機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)

機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)第1頁/共78頁目錄：第一章電氣控制概念第二章機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)組成第三章電氣控制柜的建立第四章PLC控制系統(tǒng)第五章機(jī)器人碼垛工作站第六章各種控制組件介紹第2頁/共78頁第一章電氣控制概念

電氣控制技術(shù)是以各類電動機(jī)為動力的傳動裝置與系統(tǒng)為對象，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的控制技術(shù)。電氣控制系統(tǒng)是其中的主干部分，在國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)中的許多部門得到廣泛應(yīng)用，是實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的重要技術(shù)手段。第3頁/共78頁第二章機(jī)器人外圍控制系統(tǒng)組成控制柜操作面板其他輔助設(shè)備機(jī)器人啟動停止等信號機(jī)器人運動狀態(tài)&IO信號外部設(shè)備狀態(tài)信號控制信號第4頁/共78頁第一節(jié)主控制柜概況控制柜為整個系統(tǒng)心臟部分，其核心為PLC，反饋進(jìn)來信號作出運算處理后，對周圍設(shè)備發(fā)出控制指令，使整套系統(tǒng)按設(shè)計要求運行?？刂乒駱邮娇刂乒駜?nèi)部圖第5頁/共78頁第一節(jié)主控制柜概況控制柜結(jié)構(gòu)電源設(shè)備控制設(shè)備運算處理設(shè)備周邊設(shè)備1.電源供應(yīng)器（變壓器）2.漏電保護(hù)設(shè)備，保險絲等3.各種開關(guān)1.各種繼電器，電磁閥等。2.變頻器，伺服、步進(jìn)等馬達(dá)驅(qū)動器。3.機(jī)器人控制器I/O。4.其他動力控制設(shè)備。1.端子臺，線槽，鋁軌，安裝板等。2.冷卻設(shè)備（風(fēng)扇、空調(diào)）。可編程序控制器（PLC），單片機(jī)，總線設(shè)備等。第6頁/共78頁第二節(jié)外圍電氣設(shè)備主要使用到的設(shè)備：※機(jī)器人手爪※傳感器※電纜※開關(guān)※電源※檢測設(shè)備※電機(jī)※驅(qū)動器※控制器※儀表第7頁/共78頁第三章電氣控制柜的建立☆電氣控制設(shè)計開發(fā)流程☆電氣控制要點☆電氣元件安裝第8頁/共78頁一.電控設(shè)計開發(fā)流程:1.案件承接2.選擇元器件3.繪制電路圖/時序圖/IO表/BOM表/布線圖4.編寫程序5.配線/調(diào)試/編寫操作說明書第9頁/共78頁一.電控設(shè)計開發(fā)流程:1.案件承接詳細(xì)了解設(shè)備的控制要求,周邊環(huán)境，以及相關(guān)設(shè)備的電氣控制狀況，確認(rèn)控制方式。2.選擇元器件按控制要求及各種參數(shù)合理選擇，注意元件成本、購買交期和使用環(huán)境及壽命等。3繪制電路圖/時序圖/IO表/BOM表/布線圖●電路圖制作要詳細(xì)，合理，標(biāo)注要具體?！駮r序圖邏輯清晰，考慮周全?！窀鶕?jù)選擇元件及備品和一些耗材制作BOM表?！翊_定輸入和輸出點數(shù)，合理分配，制作I/O表。第10頁/共78頁一.電控設(shè)計開發(fā)流程:4.編寫程序依據(jù)時序圖進(jìn)行程序編寫，條理清楚，安全保護(hù)到位，中間繼電器、寄存器分配合理，標(biāo)注詳細(xì)。5.配線/調(diào)試/編寫操作說明書●配線應(yīng)整潔美觀，配線時看清電路圖極其要求，合理選擇導(dǎo)線，避免掉異物進(jìn)入用電設(shè)備，接線端子壓緊，接地良好。●調(diào)試時先確認(rèn)動作保護(hù)是否到位，可將容易碰撞部件拆卸，待動作合理后裝回。●操作說明書盡量簡單易懂，詳細(xì)說明安全注意事項。第11頁/共78頁1.設(shè)計合理遵守電氣規(guī)則，選形、布局、安裝等合理。2.操作方便面板設(shè)計規(guī)范，控制按鈕動作合理。3.使用安全a.防止機(jī)械相碰撞，防止觸電。b.防止突然停電/停氣。c.過電流保護(hù)，過電壓保護(hù)。d.緊急停止，雙按紐起動及各種門開關(guān)保護(hù)。4.節(jié)省成本容量合適，充分利用。二、電氣控制要點第12頁/共78頁三電氣元件安裝配線（一）、元件領(lǐng)用：

接圖紙后,熟悉圖紙,按照材料計劃單并根據(jù)平衡使用的材料元件到電器元件庫房領(lǐng)取所需電器元件，并認(rèn)真核對規(guī)格型號。2.所有電器元件、輔件在安裝前必須檢查有無出廠合格證，廠家生產(chǎn)許可證，型號、規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計要求。并進(jìn)行外觀檢查，外觀應(yīng)完好，且附件齊全，排列整齊，固定牢固，密封良好，如有破損，或影響電氣和機(jī)械功能，無出廠合格證者，嚴(yán)禁使用。3.熔斷器的熔體規(guī)格、自動開關(guān)、熱繼電器的整定值，線圈的電壓等級應(yīng)符合設(shè)計要求。第13頁/共78頁三電氣元件安裝配線（二）、元件安裝：

1.所有電器元件、輔件應(yīng)按照元件制造廠的安裝使用說明書的安裝要求（使用條件、滅弧距離、拆卸滅弧罩所需距離等）進(jìn)行正確的安裝。2.嚴(yán)格按照電氣原理圖、接線圖圖紙及元件明細(xì)表、安裝布置圖（如有）的要求核對其額定電壓、額定電流、規(guī)格型號后安裝到位，要求橫平堅直。3.安裝時應(yīng)盡量考慮方便用戶維修。各電器應(yīng)能單獨拆裝更換而不應(yīng)影響其它電器及導(dǎo)線束的固定。4.所有元件均應(yīng)牢固固定在骨架和支架上，緊固螺絲必須擰緊。設(shè)備的保護(hù)接地端子應(yīng)與設(shè)備內(nèi)各元器件的保護(hù)接地點直接連接或利用保護(hù)導(dǎo)體連接。6.按鈕安裝：按鈕操作應(yīng)靈活、可靠、無卡阻，按鈕之間的距離宜為50～80mm，當(dāng)傾斜安裝時，其與水平的傾角不宜小于30°

第14頁/共78頁三電氣元件安裝配線（三）、其他要項：對低壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)電氣元件的導(dǎo)電部件之間或?qū)щ姴考ㄈ缒妇€、金發(fā)屬架或金屬體）與另一導(dǎo)電部件之間的電氣間隙和爬電距離一般不小于20mm，高壓柜中二次回路的電氣間隙不應(yīng)小于6mm,爬電距離不應(yīng)小于是10mm發(fā)熱元件宜安裝在散熱良好的地方；兩個發(fā)熱元件之間的連線應(yīng)采用耐熱導(dǎo)線或裸銅線套瓷管。端子排應(yīng)無損壞，固定牢固，絕緣良好，端子應(yīng)有序號，端子排應(yīng)便于更換且接線方便；離地高度宜大于350mm，強、弱電端子宜分開布置。保護(hù)接地端子標(biāo)記,采用圖形符號〨或文字符號PE加以標(biāo)識，接至保護(hù)接地端子上的接地線必須為黃綠雙色線。第15頁/共78頁第四章PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)由信號輸入元件、輸出執(zhí)行元件和PLC構(gòu)成。信號輸入元件接在PLC的輸入端，向PLC輸入指令信號和被控對象的狀態(tài)信號。輸出執(zhí)行元件接在PLC的輸出端，控制被控對象的工作。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計包括硬件電路設(shè)計和軟件程序設(shè)計兩項主要任務(wù)。第16頁/共78頁

PLC誕生前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。繼電器控制系統(tǒng)有著十分明顯的缺點：體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度慢、適應(yīng)性差，尤其當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化時，就必須重新設(shè)計、重新安裝，造成時間和資金的嚴(yán)重浪費．

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺PLC，并在1987年2月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程”。第一節(jié)PLC控制系統(tǒng)定義第17頁/共78頁第二節(jié)PLC的基本結(jié)構(gòu)第18頁/共78頁第三節(jié)PLC的邏輯結(jié)構(gòu)第19頁/共78頁第四節(jié)主要組成部分的功能1．CPU運算和控制中心

起“心臟”作用。

●縱：當(dāng)從編程器輸入的程序存入到用戶程序存儲器中，然后CPU根據(jù)系統(tǒng)

所賦予的功能（系統(tǒng)程序存儲器的解釋編譯程序），把用戶程序翻譯成PLC

內(nèi)部所認(rèn)可的用戶編譯程序。

●橫：輸入狀態(tài)和輸入信息從輸入接口輸進(jìn)，CPU將之存入工作數(shù)據(jù)存儲器

中或輸入映象寄存器。然后由CPU把數(shù)據(jù)和程序有機(jī)地結(jié)合在一起。把結(jié)

果存入輸出映象寄存器或工作數(shù)據(jù)存儲器中，然后輸出到輸出接口、控制

外部驅(qū)動器。

●組成：CPU由控制器、運算器和寄存器組成。這些電路集成在一個芯片上。

CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線與I/O接口電路相連接。

第20頁/共78頁第四節(jié)主要組成部分的功能2．存儲器

具有記憶功能的半導(dǎo)體電路。

分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器：

●系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序，包括管理程序，監(jiān)控程序以及對

用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。

●用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機(jī)存取存儲器（RAM）

組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池

作為后備電源，壽命一般為

3~5年。第21頁/共78頁第四節(jié)主要組成部分的功能3．輸入/輸出接口

（1）輸入接口：

光電耦合器由兩個發(fā)光二極度管和光電三極管組成：

●發(fā)光二級管：在光電耦合器的輸入端加上變化的電信號，發(fā)光二極管就

產(chǎn)生與輸入信號變化規(guī)律相同的光信號?！窆怆娙壒埽涸诠庑盘柕恼丈湎聦?dǎo)通，導(dǎo)通程度與光信號的強弱有關(guān)。

在光電耦合器的線性工作區(qū)內(nèi)，輸出信號與輸入信號有線性關(guān)系。

●輸入接口電路工作過程：當(dāng)開關(guān)合上，二極管發(fā)光，然后三極管在光的

照射下導(dǎo)通，向內(nèi)部電路輸入信號。當(dāng)開關(guān)斷開，二極管不發(fā)光，三極

管不導(dǎo)通。向內(nèi)部電路輸入信號。也就是通過輸入接口電路把外部的開

關(guān)信號轉(zhuǎn)化成PLC內(nèi)部所能接受的數(shù)字信號。

第22頁/共78頁第四節(jié)主要組成部分的功能（2）輸出接口

PLC的繼電器輸出接口電路

工作過程：當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號1，有電流流過，繼電器線圈有電流，然后常開觸點閉合，提供負(fù)載導(dǎo)通的電流和電壓。當(dāng)內(nèi)部電路輸出數(shù)字信號0，則沒有電流流過，繼電器線圈沒有電流，然后常開觸點斷開，斷開負(fù)載的電流或電壓。也就是通過輸出接口電路把內(nèi)部的數(shù)字電路化成一種信號使負(fù)載動作或不動作。

三種類型：

繼電器輸出：有觸點、壽命短、頻率低、交直流負(fù)載

晶體管輸出：無觸點、壽命長、直流負(fù)載

晶閘管輸出：無觸點、壽命長、交流負(fù)載

第23頁/共78頁4．編程器

編程器分為兩種：一種是手持編程器，方便。我們實驗室使用的就是手持編程器。二種是通過PLC的RS232口。與計算機(jī)相連。然后敲擊鍵盤。通過軟件向PLC內(nèi)部輸入程序。手持編程器第四節(jié)主要組成部分的功能第24頁/共78頁第五節(jié)PLC的基本工作原理

PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。

1．每次掃描過程。集中對輸入信號進(jìn)行采樣。集中對輸出信號進(jìn)行刷新。

2．輸入刷新過程。當(dāng)輸入端口關(guān)閉時，程序在進(jìn)行執(zhí)行階段時，輸入端有新

狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進(jìn)行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。

3．一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。

4．元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。

5．掃描周期的長短由三條決定。（1）CPU執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有

的時間（3）指令條數(shù)

6．由于采用集中采樣。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即

輸入/輸出響應(yīng)延遲。第25頁/共78頁第六節(jié)PLC控制系統(tǒng)的建立方法

第26頁/共78頁第七節(jié)常用的各種PLC1.日本OMRON公司生產(chǎn)的C系列PLC。2.日本KEYENCE公司生產(chǎn)的KV系列PLC。3.日本三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的F/F1/F2/FX/A系列PLC。4.德國西門子公司生產(chǎn)的S5/S7系列PLC。5.美國A-B公司生產(chǎn)的PLC-5系列PLC。6.美國GE公司生產(chǎn)的GE-1、GE-1/J、GE-1/P等。第27頁/共78頁第五章機(jī)器人碼垛工作站FLEXSYS第28頁/共78頁

機(jī)器人自動碼垛系統(tǒng)是一種集成化的系統(tǒng),它包括工業(yè)機(jī)器人、控制器、編程器(PLC)、機(jī)器人手爪、自動拆/疊盤機(jī)、托盤輸送、整形機(jī)構(gòu)及定位設(shè)備,它還可以配置自動稱重、貼標(biāo)簽和檢測及通訊系統(tǒng),并可以可以與生產(chǎn)控制系統(tǒng)相連接,以形成一個完整的集成化包裝生產(chǎn)線.一概述第29頁/共78頁二碼垛工作站1、

生產(chǎn)線末端碼垛的簡單工作站(見圖1)這種柔性碼垛系統(tǒng)從輸入輥道將工件碼垛、加層墊等,緊跟著有一輸出輥道將碼好的托盤送走.第30頁/共78頁2、碼垛/拆垛工作站(見圖2)這種柔性碼垛系統(tǒng)可將三垛不同貨物碼成一垛,機(jī)器人還可抓取托盤和層墊,一垛碼滿后由輸出輥道自動輸出.二碼垛工作站第31頁/共78頁3、生產(chǎn)線中碼垛(見圖3)工件在輸入輥道中點被抓取并放到兩個不同的托盤上,層墊也被機(jī)器人抓取.托盤和滿垛由輥道自動輸出或輸入.二碼垛工作站第32頁/共78頁4、生產(chǎn)線末端碼垛的復(fù)雜工作站(見圖4)工件來自三條或者更多的輥道,他們被抓取并放到三個或者更多不同的托盤上,層墊也被機(jī)器人抓取.托盤和滿垛由輥道自動輸出或輸入.二碼垛工作站第33頁/共78頁三機(jī)器人手爪根據(jù)不同的工件選擇最佳的手爪.

以下是各種手爪的示意圖:第34頁/共78頁三機(jī)器人手爪以下是各種手爪的示意圖:第35頁/共78頁三自動拆/疊盤機(jī)第36頁/共78頁1、設(shè)備組成

自動拆/疊盤機(jī)由以下設(shè)備組成:托盤輸送機(jī)、到位檢測開關(guān)、托盤頂起裝置、托盤叉、托盤叉升降裝置、托盤前后向定位裝置、托盤左右向定位裝置和控制單元.2、主要功能

1)托盤輸送功能自動拆/疊盤機(jī)可以象普通鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)一樣輸送一個或一垛托盤.2)手動/自動功能

為了調(diào)試方便,在拆/疊盤機(jī)控制上設(shè)有手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān),當(dāng)打到手動狀態(tài)時,系統(tǒng)所有的運動單元都可以通過手動開關(guān)來控制其運動.3)疊盤數(shù)任意設(shè)置功能通過控制系統(tǒng)中的數(shù)碼選擇器,可以人為設(shè)置疊盤機(jī)自動疊盤的數(shù)量,當(dāng)疊盤數(shù)量為1時,自動疊盤機(jī)就相當(dāng)于一臺普通鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī).4)可拆任意數(shù)量為一垛的托盤

通過托盤叉上方的檢測開關(guān)來判定是否還有托盤拆,直到拆完所有托盤為止.所以不管每垛托盤的數(shù)量是多少,都可以自動拆完.三自動拆/疊盤機(jī)第37頁/共78頁第六章各種控制組件介紹●伺服馬達(dá)●步進(jìn)馬達(dá)●變頻器●傳感器第38頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)一.交流伺服電機(jī)的工作原理

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。驅(qū)動器馬達(dá)第39頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)二伺服系統(tǒng)的組成及分類：1.伺服系統(tǒng)的組成：伺服系統(tǒng)是以位置和角度為控制量的控制系統(tǒng)的總稱，與位置和角度相關(guān)聯(lián)的速度、角速度、加速度、力等為控制量的系統(tǒng)也包含在伺服系統(tǒng)內(nèi)2.伺服系統(tǒng)的分類：（1）按控制結(jié)構(gòu)分類分為：開環(huán)式、閉環(huán)式。（2）按驅(qū)動部件分類分為：a.步進(jìn)電動機(jī)伺服系統(tǒng)。b.直流電動機(jī)伺服系統(tǒng)。c.交流電動機(jī)伺服系統(tǒng)。第40頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)三.伺服馬達(dá)(交流）的特點：1）定位精度高，普通伺服馬達(dá)可達(dá)到0.036度2）回應(yīng)時間快。3）控制方便靈活，控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)。4）型號較多，可根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境選擇不同的類型。5）提供全閉環(huán)控制，可適時監(jiān)控運行狀況，進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整變換第41頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)四.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電源再生放電接地馬達(dá)動力線編碼器接口控制信號第42頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)四.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第43頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)五.伺服馬達(dá)的選型步驟：1.確定機(jī)械規(guī)格，負(fù)載、剛性等參數(shù)。2.確認(rèn)動作參數(shù)，移動速度、行程、加減速時間、周期、精度等。3.選擇馬達(dá)慣量，負(fù)載慣量、馬達(dá)軸心轉(zhuǎn)換慣量、轉(zhuǎn)子慣量。4.選擇馬達(dá)回轉(zhuǎn)速度。5.選擇馬達(dá)額定扭矩。負(fù)載扭矩、加減速扭矩、瞬間最大扭矩、實效扭矩。6.選擇馬達(dá)機(jī)械位置解析度。7.根據(jù)以上選擇馬達(dá)型號。第44頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)六.伺服電機(jī)的應(yīng)用第45頁/共78頁第一節(jié)伺服馬達(dá)六.常用伺服電機(jī)品牌日本松下PANASONIC日本三菱MITSUBISHI日本三洋SANYO臺灣東元第46頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。

一.

步進(jìn)電機(jī)的工作原理第47頁/共78頁二步進(jìn)電機(jī)的分類第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)

現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。

●永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度

或15度；

●反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪

聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多

相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

●混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：

兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為

0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用

最為廣泛。

第48頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)三步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)b.拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)。c.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。d.定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）e.靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。1、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語a.相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。第49頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)2.步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語a.步距角精度：

步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。b.失步：

電機(jī)運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。c.失調(diào)角：

轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度。d.最大空載起動頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。e.最大空載的運行頻率：

電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。f.運行矩頻特性：

電機(jī)在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性。第50頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)四步進(jìn)電機(jī)選型1、步距角的選擇

電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求。2、靜力矩的選擇靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好。3、電流的選擇由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流第51頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)五.步進(jìn)電機(jī)的一些特點1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，

且不累積。

2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度一般在攝氏130度以上。3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。4．步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。5.步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)。

第52頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)六.步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較

1、控制精度不同

五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72

°、0.36°交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證，對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°，伺服電機(jī)精度要比步進(jìn)馬達(dá)高。2.低頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。交流伺服電機(jī)運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。第53頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)3.過載能力不同步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強的過載能力。4.運行性能不同

步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。5.速度響應(yīng)性能不同步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA

400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合

第54頁/共78頁6.矩頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)第55頁/共78頁第二節(jié)步進(jìn)馬達(dá)七常用步進(jìn)馬達(dá)品牌東方步進(jìn)馬達(dá)東元步進(jìn)馬達(dá)三洋步進(jìn)馬達(dá)第56頁/共78頁第三節(jié)變頻器一通用電機(jī)三相鼠籠式交流電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)中最常見的一種，其構(gòu)造及特性如下：1)感應(yīng)電機(jī)的構(gòu)造示意圖第57頁/共78頁第三節(jié)變頻器電機(jī)的構(gòu)造示意圖第58頁/共78頁第三節(jié)變頻器2)電機(jī)的特性:第59頁/共78頁第三節(jié)變頻器

二變頻器1)變頻原理變頻器是能夠簡單、自由地改變交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的一種控制裝置。改變交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法：變頻器是通過改變交流電機(jī)電源頻率實現(xiàn)調(diào)速的：2)變頻器的構(gòu)成第60頁/共78頁第三節(jié)變頻器2.1變流器(整流器)大量使用的是二極管橋整流器，如圖1所示，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運轉(zhuǎn)。2.2平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產(chǎn)生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓(電流)。裝置容量小時，如果電源和主電路構(gòu)成器件有余量，可以省去電感，采用簡單的平波回路。2.3逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關(guān)器件導(dǎo)通、關(guān)斷就可以得到3相交流輸出。第61頁/共78頁第三節(jié)變頻器2.4制動回路異步電動機(jī)在再生制動區(qū)域使用時(轉(zhuǎn)差率為負(fù))，再生能量存于平波回路電容器中，使直流電壓升高。一般說來，由機(jī)械系統(tǒng)(含電動機(jī))慣量積累的能量比電容能儲存的能量大，需要快速制動時，可用可逆變流器向電源反饋或設(shè)置制動回路(開關(guān)和電阻)把再生功率消耗掉，以免直流電路電壓上升。第62頁/共78頁第三節(jié)變頻器3)變頻器的應(yīng)用目的及用途變頻器和交流電機(jī)構(gòu)成的可調(diào)速傳動稱為變頻器傳動，其功能用途如下。其中可能互為關(guān)連，實際上無明確分類，此表僅作參考。第63頁/共78頁第三節(jié)變頻器4)品牌目前市場應(yīng)用比較多的品牌如下:國外西門子(MM4系列包括(MM420,MM440,MM430,MM410等))ABB(ACS系列包括(ACS350,ACS510,ACS550,ACS800等))FUJI日立丹佛斯施奈德國內(nèi)中達(dá)電通(臺達(dá))森蘭第64頁/共78頁第四節(jié)傳感器一接近開關(guān)1)電感式接近開關(guān)工作原理電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。第65頁/共78頁第四節(jié)傳感器部分常用材料的值材料衰減系數(shù)鋼1不銹鋼0.85黃銅0.3銅0.4

第66頁/共78頁第四節(jié)傳感器工作流程方框圖

第67頁/共78頁第四節(jié)傳感器2)電容式接近開關(guān)工作原理電容式接近開關(guān)亦屬于一種具有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它的測量頭通常是構(gòu)成電容器的一個極板，而另一個極板是物體的本身，當(dāng)物體移向接近開關(guān)時，物體和接近開關(guān)的介電常數(shù)發(fā)生變化，使得和測量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開關(guān)的接通和關(guān)斷。這種接近開關(guān)的檢測物體，并不限于金屬導(dǎo)體，也可以是絕緣的液體或粉狀物體,在檢測較低介電常數(shù)ε的物體時，可以順時針調(diào)節(jié)多圈電位器（位于開關(guān)后部）來增加感應(yīng)靈敏度，一般調(diào)節(jié)