【文章內(nèi)容簡介】 電機驅(qū)動器的選擇 驅(qū)動器的基本原理 1)工作原理 步進電機驅(qū)動器接受系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號（一般為 PLC 或單片機）并將其轉(zhuǎn)化為步進電動機的角位移 ,也就是步進驅(qū)動器 沒接收一個脈沖信號 ,就驅(qū)動步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角。所以步進電動機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。故控制脈沖信號的頻率，就可以對電機進行精確調(diào)速；控制步進脈沖的個數(shù)，就可以對電機進行精確定位。 2)細分 步進驅(qū)動器的細分就是把步進電機的轉(zhuǎn)矩角進行細分，如 57BYG 系列步進電機，轉(zhuǎn)矩角為 176。，西分數(shù)為 10 的話，轉(zhuǎn)矩角就變成 176。，也就是步進電機一步只能轉(zhuǎn)動 176。，是原來的十分之一。通過細分，可以提高電機的分辨率，更精確的控制步進電機的位置。 步進驅(qū)動器細分的優(yōu)點 1）完全 消除了電機的低頻震蕩 2）提高了電機的輸出轉(zhuǎn)矩 3）提高了電機的分辨率 根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇了一款與 57BYG 系列電機相匹配的帶有細分功能的混合式步進電機驅(qū)動器 SJ2H30M5，驅(qū)動器相數(shù) 2相，最大電流 3A，電壓 DC 2410V，細分數(shù) 2/5/10/40,共陽極接法 OPTO CP DIR FREE， OPTO 公共端， CP脈沖輸入端 ， DIR 方向脈沖輸入端 ，F(xiàn)REE 脫機信號輸入端。 PLC 的選擇 PLC 簡介及特點 PLC 是可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller）的簡稱。 PLC 采用可編程的存儲器，用于儲存內(nèi)部程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算數(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬量輸入輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 PLC 特點： 1）使用方便，編程簡單 2）功能強大、性價比高 3）用戶使用方便，適應性強 4）系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量小 5）維護方便 臨沂大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 4 PLC 中 PID 的計算 三菱 FX2N系列 PLC具有模擬量功能模塊 ,如 FX2N 4AD、 FX2N 4DA、 FX2N 2DA,根據(jù) PLC提供的 PID過程控制模塊 ,我們設(shè)定好 PID參數(shù)并運行，就能求得輸出控制值 ,實現(xiàn)過程控制。 PID指令的源操作數(shù) [ S1 ]、 [ S2 ]、 [ S3 ]和目標操作數(shù)均為 D， 16位運算占 9個程序步。 [ S1 ]和 [ S2 ]分別用來存放給定值 GD和當前測量到的反饋值 FK, [ S3 ] ～ [ S3 ] + 6存放控制參數(shù)的值 ,運算結(jié)果 JG存放在 [ D ]中。源操作數(shù) [ S3 ]占用從 [ S3 ]開始的 25個數(shù)據(jù)寄存器。 PID指令用于閉環(huán)模擬量控制 ,在開始之前 ,使用 MOV指令 將參數(shù)設(shè)定值預先寫入數(shù)據(jù)寄存器中。如果目標操作數(shù)有斷電保持功能 ,應使用初始化脈沖 M8002的常開觸點將它復位。 [ S3 ] ～ [ S3 ] + 6被用來存放采樣周期 TS、動作方向、輸入濾波常數(shù)α、比例增益 KP、積分時間 TI、微分增益α D和微分時間 TD。 PID指令占用 [ S3 ] + 7 ～ [ S3 ] + 19, [ S3 ] + 20～ [ S3 ] + 23用于輸入、輸出變化量增加、減少的報警設(shè)定值。 [ S3 ] + 24的 0～ 3位用于報警輸出。 PID指令可以用于定時中斷、子程序、步進梯形指令區(qū)和轉(zhuǎn)移 指令中 ,但是在執(zhí)行 PID 指令之前應使用 MOV指令將 [ S3 ] + 7清零 . PLC 選型 1）輸入輸出點的估計。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務、使用的元器件的數(shù)量預估算輸入輸出 口得數(shù)量。 2）存儲容量的估算。存儲容量大小根據(jù)系統(tǒng)的復雜程度選擇合適的。 3）控制功能的選擇。包括運算功能，控制功能的選擇，通信、編程、診斷和處理速 度等性能的選擇。 根據(jù)系統(tǒng)的復雜程度、輸入輸出點的數(shù)量、信號輸出方式為高頻脈沖所以要選晶體管輸出方式的 PLC、負載功耗等因素，選擇了 三菱 FX2N32MT001 型號的 PLC， 16 點輸入 /16 點輸出，內(nèi)置 8K 容量的 RAM 存儲器可擴展為最大 16K， CPU 運算處理速度，可連接輸入輸出擴展模塊和特殊功能模塊，最高 20KHz 的輸出頻率。 觸摸屏 觸摸屏的工作原理及特性 觸摸屏的工作原理是：用手指或其他物體觸摸觸控屏時，所觸摸的位置將以坐標的形式被觸摸屏控制器檢測，通過接口 (如 RS173。232 串行口 )送到 CPU，從而確定輸入的信息。觸摸屏系統(tǒng)由觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置兩部分組成。觸控屏控制器的主要功能是接收在觸摸點檢測 到的觸摸信息，并將信息以坐標的形式傳送給 CPU，同時觸控屏控制器接收 CPU 發(fā)來的命令并加以執(zhí)行；觸摸檢測裝置一般位于顯示器的前端，主要功能是檢測并傳送用戶的觸摸位置給觸控屏控制器。觸摸屏有三大特性：一是透明性，觸摸屏的臨沂大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 5 操作界面是透明的。二是觸摸屏是絕對坐標系統(tǒng)，絕對坐標系統(tǒng)的特點是每一次的定位都是獨立的。從物理學角度講觸摸屏是獨立的坐標定位系統(tǒng)，觸摸屏上的坐標都是每一次觸摸的數(shù)據(jù)通過校準數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化而成的。三是檢測觸摸并定位，每次一的觸摸，觸摸屏都會理解檢測到，并對觸摸點進行坐標定位，然后在進行數(shù)據(jù)處理。 觸摸屏的分類 觸摸屏的分類方法有很多種，在這里只做簡單的介紹，不做深入的探討。根據(jù)觸摸屏的技術(shù)原理可分為 5 個基本類型：矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏、電阻式觸摸屏、電容技術(shù)觸摸屏、紅外線技術(shù)觸摸屏、表面聲波技術(shù)觸摸屏。矢量壓力傳感技術(shù)觸摸屏已經(jīng)退出了人們的視野；電阻式觸摸屏定位準確，但其價格昂貴且易損壞；電容技術(shù)觸摸屏設(shè)計合理，但容易失真且無法根本解決此問題；紅外線技術(shù)觸摸屏價格低廉但是易損壞、反光；表面聲波技術(shù)觸摸屏，解決了以往存在的問題與缺陷，適用于任何場合，但是對屏幕清潔程度要求較高，如果屏幕上有灰塵， 將反應遲鈍甚至不工作。 綜合系統(tǒng)設(shè)計的環(huán)境、觸摸屏的價格適用場合等因素，選用三菱 F930GOTBWDC型號的觸摸屏，其 寸單色藍白顯示器 清澈優(yōu)良的高解像度液晶顯示器，厚度為 49mm。具有簡易的背景燈光更換，優(yōu)良的耐酸環(huán)境、防塵、防水、耐油，保密功能、數(shù)據(jù)傳輸功能、時鐘功能一應俱全。 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理介紹 旋轉(zhuǎn)編碼器是將角位移或直線位移進行轉(zhuǎn)換的一種裝置，并以電信號的形式輸出，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。根據(jù)讀出方式的不同，編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩類。 采用電刷輸出方式的是接觸式，用電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 1”還是“ 0” 。接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件的是非接觸式，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 1”還是“ 0”。 旋轉(zhuǎn)裝編碼器的分類 1）增量式編碼器 增量式編碼器是用周期性的電信號表示位移，再用計數(shù)脈沖表示電信號，即最終將位移的大小用脈沖的個數(shù)表示。絕對式編碼器的每一個位置與確定的數(shù)字碼一一對應，因此它的示值只和測量的起點和終點位置有關(guān)，而與過程無關(guān)。 2）絕對值式編碼器 因為絕對值式編碼器 的每一個位置是絕對唯一的，抗干擾性強，不需要斷電記憶，所以被廣泛的用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制。絕對編碼器的光碼盤上刻有很多道刻線，每道刻線依次以 2線、 4線、 8 線、 16 線編排，如此，編碼器的每一個位置，都可以通過讀取每道刻線的通、暗獲得。編碼器的位置是由碼盤的機械位置臨沂大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 6 決定的，不受停電、干擾的影響。 根據(jù)設(shè)計系統(tǒng)要求。脈沖頻率、電機轉(zhuǎn)速等因素，選擇了歐姆龍的 E6A2CW5C 型編碼器，這是一款通用型、兩項輸出的編碼器。每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出 200p/r,其外徑 25mm，具有IP50 的防護等級，采用 4mm 不銹鋼旋轉(zhuǎn)軸。該型號編碼器總共有 4 根導線：黑線、白線分別對應 A、 B 兩項輸入，我們用 PLC的高速脈沖計數(shù)器 C251，其對應輸入端為 A 相 X0，B相 X1。褐色線對應直流 24V 正極；藍線對應負極（ PLC 輸入端的 口與之對應）。 撥碼盤、滑臺 BCD 撥碼盤由撥碼盤和接線端子組成。 BCD 撥碼盤有根導線，一根公共端，其余 4跟分別表示 8421。撥碼盤可以表示 09， 10 個數(shù)字，是非常便捷的數(shù)字量輸入設(shè)備。 表 1 BCD 撥碼盤狀態(tài)表 位置 8 4 2 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 本設(shè)計使用一行程為 600mm 的珠絲滑臺上的滑塊為控制對象，用聯(lián)軸器將步進電機與滑臺珠絲桿鏈接，步進電機轉(zhuǎn)動帶動滑臺做勻速、加減速的自動往返運行?；_兩端按裝有兩對微動開關(guān)，一對用于自動換向，當滑塊觸碰到任意一個微動開關(guān)，自動換向；另一對用于限位，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，不能進行換向而是繼續(xù)前行，那 么滑塊只要觸碰任意一個微動開關(guān)，整個系統(tǒng)將斷電，此時需要檢查、維修。在滑臺的另一端與步進電機同軸安裝一旋轉(zhuǎn)編碼器，實時測算步進電機的轉(zhuǎn)速，并將測量的數(shù)據(jù)傳輸給 PLC 進行處理，最后通過觸摸屏顯示當前轉(zhuǎn)速。 臨沂大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 7 3 硬件電路的設(shè)計 步進電機與步進驅(qū)動器的連接 A + A B + B + 5 V0 1細 分 數(shù)放 大O P T OC P D I R脈沖信號方向信號+ S J 2 H 3 0 M 55 7 B Y G 5 0 1+ 2 4 V876543212 4 V+ 圖 2：步進電機與步進驅(qū)動器連接 脈沖信號與方向信號由 PLC發(fā)出，外接 5V 直流驅(qū)動電源驅(qū)動脈沖信號與方向信號接收端，外接 24V 直流電源驅(qū)動步進電機。步進電機 A+， A， B+， B分別對應接入步進電機驅(qū)動器。細分數(shù)的設(shè)置，“ ON”為 0，“ OFF”為 1。 4,、 5 一般為 OFF，即撥到 1的位置； 3是步距角的細分數(shù)，細分數(shù) 2/5/10/40 分別對應 000/001/010/100； 8為電機電流的細分數(shù)。 PLC 與觸摸屏、撥碼盤的連接 通過觸摸屏按鈕對系統(tǒng)進行啟動、停止、加速、減速控制，并在觸摸屏上顯示當前行進方向，全程走過了多少。 PLC 通過與觸摸屏連接的數(shù)據(jù)線進行通信，接受到觸摸屏的命令后立即響應并發(fā)出相應的脈沖指令給步進電機驅(qū)動器。通過撥碼盤可以對 電機當前轉(zhuǎn)速進行設(shè)定，撥動按鍵輸入數(shù)值后 PLC 立即讀取并執(zhí)行。觸摸屏也可以對電機當前速度進行設(shè)定， PLC 也會立即響應。 臨沂大學 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計 8 啟 動 停 止 加 速減 速下 一 頁上 一 頁行 程 顯 示+