工程技術綜合實踐報告基于plc控制的扭矩檢測系統(tǒng)設計(編輯修改稿)
2025-05-11 03:53 本頁面
【文章內容簡介】 因考慮扭矩檢測系統(tǒng)的I/O口數目、系統(tǒng)要求及成本等原因我們使用的是歐姆龍CP1H系列可編程控制器（CP1HX40DT_D），它是歐姆龍的小型PLC系統(tǒng)，能滿足普通性能要求的應用，擁有四軸脈沖輸出、四個高速脈沖輸入，具有性價比高、社會擁有量大的特點。因此，扭矩檢測系統(tǒng)以歐姆龍CP1H系列PLC作為控制器，采用其脈沖輸出功能控制兩個空轉步進電機（漢德保）和一個檢測步進電機（飛仕寶）運行，再配合扭矩檢測傳感器進行對鉸鏈類產品的扭矩檢測。此外通過編碼器的反饋，電機驅動對檢測電機（飛仕寶）的脈沖收取量與具體執(zhí)行量進行比較調節(jié)，構成檢測電機的閉環(huán)調速系統(tǒng)。表21 CP1HX40DT_D部分技術標準類型標準脈沖輸出端口4個電源電壓DC24V通用內置輸出晶體管（漏型）1輸出6點擴展系統(tǒng)最大可擴展7個CPM1A系列I/O或擴展單元最大開關能力DC ～30V 300mA/點 最小開關能力DC ～30V 1mAON 響應時間 以下OFF 響應時間 以下殘留電壓～；～步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機分為永磁式、反應式、混合式，按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細分驅動器后效果良好[21]。176。/步，配上半步驅動器后，176。，配上細分驅動器后其步距角可細分達256倍（176。/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅動器以改變精度和效果。本次扭矩檢測項目，我們對于空轉電機2選用上述的兩相混合式步進電機（漢德保）；檢測電機由于精度和穩(wěn)定性要求更高，則選用飛仕寶步進閉回路伺服電機，其結合了步進電機在低速下輸出轉矩大和伺服電機精度高的特點。韓國Fastech（飛仕寶）創(chuàng)新的閉回路步進電機控制系統(tǒng)，利用高分辨率編碼器每25微秒一次確認并更新馬達位置。使用高性能DSP（Digital Signal Processor）及軟件技術，能讓驅動的位置更精確，運動順暢不抖動。對于檢測系統(tǒng)的應用是最適合不過的選擇[22]。、整定時間短、精準定位，適用于皮帶、快速分速盤定位，快速定位而且不會失步圖21 飛仕寶閉環(huán)步進伺服系統(tǒng) 扭矩傳感器，（又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉矩傳感器、扭矩儀分為動態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉矩傳感器、轉矩轉速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉扭矩傳感器等。 扭矩傳感器是對各種旋轉或非旋轉機械部件上對扭轉力矩感知的檢測[23]。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉換成精確的電信號。扭矩傳感器可以應用在制造粘度計，電動（氣動，液力）扭力扳手，它具有精度高，頻響快，可靠性好，壽命長等優(yōu)點。圖22 Futek反作用力扭矩傳感器本次扭矩檢測系統(tǒng)，我們選用美國Futek的反作用力（靜態(tài)型）扭矩檢測產品TFF400（cap:160in_oz）具有外型美觀、結構堅固、工藝精湛等特點。表22 Futek反作用力扭矩傳感器類型標準量程 Nm額定輸出 mV/V非線性度177。%.遲滯性177。%.安全過載300,150 %.工作溫度50~93 ℃激勵(DC/AC)18 V有無過載保護有第三章 硬件電路設計在扭矩檢測系統(tǒng)中，首先在PLC上電第一個掃描周期或者按下復位按鈕時，PLC執(zhí)行初始化段指令，使空轉2工位和檢測工位電機尋找原點并回到起始角位置準備開始工作，所有氣缸復位到原點位置。將鉸鏈產品放在治具上并觸碰啟動傳感器1或2后，對應氣缸前頂固定住產品，同時空轉1或2工位帶動鉸鏈開始來回旋轉一定角度，增加其鉸鏈產品開合能力。將經過空轉1或2工位旋轉開合過的鉸鏈產品置于檢測工位，接觸啟動傳感器后，檢測工位飛仕寶電機開始帶動扭矩傳感器來回旋轉，并由9524數據采集卡完成扭矩和電機旋轉角度同步高精度采集。通過在工控機上VB編寫的用戶界面中，可以直觀地觀察到每個產品的扭矩和角度相關數據，并進行合格評判。在檢測工位進行檢測時，不能觸碰檢測工位部件，以免造成不必要的干擾誤差。在首輪檢測不合格的產品，可以統(tǒng)一放置于一處，進行第二輪空轉到檢測的過程，依然不合格產品按要求進行另外處理。 扭矩檢測系統(tǒng)流程圖： 逆時針退回10176。逆時針旋轉120176。TO 9524數據采集卡 空轉2工位漢德保ASRD545R驅動設置：圖31 漢德保電機驅動撥碼圖根據驅動說明書我們把SWSWSW3分別撥到OFF、OFF、ON狀態(tài)。SW4為ON，輸出90%電流。SW SWSWSW8分別OFF、ON、OFF、ON使細分為6400。檢測工位飛仕寶EzM42XLA驅動撥碼設置：1）位置到達值：02）解析度：93）位置控制增益：34）驅動編碼器輸出信號接到9524數據采集卡CN2上 紅線：ENCO_A+(Pin25) 綠線：ENCO_A( Pin 59) 黃線：ENCO_B+( Pin 24) 白線：ENCO_B( Pin 58) PLC選型和設置根據I/O口數目和所控制電機要求，選用公司常用的歐姆龍CP1H系列PLC，具體型號為Omron CP1HX40DT_D。此PLC擁有24個輸入口，16個輸出口，最大4軸脈沖輸出，為晶體管漏型輸出，能夠滿足扭矩檢測系統(tǒng)的控制要求。故選用Omron CP1H系列PLC[24]。對于步進電機控制方式選用脈沖加方向
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