【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及其元件，都由各廠自行設(shè)計(jì)、制造和維修。 、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器原理 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用 在各種自動(dòng)化設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處在于它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它同時(shí)完成兩個(gè)工作：一是傳遞轉(zhuǎn)矩，二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度。 1．步進(jìn)電機(jī)的工作原理 圖十一為兩相步進(jìn)電機(jī)的工作原理示意圖，它有兩個(gè)繞組。當(dāng)一個(gè)繞組通電后，其定子磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)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(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，點(diǎn)擊可順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；通電時(shí) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 18 頁 共 49 頁 序?yàn)?BBAABBAA ??? 時(shí)，電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂泼}沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，即 90 度。四個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩與電機(jī)的有效體積、線圈匝數(shù)、磁通量、電流成正比，因此電機(jī)的有效體積越大，線圈匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。 圖 九 步進(jìn)電機(jī)原理圖 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) 整個(gè)步進(jìn)電機(jī)的是由前端蓋、軸承、軸、轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 19 頁 共 49 頁 圖 十 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 驅(qū)動(dòng)器原理 步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖十 一 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 以兩相步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖信號(hào)和一個(gè)正方向信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后，給電機(jī)繞組通電的順序?yàn)?，其四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 20 頁 共 49 頁 圖 十 二 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電 信號(hào) 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(dǎo)體管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn) 生 光電流 ，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電 — 光 — 電”轉(zhuǎn)換。以光為媒介把輸入端 信號(hào)耦合 到輸出端的光電耦合器，由于它具有體積小、壽命長(zhǎng)、無觸點(diǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出和輸入之間絕緣，單向傳輸信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，在 數(shù)字電路 上獲得廣泛的應(yīng)用。 由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，優(yōu)點(diǎn)突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下場(chǎng)合： (1)在邏輯電路上的應(yīng)用 光電耦合器可以構(gòu)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(gòu)成的 邏輯電路 更可靠。 (2)作為固體開關(guān)應(yīng)用 在開關(guān)電路中，往往要求控制電路和開關(guān)之間要有很好的電隔離，對(duì)于一般的 電子開關(guān) 來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實(shí)現(xiàn)。 (3)在觸發(fā)電路上的應(yīng)用 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)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(fù)載隔離地問題。 (4)在脈沖放大電路中的應(yīng)用 光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號(hào)進(jìn)行放大。 (5)在線性電路上的應(yīng)用 線性光電耦合器應(yīng)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(chǎng)合的應(yīng)用 光電耦合器還可應(yīng)用于高壓控制，取代變壓器，代替觸點(diǎn)繼電器以及用于 A/D 電路等多種場(chǎng)合。 、空氣壓縮機(jī)的選擇 空氣壓縮機(jī)的選擇主要依據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)的工作壓力和流量。氣源的工作壓力應(yīng)比氣動(dòng)系統(tǒng)中的最高工作壓力高 20%左右，因?yàn)橐紤]供氣管道的沿程損失和局部損失。如果系統(tǒng)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(jī)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(jù)實(shí)際需求來選擇。常見使用壓力一般為 。 首先按空壓機(jī)的特性要求，選擇 空壓機(jī)的類型。再根據(jù)氣動(dòng)系統(tǒng)所需要的工作壓力和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)，確定空壓機(jī)的輸出壓力 PC和吸入流量 QC，最終選取空壓機(jī)的型號(hào)為 機(jī)。 空氣壓縮機(jī)（用來生產(chǎn)線上的動(dòng)力裝置）； 型號(hào)： 工作電壓：?jiǎn)雾?xiàng)三線 220V177。 10% 50HZ 轉(zhuǎn)速 2880r/min 最大氣壓 氣動(dòng)閥 型號(hào)： CDJ2B1060B 壓力： 和 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 22 頁 共 49 頁 、 PLC 選型 在選擇 PLC 時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求， 明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性價(jià)比的 PLC 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)中選擇了 S7200（ CPU 型號(hào)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(wǎng)絡(luò)。 主控單元配置 S7300 系列 PLC： CPU313C2DP， 40 針前連接器， 64K MMC 存儲(chǔ)卡， CP5611 網(wǎng)卡。 3 總線結(jié)構(gòu)：采用西門子 PROFIBUSDP 網(wǎng)絡(luò)通信，使各站之間控制信息和狀態(tài)數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)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(chǎn)線的技術(shù)指標(biāo)： 輸入電源：?jiǎn)雾?xiàng)三線 220V177。 10% 50HZ 工作環(huán)境：溫度 10℃到 +40℃之間 相對(duì)濕度＜ 85%（ 25℃） 海拔＜ 4000m 工作容量＜ 整機(jī)尺寸： 380cm 170cm 140cm 、步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型 號(hào)便確定下來了。 步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 度 / 度（五相電機(jī)）、 度 / 度（二、四相電機(jī)）、 度 /3 度（三相電機(jī)）等。 靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù) 載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 23 頁 共 49 頁 速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 23 倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來（幾何尺寸）。 電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)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（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）。 根據(jù)上面的要求，選擇 42HS03 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。 、光電開關(guān)選型 常用光電開關(guān)的分類方法：按檢測(cè)方式可分為反射式、對(duì)射式和 鏡面反射式三種類型。對(duì)射式檢測(cè)距離遠(yuǎn)，可檢測(cè)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(diǎn)附近，以避免背景影響。鏡面反射式的反射距離較遠(yuǎn)，適宜作遠(yuǎn)距離檢測(cè)，也可檢測(cè)透明或半透明物體，最終選擇了 SB031K 型漫反射光電開關(guān)。 、斷路器選型 低壓斷路器的選用，應(yīng)根據(jù)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(lì)、欠壓脫扣器的電壓電流等參數(shù)，參照產(chǎn)品樣本提供的保護(hù)特性曲線選用保護(hù)特性，并需對(duì)短路特性和靈敏系數(shù)進(jìn)行校驗(yàn) ,該設(shè)計(jì)選擇的是DZ4763。 、限位開關(guān)選型 限位開關(guān)，指為保護(hù)內(nèi)置微動(dòng)開關(guān)免受外力、水、油、氣體和塵埃等的損害，而組裝在外殼內(nèi)的開關(guān)，尤其適用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度和環(huán)境適應(yīng) 性有特殊要求的地方，可分為旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)及直行限位開關(guān)，本設(shè)計(jì)選擇的是 SMC DA73 型限位開關(guān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 24 頁 共 49 頁 三、軟件設(shè)計(jì) 以下的是系統(tǒng)的程序流程圖，其中整個(gè)程序的循環(huán)都是通過移位寄存器完成的，在下文對(duì)移位寄存器會(huì)有詳細(xì)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(fù)位 初始化 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 25 頁 共 49 頁 本段程序的功能是把中間繼電器 到 進(jìn)行初始化，其中 PLC 首次運(yùn)行的時(shí)候 = 1，其他時(shí)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(jù)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(dòng)閥動(dòng)作， 是控制白色料倉氣動(dòng)閥動(dòng)作。 機(jī)械手控制段： LD O O = LD O = 本段是根據(jù)循環(huán)段的中間繼電器 M 的狀態(tài)控制機(jī)械手運(yùn)動(dòng)，其中 是控制機(jī)械手安裝小工件， 是控制機(jī)械手到料倉取出小工件。 循環(huán)程序段由于較長(zhǎng)，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(shù)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(zhǎng)度和移位方向（移位加 = N，移位減 = N）。 SHRB 指 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 26 頁 共 49 頁 令移出的每個(gè)位被放置在溢出內(nèi)存位（ ）中。該指令由最低位（ S_BIT）和由長(zhǎng)度（ N）指定的位數(shù)定義。 圖十 三 移位寄存器 例如：如果 S_BIT 是 和 N is 14，以下計(jì)算顯示 是 。 = V33 + ([14] 1 +4)/8 = V33 + 17/8 = V33 + 2 ，余數(shù)為 1 = 在 移位減 （用長(zhǎng)度（ N）的負(fù)值表示）中，輸入數(shù)據(jù)移入移位寄存器的最高位中，并移出最低位（ S_BIT）。移出的數(shù)據(jù)被放 置在溢出內(nèi)存位（ ）中。 在 移位加 （用長(zhǎng)度（ N）的正值表示）中，輸入數(shù)據(jù)（ 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(shù)據(jù)被放置在溢出內(nèi)存位（ ）中。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 第 27 頁 共 49 頁 搬運(yùn)站程序流程圖 （與倉庫信息通信，分配庫房位