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正文內(nèi)容

管道清淤機器人及控制系統(tǒng)研究_畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-10-04 10:59 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 80 62 190 80 62 存儲器 程序 2048 字 2048 字 2048 字 2048 字 用戶數(shù)據(jù) 1024 字 1024 字 1024 字 1024 字 用戶存儲器類型 EEPOM EEPOM EEPOM EEPOM 數(shù)據(jù)后備典型值 50 小時 50 小時 190 小時 190 小時 本機 I/O 本機 I/O 6 入 /4 出 8 入 /6 出 14 入 /10 出 24 入 /16 出 擴展模塊數(shù)量 無 2 個模塊 7 個模塊 7 個模塊 I/O 總計 數(shù)字量 I/O 映象區(qū)大小 ( 128 入 /128 出) ( 128 入 /128 出) ( 128 入 /128 出) ( 128 入 /128 出) 模擬量 I/O 映象區(qū)大小 無 16 入 /16 出 32 入 /32 出 32 入 /32 出 指令 33MHz 下布爾指令執(zhí)行速度 I/O 映象寄存器 128I 和 128Q 128I 和 128Q 128I 和 128Q 128I 和 128Q 內(nèi)部寄存器 256 256 256 256 計數(shù)器 /定時器 256/256 256/256 256/256 256/256 字入 /字出 無 16/16 32/32 32/32 順序控制繼電器 256 256 256 256 For/Next 循環(huán) 有 有 有 有 整數(shù)運算 有 有 有 有 實數(shù)運算 有 有 有 有 附加功能 內(nèi) 置高速計數(shù)器 4H/( 20KHz) 4H/( 20KHz) 6H/W( 20KHz) 6H/( 20KHz) 模擬量調(diào)節(jié)電位器 1 1 2 2 脈沖輸出 2 2 2 2 通信中斷 1 發(fā)送器 /2 接收器 1 發(fā)送器 /2 接收器 1 發(fā)送器 /2 接收器 2 發(fā)送器 /4 接收器 定時中斷 2 2 2 2 硬件輸入中斷 4,輸入濾波器 4,輸入濾波器 4,輸入濾波器 4,輸入濾波器 實時時鐘 有(時鐘卡) 有(時鐘卡) 有(內(nèi)置) 有(內(nèi)置) 口令保護 有 有 有 有 通信 通信口數(shù)量 1( RS485) 1( RS485) 1( RS485) 2( RS485) PROFIBUS 點對點 NETR/NETW NETR/NETW NETR/NETW NETR/NETW 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 11 程序設計中用到的 PLC 指令 1. 傳送指令 字節(jié)、字、雙字和實數(shù)的傳送指令梯形圖 : MOVX EN ENO IN OUT 圖 4 傳送指令 其中, MOV 為傳送指令符號, X 表示數(shù)據(jù)類型。數(shù)據(jù)類型有:字節(jié) ( B) 、字( W) 、雙字 ( DW) 、實數(shù) ( R) 。 EN 為使能端,即當 EN 前面的邏輯條件滿足時,才能進行數(shù)傳送。 IN 是所要傳送的數(shù) 據(jù)輸入端。 OUT 是數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮敵龆?。字?jié)、字、雙字和實數(shù)的傳送指令是把輸人數(shù)據(jù)( IN)傳送到輸出端( OUT),在傳送過程中不改變數(shù)據(jù)的大小。 2. 定時器指令 1)接通延時定時器( TON) Txxx 圖 5 接通延時定時器 其中 Txxx 為定時器編號, IN 為定時器使能輸入端, PT 為定時器的預設值端。每個定時器均有一個 16 位當前值寄存器及一個 1 位的狀態(tài)位(反映其觸點 的狀態(tài))。當使能輸人端接通時,接通延時定時器開始計時,當定時器( Txxx)的當前值大于等于預設值時,該定時器的狀態(tài)位被置 1(即觸點被接通),但定時器繼續(xù)計時,一直計到最大值 32767,并保持狀態(tài)位,直到使能輸人端斷開,清除接通延時定時器的當前值,定時器才復位。 2)有記憶接通延時定時器( TONR) IN TON PT 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 12 Txxx 圖 6 有記憶接通延時定時器 對于有記憶接通延時定時器,當使能輸入端 IN 接通時,定時器開始計時,當使能輸入端斷開時,該定時器保持當前值不變;當位能輸入端 再接通時,則定時器從原保持值開始再往上加,當定時器的當前值大于等于預設值時,定時器的狀態(tài)位置1(但定時器繼續(xù)計時,一直計到最大位 32767),以后即使輸入端再斷開,定時器也不會復位,若要定時器復位必須用復位指令( R)清除其當前值。 3)斷開延時定時器( TOP) Txxx 圖 7 斷開延時定時器 斷開延時定時器( TOF)用來在輸入斷開延時一段時間后,才斷開輸出。當使能輸入端 IN 接通時,定時器立即接通,并把當 前值設為 0,當使能輸入端斷開時定時器開始定時,直到達到預設的時間。當達到預設時間時,定時器斷開輸出,并停止計時當前值。當輸入斷開的時間小于預設時間時,定時器仍保持接通。當 IN 再接通時,定時器當前值仍設為 0。 3. 脈沖輸出指令 其梯形圖表示如下: 圖 8 脈沖輸出指令 IN TONR PT IN TOF PT PLS EN ENO 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 13 對于 S7200 系列的 CPU,如果 CPU 模塊上的輸出類型為 DC 型(晶體管輸出),那么在其 和 上可以產(chǎn)生高速脈沖串和脈沖寬度可調(diào)的波形,頻率可以達到 20kHz。當在這兩個點使用脈沖輸出功能時,它們受 PWM 發(fā)生器控制,而不受輸出映像寄存器控制。 脈沖寬度調(diào)制( PWM)功能提供連續(xù)、可變占空比脈沖輸出,用戶控制周期和脈沖寬度。每個 PTO/PWM 發(fā)生器有一個控制字節(jié)( 8 位)、一個 16 位無符號的周期值寄存器、一個 16 位無符號的脈沖寬度值寄存器和一個 32 位無符號脈沖計數(shù)值寄存器。這些值全部存儲在特殊存儲器中,一旦這些特殊存儲器的位被置成所需操作,可以通過執(zhí)行脈沖輸出指令( PLS)來調(diào)用這些操作。 PLS 指令使 S7200 讀取相應特殊寄存器中的位,并對相應的 PWM 發(fā)生器進行 操作。 PWM 功能提供占空比可調(diào)的脈沖輸出。其周期和脈寬的單位可以是 ms 或 181。s,周期值保存在( SMW68 或 SMW78)中,周期的變化范圍是 50181。s65535181。s 或 2ms65535ms;脈寬值保存在 SMW70(或 SMW80)中,脈寬值的變化范圍是 0ms65535 ms 或 0ms65535ms。當脈寬值等于周期值時,占空比為 100%,即輸出連續(xù)接通;當脈寬值為 0,占空比為 0%,即輸出斷開。 PWM 操作實例:將 設置成 PWM 輸出,其周期值為 1000ms,脈寬值為300ms。 在主程序的初次掃描時( =1),調(diào)用初始化子程序。如下圖所示: 圖 9 調(diào)用初始化子程序 在子程序 SBR0 中,進行 PWM 操作的初始化,如下圖: SBR0 EN 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 14 MOVB EN ENO 16DB IN OUT SMB77 MOVB EN ENO 1000 IN OUT SMB78 MOVB EN ENO VB0 IN OUT SMW80 PLS EN ENO 0 圖 10 PWM 初始化 4. 通信指令 多臺 S7200CPU 利用 PPI 協(xié)議進行網(wǎng)絡通訊時,可以利用網(wǎng)絡讀寫指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的功能。 1)網(wǎng)絡讀指令( NETR) NETR EN ENO TBL PORT 圖 11 網(wǎng)絡讀指令 網(wǎng)絡讀指令初始化通訊操作:通過指定的端口 PORT 從遠程的其他 CPU 接收數(shù)據(jù)并存放在一個表( TBL)中。 NETR 指令可以從遠程站 點上讀 16 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 2)網(wǎng)絡寫指令( NETW) 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 15 NETW EN ENO TBL PORT 圖 12 網(wǎng)絡寫指令 網(wǎng)絡寫指令初始化通訊操作:通過指定的端口 PORT 從遠程的其他 CPU 上寫表( TBL)中的數(shù)據(jù)。 NETW 指令可以向遠程站點上寫 16 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 步進電機及其驅(qū)動器簡介 步進電機 步進電動機是一種將電的脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移(或線位移) 的機電元件。通俗地講,就是外加一個脈沖信號于這種電動機時,它就運動一步。正因為它的運動形式是步進式的,而稱為步進電動機。 步進電動機的輸入是脈沖信號,從它繞組內(nèi)的電流來看,既不是通常的正弦交流,也不是恒定的直流,而是脈沖的電流,所以有時也叫做脈沖馬達。 步進電動機的定子上通常具有多相繞組,轉(zhuǎn)子為有齒的鐵芯或具有永磁的磁極 。 從電機元件本身來看只要在各相繞組內(nèi)輪流通電,就能產(chǎn)生步進運動。在實際系統(tǒng)內(nèi),這種輪流通電,通常是由電子的脈沖分配回路來達到的,并且經(jīng)過功率放大。分配回路和功率放大等環(huán)節(jié)在一路組成步 進電動機的驅(qū)動器。驅(qū)動器和電動機是兩個不可分割的組成部分,步進電動機簡單的工作原理圖如圖 13。 當外加脈沖信號時步進電動機的機械運動與脈沖信號相對應,也就是說作同步的旋轉(zhuǎn)。順便可以指出,如果脈沖信號發(fā)生器放在電機本身的軸上,就可以得到電樞不動的無刷直流電動機,它的轉(zhuǎn)速將由外加電壓的大小來決定。 步進電動機可以作為驅(qū)動電機,但大部分情況下是作為控制電動機用的。步進電動機的優(yōu)點如下:步距值不受各種干擾因素的影響,如電壓的大小,電流的數(shù)值,溫度的變化等。也就是說,轉(zhuǎn)子運動的速度主要取決于脈沖信號的頻率而轉(zhuǎn)子運動的 總位移量則取決于總的脈沖信號;誤差不長期積累。步進電動機每走一步所轉(zhuǎn)過的角度與理論步距值之間總有一定的誤差,從某一步 到任何一步,也就是走任意一定的步數(shù)以后,也總是有一定的累積誤差, 但是每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零,所 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 16 圖 13 步進電機和驅(qū)動器簡圖 以步距的誤差不是長期地積累下去的;控制性能好。起動停車,反轉(zhuǎn)及其他任何運行方式的改變,都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成,在一定的頻率范圍內(nèi)運行時,任何運行方式都不會丟失一步。因此,作為伺服電動機應用于控制系統(tǒng)時,往往可以使系統(tǒng) 簡化,工作可靠而且獲得高的控制精度。在多數(shù)情況下,可以代替直流伺服電動機和交流伺服電動機。步進電動機不同于其它電機在于它必定要有專用驅(qū)動電源,否則就不能正常工作。所以,發(fā)展推廣步進電動機就與驅(qū)動電源的研究開發(fā)分不開。目前步進電動機驅(qū)動電源種類繁多而且各具特點。 步進電機驅(qū)動電源 大家知道,步進電動機的控制指令是單一碼,就是一串脈沖方波。例如,從電子計算機送出的數(shù)字控制脈沖就是單一碼。變換器的基本構成形式由機械變換器發(fā)展到電子變換器。目前由于電子技術迅速發(fā)展,機械變換器在步進電動機中已不再使用。這 里只對電子變換器即驅(qū)動電源作介紹。 步進電動機的驅(qū)動電源由環(huán)形分配器和功率放大器兩部分組成,環(huán)形分配器是每臺電機一個,而功率放大器則是每相一套。 環(huán)行分配器主要使電機各相繞組按一定的順序和時間導通并根據(jù)輸入指令使電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn),實際上就是用以確定電機的工作方式。由此,環(huán)行分配器要按照電機的工作方式來進行設計。功率放大器的主要功用是根據(jù)電機或負載的需要,將環(huán)行分配器輸出的各相電信號進行放大。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 17 驅(qū)動電源要求完整、準確、靈敏地執(zhí)行控制指令,具有足夠的功率,抗干擾能力強。當然還有一些對設備的基本要求,如體積小、結構 簡單、成本低、維修方便以及安全可靠等。 電機驅(qū)動器的選擇 清淤機器人驅(qū)動電機的選型為: 載體步進電機的型號為 VRDM31117,其額定扭矩為 12Nm;刀具步進電機的型號為 VRDM31122,其額定扭矩為 ;調(diào)節(jié)壓緊步進電機的型號為 VRDM397,其額定扭矩為 2Nm;收放直流減速電機的型號為 TYV330DC,額定電壓為 24V,額定電流為 。其中,步進電機為 德國百格拉公司生產(chǎn)的步進電機。 步進電機驅(qū)動器的選擇 步進電機驅(qū)動器選擇德國百格拉公司的 WD3007 和 WD3008。 驅(qū)動器 WD3007 主要驅(qū)動 2Nm12Nm 三相混合式步進電機,因此它用來驅(qū)動載體步進電機和調(diào)節(jié)壓緊步進電機。驅(qū)動器 WD3008 主要驅(qū)動 三相混合式步
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