【文章內(nèi)容簡介】 壓輸出特性 輸入特性擴(kuò)展 I/O 單元最大連接數(shù)最大擴(kuò)展點(diǎn)數(shù)CP1HX40DRA AC100~240V繼電器輸出16 點(diǎn)CP1HX40DTD 晶體管輸出漏型 16 點(diǎn)CP1H X 型CP1HX40DT1DDC24V 晶體管輸出源型 16 點(diǎn)DC24V24點(diǎn)7280 點(diǎn)（最多7 單元，40 點(diǎn)/單位）CP1HXA40DRAAC100~240V繼電器輸出16 點(diǎn)CP1HXA40DTD晶體管輸出漏型 16 點(diǎn) CP1HXA型CP1HXA40DT1DDC24V 晶體管輸出源型 16 點(diǎn)DC24V24點(diǎn)7 同上CP1H Y 型CP1HY20DTD DC24V晶體管輸出漏型 8 點(diǎn)DC24V24點(diǎn)7 同上 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到的是 CP1HX40DTD 型號(hào)的 PLC，其輸出接口為晶體管型。 規(guī)格(1)輸入規(guī)格（XA/A 型）X/XA 型 CP1H 擁有 24 個(gè)輸入點(diǎn)，如圖 23 所示。~ 位共 12 點(diǎn)，1通道 ~ 位共 12 點(diǎn)，2 個(gè)通道合計(jì) 24 點(diǎn)。上 部 端 子 機(jī) （ AC 電 源 型 例 ） 輸 入 1CH輸 入 0084 864L/N1OM 3 579 357 926圖 23 X/XA 型輸入端子臺(tái)排列圖X/XA 型 CP1H 的通用輸入端子可以根據(jù) PLC 的系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行選擇和分配。 (2)輸出規(guī)格X/XA 型 CP1H 擁有 16 個(gè)輸出點(diǎn)，如圖 24 所示。100 通道 ~位共 8 點(diǎn)，101 通道 ~ 位共 8 點(diǎn)，合計(jì) 16 點(diǎn)。 10 CH上 部 端 子 機(jī) （ 晶 體 管 輸 出 例 ） OM C75275O N 643640321圖 24 X/XA 型輸出端子臺(tái)排列圖X/XA 型 CP1H 的通用輸出端子可以根據(jù) PLC 的系統(tǒng)設(shè)定進(jìn)行脈沖輸出。 輸出類型①繼電器輸出型繼電器型可接交流 220V 或直流 24V 負(fù)載，沒有極性要求。 繼電器型的負(fù)載電流比較大，可以達(dá)到 2A。但是繼電器型響應(yīng)時(shí)間比較慢（約 10ms20ms） 。而且它是機(jī)械元件，動(dòng)作次數(shù)（壽命）會(huì)受到限制，且與負(fù)載容量有關(guān)，隨著負(fù)載容量的增加，觸點(diǎn)壽命幾乎按級(jí)數(shù)減少。②晶體管輸出型晶體管型只能接直流 24V 負(fù)載，有極性要求。晶體管型負(fù)載電流為 。其響應(yīng)時(shí)間比較快，約 ，甚至可以達(dá)到 10 。晶體管型的s?是電子原件，只有老化，沒有使用壽命限制。③脈沖輸出型④PWM 輸出型 選擇繼電器輸出型電流大，響應(yīng)慢，有機(jī)械壽命，適用于驅(qū)動(dòng)中間繼電器、接觸器的線圈、指示燈等動(dòng)作頻率不高的場(chǎng)合。晶體管輸出型電流小，頻率高，壽命長，適用于控制伺服控制器、固態(tài)繼電器等要求頻率高、壽命長的應(yīng)用場(chǎng)合。在高頻應(yīng)用場(chǎng)合，如果同時(shí)需要驅(qū)動(dòng)大負(fù)載，可以加其他設(shè)備（如中間繼電器，固態(tài)繼電器等）方式驅(qū)動(dòng)。因此，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是晶體管輸出型 PLC（OMRON CP1HX40DTD） 變頻器及三相交流異步電動(dòng)機(jī) 變頻器定義變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件吧電壓、頻率固定的交流電變成電壓、頻率可調(diào)的交流電的變換器。它主要由兩部分電路構(gòu)成，一是主電路（整流模塊、電解電容和逆變模塊） ，二是控制電路（開關(guān)電源板、控制電路板） 。CPU 就安裝在控制電路板上，變頻器的操作軟件燒錄在 CPU 上，同一型號(hào)的變頻器軟件是固定的，唯一例外的就是三晶變頻器，軟件可根據(jù)使用需求更改。 工作原理交流變頻技術(shù)的原理是把工頻 50HZ 的交流電轉(zhuǎn)換成頻率和電壓可調(diào)的交流電，通過改變交流電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率，在改變頻率的同時(shí)也改變電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的（即 VVVF 技術(shù)） 。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交—直—交方式（VVVF 變頻或矢量控制變頻） ，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制 4 個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為 IGBT 三相橋式逆變器，且輸出為 PWM 波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無功功率 [10]。圖 25 變頻器的基本原理框圖. 3 操作面板圖 26 變頻器操作面板顯示部位 顯示輸出頻率、電流、線速度、異常內(nèi)容、設(shè)定功率時(shí)的數(shù)據(jù)及其參數(shù) NoRUN(運(yùn)行)鍵 是變頻器運(yùn)行的鍵STOP(停止)鍵 是變頻器運(yùn)行停止的鍵MODE（模式）鍵切換“輸出頻率 電流顯示“、 ”頻率設(shè)定 監(jiān)控“、 ”旋轉(zhuǎn)方??向設(shè)定“、 ”功能設(shè)定“等各種模式以及將數(shù)據(jù)顯示切換為模式顯示所用的鍵SET(設(shè)定鍵) 切換模式和數(shù)據(jù)顯示以及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所用鍵。在“輸出頻率 電?流顯示模式“下，進(jìn)行頻率顯示和電流顯示的切換UP（上升）鍵 改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其正常運(yùn)行時(shí)，用于設(shè)定正轉(zhuǎn)方向DOWN(下降)鍵改變數(shù)據(jù)或輸出頻率以及利用操作板使其正常運(yùn)行時(shí)，用于設(shè)定反轉(zhuǎn)方向頻率設(shè)定鍵 用操作板設(shè)定運(yùn)行頻率而使用的旋鈕 接線方法圖 27 變頻器接線圖端子規(guī)格：螺絲尺寸 M3（母螺絲） 緊固力矩 ～m頻率設(shè)定電位器（VR）規(guī)格：10kΩ，1/4W 以上的電位器 [4]繼電器輸出接點(diǎn)規(guī)格：1c 無電壓接點(diǎn)，250VAC （電阻負(fù)荷）開路式集電極輸出規(guī)格：最大額定值 50VCD,50mA注：在頻率設(shè)定中使用 4~20mA 信號(hào)時(shí)，一定要連接 200 、1/4W 的電阻。 （如?不連接電阻，變頻器可能燒壞）. 5 三相異步交流電動(dòng)機(jī)三相交流異步電動(dòng)機(jī)主 要 由 定 子 和 轉(zhuǎn) 子 構(gòu) 成 ， 定 子 是 靜 止 不 動(dòng) 的 部 分 ，轉(zhuǎn) 子 是 旋 轉(zhuǎn) 部 分 ， 在 定 子 與 轉(zhuǎn) 子 之 間 有 一 定 的 氣 隙 。 由 于 本 系 統(tǒng) 中 ， 三 相交 流 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 用 來 帶 動(dòng) 刀 具 進(jìn) 行 切 削 ， 需 要 較 大 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 但 是 對(duì) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 的 精度 卻 基 本 沒 有 要 求 ， 故 選 擇 三 相 交 流 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 可 以 很 好 的 達(dá) 到 設(shè) 計(jì) 要 求 ，還 能 降 低 成 本 。綜合考慮以上因素，在粗加工時(shí)主軸速度較低,切削深度和切削用量較大,輸出較大轉(zhuǎn)矩，而精加工時(shí)主軸速度較高,切削深度和切削用量較小,輸出轉(zhuǎn)矩較小,即主軸滿足恒功率調(diào)速要求。故根據(jù) JB/T 10091991 選擇 YS 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)，其基本參數(shù)為：代號(hào) 45，功率 16W，電流 ，轉(zhuǎn)速 2800r/min，額定轉(zhuǎn)矩 ，其具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，維修方便等優(yōu)點(diǎn)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)圖 28 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的選擇此次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 SH20403細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過改變相鄰（A ，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。（一）接線圖圖 29 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)接線圖（二）性能指標(biāo)表 23 電氣性能（環(huán)境溫度 Tj=25℃時(shí)）供電電源 10V~40VDC,容量 輸出電流 峰值 3A/相（Max） （電流可由面板數(shù)碼開關(guān)設(shè)定）驅(qū)動(dòng)方式 恒相流 PWM 控制勵(lì)磁方式 整步、半步、4 細(xì)分、8 細(xì)分、16 細(xì)分、32 細(xì)分、64 細(xì)分絕緣電阻 在常溫常壓下100M ?絕緣強(qiáng)度 在常溫常壓下 ，1 分鐘表 24 使用環(huán)境及參數(shù)冷卻方式 自然冷卻場(chǎng)合 盡量避免粉塵、油霧及腐蝕氣體溫度 0 C~+50 C?濕度 80%RH,無凝露，無結(jié)霜使用環(huán)境震動(dòng) 保存溫度 20 C~+65 C?外形尺寸 116 60 37mm?重量 （三）電源電壓驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的開關(guān)電源設(shè)計(jì)保證了可以適應(yīng)較寬的電壓范圍，用戶可根據(jù)各自的情況在 10V 到 40VDC 之間選擇。一般來說較高的額定電源電壓有利于提高電機(jī)的高速力矩，但卻會(huì)加大驅(qū)動(dòng)器的損耗和升溫 [7]。（四）輸出電流選擇本驅(qū)動(dòng)器最大輸出電流值為 3A/相（峰值） ，通過驅(qū)動(dòng)器面板上六位撥碼開關(guān)的第 7 三位可組合出八種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)八種輸出電流，從 到 3A，以配合不同的電機(jī)使用 [8]。表 25 輸出電流選擇5 6 7 5 6 7 5 6 7 5 6 7ON ON ON ON OFF ON ON ON OFF ON OFF OFF OFF ON ON OFF OFF ON OFF ON OFF OFF OFF OFF 3A（五）細(xì)分選擇本驅(qū)動(dòng)器可提供整步、改善半步、4 細(xì)分、8 細(xì)分、16 細(xì)分、32 細(xì)分和 64細(xì)分七種運(yùn)行模式，利用驅(qū)動(dòng)器面板上的六位撥碼開關(guān)的第 3 三位可組合出不同的狀態(tài) [8]。表 26 細(xì)分選擇1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3ON ON ON 保留ON OFF ON 32細(xì)分ON ON OFF 8細(xì)分ON OFF OFF 半步OFF ON ON 64細(xì)分OFF OFF ON 16細(xì)分OFF ON OFF 4細(xì)分OFF OFF OFF 整步將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)，細(xì)分是通過驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為 0（繞組電流波形不再是近似方波，而是 N 級(jí)近似階梯波） ，則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有 N 個(gè)新的平衡位置（形成 N 個(gè)步距角） 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇圖 210 步進(jìn)電機(jī)（一）定義步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角 ”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。由于脈沖信號(hào)數(shù)與步距角的線性關(guān)系，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單 [1]。（二）特點(diǎn)(1)進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 (2)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 (3)機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 (4)機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速） [1]。 （三）步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)(1)電機(jī)固有步距角　　它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。/176。（表示半步工作時(shí)為 176。、整步工作時(shí)為 176。） ，這個(gè)步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’ ，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 (2)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)　　是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。/176。、三相的為 176。/176。、五相的為 176。/176。 。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 (3)保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。（三）絲杠的選擇根據(jù)系統(tǒng)要求，選擇滾珠絲桿，綜合各種因素選擇內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠(JB/T 98931999), 此絲杠的規(guī)格代號(hào)為 1604；公稱直徑 =16mm；公稱導(dǎo)程 =4mm；0d0hP（四）步進(jìn)電機(jī)的選擇根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可知，Z 軸運(yùn)動(dòng)所需的轉(zhuǎn)矩最大，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的重量為 ，加上步進(jìn)電機(jī)、固定板、刀具等的重量共為 驅(qū)動(dòng)扭矩為： =21FaPhT????21mgh??T：驅(qū)動(dòng)扭矩F