機(jī)械手的PLC的控制畢業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（說(shuō)明）題目：機(jī)器人PLC控制設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作業(yè)本摘要機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)由滾珠絲杠、滑桿等機(jī)械裝置組成；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、傳感器和其他電子設(shè)備組成。該裝置涵蓋可編程控制技術(shù)、位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手從PLC輸出三個(gè)脈沖，分別驅(qū)動(dòng)水平軸和垂直軸逆變器，控制機(jī)械臂水平軸和垂直軸的精確定位。微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳送給PLC主機(jī)；位置信號(hào)由接近開(kāi)關(guān)反饋。 PLC主機(jī)通過(guò)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制機(jī)械手的爪子，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)械

2、手可在空間中抓取和放置物體，動(dòng)作靈活多樣，可替代高溫、危險(xiǎn)工作區(qū)域的人工操作，并可根據(jù)物料的變化隨時(shí)改變相關(guān)參數(shù)。工件和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的要求。關(guān)鍵詞：機(jī)械手、PLC、變頻器、交流電機(jī)目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc322595594 摘要 PAGEREF _Toc322595594 h 1 HYPERLINK l _Toc322595595 第一章機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc322595595 h 3 HYPERLINK l _Toc322595596 1.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc322595596 h 3 HYPERLINK l _To

3、c322595597 1.2機(jī)械手及機(jī)座結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc322595597 h 4 HYPERLINK l _Toc322595598 第2章可編程序控制PLC PAGEREF _Toc322595598 h 7 HYPERLINK l _Toc322595599 2.1 PLC PAGEREF _Toc322595599 h 7簡(jiǎn)介 HYPERLINK l _Toc322595600 2.2 PLC 8的工作原理 PAGEREF _Toc322595600 h HYPERLINK l _Toc322595601 2.3 PLC型號(hào) PAGEREF _Toc322595601 h

4、 10的選擇方法 HYPERLINK l _Toc322595602 第三章三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc322595602 h 13 HYPERLINK l _Toc322595603 3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc322595603 h 13 HYPERLINK l _Toc322595604 3.2三相交流電動(dòng)機(jī)的工作原理 PAGEREF _Toc322595604 h 17 HYPERLINK l _Toc322595605 3.3機(jī)器人電機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc322595605 h 18 HYPERLINK l _Toc322

5、595606 第 4 章 變頻器 PAGEREF _Toc322595606 h 19 HYPERLINK l _Toc322595607 4.1逆變器的組成 PAGEREF _Toc322595607 h 19 HYPERLINK l _Toc322595608 4.2變頻器的分類及控制方法 PAGEREF _Toc322595608 h 23 HYPERLINK l _Toc322595609 第5章機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc322595609 h 27 HYPERLINK l _Toc322595610 5.1機(jī)械手工藝流程 PAGEREF _Toc3225956

6、10 h 27 HYPERLINK l _Toc322595611 5.2 PLC控制系統(tǒng) PAGEREF _Toc322595611 h 29 HYPERLINK l _Toc322595612 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc322595612 h 35 HYPERLINK l _Toc322595613 至 PAGEREF _Toc322595613 h 36第一章機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)1.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1.螺桿機(jī)構(gòu)螺桿機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和框架組成。它的主要功能是將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。根據(jù)絲杠副中的摩擦特性，絲杠機(jī)構(gòu)可分為滑動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)兩種。類型。按用途可分為傳力螺

7、釘、傳導(dǎo)螺釘和調(diào)節(jié)螺釘三種。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪音，自鎖容易。2、滑動(dòng)絲桿機(jī)構(gòu)螺桿副是具有滑動(dòng)摩擦的螺桿機(jī)構(gòu)，稱為滑動(dòng)螺桿機(jī)構(gòu)?；瑒?dòng)絲杠機(jī)構(gòu)采用的螺紋為矩形、梯形和鋸齒螺紋，傳動(dòng)性能好，效率高?；瑒?dòng)絲杠機(jī)構(gòu)由螺母和絲杠組成。根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成和運(yùn)動(dòng)方式，滑動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)分為以下兩種。(1)?；瑒?dòng)絲杠機(jī)構(gòu)由螺母和絲杠組成。螺母與機(jī)架固定連接，絲杠旋轉(zhuǎn)移動(dòng)（如圖1-1b所示）。這種絲杠機(jī)構(gòu)主要是傳遞動(dòng)力，所以也稱為傳力絲杠機(jī)構(gòu)。一般需要很小的扭矩才能產(chǎn)生很大的軸向力，多用于工作時(shí)間短、轉(zhuǎn)速低的場(chǎng)合。(2)。一種由螺母、絲杠和機(jī)架組成的滑動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)，-1a如圖1所示，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移

8、動(dòng)。這種螺桿機(jī)構(gòu)主要傳遞運(yùn)動(dòng)，所以也稱為傳導(dǎo)螺桿機(jī)構(gòu)。(a) 螺桿旋轉(zhuǎn)，螺母移動(dòng) (b )螺母固定，螺桿旋轉(zhuǎn)并移動(dòng)圖1-1傳導(dǎo)絲杠機(jī)構(gòu)與滑動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)的區(qū)別3. 滾絲機(jī)構(gòu)絲杠副是具有滾動(dòng)摩擦的絲杠機(jī)構(gòu)，稱為滾動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)或滾珠絲杠。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是在絲杠與螺母之間設(shè)有封閉的循環(huán)滾道，其間裝有剛性球。當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)，剛性球沿螺旋滾道滾動(dòng)，帶動(dòng)螺母做直線運(yùn)動(dòng)。根據(jù)流通方式的不同，分為外流通和流通兩種形式。在循環(huán)過(guò)程中，球始終與螺桿接觸的循環(huán)稱為循環(huán)。球返回時(shí)與絲杠脫離接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)（如圖1-2所示）。圖 1-2 外環(huán)外循環(huán)螺母只需設(shè)置一個(gè)反向器。當(dāng)球進(jìn)入反向器時(shí)，被擋住并轉(zhuǎn)動(dòng)，從返回通道返回到滾道的另

9、一端，形成循環(huán)回路。機(jī)械手橫向移動(dòng)采用滾動(dòng)絲杠傳動(dòng)。滾動(dòng)絲杠機(jī)構(gòu)摩擦阻力小，動(dòng)作靈敏度高，傳動(dòng)效率高，可達(dá)90%以上。間隙可通過(guò)調(diào)整方法消除，傳動(dòng)精度高。1.2 機(jī)械手及機(jī)座結(jié)構(gòu)1. 機(jī)械手抓手機(jī)械手的機(jī)械夾爪多為雙指夾爪式，按夾爪的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移式和旋轉(zhuǎn)式。旋轉(zhuǎn)式手柄可分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)旋轉(zhuǎn)式，按夾持方式可分為外夾式和支撐式。根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，可以是電動(dòng)的、液壓的和氣動(dòng)的。回轉(zhuǎn)式夾爪結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但當(dāng)被夾持工件的直徑發(fā)生變化時(shí)，會(huì)造成工件軸線偏移。對(duì)于平移夾具，工件直徑的變化不會(huì)影響軸的位置。但其機(jī)械機(jī)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，制造精度要求高。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)械手夾爪時(shí)，在滿足工件定位精度的條件下，盡可

10、能采用結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)夾爪。本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用楔槽杠桿式旋轉(zhuǎn)夾持器。如右圖所示，安裝在桿上端的滾子3與楔塊之間存在滾動(dòng)接觸。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)連桿向前移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)手柄通過(guò)楔塊4的斜面和杠桿1產(chǎn)生拉緊動(dòng)作和拉緊力。當(dāng)楔塊向后移動(dòng)時(shí)，手指被彈簧的拉力釋放。由于楔塊與滾輪之間為滾動(dòng)接觸，末端執(zhí)行器摩擦力小，動(dòng)作靈活，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。2.機(jī)器底座底座是機(jī)械手的支撐部件，底座承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，因此底座應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。此外，機(jī)器底座還需要足夠大的安裝底座，以保證機(jī)械手的穩(wěn)定運(yùn)行。如圖1-3所示，機(jī)械手采用普通軸承作為支撐元件的基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有制作簡(jiǎn)單、成本低廉、安裝調(diào)整方便

11、等優(yōu)點(diǎn)。圖中，電機(jī)3通過(guò)減速器4、主動(dòng)小齒輪5、中間齒輪6、大齒輪7帶動(dòng)絲杠2轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)升降平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。整個(gè)底座安裝在底座8上。機(jī)械手的組成第二章可編程序控制PLC2.1 PLC簡(jiǎn)介自1960年代美國(guó)引入可編程邏輯控制器（PLC）以取代傳統(tǒng)的繼電器控制裝置以來(lái)，PLC發(fā)展迅速，在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)， PLC的功能也在不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開(kāi)關(guān)處理的基礎(chǔ)上又增加了模擬量處理、運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著非常重要的作用。PLC作為離散控制的首選產(chǎn)品，從1

12、980年代到1990年代發(fā)展迅速，全球PLC年增長(zhǎng)率保持在20%30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)工業(yè)化國(guó)家PLC的增速有所放緩。然而，PLC在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家的增長(zhǎng)非常迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC銷售收入約100億美元，在自動(dòng)化領(lǐng)域占有非常重要的地位。PLC是模仿原有的繼電器控制原理發(fā)展而來(lái)的。 1970年代，PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首次應(yīng)用于汽車制造業(yè)。它存儲(chǔ)用于執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和操作的指令，并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編寫的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并預(yù)先存儲(chǔ)在PLC的用戶程序存

13、儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)，根據(jù)存儲(chǔ)程序的內(nèi)容，逐一執(zhí)行，完成工藝流程所需的操作。 PLC 的 CPU 有一個(gè)程序計(jì)數(shù)器，用于指示程序步的存儲(chǔ)地址。在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從初始步（步號(hào)為零）到最后一步（通常是END指令）依次執(zhí)行。 )，然后返回起始步驟循環(huán)操作。 PLC 完成一個(gè)周期操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。對(duì)于不同類型的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。 PLC采用梯形圖編程，顯示出求解邏輯速度快的優(yōu)勢(shì)。以微秒為單位，求解一個(gè) 1K 的邏輯程序只需要不到 1 毫秒。它將所有輸入視為開(kāi)關(guān)量，將 16 位（和 32 位）視為模擬量。大型PLC使用另一個(gè)CPU來(lái)完成模

14、擬量的運(yùn)算。計(jì)算結(jié)果被致到PLC的控制器。通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)，可視為嵌入式控制器，但PLC比通用嵌入式控制器具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中遇到的一些用戶原本使用嵌入式控制器，現(xiàn)在逐漸用通用PLC或定制PLC代替嵌入式控制器2.2 PLC的工作原理可編程控制器有兩種基本工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)下，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不僅執(zhí)行一次，而且反復(fù)重復(fù)執(zhí)行，直到可編程序控制器停止或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序外，在每個(gè)循環(huán)中，控制器都可

15、以如上圖所示進(jìn)行編程，完成零件加工、通訊加工等工作。一個(gè)周期可分為5個(gè)階段?？删幊炭刂破鞯倪@種循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度非?？?，因此處理似乎是從外部輸入輸出關(guān)系同時(shí)完成的。聯(lián)合階段由部門處理?？删幊踢壿嬁刂破鳈z查 CPU 模塊部分的硬件是否正常，并復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器以完成一些其他工作。在通訊服務(wù)階段，可編程控制器通過(guò)微處理器與其他智能設(shè)備進(jìn)行通訊，并根據(jù)編程器輸入的命令更新編程器的顯示內(nèi)容。上述操作僅在可編程控制器處于 STOP 狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。當(dāng)可編程控制器處于（RUN）狀態(tài)時(shí)，必須完成另外 3 個(gè)階段的操作。在可編程控制器的內(nèi)存中，設(shè)置了一個(gè)區(qū)域來(lái)存儲(chǔ)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)

16、的狀態(tài)，分別稱為輸入圖像寄存器和輸出圖像寄存器?？删幊炭刂破魈菪螆D中的其他編程元素也有相應(yīng)的圖像存儲(chǔ)區(qū)域，統(tǒng)稱為元素圖像寄存器。在輸入處理階段，可編程控制器將所有外部輸入電路的ON/OFF狀態(tài)讀入輸入寄存器。當(dāng)外部輸入接點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入圖像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)輸入繼電器的常開(kāi)接點(diǎn)接通，常閉接點(diǎn)斷開(kāi)。外部輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)輸入圖像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生變化，輸入圖像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)相應(yīng)變化，輸入信號(hào)變化后的狀態(tài)只能在下一次掃描的輸入處理階段讀取循環(huán)?？删幊炭刂破鞯挠脩舫绦蛴啥鄺l指令

17、組成，指令在內(nèi)存中按照步號(hào)的順序排列。當(dāng)沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，依次執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束。執(zhí)行指令時(shí)，從輸入圖像寄存器或其他元件圖像寄存器中讀出編程元件的0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令要求進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果寫入相應(yīng)的元素圖像寄存器。 ，因此，每個(gè)編程元素的圖像寄存器（輸入圖像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。在輸出處理階段，CPU 將輸出影子寄存器的 0/1 狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。當(dāng)輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出圖像寄存器為“1”。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中相應(yīng)硬件繼電器的線圈得電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載得電工作。若梯形

18、圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出圖像寄存器為“0”狀態(tài)，則經(jīng)過(guò)輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)硬件繼電器的線圈通電off，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。當(dāng)與編程元件對(duì)應(yīng)的圖像寄存器處于“1”狀態(tài)時(shí)，編程元件被稱為ON，當(dāng)圖像寄存器處于“0”狀態(tài)時(shí)，編程元件被稱為OFF。掃描周期 當(dāng)可編程控制器處于 RUN 工作狀態(tài)時(shí)，2.5.1a如圖所示執(zhí)行一次掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為 1100ms。執(zhí)行一條指令所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)度、指令的類型和CPU執(zhí)行指令的速度有很大關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間占掃描周期的相當(dāng)大比例。但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，掃描周期還包括自診斷、通信等

19、。如圖2.1c第第(N-1)個(gè)掃描周期輸出刷新第(N+1)個(gè)掃描周期輸入采樣第N個(gè)掃描周期輸入采樣輸出刷新用戶程序執(zhí)行圖 2-1 PLC 掃描方式1.輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀取所有數(shù)據(jù)和狀態(tài)。它們存儲(chǔ)在 I/O 圖像區(qū)域的相應(yīng)單元中。輸入采樣結(jié)束后，進(jìn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化，I/O 圖像區(qū)域中相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)發(fā)生變化。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，其寬度必須大于一個(gè)掃描周期，以確保輸入在任何情況下都可以被讀取。2.用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC CPU 總是從上到下，從左到右掃描梯形圖。對(duì)控制電路進(jìn)行邏輯

20、運(yùn)算，相應(yīng)地刷新邏輯線圈或輸出線圈的系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中相應(yīng)位的狀態(tài)?；蛘吲袛嗍欠駡?zhí)行梯形圖指定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等。3.輸出刷新階段在輸出刷新階段，CPU根據(jù)I/O圖像區(qū)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有數(shù)據(jù)鎖存電路，然后通過(guò)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這是PLC的實(shí)際輸出。4.輸入/輸出滯后時(shí)間輸入/輸出滯后時(shí)間，又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化到其控制的外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)間間隔。它由輸入電路的濾波時(shí)間決定。 ，輸出電路的滯后時(shí)間和由于掃描工作模式引起的滯后時(shí)間由三部分組成。輸入模塊的CPU濾波電路用于濾除輸入端引入的干擾噪聲，消除外部輸入觸點(diǎn)

21、動(dòng)作引起的抖動(dòng)帶來(lái)的不利影響。濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的延遲時(shí)間與模塊的類型有關(guān)。繼電器式輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向空硅型輸出電路在負(fù)載開(kāi)啟時(shí)的延遲時(shí)間約為1ms，延遲時(shí)間約為1ms時(shí)負(fù)載從開(kāi)啟到關(guān)閉。最大延遲時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為 1ms。掃描工作方式導(dǎo)致的延遲時(shí)間最多可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。可編程控制器的總響應(yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十毫秒，與一般系統(tǒng)無(wú)關(guān)。要求輸入和輸出信號(hào)之間的延遲時(shí)間盡可能短的系統(tǒng)可以選擇掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。PLC模型的方法1 、PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體式和

22、模塊式兩種，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩種； 32位、64位等。從應(yīng)用的角度來(lái)看，通?？梢愿鶕?jù)控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)來(lái)選擇。一體式PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，用戶選擇較少，用于小型控制系統(tǒng)；模塊化PLC提供多種I/O卡或插卡，用戶可以更合理的選擇和配置控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)方便靈活，一般用于大中型大小的控制系統(tǒng)。2 、輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如，對(duì)于輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)于輸出模塊，應(yīng)考慮所選輸出模塊的類型。通常，繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、工作電壓范圍寬、壽命短、響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)；晶閘管輸出模塊適用于頻

23、繁開(kāi)關(guān)和低感性功率因數(shù)。負(fù)載場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬輸出等，應(yīng)與應(yīng)用要求一致。根據(jù)應(yīng)用需求，合理選擇智能輸入輸出模塊，提高控制水平，降低應(yīng)用成本?？紤]您是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程 I/O 機(jī)架等。三、電源的選擇同時(shí)引進(jìn)設(shè)備時(shí)，PLC的電源應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。一般PLC的電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)網(wǎng)電壓一致。對(duì)于重要應(yīng)用，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果 PLC 本身有可用電源，則應(yīng)檢查提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接電源。為防止外部高壓電源因誤動(dòng)作而引入PLC，需要對(duì)輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行隔離，有時(shí)可以采用簡(jiǎn)單的二極

24、管或熔斷管隔離。4.內(nèi)存選擇由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)存的價(jià)格有所下降。因此，為了保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常運(yùn)行，一般需要PLC的內(nèi)存容量，根據(jù)256個(gè)I/O點(diǎn)至少選擇8K內(nèi)存。當(dāng)需要復(fù)雜的控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大、檔次更高的存儲(chǔ)器。 5 、冗余功能的選擇(1)控制單元的冗余重要的處理單元：CPU（包括內(nèi)存）和電源應(yīng)1B1冗余。必要時(shí)也可采用PLC硬件和熱備軟件組成的熱備冗余系統(tǒng)、雙機(jī)或三機(jī)冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。(2) I/O接口單元的冗余控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。 3) 重要的I/O信號(hào)根據(jù)需要可選擇2路或3路I/O接口單元。6.經(jīng)濟(jì)考慮選擇PLC時(shí)，應(yīng)

25、考慮性價(jià)比。在考慮經(jīng)濟(jì)性時(shí)，要同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)而選擇更滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)的數(shù)量直接影響價(jià)格。每個(gè)額外的 I/O 卡都需要額外的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到一定值時(shí)，相應(yīng)的內(nèi)存容量、機(jī)架、主板等也會(huì)相應(yīng)增加。因此，估計(jì)點(diǎn)數(shù)的增加會(huì)影響CPU、內(nèi)存容量、控制功能范圍等的選擇，在選擇時(shí)要充分考慮，讓整個(gè)控制系統(tǒng)有更合理的性能價(jià)格比比率。第三章三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各種三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的。它們都由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件

26、，如圖3-1所示。圖3-1 封閉式三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1軸承； 2前端蓋； 3轉(zhuǎn)軸； 4接線盒； 5吊環(huán)； 6定子鐵芯； 7轉(zhuǎn)子； 8定子繞組； 9框架； 10后端蓋； 11窗罩； 12風(fēng)扇1 .定子部分定子用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相電動(dòng)機(jī)的定子一般由機(jī)殼、定子鐵芯和定子繞組組成。( 1 )殼牌三相電機(jī)外殼包括機(jī)架、端蓋、軸承蓋、接線盒和吊環(huán)等部件。機(jī)架：鑄鐵或鑄鋼鑄件，其作用是保護(hù)和固定三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)架上還有兩個(gè)端蓋支撐轉(zhuǎn)子，是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，底座的外觀要求良好的散熱性能，所以散熱片一般都是鑄造的。端蓋：鑄鐵或鑄鋼，其作用是將轉(zhuǎn)子固

27、定在定子腔的中心，使轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。軸承蓋：也用鑄鐵或鑄鋼鑄造。它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動(dòng)，還起到儲(chǔ)存潤(rùn)滑油和保護(hù)軸承的作用。接線盒：一般用鑄鐵鑄造，其作用是保護(hù)和固定繞組的引線端子。吊環(huán)：一般由鑄鋼制成，安裝在機(jī)座上端，用于起吊和提升三相電機(jī)。( 2 )定子鐵芯的定子鐵芯是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35mm涂有絕緣漆的薄硅鋼片在較厚的表面上層壓而成，如圖3-20.5mm所示。由于硅鋼片較薄且片材絕緣，因此減少了交變磁通通過(guò)時(shí)引起的鐵芯渦流損耗。鐵芯圓上有均勻分布的槽口，用于嵌入定子繞組。( a ) 定子鐵芯 ( b ) 定子沖頭圖3-2定子鐵芯與沖片示意圖( 3 ) 定子繞

28、組定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)的電路部分。三相電動(dòng)機(jī)具有三相繞組。當(dāng)通過(guò)三相對(duì)稱電流時(shí)，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組由三個(gè)獨(dú)立的繞組組成，每個(gè)繞組由幾個(gè)線圈連接而成。每個(gè)繞組為一相，每個(gè)繞組之間的空間差為120 電角。線圈用絕緣銅線或絕緣鋁線繞制。中小型三相電機(jī)多采用圓形漆包線，大中型三相電機(jī)的定子線圈用絕緣扁銅線或截面較大的扁鋁線繞制，然后嵌入定子鐵芯槽內(nèi)按照一定的規(guī)則。定子三相繞組的六個(gè)出線端均引至接線盒，首端分別標(biāo)示為U 1 、V 1 、W 1 ，末端分別標(biāo)示為U 2 、V 2 ， W 2 。接線盒內(nèi)六個(gè)出線端子排列如圖3-3所示，可接成星形或三角形。( a ) 星形連接 ( b ) 三角形連接圖3

29、 - 3定子繞組的連接2 .轉(zhuǎn)子部分( 1 )轉(zhuǎn)子鐵芯0.5mm采用厚硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，具有與定子鐵芯相同的功能。( 2 )轉(zhuǎn)子繞組異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線型和鼠型兩種，又分為繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)和鼠型異步電動(dòng)機(jī)。繞組繞組與定子繞組一樣也是三相繞組，一般接成星形。三相引線分別連接在轉(zhuǎn)軸上與轉(zhuǎn)軸絕緣的三個(gè)集電環(huán)上，并通過(guò)電刷裝置與外電路相連。這樣就可以在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)一個(gè)電阻或電動(dòng)勢(shì)來(lái)提高電機(jī)的運(yùn)行性能，見(jiàn)圖3-4。1集電環(huán)； 2刷子； 3壓敏電阻圖3 - 4繞組轉(zhuǎn)子與外部壓敏電阻的連接籠式繞組在轉(zhuǎn)子鐵芯的每個(gè)槽中插入一根銅排，在銅排的每一端用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）連接銅排，稱為銅排

30、轉(zhuǎn)子，如圖3-5 （ a)所示。也可用鑄鋁的方法用鋁液一次澆鑄轉(zhuǎn)子導(dǎo)桿和端環(huán)扇葉，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖3-5 （ b ）所示。 100kW以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。( a ) 銅棒轉(zhuǎn)子 ( b ) 鑄鋁轉(zhuǎn)子圖3 - 5 個(gè)松鼠轉(zhuǎn)子繞組3 .其他部分其他部件包括端蓋、風(fēng)扇等。除了保護(hù)端蓋外，端蓋還裝有軸承來(lái)支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇用于通風(fēng)和冷卻電機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙一般只有0.2mm 1.5mm。氣隙過(guò)大會(huì)降低電機(jī)的功率因數(shù)；氣隙過(guò)小，裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場(chǎng)增強(qiáng)，從而增加附加損耗，使啟動(dòng)性能變差。3.2 三相交流電動(dòng)機(jī)的工作原理1 .三相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相異步

31、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子之所以旋轉(zhuǎn)并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，是因?yàn)檗D(zhuǎn)子氣隙具有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。接下來(lái)，我們討論旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。如圖3.6所示， U 1 U 2 、V 1 V 2 、W 1 W 2是三相定子繞組，它們?cè)诳臻g上相隔120 ，連接成Y形。三相繞組的首端U 1 、V 1 、W 1接入三相對(duì)稱電源，三相繞組中流過(guò)三相對(duì)稱電流。假設(shè)電源相序?yàn)閁、V、W，初始相位角為零，如圖3-6波形圖所示。圖3-6三相交流電流波形(3-1)(3-2)(3-3)為了分析方便，假設(shè)電流為正時(shí)，在繞組中從頭流向尾，電流為負(fù)時(shí)，在繞組中從尾流向頭。根據(jù)“右手螺旋定則”，三相電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加的結(jié)果會(huì)形成復(fù)合磁場(chǎng)，如圖3-7( a )所示，可

32、以看出：此時(shí)的復(fù)合磁場(chǎng)是一對(duì)磁極（即兩個(gè)磁極）。 )，右側(cè)為N極，左側(cè)為S極。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)有p個(gè)相反的磁極時(shí)（即磁極數(shù)為2 p ），每循環(huán)一個(gè)交流電，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間中旋轉(zhuǎn)1/ p 。因此，三相電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每分鐘轉(zhuǎn)速n 1 、定子電流頻率f和極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系為(3-4)3.3 機(jī)器人電機(jī)的選擇Y2系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、外形美觀、噪音低、振動(dòng)小、絕緣等級(jí)高等特點(diǎn)。產(chǎn)品已達(dá)到1990年代國(guó)際先進(jìn)水平，是Y系列電機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。外殼防護(hù)等級(jí)IP54 ，具有良好的啟動(dòng)性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便等特點(diǎn)。電機(jī)采用E或B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)IP44，冷卻方式ICO141，

33、額定頻率為50Hz。 ，額定電壓為380V。垂直軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)承載著整個(gè)機(jī)械手的全部負(fù)載，對(duì)功率要求較高，機(jī)械手主要用于生產(chǎn)線中較輕物體的夾持。綜合考慮，垂直軸選用Y2-2 ，功率-63M2250W ，可滿足生產(chǎn)需要。水平軸主要帶動(dòng)橫臂左右運(yùn)動(dòng)，承重小。選用Y2 -63M1-2 ，功率180W，可滿足生產(chǎn)需要。電機(jī)3主要用于控制機(jī)械手的擰緊和松開(kāi)，負(fù)載最小。所以可以選擇功率為120W的Y2-63M1-4。第四章逆變器變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。 1960年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR（晶閘管）、GTO（門極可關(guān)斷晶閘管）、BJT（雙極型功率晶體管）、MOSFET（金屬氧化物場(chǎng)效

34、應(yīng)晶體管）、SIT（靜電感應(yīng)晶體管）、SITH（靜態(tài)Induction Thyristor)、MGT(MOS Controlled Transistor)、MCT(MOS Controlled Thyristor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、HVIGBT(High Voltage Insulated Gate Bipolar Thyristor)的發(fā)展歷程，器件的更新推動(dòng)了電源的不斷發(fā)展電子轉(zhuǎn)換技術(shù)。 1970年代以來(lái)，PWM-VVVF調(diào)速的研究備受關(guān)注。 1980年代，作為變頻技術(shù)核心的PWM模式優(yōu)化問(wèn)題引起了人們的濃厚興趣，得到了很多優(yōu)

35、化模式，其中以鞍波PWM模式效果最好。自1980年代后半期以來(lái)，美國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的VVVF逆變器相繼投入市場(chǎng)并得到廣泛應(yīng)用。4.1 變頻器配置圖 4-1 為使用變頻器調(diào)速運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。通常，變頻器的主電路（IGBT、BJT或GTO作為逆變?cè)楫惒诫妱?dòng)機(jī)提供調(diào)壓和調(diào)頻電源。該電源的輸出電壓或功率和頻率由控制回路命令控制?？刂浦噶钍歉鶕?jù)外部運(yùn)行指令運(yùn)行得到的。對(duì)于需要精確調(diào)速或快速響應(yīng)的場(chǎng)合，計(jì)算中還應(yīng)包括逆變器主電路和輸電系統(tǒng)檢測(cè)到的信號(hào)和保護(hù)電路的信號(hào)，即防止因過(guò)壓和過(guò)流造成的損壞。逆變器的主電路、異步電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)也應(yīng)加以保護(hù)。圖 4-1 逆變器結(jié)構(gòu)圖

36、4-2 典型電壓源逆變器示例主電路向異步電動(dòng)機(jī)提供調(diào)速、調(diào)壓、調(diào)頻電源的電源轉(zhuǎn)換部分稱為主電路。圖 4-2 顯示了一個(gè)典型的電壓逆變器示例，其電路由三部分組成，一個(gè)將工頻功率轉(zhuǎn)換為直流電的“整流器”，以及一個(gè)吸收整流和逆變過(guò)程中產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的“整流器”。 “平滑回路”，帶有將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的“逆變器”。此外，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)需要制動(dòng)時(shí)，有時(shí)還需要增加“制動(dòng)電路”。1.整流器最近廣泛使用基于二極管的轉(zhuǎn)換器，如圖 4-2 所示，它將工頻電源轉(zhuǎn)換為直流電源。也可以用兩組晶體管變換器組成一個(gè)逆變器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)行。2.平滑電路整流器整流后的直流電壓包括六倍于電源頻率的脈動(dòng)電壓，

37、逆變器產(chǎn)生的脈動(dòng)電流也會(huì)使直流電壓波動(dòng)。為了抑制波動(dòng)，使用電感器和電容器來(lái)吸收脈動(dòng)電壓（電流）。如果器件容量較小，如果電源和主電路的元件有余量，可以省略電感，采用簡(jiǎn)單的平滑電路。3.逆變器與整流器相反，逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)換成所需頻率的交流電。根據(jù)PWM控制信號(hào)，將6個(gè)開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通和關(guān)斷，即可得到三相頻率相同的交流輸出。4.制動(dòng)電路當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)用于再生制動(dòng)區(qū)（轉(zhuǎn)差率為負(fù)）時(shí)，再生能量?jī)?chǔ)存在平滑電路電容器中，使直流電壓升高。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械系統(tǒng)（包括電機(jī)）的慣性所儲(chǔ)存的能量要大于電容器所儲(chǔ)存的能量。當(dāng)需要快速制動(dòng)時(shí)，可用變頻器回饋電源或設(shè)置制動(dòng)電路（開(kāi)關(guān)和電阻）消耗再生電能。以防止直流電路電壓

38、上升。5.控制電路向向異步電動(dòng)機(jī)供電的主電路提供控制信號(hào)（電壓和頻率可調(diào)）的電路稱為控制電路。如圖4-1所示，控制電路由以下電路組成，頻率和電壓的“運(yùn)算電路”，主電路的“電壓/電流檢測(cè)電路”，電機(jī)的“轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路”，以及運(yùn)算電路的控制回路信號(hào)。放大“驅(qū)動(dòng)電路”與變頻器和電機(jī)的“保護(hù)電路”配合工作。在圖 4-1 的點(diǎn)劃線中，當(dāng)控制電路僅由控制部分 A 組成時(shí)，沒(méi)有速度檢測(cè)電路，為開(kāi)環(huán)控制。在控制電路B中增加了速度檢測(cè)電路，即增加了速度指令，可以對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的速度進(jìn)行更精確的閉環(huán)控制?？刂齐娐分饕ǎ?1) 運(yùn)算電路將外部速度、轉(zhuǎn)矩等指令與檢測(cè)電路的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行比較，確定變頻器的輸出電壓和

39、頻率。(2) 電壓/電流檢測(cè)電路與主電路電位隔離，檢測(cè)電壓、電流等。(3) 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)主電路器件的電路。它打開(kāi)和關(guān)閉主電路設(shè)備。(4) 速度檢測(cè)電路將安裝在異步電機(jī)軸上的速度檢測(cè)器（TG、PLG等）的信號(hào)作為速度信號(hào)，送入計(jì)算電路，電機(jī)可以按照指令速度運(yùn)行命令和計(jì)算。6.保護(hù)電路檢測(cè)主電路的電壓、電流等。當(dāng)出現(xiàn)過(guò)載或過(guò)電壓等異常時(shí)，為了防止變頻器和異步電機(jī)損壞，變頻器停止運(yùn)行或電壓和電流值被抑制。保護(hù)電路主要包括：(1) 逆變器保護(hù)瞬時(shí)過(guò)流保護(hù)。當(dāng)流過(guò)逆變器裝置的電流因逆變器負(fù)載側(cè)短路等原因達(dá)到異常值（超過(guò)內(nèi)容值）時(shí)，逆變器運(yùn)行瞬間停止，電流被切斷。逆變器的當(dāng)輸出電流達(dá)到異常值時(shí)，逆變器也停

40、止運(yùn)行。過(guò)載保護(hù)。如果變頻器的輸出電流超過(guò)額定值并持續(xù)超過(guò)規(guī)定時(shí)間，請(qǐng)停止運(yùn)行，以免損壞變頻器周期和線路。適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)需要反時(shí)限特性，使用熱繼電器或電子熱保護(hù)（使用電子電路）。過(guò)載是由于負(fù)載的過(guò)大GD（慣性）或由于負(fù)載過(guò)大導(dǎo)致電機(jī)失速。再生過(guò)壓保護(hù)。當(dāng)使用變頻器使電機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于再生電力，直流電路電壓會(huì)升高，有時(shí)會(huì)超過(guò)內(nèi)容值。您可以采取措施停止變頻器運(yùn)行或快速減速以防止過(guò)電壓。 瞬時(shí)停電保護(hù)。對(duì)于超過(guò)幾毫秒的瞬時(shí)停電，控制電路正常工作。但當(dāng)瞬時(shí)停電時(shí)間超過(guò)10s時(shí)，控制電路通常會(huì)出現(xiàn)故障，主電路無(wú)法供電，因此逆變器檢測(cè)后會(huì)停止工作。 接地過(guò)流保護(hù)。在逆變器負(fù)載側(cè)的接地設(shè)計(jì)中，為了保護(hù)逆變器，

41、有時(shí)需要接地過(guò)流保護(hù)功能。但是，為了確保人身安全，需要安裝漏電斷路器。冷卻風(fēng)扇異常。帶散熱風(fēng)扇的設(shè)備，風(fēng)扇異常時(shí)設(shè)備溫度會(huì)升高。因此，風(fēng)扇熱繼電器或設(shè)備散熱片傳感器用于在檢測(cè)到異常后停止逆變器。(2) 異步電動(dòng)機(jī)的保護(hù)過(guò)載保護(hù)。過(guò)載檢測(cè)裝置與變頻器保護(hù)共用，但在考慮低速運(yùn)行過(guò)熱時(shí)，將溫度檢測(cè)器嵌入異步電動(dòng)機(jī)中，或采用安裝在變頻器中的電子熱保護(hù)器來(lái)檢測(cè)過(guò)熱。動(dòng)作頻繁時(shí)，可考慮降低電機(jī)負(fù)載，增加電機(jī)和變頻器的容量。超頻（超速）保護(hù)。當(dāng)變頻器輸出頻率或異步電機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)規(guī)定值時(shí)，變頻器停止運(yùn)行。(3) 其他保護(hù)防止失速過(guò)流。在快速加速過(guò)程中，如果異步電機(jī)的跟蹤速度較慢，過(guò)流保護(hù)電路將動(dòng)作，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行

42、（失速）。因此，需要在負(fù)載電流減小之前控制頻率升高或降低頻率。恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的過(guò)電流也進(jìn)行同樣的控制。防止失速再生電壓。減速時(shí)產(chǎn)生的再生能量使主電路的直流電壓上升。為了防止再生過(guò)電壓保護(hù)電路動(dòng)作，需要在直流電壓下降之前進(jìn)行控制，以抑制頻率下降，防止失速再生過(guò)電壓。4.2變頻器的分類及控制方法變頻器的分類方法有很多。按主電路工作方式可分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按開(kāi)關(guān)方式可分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻變頻器。 PWM控制逆變器；按工作原理分類，可分為V/f控制逆變器、轉(zhuǎn)差頻率控制逆變器和矢量控制逆變器；按分類可分為通用逆變器、高性能專用逆變器、高頻逆變器、單相逆變器和三相逆變器

43、等。 變頻器中常見(jiàn)的控制方式： 1. 非智能控制方式 非-交流變頻器采用的智能控制方法包括V/f協(xié)調(diào)控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等。 (1) V/f控制提出V/f控制以獲得理想的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特點(diǎn)，基于改變電源頻率進(jìn)行調(diào)速的思想，同時(shí)保證電機(jī)的磁通量保持不變。變頻器基本采用這種控制方式。 V/f控制逆變器的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但該逆變器采用開(kāi)環(huán)控制方式，不能達(dá)到很高的控制性能。此外，在低頻時(shí)，必須進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償以改變低頻轉(zhuǎn)矩特性。 (2) 轉(zhuǎn)差頻率控制轉(zhuǎn)差頻率控制是一種直接控制轉(zhuǎn)矩的控制方法。它是基于V/f控制，根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的電源頻率，并根據(jù)需要調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，使電動(dòng)機(jī)具有

44、相應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩。在這種控制方式中，需要在控制系統(tǒng)中安裝速度傳感器，有時(shí)還會(huì)增加電流反饋來(lái)控制頻率和電流。因此，這是一種閉環(huán)控制方式，可以使逆變器具有良好的穩(wěn)定性，快速加減速和負(fù)載變化具有良好的響應(yīng)特性。 (3)矢量控制矢量控制是通過(guò)矢量坐標(biāo)電路控制電機(jī)定子電流的幅值和相位，從而控制電機(jī)在d、q、0坐標(biāo)軸上的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流分別，然后控制電機(jī)。扭矩的目的。通過(guò)控制各個(gè)向量的動(dòng)作順序和時(shí)間，使其與零向量的動(dòng)作時(shí)間相匹配，可以形成各種PWM波，達(dá)到各種控制目的。例如，形成具有最少開(kāi)關(guān)次數(shù)的PWM波以減少開(kāi)關(guān)損耗。目前在變頻器中實(shí)際應(yīng)用的矢量控制方法主要有基于滑差頻率控制的矢量控制方法和不帶速度傳感

45、器的矢量控制方法?；谵D(zhuǎn)差頻率的矢量控制方法與轉(zhuǎn)差頻率控制方法的常數(shù)特性是一致的，但基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方法還通過(guò)坐標(biāo)變換來(lái)控制電機(jī)定子電流的相位，使其滿足一定的條件。為了消除轉(zhuǎn)矩電流過(guò)渡過(guò)程中的波動(dòng)。因此，基于轉(zhuǎn)差頻率的矢量控制方法比轉(zhuǎn)差頻率控制方法可以大大改善輸出特性。但是這種控制方式是閉環(huán)控制方式，需要在電機(jī)上安裝速度傳感器，所以應(yīng)用范圍有限。無(wú)速度傳感器矢量控制是通過(guò)坐標(biāo)變換分別控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流，然后通過(guò)控制電機(jī)定子繞組上的電壓和電流來(lái)識(shí)別速度來(lái)控制勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流。這種控制方式具有調(diào)速范圍廣、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行可靠、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)算比較復(fù)雜，一般需要專門的處理器進(jìn)行計(jì)算

46、。因此，實(shí)時(shí)性并不理想，控制精度受計(jì)算精度的影響。 . (4)直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制利用空間矢量坐標(biāo)的概念，分析交流電機(jī)在定子坐標(biāo)系中的數(shù)學(xué)模型，控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，通過(guò)檢測(cè)定子磁鏈來(lái)觀察定子磁鏈。定子電阻。因此省略了矢量控制等復(fù)雜的變換計(jì)算，系統(tǒng)直觀簡(jiǎn)潔，計(jì)算速度和精度較矢量控制方法有所提高。即使在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，也能輸出100%的額定扭矩，并具有多次拖動(dòng)的負(fù)載均衡功能。 (5) 最優(yōu)控制最優(yōu)控制在實(shí)踐中的應(yīng)用根據(jù)不同的要求而不同，根據(jù)最優(yōu)控制的理論，可以針對(duì)一定的控制要求對(duì)個(gè)別參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。例如，在高壓逆變器的控制應(yīng)用中，成功地采用了時(shí)間段控制和移相控制兩種策略，實(shí)現(xiàn)了一定條件下的最優(yōu)電壓

47、波形。 (6) 其他非智能控制方法在實(shí)際應(yīng)用中，在變頻器的控制中實(shí)現(xiàn)了一些非智能控制方法，如自適應(yīng)控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制、差頻控制、環(huán)流控制、頻率控制、 ETC。 。 2、智能控制方法智能控制方法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制等。在具體應(yīng)用中，有一些在變頻器控制中使用智能控制的成功例子。 (1) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法用于變頻器的控制，一般用于較復(fù)雜的系統(tǒng)控制，此時(shí)對(duì)系統(tǒng)的模型知之甚少，因此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不僅要完成系統(tǒng)識(shí)別功能，還需要采取控制。而且，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式可以同時(shí)控制多臺(tái)逆變器，因此更適合多臺(tái)逆變器級(jí)聯(lián)時(shí)進(jìn)行控制。但是，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)過(guò)多或算法過(guò)于復(fù)雜，在具體應(yīng)用中會(huì)帶

48、來(lái)很多實(shí)際困難。 (2)模糊控制采用模糊控制算法對(duì)變頻器的電壓和頻率進(jìn)行控制，從而可以控制電機(jī)的加速時(shí)間，避免過(guò)快的加速對(duì)電機(jī)使用壽命的影響以及過(guò)慢的加速對(duì)工作效率的影響。模糊控制的關(guān)鍵在于域、隸屬度和模糊等級(jí)的劃分。這種控制方式特別適用于多輸入單輸出的控制系統(tǒng)。 (3)專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一種利用所謂“專家”的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制的控制方法。因此，一般在專家系統(tǒng)中建立專家數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)一定的專家信息，還需要推理機(jī)制，便于根據(jù)已知信息尋求理想的控制結(jié)果。專家數(shù)據(jù)庫(kù)和推理機(jī)制的設(shè)計(jì)尤為重要，關(guān)系到專家系統(tǒng)控制的質(zhì)量。應(yīng)用專家系統(tǒng)可以控制逆變器的電壓和電流。 （4）學(xué)習(xí)控制學(xué)習(xí)控制主要用于重復(fù)輸入，有規(guī)律的P

49、WM信號(hào)（如中心調(diào)制PWM）正好滿足這個(gè)條件，所以學(xué)習(xí)控制也可以用于變頻器的控制。學(xué)習(xí)控制不需要知道太多的系統(tǒng)信息，但需要12個(gè)學(xué)習(xí)周期，所以速度比較差，有時(shí)學(xué)習(xí)控制算法需要實(shí)現(xiàn)高級(jí)環(huán)節(jié)，這是模擬設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，在同時(shí)，學(xué)習(xí)控制也涉及穩(wěn)定性問(wèn)題，應(yīng)用時(shí)要特別注意。 3、逆變器控制展望隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)逆變器的控制方式將向以下幾個(gè)方面發(fā)展。 （1）數(shù)字化控制變頻器的實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在，變頻器的控制方式可以用數(shù)字處理器實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的運(yùn)算，變頻器的數(shù)字化將是一個(gè)重要的發(fā)展方向80C。 ，輔以SLE4520或EPLD液晶顯示器，實(shí)現(xiàn)更完美的控制性能。 (2)多種控制方

50、式的組合單一的控制方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，沒(méi)有“萬(wàn)能”的控制方式。在某些控制情況下，需要結(jié)合一些控制方法，如學(xué)習(xí)控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。將自適應(yīng)控制與模糊控制、直接轉(zhuǎn)矩控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制相結(jié)合，或稱為“混合控制”，這樣控制效果會(huì)更好。 (3)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展使“世界末日近在咫尺”，依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是一個(gè)發(fā)展方向。通過(guò)RS485接口和一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以對(duì)逆變器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而在一些不適合人工現(xiàn)場(chǎng)操作的場(chǎng)合，可以輕松實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。 (4) 綠色變頻器隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)環(huán)境的保護(hù)。逆變器產(chǎn)生的高次諧波會(huì)污染電網(wǎng)，降低逆變器工作時(shí)的噪聲，增強(qiáng)其工作的可靠

51、性和安全性。出綠色逆變器。第五章機(jī)器人PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1 機(jī)械手工藝流程1.了解設(shè)備概況機(jī)械手結(jié)構(gòu)及各部分動(dòng)作示意圖如下圖所示。機(jī)械手的工作由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其上升、下降、左移、右移都是由電機(jī)帶動(dòng)的絲杠旋轉(zhuǎn)完成的。2.分析過(guò)程機(jī)械手初始位置停在原點(diǎn)，按下啟動(dòng)按鈕后，機(jī)械手將下降-擰緊工件-上升-右移-再次下降-松開(kāi)工件-上升-左移八個(gè)動(dòng)作，完成一個(gè)工作循環(huán).機(jī)械手的下降、上升、右移、左移等動(dòng)作過(guò)渡由相應(yīng)的限位開(kāi)關(guān)控制，而擰緊和松開(kāi)動(dòng)作的過(guò)渡由時(shí)間控制。為保證安全，機(jī)械手移動(dòng)到正確位置后，只有在右側(cè)工作臺(tái)上沒(méi)有工件時(shí)才能下降。如果上次移動(dòng)到右側(cè)工作臺(tái)的工件還沒(méi)有被取出，機(jī)械手應(yīng)自動(dòng)暫停等待。為此

52、提供了一個(gè)光電開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)“無(wú)工件”信號(hào)。三、控制要求圖 5-1 機(jī)械手控制要求(1)單步工作模式：從原點(diǎn)開(kāi)始，按照自動(dòng)工作循環(huán)的步驟，為滿足生產(chǎn)要求，機(jī)械手設(shè)置了手動(dòng)工作模式和自動(dòng)工作模式，自動(dòng)工作工作方式分為單步、單循環(huán)和連續(xù)工作。手動(dòng)工作模式：使用按鈕控制機(jī)械手的每一步。例如按下“Down”按鈕，機(jī)械手下降；按下“向上”按鈕，機(jī)械手上升。手動(dòng)操作可用于調(diào)整工作位置，緊急停止后機(jī)械手返回原點(diǎn)。單循環(huán)工作模式：按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)械手按流程自動(dòng)完成一個(gè)循環(huán)動(dòng)作，回原點(diǎn)后停止。連續(xù)工作模式：按下按鈕，機(jī)械手會(huì)自動(dòng)從原點(diǎn)按步序重復(fù)連續(xù)工作，連續(xù)工作模式設(shè)置兩種停車狀態(tài)：正常停車：在正常運(yùn)行條件下停車。

53、按下復(fù)位按鈕后，機(jī)械手在完成最后一個(gè)工作循環(huán)后自動(dòng)返回原點(diǎn)并停止。緊急停止：在發(fā)生事故或緊急情況時(shí)停止。按下急停按鈕，機(jī)械手在當(dāng)前狀態(tài)下停止。故障排除后，需要手動(dòng)回原點(diǎn)。5.2 PLC控制系統(tǒng)1.確定輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，選擇PLC型號(hào)(1) 輸入信號(hào)位置檢測(cè)信號(hào)：下限位、上限位、右限位、左限位，共4個(gè)行程開(kāi)關(guān)，需要4個(gè)輸入端子?！盁o(wú)工件檢測(cè)”信號(hào)：采用光電開(kāi)關(guān)作為檢測(cè)元件，需要一個(gè)端子。“工作模式”選擇開(kāi)關(guān)：有手動(dòng)、單步、單循環(huán)、連續(xù)4種工作模式，需要4個(gè)輸入端子。手動(dòng)操作：下降、上升、右移、左移、擰緊和松開(kāi)需要6個(gè)按鈕，以及6個(gè)輸入端子。自動(dòng)工作：還需要啟動(dòng)、正常停止、急停3個(gè)按鈕，還需要3個(gè)輸入端子。以上一共需要18個(gè)輸入信號(hào)。(2) 輸出信號(hào)PLC的輸出