【文章內(nèi)容簡介】 的。因此，控制系統(tǒng)的程序必須與現(xiàn)場經(jīng)過反復(fù)調(diào) 試、修改，直至達(dá)到要求為止。 （ 8）完善系統(tǒng)。 圖 22 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 分析控制要求確定 I / O 點(diǎn)選擇元器件分配 I / O 點(diǎn)繪制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查調(diào)試滿足要求 ？設(shè)計(jì)控制柜現(xiàn)場連接聯(lián)機(jī)調(diào)試滿足要求 ？修改NYNN結(jié)束Y南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 7 3 系統(tǒng)的硬件選型 本系統(tǒng)由 PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器、觸摸屏、光電傳感器等元器件組成，本章主要對(duì)系統(tǒng)中元器件進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 PLC 選型 PLC 的選型 PLC 是控制系統(tǒng)的控制部分相當(dāng)于人的大腦，正確的選擇 PLC，對(duì)于保證整個(gè)控制系統(tǒng)的技術(shù)性能起著重要的作用。 PLC 的選擇包括： （ 1） I/O 點(diǎn)數(shù)的估算，總輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù) =輸入點(diǎn)數(shù) +輸出點(diǎn)數(shù)，預(yù)留 +10%～20% I/O 備用； （ 2）存儲(chǔ)器容量的估算 ，總內(nèi)存容量 =開關(guān)量點(diǎn)數(shù) 10＋模擬量點(diǎn)數(shù) 150； （ 3）控制方式的選擇，包含：運(yùn)算方式、控制方式、通信方式、編程方式、診斷方式、處理速度； （ 4）機(jī)型的選擇，包含： PLC 型號(hào)、輸入輸出模塊的選擇、開關(guān)電源的選擇、冗余模塊功能的選擇、再考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性； 因此考慮到輸入輸出點(diǎn)數(shù)和總內(nèi)存容量，選用臺(tái)達(dá) EH 系列 PLC 以及其 I/O 擴(kuò)展模塊作為主體控制設(shè)備。同時(shí) PLC 對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器的控制方式為脈沖 +方向控制。 該系列 PLC 有如下特點(diǎn)： （ 1） 優(yōu)異的運(yùn)算效能，內(nèi)部自帶很多輔助指令簡單，效率高 （ 2）簡易通訊功能，直 接可以通過 USB 與 RS232 轉(zhuǎn)接口進(jìn)行下載程序 （ 3）支持運(yùn)動(dòng)控制和速度控制指令，搭配高速脈沖輸出功能，輕易達(dá)成兩軸同動(dòng)的控制要求。 （ 4）可搭配多樣化擴(kuò)充模組和功能卡，滿足不同用戶要求。全新的特殊擴(kuò)展模塊，可大大減少 PLC CPU 與擴(kuò)展模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，從而大大提升效率。 綜上所述，初步確定選用臺(tái)達(dá) DVP32ES200T PLC 主機(jī)一臺(tái)，擴(kuò)展模塊 DVP 32HP00T 一臺(tái)作為系統(tǒng)的控制主體。 （ 1） DVP32ES200T PLC 簡介 ES 系列主機(jī) 40點(diǎn)， 16in/16out 最大 I/O 點(diǎn)數(shù)： 16點(diǎn) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 8 指令執(zhí)行速度： s（基本指令） 通信部：內(nèi)建 RS232 與 RS485，相容 ModbusASCII/RTU 通信協(xié)議 內(nèi)存容量高達(dá) 16 K Steps 交流電源，電晶體輸出 支持 2組 AB 相 200KHz 脈沖輸出（ Y0， Y1）、（ Y2， Y3）， 2 點(diǎn) 200KHz 脈沖輸出Y Y6 圖 311 DVP_40EH00T2 端子排 PLC 的電源連接 鑒于上文介紹的 PLC 型號(hào)特性， PLC 連接時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)： （ 1） PLC 都是交流電源， L、 N都接 220V 交流電源 （ 2） 主機(jī)和擴(kuò)展 模塊 都是電晶體輸出類型，輸出公共端 C全部接地 （ 0V） ； （ 3） 輸入端以 SINK 模式配線，將 S/S 端接 +24V 直流電源； （ 4） 其余接地端和 24G 共地 （ 0V） 。 伺服電機(jī)的選型 伺服電機(jī)（ servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制 機(jī)械元件 運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力源。伺服電機(jī)可使控制的速度，位置精度都非常準(zhǔn)確，可以將 電壓 信號(hào)轉(zhuǎn)化為 轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服 電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入 信號(hào) 控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，L N +24 V 24G S/S X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X 7 X 8 X 9 X 10 X 11 X 12 X 13 X 14 X 15 X 16 DVP32ES200T UP0 ZP0 Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y4 Y5 Y 6 Y 7 UP1 ZP1 Y 10 Y 12 Y 13 Y 14 Y 15 Y 16 Y 17 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 9 用作執(zhí) 行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng) 電壓 等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著 轉(zhuǎn)矩 的增加而勻速下降。 每種型號(hào)電機(jī)的規(guī)格項(xiàng)內(nèi)均有額 定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩及電機(jī)慣量等參數(shù)，各參數(shù)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩及負(fù)載慣量間必定有相關(guān)聯(lián)系存在，選用電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)符合負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件要求，如加速度的快慢、機(jī)構(gòu)的重量、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式（水平、垂直、旋轉(zhuǎn)）等；運(yùn)動(dòng)條件與電機(jī)輸出功率無直接關(guān)系，但是一般電機(jī)輸出功率越高，相對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)越高。 因此，影響電機(jī)的選用不僅僅是機(jī)構(gòu)的重量，也有來之運(yùn)動(dòng)條件的影響。慣量越 大時(shí)，需要越大的加速及減速轉(zhuǎn)矩，加速及減速時(shí)間越短時(shí)，也需要越大的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。 依下列步驟進(jìn)行伺服電機(jī)選型： （ 1）確定負(fù)載機(jī)械的運(yùn)行條件，主要是考慮加 /減速 的快慢、運(yùn)動(dòng)控制速度、機(jī)械構(gòu)造的重量、機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式等。 （ 2）根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)行要求選用合適的負(fù)載慣量計(jì)算公式，用來計(jì)算機(jī)構(gòu)的負(fù)載慣量。 （ 3）根據(jù)負(fù)載慣量與伺服電機(jī)慣量預(yù)選定幾種電機(jī)型號(hào)進(jìn)行對(duì)比。 （ 4）結(jié)合預(yù)選的電機(jī)慣量與負(fù)載慣量，計(jì)算出加、減速轉(zhuǎn)矩。 （ 5）根據(jù)電機(jī)的配置方式、摩擦系數(shù)、運(yùn)行效率、負(fù)載重量計(jì)算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 （ 6）初步選定的電機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 +加 /減速轉(zhuǎn)矩；如果不符合條件要求，必須選用其他型號(hào)電機(jī)并用計(jì)算值來驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)要求。 （ 7）初步選定的電機(jī)的 額定轉(zhuǎn)矩 連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，如果不符合條件要求，必須選用其他型號(hào)電機(jī)并用計(jì)算值來驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)要求。 （ 8）完成選定。 在實(shí)際應(yīng)用的選擇設(shè)計(jì)中，要注意這些方面的特性合理選擇伺服電機(jī)。本系統(tǒng)中X 軸的伺服電機(jī)為 ASDB0421B2 , Y 軸方向?yàn)?ASDB0421B2 (10)轉(zhuǎn)速與實(shí)際位置的計(jì)算 一分鐘頻率247。磁極對(duì)數(shù)（ 1轉(zhuǎn)差率 ） 60（秒） 50（ HZ）247。磁極對(duì)數(shù) =同步轉(zhuǎn)速 比如 6極電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 =3000247。 3=1000 轉(zhuǎn) /min， 三相異步電動(dòng) 機(jī) 大約 960 轉(zhuǎn)左右此時(shí) 伺服電機(jī) 的轉(zhuǎn)速只和脈沖發(fā)送的頻率有關(guān)系，因?yàn)榇藭r(shí) PLC 發(fā)送 10000 個(gè)脈沖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 10 電機(jī)旋轉(zhuǎn) 1圈。如果電齒輪比為 1， 25 轉(zhuǎn) /秒，所以 PLC 的脈沖發(fā)送頻率就是 2510000 脈沖 /秒（也就是 250K 赫茲）。 電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩（轉(zhuǎn)矩）公式 電機(jī)有個(gè)共同的公式， P=MN/9550 P 為額定功率， M 為額定力矩值， N 為額定轉(zhuǎn)速，所以確定電機(jī)功率和額定轉(zhuǎn)速就可以得出額定力矩大小。注意 P的單位是 KW,N 的單位是 R/MIN(RPM),M 的單位是NM 扭矩和力矩完全是一個(gè)概念，是力和力臂長度的乘積，單位 NM(牛頓米 ) 比如一個(gè)電機(jī)輸出扭矩 20NM，在離輸出軸 1M 的地方（力臂長度 1M），可以得到 20N 的力；如果在離輸出軸 100M 的地方（力臂長度 100M），只能得到 的力 電機(jī)轉(zhuǎn)速公式： n＝ 60f/P (n＝轉(zhuǎn)速， f＝電源頻率， P＝磁極對(duì)數(shù) ) 扭矩公式： T=9550P/n T 是扭矩，單位 N m P 是輸出功率，單位 KW n是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位 r/min 扭矩公式： T=973P/n T是扭矩，單位 Kg m P 是輸出功率，單位 KW n 是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位 r/min 伺服驅(qū)動(dòng)器的選型 伺服驅(qū)動(dòng)器選型 伺服電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器才能旋轉(zhuǎn)，一組伺服電機(jī)由電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器匹配組成，由制造廠家將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器匹配到最佳狀態(tài)，用戶最好不要隨意混合搭配。 如下表所示，紅線框表示本系統(tǒng)選擇的伺服驅(qū)動(dòng)器和所對(duì)應(yīng)的伺服電機(jī)型號(hào)。 圖 331 伺服驅(qū)動(dòng)器型號(hào) 本系統(tǒng)選用功能齊全的臺(tái)達(dá) B系列伺服驅(qū)動(dòng)器，其特點(diǎn)為： （ 1）多樣化地模式控制，位置 /速度 /扭矩控制，外部寸動(dòng)功能等 （ 2）性能優(yōu)異，通訊功能強(qiáng)大 （ 3）內(nèi)含簡易編碼器，可進(jìn)行位置，速度反饋，可做單軸定位控制 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用臺(tái)達(dá) ASDAAB 系列伺服驅(qū)動(dòng)分別與相應(yīng)的伺服電機(jī)配合完成兩個(gè)軸南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 11 的運(yùn)動(dòng)控制。 X軸的伺服電機(jī)為 ECMA_C 30401ES，與之相匹配的驅(qū)動(dòng)為 ASDA0121AB, Y 軸方向?yàn)?ECMA_C 30602ES, 與之相匹配的驅(qū)動(dòng)為 ASDA0221AB。 驅(qū)動(dòng)器端子說明 圖 332 驅(qū)動(dòng)器端子說明