【正文】 其中Network1 對(duì)應(yīng)模塊 1 ； Network2～ 3 對(duì)應(yīng)模塊 2 ； Network4～ 9 對(duì)應(yīng)模塊 3 ； Network10對(duì)應(yīng)模塊 4 。據(jù)此 ， 可作出移位寄存器輸出狀態(tài)及步進(jìn)電機(jī)正 反轉(zhuǎn)繞組的狀態(tài)真值表 ， 如表 所示。首先指定移位寄存器 MB0 (8 位 ) ,按照三相六拍的步進(jìn)順序 ,移位寄存器的初值見表 ： 表 移位寄存器初值 1 M0. 7 M0. 6 M0. 5 M0. 4 M0. 3 M0. 2 M0. 1 M0. 0 0 0 1 0 0 0 0 0 每右移 1 位 ， 電機(jī)前進(jìn)一個(gè)步距角 (一拍 ) ， 完成六拍后重新賦初值。然后 ， 將各模塊進(jìn)行連接 ,最后經(jīng)過(guò)調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求。 控制程序框圖及軟件模塊 由上述具體控制要求 ， 可作出步進(jìn)電機(jī)在起動(dòng)運(yùn)行時(shí)的程序框圖 ， 如圖 45 所示。步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)主要通過(guò)改變其通電順序完成， 即 ： 正轉(zhuǎn)順序 : A →AB →B →BC →C→CA →A ； 反轉(zhuǎn)順序 ： A →A C →C →CB →B →BA →A 。以 SIMATIC 移位指令為步進(jìn)控制的主體進(jìn)行程序設(shè)計(jì) ， 可較好地滿足上述設(shè)計(jì)要求。由于 CPU 對(duì)程序的串行掃描工作方式 ， 會(huì)造成輸入 / 輸出的滯后 ， 而由掃描方式引起的滯后時(shí)間 ， 最長(zhǎng)可達(dá)兩個(gè)多掃描周期 ， 程序越長(zhǎng) ， 這種滯后越明顯 ， 則控制精度就越低。本文 采用 三相六拍步進(jìn)電機(jī) 對(duì) XY 工作臺(tái)進(jìn)行進(jìn)給 控制 , 采用 SIEMENS S7 200 PLC 的 SIMATIC 指令系統(tǒng)，以 “ 移位指令 ”為步進(jìn)控制程序 主體的設(shè)計(jì)思路和方法 ， 并分析其相對(duì)于其他應(yīng)用指令及編程方法之長(zhǎng)處。 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的梯形圖程序設(shè)計(jì) 在可編程序控制器 ( PLC) 對(duì)各種工業(yè)、物流等生產(chǎn)流水線的控制中，一個(gè)常見的環(huán)節(jié)就是對(duì)步進(jìn)電機(jī) 進(jìn)行 控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。 S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。 S7200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。 該 公司生產(chǎn)的 S7 系列的 PLC 包括： S7200 屬于小型 PLC，在 1998 年升級(jí)為第二代產(chǎn)品， 2020 年升級(jí)為第三代產(chǎn)品； S7300 是模塊式中型 PLC，最多擴(kuò)展 32 個(gè)模塊； S7400 是大型 PLC，可以擴(kuò)展 300 多個(gè)模塊； S7400H 是冗余設(shè)計(jì)的容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)； S7400F 是安全型自動(dòng)化系統(tǒng)，出現(xiàn)故障時(shí)將系統(tǒng)切換到安全狀態(tài)； ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 30 S7400FH 是安全及容錯(cuò)自動(dòng)化系統(tǒng)，出現(xiàn)故障時(shí)生產(chǎn)過(guò) 程能繼續(xù)進(jìn)行。但在我國(guó)市場(chǎng)占有較大份額的公司有： 德國(guó)西門子公司； 日本 OMRON 公司、三菱公司、松下公司；美國(guó) GE 公司、 AB（ Alien－ Bradley）公司；法國(guó)施奈德公司等。 PLC 的選型 機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。 （ 2）用戶程序 執(zhí)行階段 PLC 對(duì)用戶程序順序掃描，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存入元件映象寄存器中。 PLC 的工作過(guò)程是按這樣三個(gè)階段進(jìn)行周期性循環(huán)掃描。 直流輸入單元，如圖 42 所示： 光耦合器P LC 內(nèi)部電路LEDC R2R1VD電源 圖 42 直流開關(guān)量輸入單元 它的作用是把 PLC 的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號(hào)。 /輸出接口 ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 28 輸入單元接受操作命令和現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)信息，如控制按鈕、限位開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)、行程開 關(guān)、接近開關(guān)等信號(hào)，并通過(guò)濾波電路、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。 PLC 的基本結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī) [16] ，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖 41 所示： 主機(jī)電源微處理器 ( C P U )運(yùn)算器控制器輸入單元存儲(chǔ)器E P R O M( 系統(tǒng)程序 )R A M( 用戶程序 )外設(shè)I /O接口I /O擴(kuò)展接口用戶輸入設(shè)備輸出單元用戶輸出設(shè)備I /O擴(kuò)展接口P L C 或上位計(jì)算機(jī)圖形監(jiān)控系統(tǒng)E P R O M 寫入器打印機(jī)盒式磁帶機(jī)編程器外部設(shè)備 圖 41 PLC 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 其主要結(jié)構(gòu)如下所示： CPU CPU是 PLC 的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱 PC。由軸的直徑和輪轂的寬度選取的鍵的參數(shù)如表 所示 表 鍵的參數(shù) [15] b h L d=20 6 6 18 d=12 4 4 18 ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 27 4 控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì) PLC 的 組成 與工作原理 PLC 的基本概念 可編程控制器 (Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。工作時(shí)，靠工作面上的擠壓力和軸與輪轂之間的摩擦力來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。切向 鍵的工作面是由一對(duì)楔鍵沿斜面拼合后相互平行的兩個(gè)窄面，被聯(lián)接的軸和輪轂上都制有相應(yīng)的鍵槽。因此主要是用于轂類零件的定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。楔鍵連接在傳遞有沖擊和振動(dòng)的較大轉(zhuǎn)矩時(shí)，仍能保證聯(lián)接的可靠性。 楔鍵連接 :鍵的上下兩面是工作面，鍵的上表面和與它相配合的輪轂鍵槽底面均有1： 100 的斜度。這種鍵的優(yōu)點(diǎn)是工藝性良好，裝配方便，尤其適 用于錐形軸端與輪轂的連接。 薄型平鍵傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較低，常用于薄壁結(jié)構(gòu)、空心軸及一些徑向尺寸受限制的場(chǎng)合。平頭平鍵是放在用盤銑刀銑出的鍵槽中，對(duì)于尺寸大的鍵，需用緊定螺釘固定在軸上的鍵槽中，以防松動(dòng)。 普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭（ A 型）、平頭（ B 型）及單圓頭（ C 型）三種。 根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平 鍵和滑鍵四種。鍵的上表面和輪轂的鍵槽底面間則留有間隙。其具體參數(shù)如表 所示： 表 所選軸承的參數(shù) 軸承內(nèi)徑 d 外徑 D 寬度 B 額定動(dòng)負(fù)荷 額定靜負(fù)荷 7305AC 25 62 17 6305 25 62 17 KN KN 絲杠軸的尺寸設(shè)計(jì) X 向軸的尺寸： Y 向軸的尺寸： 聯(lián)接鍵的選擇 鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。 60176。本設(shè)計(jì)使用的滾珠……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 25 絲杠較短，故此設(shè)計(jì)采用接觸角為 60176。 兩端固定的支撐形式，需要軸承無(wú)間隙，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 一端固定一端浮動(dòng)的支撐形式。滾珠絲杠兩端常用支撐形式有三種： 一端固定一端自由的支撐形式。 滾珠絲杠主要承受軸向載荷，他的徑向載荷主要是絲杠的自重，因此，對(duì)滾珠絲杠的軸向精度和剛度要求較高?？煞蛛x型的接觸球軸承、圓柱滾子軸承。 對(duì)于軸承使用壽命一般都難以等同主機(jī)使用壽命，在實(shí)際使用中軸承作為易損件 要經(jīng)常裝拆。 在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般都是先確定軸的尺寸，然后根據(jù)軸的尺寸來(lái) 確定軸承的尺寸。因此，常在軸的某一端選用一內(nèi)圈或一外圈無(wú)擋邊的圓柱滾子軸承或滾針軸承，以適應(yīng)由于熱脹冷縮而引起軸的伸長(zhǎng)或縮短。 一般機(jī)械工作時(shí)，因機(jī)械摩擦或工作介質(zhì)的關(guān)系而使軸發(fā)熱，從而有熱脹冷縮產(chǎn)生。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許的轉(zhuǎn)速高。在一定條件下，工作轉(zhuǎn)速較高時(shí)，宜選用直徑系列為 8， 9， 0， 1 的軸承。對(duì)聯(lián)合載荷，載荷小時(shí)，選用角接觸球軸承；載荷大時(shí)，選用圓錐滾子軸承或圓柱滾子軸承與角接觸球軸承組合。球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速，故高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選用球軸承。 ⑶ 載荷性質(zhì) 有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承。若徑向載荷較大而軸向 載荷較小時(shí)，也可選用深溝球軸承和內(nèi)、外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。徑向載荷和軸向……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 24 載荷聯(lián)合作用時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。 ⑵ 載荷方向 純徑向力作用，宜選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承，也可考慮選用調(diào)心軸承。 ⑴ 載荷大小 一般情況下，滾子軸承由于是線接觸，承載能力大，適于承受較大載荷；球軸承由于是點(diǎn)接觸，承載能力小，適用于輕、中等載荷。而初選的步進(jìn)電機(jī)為 86BYG350AH0201，他的最大靜轉(zhuǎn)矩為＞ fmax1M 所以初選的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)符合要求。 （ 3）負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)所需力矩 M起 ，依據(jù)公式： M起 =Mmax + fM + [13]M0 （ 326） 式中： M起 ：為快速空載啟動(dòng)力矩（ ）； Mmax ： 空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的最大加速力矩（ ）； Mf ： 折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩（ ）； M0 ： 由于絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩（ ）。 則 J1= 432dl?? = 2Kg cm? J2= 4l32d?? = 2Kg cm? JS= 4l32d?? = 2Kg cm? 則可算得： Jd =J1 + PG 2x[]JJ sg2 ?? ? ?（ ）（ ）（ ）2/ 2i = 2Kg cm? （ 324） （ 2）慣量匹配驗(yàn)算 由 [12] 《機(jī)電傳動(dòng)控制》初選二相混合式步進(jìn)電機(jī) 86BYG350AH0201。 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 縱向步進(jìn)電機(jī)的選擇計(jì)算 （ 1）計(jì)算工作臺(tái)、絲杠、以及帶輪折算到電機(jī)軸上的慣量 dJ ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 20 根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》所提供的計(jì)算公式 [11]： dJ=1J+ PG 2x[]JJ sg2 ?? ? ?（ ）（ ）（ ）2/ 2i （ 322） 式中： dJ折算到電機(jī)軸的慣量（ ） 1J、2J大小帶輪的慣量（ ） sJ 絲杠的慣量（ ） xG 縱向工作臺(tái)及夾具重量（ N）為 2156N P絲杠螺距（ cm）， P=6mm 帶輪及絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：由于有些傳動(dòng)件（帶輪、絲杠等）的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不易精確計(jì)算，可將其等效成圓柱體來(lái)計(jì)算。大部分帶傳動(dòng)是依靠擾性傳動(dòng)與帶輪間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，銑床方面的傳動(dòng)還有電機(jī)直連式，在此選擇了帶傳動(dòng)的方式，帶傳動(dòng)簡(jiǎn)單，而且效率高，選擇的傳動(dòng)比 i=2 （ 4）小帶輪齒數(shù) 1Z 根據(jù)帶型 XL 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 1n ，由表查得小帶輪的最小齒數(shù) minZ =12，此處取1Z =12，則大帶輪的齒數(shù) 2Z = 1iZ? =24 （ 5）小帶輪的節(jié)圓直徑 1d , mmPZd B ???? ?? （ 314） 查表得其外徑 1ad = 1d 2δ== 其中 2δ 為節(jié)根距 （ 6）大帶輪節(jié)圓直徑 2d mmpzd b 2 ???? ?? （ 315） 查表得其外徑 ?222 ?? dda =—= （ 7）帶傳動(dòng)速度 v 11 ??? （ 316） 確定帶輪的中心距 （ 1）初定軸間距 0a 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ? ?21021 2)( ddadd ???? 同時(shí)根據(jù)對(duì)銑床產(chǎn)品的測(cè)繪和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)初定 0a =100mm （ 2）帶長(zhǎng)及其齒數(shù)的確定 ……本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） 19 ? ? ? ?02122100 422 a ddddaL ????? ? （ 317） =200＋ ＋ = 查表應(yīng)選用帶長(zhǎng)代號(hào)為 150 的 L 型同步帶，其節(jié)線長(zhǎng)度 pL =，節(jié)線長(zhǎng)上的齒數(shù) z=40 （ 3）實(shí)際軸間距 a，所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)的軸間距可調(diào)整 mmLLaa p 1 6 2 0 32 6 7 7 43 8 11 0 02 00 ??????? （ 318） 確定帶輪的尺寸 （ 1）小帶輪嚙合齒數(shù)的確定 ? ? ? ? 2122 11 ??????? ??? ????????? ??? e ntzzzpze ntz bm ?? （ 319） （ 2）帶寬 sb 0505 pkpbbzd?