【文章內容簡介】 及其元件，都由各廠自行設計、制造和維修。 、步進電機及驅動器原理 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用 在各種自動化設備中。步進電機和普通電動機不同之處在于它是一種將電脈沖信號轉化為角位移的執(zhí)行機構，它同時完成兩個工作：一是傳遞轉矩，二是控制轉角位置或速度。 1．步進電機的工作原理 圖十一為兩相步進電機的工作原理示意圖，它有兩個繞組。當一個繞組通電后，其定子磁極產生磁場，將轉子吸合到此磁極處。若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向順序按照 BBAABBAA ??? 四個狀態(tài)周而復始進行變化，點擊可順時針轉動；通電時 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 18 頁 共 49 頁 序為 BBAABBAA ??? 時，電機就逆時針轉動?？刂泼}沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機轉動一步，即 90 度。四個脈沖電機轉一圈，脈沖頻率越高，電機轉動越快。 步進電機的輸出力矩與電機的有效體積、線圈匝數、磁通量、電流成正比，因此電機的有效體積越大，線圈匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。 圖 九 步進電機原理圖 步進電機結構 整個步進電機的是由前端蓋、軸承、軸、轉子鐵心、磁鋼、塑料骨架、定子鐵心波紋墊圈 、后端蓋、螺釘組成，具體安裝如圖十二所示。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 19 頁 共 49 頁 圖 十 步進電機結構圖 驅動器原理 步進電機必須有驅動器和控制器才能正常工作。驅動器的作用是對控制脈沖進行環(huán)形分配、功率放大，使步進電機繞組按一定順序通電，控制電機轉動。 圖十 一 步進電機控制系統 以兩相步進電機為例，當給驅動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅動器經過環(huán)形分配器和功率放大后，給電機繞組通電的順序為，其四個狀態(tài)周而復始進行變化 。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 20 頁 共 49 頁 圖 十 二 步進電機驅動電路原理圖 、光電耦合器 光耦合器（ OpticalCoupler，英文縮寫為 OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電 信號 的器件，通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管 LED）與受光器（光敏半導體管）封裝在同一管殼內。當輸入端加電信號時發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產 生 光電流 ，從輸出端流出，從而實現了“電 — 光 — 電”轉換。以光為媒介把輸入端 信號耦合 到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長、無觸點，抗干擾能力強，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號等優(yōu)點，在 數字電路 上獲得廣泛的應用。 由于光耦種類繁多，結構獨特，優(yōu)點突出，因而其應用十分廣泛，主要應用以下場合： (1)在邏輯電路上的應用 光電耦合器可以構成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構成的 邏輯電路 更可靠。 (2)作為固體開關應用 在開關電路中，往往要求控制電路和開關之間要有很好的電隔離，對于一般的 電子開關 來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現。 (3)在觸發(fā)電路上的應用 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 21 頁 共 49 頁 將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地解決輸出與負載隔離地問題。 (4)在脈沖放大電路中的應用 光電耦合器應用于數字電路，可以將脈沖信號進行放大。 (5)在線性電路上的應用 線性光電耦合器應用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能。 (6)特殊場合的應用 光電耦合器還可應用于高壓控制，取代變壓器，代替觸點繼電器以及用于 A/D 電路等多種場合。 、空氣壓縮機的選擇 空氣壓縮機的選擇主要依據氣動系統的工作壓力和流量。氣源的工作壓力應比氣動系統中的最高工作壓力高 20%左右，因為要考慮供氣管道的沿程損失和局部損失。如果系統中某些地方的工作壓力要求較低，可以采用減壓閥來供氣?？諝鈮嚎s機的額定排氣壓力分為低壓 （ ~）、中壓（ ~10MPa）、 高壓（ 10~100MPa）和超高壓（ 100MPa以上），可根據實際需求來選擇。常見使用壓力一般為 。 首先按空壓機的特性要求，選擇 空壓機的類型。再根據氣動系統所需要的工作壓力和流量兩個參數，確定空壓機的輸出壓力 PC和吸入流量 QC，最終選取空壓機的型號為 機。 空氣壓縮機（用來生產線上的動力裝置）； 型號： 工作電壓：單項三線 220V177。 10% 50HZ 轉速 2880r/min 最大氣壓 氣動閥 型號： CDJ2B1060B 壓力： 和 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 22 頁 共 49 頁 、 PLC 選型 在選擇 PLC 時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求， 明確控制任務和范圍確定所需的操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入點數、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性價比的 PLC 和設計相應的控制系統，該設計中選擇了 S7200（ CPU 型號為 224）。 西門子 PLC（主控單元） 每站均配置 EM277 PROFIBUSDP 通信模塊，用于組建西門子 PROFIBUSDP 網絡。 主控單元配置 S7300 系列 PLC： CPU313C2DP， 40 針前連接器， 64K MMC 存儲卡， CP5611 網卡。 3 總線結構：采用西門子 PROFIBUSDP 網絡通信，使各站之間控制信息和狀態(tài)數據能夠實現相互交換。配用 PC/PPI 編程電纜、 PC/MPI 編程電纜及觸摸屏下載電纜。 生產線的技術指標： 輸入電源：單項三線 220V177。 10% 50HZ 工作環(huán)境：溫度 10℃到 +40℃之間 相對濕度＜ 85%（ 25℃） 海拔＜ 4000m 工作容量＜ 整機尺寸： 380cm 170cm 140cm 、步進電機的選擇 步進電機有步距角（涉及到相數）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型 號便確定下來了。 步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有 度 / 度（五相電機）、 度 / 度（二、四相電機）、 度 /3 度（三相電機）等。 靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負 載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 23 頁 共 49 頁 速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的 23 倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。 電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓）。 根據上面的要求，選擇 42HS03 兩相混合式步進電機。 、光電開關選型 常用光電開關的分類方法：按檢測方式可分為反射式、對射式和 鏡面反射式三種類型。對射式檢測距離遠，可檢測半透明物體的密度（透光度）。反射式的工作距離被限定在光束的交點附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠，適宜作遠距離檢測，也可檢測透明或半透明物體，最終選擇了 SB031K 型漫反射光電開關。 、斷路器選型 低壓斷路器的選用，應根據具體使用條件選擇使用類別，選擇額定工作電壓、額定電流、脫扣器整定電流和分勵、欠壓脫扣器的電壓電流等參數，參照產品樣本提供的保護特性曲線選用保護特性，并需對短路特性和靈敏系數進行校驗 ,該設計選擇的是DZ4763。 、限位開關選型 限位開關，指為保護內置微動開關免受外力、水、油、氣體和塵埃等的損害，而組裝在外殼內的開關，尤其適用于對機械強度和環(huán)境適應 性有特殊要求的地方，可分為旋轉限位開關及直行限位開關，本設計選擇的是 SMC DA73 型限位開關。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 24 頁 共 49 頁 三、軟件設計 以下的是系統的程序流程圖，其中整個程序的循環(huán)都是通過移位寄存器完成的，在下文對移位寄存器會有詳細的敘述。 安裝站程序流程圖 白 黑 初始化程序段 STL 圖： LD S , 1 = R , 20 讀取大工件顏色信息 選用白色料倉 選用黑色料倉 安裝臂安裝 復位 初始化 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 25 頁 共 49 頁 本段程序的功能是把中間繼電器 到 進行初始化，其中 PLC 首次運行的時候 = 1，其他時刻 = 0。 更換料倉程序段： LD A S , 1 LD R , 1 LD EU A AN S , 1 LD R , 1 LD EU A AN S , 1 本段程序的根據循環(huán)段的中間繼電器 M 狀態(tài)控制料倉的更換。其中 是控制黑色料倉氣動閥動作， 是控制白色料倉氣動閥動作。 機械手控制段： LD O O = LD O = 本段是根據循環(huán)段的中間繼電器 M 的狀態(tài)控制機械手運動，其中 是控制機械手安裝小工件， 是控制機械手到料倉取出小工件。 循環(huán)程序段由于較長，在這就介紹下循環(huán)程序的核心指令：移位寄存器位（ SHRB） 移位寄存器位（ SHRB）指令將 DATA 數值移入移位寄存器。 S_BIT 指定移位寄存器的最低位。 N指定移位寄存器的長度和移位方向（移位加 = N，移位減 = N）。 SHRB 指 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 26 頁 共 49 頁 令移出的每個位被放置在溢出內存位（ ）中。該指令由最低位（ S_BIT）和由長度（ N）指定的位數定義。 圖十 三 移位寄存器 例如：如果 S_BIT 是 和 N is 14，以下計算顯示 是 。 = V33 + ([14] 1 +4)/8 = V33 + 17/8 = V33 + 2 ，余數為 1 = 在 移位減 （用長度（ N）的負值表示）中，輸入數據移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（ S_BIT）。移出的數據被放 置在溢出內存位（ ）中。 在 移位加 （用長度（ N）的正值表示）中，輸入數據（ DATA）移入移位寄存器的最高位中（由 S_BIT 指定），并移出移位寄存器的最高位。移出的數據被放置在溢出內存位（ ）中。 畢業(yè)設計（論文）報告紙 第 27 頁 共 49 頁 搬運站程序流程圖 （與倉庫信息通信，分配庫房位