【正文】 X方向托起重物向目標前進，步進電機是為了讓輸出更加的精準，而螺紋桿則是承載步進電機的載體。 總之電機的框架圖如 31 所示 圖 31 系統(tǒng)外部 框架圖 PLC 選擇 PLC 型號的選擇 本設(shè)計是以 PLC 為控制主體，由它來實現(xiàn)按鈕與步進電機驅(qū)動器的連接。 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 工程計 選型。因此，工程設(shè)計選型 和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和只采確定所 需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定 PLC 的功能、外部設(shè) PLC FX2N32MR 按鈕 接近開關(guān) 步進電機驅(qū)動器 步進電機驅(qū)動器 步進電機 步進電機 氣動回路 備特性等，最后選擇有 較高性能價格與的 PLC 和設(shè)計相 應(yīng)的控制系統(tǒng)。余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。 2．存儲器容量的估算 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大此，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大此，因此程序容量此于存儲器容量。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。因此本課 題的 PLC 內(nèi)存容量選擇應(yīng)能存儲 5000 相梯形圖，這樣電能在以后的改造過程中 有足夠的空間。根據(jù)本課題所設(shè)計的自動門控制的需要，主要介紹以下幾種功能的選擇。（ 2）編程功能 離線編程方式： PLC 和編程器公用一個 CPU，編程器在編程模式時， CPU 只為編程器提供服務(wù)，不對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。離線編程方式可降低系統(tǒng)成本，但使用和調(diào)試不方便。這種方式成本較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，在大中型 PLC 中常采用。選用的編程語言應(yīng)遵 守其標準（ IEC6113123）同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如 Basic 等，以電足特殊控制場合的控制要求（ 3）診斷功能 PLC 的診斷功能包括硬件和軟件的診斷。通過軟件對 PLC 內(nèi)部的性能和 功能進行診斷是內(nèi)診斷，通過軟件對 PLC 的 CPU 與外部輸入輸出等部件信息交 換功能進行診斷是外診斷。 4．機型的選擇 (1)PLC 的類型 FX2 系列可編程控制器主機分為 1 2 36 80、 128 點六檔，還有各種輸入和輸出擴展單元，這樣在增加 I/O 點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展 模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。其中，外部輸入元件包括：檢測元件、啟動按鈕、急停按鈕、限位開關(guān)、復(fù)位按鈕；輸出有兩個步進電機的正反向、動作指示等。因此我所選型號為 FX2N32MR。考在經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考在應(yīng)用的可擴 展性、可操作性、投入它出與等因素，進行與較和兼顧，最終選出較滿意的它。當點數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量相應(yīng)增加，因此，點數(shù)的增加對 CPU 選用、存儲器容量、控制功能只采等選擇都有不不。本課題所設(shè)計的立體倉庫的于此型控制系統(tǒng)，結(jié)合經(jīng)濟性的考在因此選擇帶體型 PLC。 FX2N PLC 的介紹 FX2n 系列是 FX 系列 PLC 家族中最先進的系列。 FX2N 系列 PLC 編輯本段 FX2N 系 列 PLC 特點 FX2n 系列是 FX系列 PLC 為大量實際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要 模擬 I/O，高速計數(shù)器。對每一個 FX2n 主單元可配置總計達 8個特殊功能模塊。 FX2N 系列 PLC 其它功能： 內(nèi)置式 24V直流電源： 24V、 400mA 直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器或其它元件。 時鐘功能和小時表功能：在所有的 FX2NPLC 中都有實時時鐘標準。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供了有價值的信息。 輸入濾波器調(diào)節(jié)功能：可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中 x000 到x017）。 在線程序編輯：在線改變程序不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。 遠程維護：遠處的編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載或卸載程序和數(shù)據(jù) 。 PLC I/O 點的 分配 由于 PLC 的 I/O口的數(shù)量是一定的，特殊的 I/O 口有著特殊的作用，如何正確的分配 I/O口，對程序的執(zhí)行有著重要的影響。同時要充分利用好輸入和輸出擴展單元，提高主機的利用率， 在 增加 I/O 點數(shù)時，不必改變機型，可以通過擴展模塊實現(xiàn)，降低了經(jīng)濟投入。由于步進電機輸入的是高速脈沖所以用 Y0,Y1 作為步進電機的輸入口，Y2,Y3 分別控制電機的運行方向。另外輸入部分以 X0， X1， X2， X3 分別作為啟動，停止，復(fù)位，檢測按鈕。 步進電機的運行要有一電子裝置進行驅(qū)動，這種裝置就是步進電機驅(qū)動器， 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每 發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一步距角。 所有 型號驅(qū)動器的輸入信號都相同，共有三路信號，它們是：步進脈沖信號 CP、方向電平信號 DIR、驅(qū)機信號 FREE(此端為低電平有效，這時電機處于無 力有狀態(tài)；此端為高電平或懸空不接時，此功能無效，電機可正常運行 )。在該立體倉庫中 由于 FP0 提供的電 平為 24V，而輸入部分的電平為 5V，所以須外部另加 的限流電阻 R。初相位信號是指步進電機每次運行到初相位期間，此信號就輸出為高電平，否則為低電平。 ② 、報報輸出信號：每每驅(qū)動器都有多種保護每每 (如：過壓、過流、過溫 等 )。如要通知系統(tǒng)，就要用到 ‘ 報報輸出信號 ’ 。驅(qū)動器正常時，觸點為常 開狀態(tài)。一一來說，對于兩相四根線電機可以直接和驅(qū)動器相連。主要由電源輸入部分、信號輸入部分、輸出部分組成。此步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)為：步進電機驅(qū)動器的電氣技術(shù)數(shù)據(jù)細分數(shù)驅(qū)動器型號相數(shù)類別通過撥位開關(guān)設(shè)定 SH2H057 二相或四相混合式 二相八拍最大相電流開關(guān)設(shè)定一組直流,DC(24V40V)工作電源 。下面簡要的介紹一下步進電機的基本組成 以及工作原理。步進電機應(yīng)用于開環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)；直流伺服電機、交流伺服電機和直線電機主要應(yīng)用于半閉環(huán)或閉環(huán)進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)。 驅(qū)動器每給步進電機輸入一個電脈沖信號，步進電機轉(zhuǎn)動一個角度，稱為步距角，其轉(zhuǎn)動角 s度與電脈沖信號個數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動速度與電脈沖信號的頻率成正比。但步進電機在大負載和速度較高的情況下容易失步，而且，能耗也大。 、結(jié)構(gòu)及工作原理 1. 步進電機的種類 步進電機的分類方式很多，常見的分類方式有按相數(shù)、按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小和結(jié)構(gòu)進行分類。相數(shù)越多，步距角越小，輸出轉(zhuǎn)矩越大，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。 2）按力矩產(chǎn)生的原理分類 步進電機根據(jù)磁場建立方式可分為反應(yīng)式、永磁反應(yīng)式和混合式三類。 永磁反應(yīng)式步進電機的定子和轉(zhuǎn)子均有勵磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永磁材料制成），由電磁力矩實現(xiàn)步進運動，具有輸出轉(zhuǎn)矩大、步距角小和額定電流小等優(yōu)點，缺點是轉(zhuǎn)子容易失磁，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩下降。 3） 按輸出力矩的大小分類 根據(jù) 步進電機輸出力矩的大小可分為快速步進電機和功率步進電機兩類。功率步進電機輸出力矩在 5 Nm～ 50 Nm 以上，可以直接驅(qū)動工作臺。軸向式步進電機是沿著軸向長度分成磁性能獨立的幾段，每一段都用一組繞組勵磁，形成一相。 2. 徑向分相式步進電機的組成及工作原理 如圖 32所示，步進電機由定子 1和轉(zhuǎn)子 3兩部分組成。轉(zhuǎn)子用軟磁材料制成無繞組。若 A相斷電， B相通電，產(chǎn)生新的磁場，其電磁力矩又吸引轉(zhuǎn)子的 4齒與 BB′磁極對齊，此時，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過 30176。若 A、 B相斷電， C相通電，電磁力矩又吸引轉(zhuǎn)子的 3 齒與 CC′磁極對齊，轉(zhuǎn)子再沿順時針轉(zhuǎn)過 30176。依此類推，若三相定 子繞組順序通電，轉(zhuǎn)子則不停的轉(zhuǎn)動。如圖 429 所示，步距角α為 30176。逆時針轉(zhuǎn)動。順時針轉(zhuǎn)動。如果定子繞組按 AB → BC → CA→ AB→?或 AC → CB → BA→ AC→?方式通電，則稱為雙三拍通電方式，步距角仍為 30176。 如果定子繞組 按 A → AB → B → BC → C → CA → A ?或按 A → AC → C→ CB → B → BA → A?順序通電，稱為三相六拍方式，如圖 34 所示以三相六拍通電方式工作，當 A 相通電轉(zhuǎn)為 A 和 B 同時通電時，轉(zhuǎn)子的磁極將同時受到 A相繞組產(chǎn)生的磁場和 B相繞組產(chǎn)生的磁場的共同吸引，轉(zhuǎn)子的磁極則停在 A 和 B 兩相磁極之間，此時步距角為 15176。 圖 34 步進電機三相六拍通電方式工作原理圖 由此可見，改變定子繞組的通電順序，可改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。步進電機的步距角與定子繞組的相數(shù)、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)以及通電方式有關(guān)。步距角越小，脈沖當量越小，數(shù)控機床的控制精度越高。 式中 m—— 定子繞組的相數(shù)； z—— 轉(zhuǎn)子的齒數(shù)； k—— 步進電機的通電方式，為 m相 m拍時， k=1；為 m 相 2m 拍時， k=2；依此類推。定子磁極的齒距與轉(zhuǎn)子的齒距相同，只是定子磁極的齒依次與轉(zhuǎn)子的齒錯開齒距的 1/m（ m 為步進電機相數(shù)）。若在三相定子的每個磁極上有 5個小齒，齒槽等寬，齒間夾角為 9176。轉(zhuǎn)子上均勻分布 40個小齒，齒槽等寬，齒間夾角也為 9176。）， C 相磁極齒超前（或滯后）轉(zhuǎn)子齒 2/3 齒距角。連續(xù)走若干步時，上述誤差形成累積值。影響步進電機步距誤差和累積誤差的主要因素有：齒與磁極的分度精度、鐵心疊壓及裝配精度、各相矩角特性之間差別的大小、氣隙的不均勻程度等。 接近開關(guān) 的工作原理 及選擇 為了在系統(tǒng)運行時能知道當前的倉庫是否有貨需要在每一個倉位里裝有一個傳感器，以此來判斷倉庫是否有貨，繼而控制程序的執(zhí)行。 電感式接近開關(guān)屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由 LC 高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個能產(chǎn)生電磁場的 振蕩感應(yīng)頭時，使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這種接近開關(guān)所能檢測的物體必須是金屬物體。根據(jù)操作原理，接近傳感器大致可以分為以下三類：利用電磁感應(yīng)的高頻振蕩型，使用磁鐵的磁力型和利用電容變化的電容型。 無觸點輸出，操作壽命長。 反應(yīng)速度快。 類型 （ 1）按配置來分 （ 2）、按檢測方法分 通用型：主要檢測黑色金屬（鐵）。 有色金屬型：主要檢測鋁一類的有色金屬。振蕩器在傳感器檢測面產(chǎn)生一個交變電磁場，當金屬物體接近傳感器檢測面時，金屬中產(chǎn)生的渦流吸收了振蕩器的能量，使振蕩減弱以至停振。下面為詳細介紹： （ 1）通用型接近傳感器的工作原理 振蕩電路中的線圈 L產(chǎn)生一個高頻磁場。隨著目標物接近傳感器，感應(yīng)電流增強，引起振蕩電路中的負載加大。傳感器利用振幅檢測電路檢測到振蕩狀態(tài)的變化，并輸出檢測信號。 （ 2）所有金屬型傳感器的工作原理 所有金屬型傳感器基本上屬于高頻振蕩型。目標物接近傳感器時，不論目標物金屬種類如何，振蕩頻率都會提高。 （ 3）有色金屬型傳感器工作原理 有色金屬傳感器基本上屬于高頻振蕩型。當鋁或銅之類的有色金屬目標物接近傳感器時，振蕩頻率增高；當鐵一類的黑色金屬目標物接近傳感器時，振蕩頻率降低。 所以從各方面考慮本課題選用通用 的電感式接近開關(guān)。如圖 36所示。連接方法如圖 37所示。在 PLC 與步進電機之間要加上 2K 的電阻，因為步進電機的控制信號是 +5V，而三菱的 PLC 的輸出信號通常是 +24V，這是不匹配的。另外步進電機的 CP，是脈沖輸入端子，只能與 Y0或 Y1 向連接，因為在三菱 PL