組成的系統(tǒng)進行電磁鐵的推拉力測試。第二章 理論知識介紹第三章 元器件選擇及I/O分配3.1 系統(tǒng)基本框圖的確定電磁鐵推拉力測試系統(tǒng)的基本框圖如圖3-1所示 圖3-1 系統(tǒng)基本框圖系統(tǒng)測試原理如圖3-2所示1-力傳感器安裝座2-測試臺3-步進電機4-滾珠絲桿副5-移動工作臺6-力傳感器7-被測電磁鐵8-工件安裝座9-工件安裝工作臺圖3-2 系統(tǒng)測試原理圖3.1.1 元器件的選擇PLC選用西門子S7-200 CPU222 PLC系列，無需擴展。步進電機選用雷賽公司1

8、10HS20兩相混合式步進電機。驅(qū)動器選用與步進電機相配套的雷賽ND1182 步進驅(qū)動器。滾珠絲桿型號為2504-4，導程角4mm。力傳感器為上海天沐NS-WL1型拉壓力傳感器。離合器型號為天津市首達永恒離合器廠DLY0-20A。顯示終端選用國光CJ6812系列液晶顯示終端3.1.2 雷賽ND1182 步進驅(qū)動器驅(qū)動器接口和接線介紹P1 端口控制信號接口描述如圖3-3所示圖3-3 P1端口控制信號接口P2 端口強電接口描述如圖3-4所示圖3-4 P2端口強電接口輸入接口電路輸入接口電路（共陽極接法）控制器集電極開路輸出如圖3-5所示圖3-5 輸入接口電路（共陽極接法）控制器集電極開路輸出西門子

9、PLC 系統(tǒng)和驅(qū)動器共陽極的連接如圖3-6所示圖3-6 西門子PLC 系統(tǒng)和驅(qū)動器共陽極連接控制信號時序圖為了避免一些誤動作和偏差，PUL、DIR 和ENA 應(yīng)滿足一定要求，如圖3-7所示： 圖3-7 控制信號時序圖注釋：（1）t1：ENA（使能信號）應(yīng)提前DIR 至少5s，確定為高。一般情況下建議ENA+和ENA-懸空即可。（2）t2：DIR 至少提前PUL 下降沿5s 確定其狀態(tài)高或低。（3）t3：脈沖寬度至少不小于1.2s。（4）t4：低電平寬度不小于1.2s。ND1182兩相步進電機的典型接線如圖3-8所示 圖3-8 ND1182兩相步進電機的典型接線工作（動態(tài)）電流設(shè)定四位撥碼開關(guān)S

10、W5-SW8 一共可設(shè)定16 個電流級別，參見下表3-1。表3-1 ND1182驅(qū)動器工作（動態(tài)）電流設(shè)定輸出峰值電流輸出均值電流SW5SW6SW7SW80.7A0.5Aoffoffoffoff1.2A0.86Aoffoffoffon1.72A1.23Aoffoffonoff2.2A1.57Aoffoffonon2.75A1.96Aoffonoffoff3.28A2.34Aoffonoffon3.75A2.68Aoffononoff4.22A3.01Aoffononon4.72A3.37AOnoffoffoff5.2A3.71AOnoffoffon5.78A4.13AOnoffonoff6.2

11、5A4.46AOnoffonon6.78A4.84AOnonoffoff7.31A5.22AOnonoffon7.81A5.58AOnononoff8.2A5.86AOnononon細分設(shè)定細分精度由SW1-SW4 四位撥碼開關(guān)設(shè)定，參見表3-2所示。表3-2 ND1182驅(qū)動器細分設(shè)定步數(shù)/轉(zhuǎn)SW1SW2SW3SW4200onononon400offononon800onoffonon1600offoffonon3200ononoffon6400offonoffon12800onoffoffon25600offoffoffon1000onononoff2000offononoff4000on

12、offonoff5000offoffonoff8000ononoffoff10000offonoffoff20000onoffoffoff25000offoffoffoff 雷賽110HS20兩相混合式步進電機技術(shù)規(guī)格如圖3-9所示圖3-9雷賽110HS20兩相混合式步進電機技術(shù)規(guī)格外形尺寸如圖3-10所示 圖3-10雷賽110HS20兩相混合式步進電機外形尺寸接線圖如圖3-11所示 圖3-11 雷賽110HS20兩相混合式步進電機接線圖3.2 系統(tǒng)控制過程please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings結(jié)束語本次畢業(yè)論文設(shè)計

13、是基于PLC控制步進電機，借助于力傳感器技術(shù)實現(xiàn)對電磁鐵推拉力測試，是在指導老師的指導和嚴格監(jiān)督下完成的。通過這次設(shè)計，本人對所學的知識在實際應(yīng)用中有了更感性的認識和全新的體會。本次論文設(shè)計讓我學會了怎樣實現(xiàn)PLC對步進電機的控制。對PLC、步進電機、電磁鐵等有了更深刻了解。學會了用PLC編程、PLC的基本指令及其功能指令。理解了步進電機、驅(qū)動器、電磁鐵等的工作原理和使用方法。這次畢業(yè)設(shè)計不僅增強了我的專業(yè)方面的能力，在與小組成員的合作中，也學會了溝通和合作，學會共同解決問題，互幫互助。對于各自的問題也有更深的理解。也鍛煉了我們在問題和困難面前的耐心與毅力，不輕易放棄，一遍不行就試第二遍，相信

14、自己最終都能解決。當然要感謝毛老師在整個設(shè)計中對我們耐心詳細的講解和輔導，及理論和技術(shù)等各方面的支持。使我們能更好的完成畢業(yè)設(shè)計。參考文獻1 王永華主編.現(xiàn)代電器控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京：北京航天航空大學出版社,2006.2 王季秩,曲家騏編著.執(zhí)行電動機M.北京: 機械工業(yè)出版社,1997.3 蔡行健主編.深入淺出西門子S7-200PLCM.北京: 北京航空航天大學出版社,2005.4 楊黎明編著.機電傳動控制技術(shù)M.北京: 國防工業(yè)出版社,2007 5 史敬灼著.步進電動機伺服控制技術(shù)M.北京: 科學出版社,2006.6 孫以材編著.壓力傳感器的設(shè)計、制造與應(yīng)用M.北京: 冶金工業(yè)出版

15、社,1999.7 廖常初編著.PLC編程及應(yīng)用M.北京: 機械工業(yè)出版社,2004. 8 湯以范編著.電氣與可編程序控制器技術(shù)M.北京: 機械工業(yè)出版社,2004.9 宋伯生.PLC順序控制程序工程方法J.電氣時代.10 孫平編著.可編程控制器原理及應(yīng)用M.北京: 高等教育出版社,2002.11 張冠生,陸儉國主編.電磁鐵與自動電磁元件M北京: 機械工業(yè)出版社,1982.附錄I 程序梯形圖主程序子程序 高速脈沖輸出:子程序 高速計數(shù)器子程序 中斷程序附錄 程序語句表主程序:Network 1 Q0.1接步進驅(qū)動器方向脈沖，初始化置位Q0.1，步進正傳LD SM0.1S Q0.1, 1Netwo

16、rk 2 調(diào)用高速脈沖輸出，同時M0.0作為第一次正傳脈沖輸出結(jié)束后使能反轉(zhuǎn)脈沖輸出LD SM0.1O M0.0CALL SBR0R Q0.0, 1EUR M0.0, 1Network 3 調(diào)用高數(shù)計數(shù)LD SM0.1CALL SBR1子程序高速脈沖輸出:Network 1 這是西門子PLC中高速PTO脈沖輸出3段輸出的格式字，3是指三段（加速段，勻速段，減速段），Q0.0是脈沖輸出點，接驅(qū)動器脈沖信號端LD SM0.0MOVB 3, VB500MOVW 100, VW501MOVW -2, VW503MOVD 100, VD505MOVW 100, VW509MOVW 0, VW511MOVD 1300, VD513MOVW 100, VW517MOVW 2, VW519MOVD 100, VD521Network 2 這是執(zhí)行PTO高速輸出指令，同時在輸出結(jié)束進入中斷LD SM0.0MOVB 2#10100000, SMB67MOVW 500, SMW168ATCH INT0, 19ENIPLS 0子程序高速計數(shù):Network 1 這是西門子高速計數(shù)器格式，采用HSC0計數(shù)器9號模式（AB相正交，A接I0.0，B