基于PLC的分料自動機控制系統(tǒng)設計【分料自動機PLC控制系統(tǒng)設計】

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Through the sorting system control system general scheme and working principle of introduction, elucidation of the control part of the hardware system design, completed the selection of hardware and software design, and through on-site commissioning verifies the rationality and reliability of the control system. Key Words: Stepping motor, control, PLC, material sorting 目 錄 摘 要 3 Abstract 4 目 錄 5 第1章 緒論 7 1.1概述 7 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況及趨勢 7 1.3本課題研究的意義 8 1.4 本課題擬采用的方法 8 1.5本課題的主要內(nèi)容 8 第2章 分料自動機控制系統(tǒng)總體設計 10 2.1總體設計概要 10 2.2 分料機構控制要求 10 2.3 控制系統(tǒng)總體設計 11 2.3.1概述 11 2.3.2控制系統(tǒng)的總體方案設計 12 第3章 PLC系統(tǒng)設計 13 3.1概述 13 3.1.1 步進電機與驅(qū)動部分 13 3.1.2 狀態(tài)檢測及報警設計 13 3.2 PLC系統(tǒng)設計及選型 14 3.2.1 PLC系統(tǒng)的選型 14 3.2.2 各模塊的電路原理圖和PLC的I/O點分配 15 3.2.3 PLC與工控機的通信協(xié)議 26 3.2.4驅(qū)動器的選擇 26 3.3軟件的實現(xiàn)方法 27 3.4各模塊的動作互鎖 29 總 結 30 致 謝 31 參考文獻 32 第1章 緒論 1.1概述 隨著科學技術的不斷發(fā)展，無論在工廠還是在人們的日常生活中，自動化設備都得到了 高度的普及，這極大的改善了人們的工作條件和生活水平。 總的來說，自動化設備是由機械和控制兩大部分組成，其中機械部分主要負責完成具體 的動作，如導軌與的直線運動、圓弧的旋轉運動等等；控制部分主要負責各種機械動作的先后順序以及一些保護措施等等。機械與電控是相輔相成的，誰也離不開誰，其中以機械為主，電控為輔。 科學技術的發(fā)展要求生產(chǎn)向著快速、靈活、高質(zhì)量、大批量的自動化方向發(fā)展，與此同時，產(chǎn)品分選能否跟得上生產(chǎn)的速度就決定了工廠效益的高低，尤其是對大批量生產(chǎn)的重要元件的分選，靠人工分選費時、費力。因此，如果能有一條自動分選生產(chǎn)線來取代原來的手工操作，就顯得非常必要。因此，由寧波市科技局提出、南京理工大學承擔研制一套自動化程度高、分選效率高的分選平臺。該系統(tǒng)可以達到自動分選的尺寸，以減輕工人勞動強度，節(jié)省大量的人力、財力、物力，并提高分選的正確率，使產(chǎn)量與分選同步，以提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況及趨勢 成件物品分料是將眾多的不同物品，迅速地按其要求分送到眾多目的地的一種物料搬運過程。過去，成件物品分料一般用人力和借助簡單機械來進行，其主要缺點是勞動量大，效力低，差錯率高。 隨著生產(chǎn)及商業(yè)連鎖經(jīng)營模式的發(fā)展和商品品種的激烈增多，目前物品分料自動機已成為各種行業(yè)，如郵政、醫(yī)藥、煙草、圖書等末端配送中心的重要設施，也是物料搬運自動化的一個重要分支。 分料自動機主要由振動進料模塊、裝配及檢測模塊、成品分檢及轉移模塊、進倉模塊等電氣控制系統(tǒng)設計四部分組成。 振動進料模塊：振動模塊主要由振動料倉配直線振動器、檢測裝置等組成，主要完成工作1的裝配準備工作及檢測是否有工件（以便確定第二模塊是否工作）。 裝配及檢測模塊：物料轉移模塊主要由氣缸等完成上下、水平、轉動等動作，由氣爪（機械手）完成工作的抓取及釋放工作，使工作1從直線振動器轉發(fā)移到工作臺上。 成品分檢及轉移模塊：裝配及檢測模塊主要完成工作的裝配及檢測工作，分成四個工位，第一工位為接料，第二為裝配，第三為接觸式檢測，第四為出料。 進倉模塊：成品分撿及轉移模塊根據(jù)上一模塊的檢測結果確定在哪一位置釋放工件，不良品進入廢品斗，良品上皮帶機進入后道工序，皮帶機上配有工作檢知器，用于檢測是否有工作向后道移動，若有工件則給予后一模塊動作信號。 1.3本課題研究的意義 本課題意在研制出一套分選平臺系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的自動分選功能，來取代原有的人工分選，以達到減輕工人勞動強度、提高生產(chǎn)效率的目的。自動分選裝置的應用，將有效地提高企業(yè)的自動化水平，在提高了測量精度的基礎上，極大地提高工廠的生產(chǎn)分選效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和競爭力，可以產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益。因此，此分選裝置的設計和應用，具有極高的實用價值與推廣價值，有著重要的意義。 1.4 本課題擬采用的方法 隨著科技的不斷發(fā)展，分選自動化已成為一種提高效率、提高分選結果精確性的重要途徑。 傳統(tǒng)的分選主要依靠工人手工打表的方式，對是否合格進行檢驗。人工分選存在分選速度慢、效率低下、人為因素影響大等問題。因此，的自動化分選成為必然。采用可編程序控制器（PLC）作為系統(tǒng)的控制核心，通過串行通訊與工控機組成上位機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對分選、分料過程的實時監(jiān)視和自動控制。 1.5本課題的主要內(nèi)容 本文的主要內(nèi)容如下： 第一章緒論部分介紹了分選平臺的研制原因、目的、作用以及國內(nèi)外在該課題方面的發(fā)展概況及趨勢，并闡述了本課題研究的方法、手段及意義。 第二章介紹了分選平臺系統(tǒng)的總體設計，闡述了分選平臺系統(tǒng)的要求、系統(tǒng)組成、各組成部分的功能以及控制系統(tǒng)的總體設計。 第三章介紹了控制系統(tǒng)硬件部分的選型及分析，其中詳細介紹了對步進電機、感應開關、電磁鐵、PLC和驅(qū)動元件的選擇，對PLC的輸出輸入口的分配及PLC與工控機的通信協(xié)議做了介紹，最后生成控制系統(tǒng)硬件接線圖和電路圖?？刂葡到y(tǒng)的軟件設計簡介，對軟件的要求、功能、實現(xiàn)方法及流程圖做了簡單的介紹。 全文總結中介紹了本人通過在本課題中工作所得收獲，以及在工作中發(fā)現(xiàn)的不足、有待解決的問題等 第2章 分料自動機控制系統(tǒng)總體設計 2.1總體設計概要 分料自動機四個模塊的電氣控制系統(tǒng)設計：振動進料模塊、裝配及檢測模塊、成品分檢及轉移模塊、進倉模塊。 1、為避免因摩擦產(chǎn)生的影響，在設計傳送帶時，我們采用組合式的物料夾具，即在外物料夾具內(nèi)配上圓形的與物料相配的內(nèi)夾具，盡量減少物料與導軌的摩擦，且要有物料保護罩； 2、由于物料合格產(chǎn)品占多數(shù)，在設計時，把中間一個出口作為合格產(chǎn)品的出口，考慮到要盡可能地減少步進電機的轉動角度，在出料口左右兩邊各設三個分料出口； 3、為使傳送帶具有良好的穩(wěn)定性，需要設計壓帶輪部件，以壓帶輪彈簧的彈性減弱外部環(huán)境引起的震動； 4、在設計測頭夾具時，要考慮到如何保護傳感器探頭及有效夾緊。 2.2 分料機構控制要求 分類機構由PLC依據(jù)接收到的分類信息控制步進電機旋轉相應的角度，將物料分類出去。PLC對分類電機的控制是通過PTO（高速脈沖串輸出）的方式。PTO方式中，可輸出多個脈沖串，并允許脈沖串排隊，以形成管線。依據(jù)管線的實現(xiàn)方式分為單段管線和多段管線。本系統(tǒng)中采用多段管線的方式，通過在變量存儲區(qū)建立包絡表的方式，控制輸出脈沖的周期和脈沖數(shù)，從而達到對步進電機的速度和轉動角度精確控制的目的。然后由電磁鐵失電將物料推出到對應的出口。分類結束后步進電機復位回到起始狀態(tài)，等待下一個物料的到來。 在分類的過程中，PLC通過對安裝在系統(tǒng)中的感應開關來判斷分類過程中的各種狀態(tài)。如：物料到達、定位信號、分類完成等等。如果發(fā)現(xiàn)非正常狀態(tài)，則向工控機發(fā)出相應的報警信號告知工作人員，以方便排除故障。 2.3 控制系統(tǒng)總體設計 2.3.1概述 控制系統(tǒng)的作用是保證所有結構能嚴格按照預定的順序，協(xié)調(diào)地、有節(jié)奏地實現(xiàn)運動和停止運動，是工作循環(huán)得以周而復始地進行?？刂葡到y(tǒng)對生產(chǎn)率和工作可靠性影響 物料平臺控制系統(tǒng)是基于工控機-PLC模式構成的一個集散控制系統(tǒng)。工控機作為監(jiān)控管理層實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的管理工作，并且對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視、控制和調(diào)度。PLC作為控制執(zhí)行層，完成局部的控制工作。工控機把管理決策、控制任務、控制參數(shù)和調(diào)度命令通過通信電纜傳送給控制層——PLC，PLC也要通過電纜把控制過程的參數(shù)、控制進程和控制數(shù)據(jù)傳送給管理層。 PLC與工控機通過通信口進行通信，工控機讀取PLC的通行口識別整個系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并在工控機上有所顯示。通過軟件控制各個控制部件的運行?？刂栖浖饕瓿沙跏紖?shù)設定、運行狀態(tài)顯示、容錯檢測和故障檢測報警等功能。當PLC得到工控機的分類信號后，輸出相應脈沖，從而達到設定步進電機的移動距離（旋轉角度）、速度、方向等參數(shù)的目的。 控制系統(tǒng)應完成的功能有： （1）確保完成物料在流水線上的穩(wěn)定傳送，保證物料按進入系統(tǒng)的先后形成的隊列傳送，并且要充分保證隊列的有序性和完整性； （2）確保完成物料的正確分類。電機需要旋轉相應的正確的角度以控制各部件按照預定的軌跡、動作把物料從進入滑道到正確分類出去； （3）前級傳動機構的速度不應快于后級分類機構，且至少應保證在分類機構沒有完成分類時，沒有物料進入分類機構； （4）保證分類機構能夠自動復位，當步進電機失步時，分類機構能夠自動復位； （5）當多有于一個物料進入分類機構時，要告知工作人員系統(tǒng)故障，同時，能判斷分類電機的工作是否正常，輸出角位移是否正確； （6）控制系統(tǒng)應具有一定的容錯能力。當出現(xiàn)一般性錯誤時，系統(tǒng)能夠自我修復，不影響系統(tǒng)的正常工作，即使是出現(xiàn)物料卡位、不能完成正確分類也不會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或誤分類現(xiàn)象等。如果出現(xiàn)錯誤，系統(tǒng)明確指出錯誤來自哪個方位，即使不能指明錯誤來源，也能檢測到流水線的某個大致位置，以方便維護，及時排除故障。 該控制系統(tǒng)是以PLC為控制核心，通過與工控機的通信，執(zhí)行工控機的命令。在工控機與PLC接口時，由于PLC采用的是RS-485標準與工控機RS-232標準不兼容，必須通過PC/PPI電纜進行轉接。工控機是整個系統(tǒng)的管理者，控制測量傳感器測量流水線上物料的幾何參量，并通過計算得出物料分類信息。PLC是整個系統(tǒng)的控制執(zhí)行核心，主要完成系統(tǒng)驅(qū)動控制、狀態(tài)檢測、命令執(zhí)行等功能。PLC通過接收工控機的分類信息和控制信息控制分類機構和傳動機構的運行。 2.3.2控制系統(tǒng)的總體方案設計 本控制系統(tǒng)主要包括工業(yè)控制計算機、PLC、數(shù)采卡、傳感器探頭、位置檢測傳感器和各控制及執(zhí)行元件等，結構簡圖如圖2-5所示。各部分在本監(jiān)控系統(tǒng)中的功能介紹如下： 1. 工控機作為整個系統(tǒng)的監(jiān)控、調(diào)度中心，通過PLC間接地控制、監(jiān)測系統(tǒng)運行的狀態(tài)； 2. PLC作為系統(tǒng)的控制核心，直接完成對各部件動作的協(xié)調(diào)控制以及各運動位置檢測； 3. 檢測系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)采卡和工控機等組成，通過對物料的幾何量的測量、計算，作為分類產(chǎn)品判斷的依據(jù)； 4. 位置檢測傳感器和各控制及執(zhí)行元件 主要完成對系統(tǒng)狀態(tài)的檢測以及各部件動作的協(xié)調(diào)執(zhí)行。 PLC與工控機通過通信口進行通信，工控機讀取PLC的通信口以識別整個系統(tǒng)的狀態(tài)信息，并在工控機的控制軟件上顯示，通過軟件控制各部件的運行?？刂栖浖饕瓿沙跏紖?shù)設定、運行狀態(tài)顯示、容錯檢測和故障檢測報警等功能。 第3章 PLC系統(tǒng)設計 3.1概述 控制系統(tǒng)硬件設計主要包括對傳感器、步進電機、電磁鐵等元器件的選擇，對輸出驅(qū)動方式和驅(qū)動元件的選擇以及對人機聯(lián)系方式的選擇，最后生成控制系統(tǒng)原理圖和接線圖。系統(tǒng)所選用的傳感器要有較高的靈敏度和較大的信噪比，響應速度快，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強。 就硬件而言，系統(tǒng)所用元器件質(zhì)量的優(yōu)劣和結構工藝是影響可靠性的重要因素，故應合理地選擇元、器件，在設計時對元、器件的負載、速度、功耗、工作環(huán)境等技術參數(shù)應留有一定的安全量，并對元、器件進行老化和篩選。所選用的元、器件在滿足技術要求的前提下應盡可能選擇價格低的元、器件，且元、器件的工作溫度環(huán)境應大于所使用環(huán)境的溫度變化范圍，系統(tǒng)中相關的器件要盡可能做到性能匹配。 本控制系統(tǒng)主要是由以PLC為中心的電機驅(qū)動部分、通信部分、狀態(tài)檢測部分和報警部分組成?？刂葡到y(tǒng)硬件采用微機-PLC模式，工控機是整個控制系統(tǒng)的核心，完成檢測、控制處理檢測過程中的各種問題和提供人機交互的界面；PLC是地層的控制執(zhí)行核心，驅(qū)動執(zhí)行機構完成各種控制命令。它們之間的接口就是通信協(xié)議。 3.1.1 步進電機與驅(qū)動部分 步進電動機是將PLC輸出的電脈沖轉換成與電脈沖成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。前級傳動部分步進電機主要完成流水線的速度控制，后級分類機構則要精確控制步進電機的輸出角位移和方向。步進電機在運行時可能會出現(xiàn)失步現(xiàn)象，可在后級增加光電編碼器對電動機的輸出相位做出控制，以確保與實際的輸出相位一致。后級分類電機采用正反轉定位的方式，以消除電機的累計誤差，保證電動機每次都從零位置起輸出一定的角度。 3.1.2 狀態(tài)檢測及報警設計 通過安裝在系統(tǒng)各個位置的感應開關判斷系統(tǒng)運行過程中的狀態(tài)，是否與已設定的狀態(tài)一致。當出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)應發(fā)出警報。報警方式設計為聲光報警的方式，依據(jù)錯誤的嚴重性而不同。 3.2 PLC系統(tǒng)設計及選型 3.2.1 PLC系統(tǒng)的選型 可編程控制器是一種典型的采樣控制系統(tǒng)，是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術而開發(fā)的一種新型工業(yè)自動控制裝置。它通過循環(huán)方式進行閉環(huán)控制，包括數(shù)字量和模擬量控制。它既可進行順序控制，也可實現(xiàn)過程控制，隨著微處理器技術和通信技術的發(fā)展，可編程序控制器已不僅僅是傳統(tǒng)意義上的控制元件，其功能日益完善，具有功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于編程以及適應測試環(huán)境等一系列優(yōu)點。其廣泛應用在機械系統(tǒng)、生產(chǎn)流水線及過程工業(yè)的自動控制領域，具有性能穩(wěn)定、高可靠性、強抗干擾能力、功能強大及硬、軟件開發(fā)方便等特點。因此，本系統(tǒng)選擇PLC作為系統(tǒng)控制的核心，完成對各部件動作的協(xié)調(diào)控制。 世界上約有200 多個PLC生產(chǎn)廠家, 如美國的AB公司、莫迪康公司、GE 公司、德國的西門子公司、日本的歐姆龍公司、三菱電機公司以及國內(nèi)的浙大中控等。它們一般滿足用戶各方面的需求, 但在外形、結構、功能、網(wǎng)絡通信和編程方法等方面各有不同,對于不同的工業(yè)控制需求, 應當選擇合適的PLC。 PLC選型的關鍵主要是能滿足基本控制功能和容量, 并考慮維護的方便性、備件的通用性、系統(tǒng)可擴展性以及能滿足特殊功能要求等，即應最大限度地滿足系統(tǒng)的控制要求；力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，且保證控制系統(tǒng)安全可靠；。由于本課題中的檢測平臺有連續(xù)性, 應盡可能地考慮將來新增功能要求，考慮選擇比較新型PLC , 由于西門子公司的產(chǎn)品質(zhì)量比較有保障, 且技術支持、售后服務較完善, 有利于產(chǎn)品擴展與軟件升級，所以我們確定選用西門子公司生產(chǎn)的PLC。 PLC一般是根據(jù)其輸入輸出點數(shù)及存儲器容量的大小來分類, 在PLC 選型之前首先確定系統(tǒng)I/ O 點數(shù)和存儲器容量。 PLC種類較多，主要有西門子、三菱、OMRON、FANAC、東芝等，但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均有配套且目前用得最廣泛的的主要是西門子、三菱、OMRON的PLC。根據(jù)前面確定的PLC點數(shù)：實際輸入點28點，實際輸出點12點，綜合對比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西門子系列、OMRON系列中I/O點數(shù)為48點各型號的PLC的價格、性能、實用場合等各方面。本系統(tǒng)可選擇PLC型號為：FX2N—48MR，合計總數(shù)48點—324點輸入，DC24V，24點繼電器輸出；尺寸（mm）：220×87×90，其性能、價格都優(yōu)于其他PLC。 FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，它能最大范圍地包容了標準特點，程式執(zhí)行更快，全面補充通訊功能，適合世界各國不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，它可以為工廠自動化控制應用提供最大的靈活性和控制能力。該型號PLC有24個輸入節(jié)點，24個輸出節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)要求并留有一定的余量。 根據(jù)實際需要,在這里選擇三菱PLC FX2N—48MR. 3.2.2 各模塊的電路原理圖和PLC的I/O點分配 控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號的名稱、代碼及地址編號。其中，當有輸入信號時為1，無信號輸入時為0。 1、振動進料模塊 主要任務 振動模塊主要由振動料倉配直線振動器、檢測裝置等組成，主要完成工作1的裝配準備工作及檢測是否有工件（以便確定第二模塊是否工作）。把信號傳送給第二模塊。 控制電路圖 圖 31 料斗電路控制圖 動作流程:啟動——綠燈亮——頂進——頂退——復位 圖 32料斗I/O口分配圖 圖 33 料斗手動控制梯形圖 當按動啟動按鈕SB1(X000)啟動電路電機,當按下檢測按鈕,光幕常閉按鈕正常時,綠燈亮.當按住頂進按鈕,實現(xiàn)頂進動作,當按住頂退按鈕實現(xiàn)頂退動作.當按下復位,實現(xiàn)復位. 圖 34 料斗手自動控制梯形圖 2、 物料轉移模塊 主要任務 物料轉移模塊主要由氣缸等完成上下、水平、轉動等動作，由氣爪（機械手）完成工作的抓取及釋放工作，使工作1從直線振動器轉發(fā)移到工作臺上。 圖 35機械手電路控制圖 動作流程:啟動——擺進——伸進——探進——吸物——探退——伸退——擺退——復位 圖 36機械手I/O口分配 圖 37 機械手手動控制梯形圖 圖 38機械手自動控制梯形圖 3 裝配及檢測模塊 主要任務 :裝配及檢測模塊主要完成工作的裝配及檢測工作，分成四個工位，第一工位為接料，第二為裝配，第三為接觸式檢測，第四為出料 寧波大紅鷹學院本科生畢業(yè)設計 動作流程:啟動——推進——壓進——壓退——推退——復位 圖 39轉臺電路控制圖 圖310轉臺I/O資源分配 圖311 轉臺手動控制梯形圖 圖312 轉臺自動控制梯形圖 4 成品分檢及轉移模塊 主要任務 :成品分撿及轉移模塊根據(jù)上一模塊的檢測結果確定在哪一位置釋放工件，不良品進入廢品斗，良品上皮帶機進入后道工序，皮帶機上配有工作檢知器，用于檢測是否有工作向后道移動，若有工件則給予后一模塊動作信號。 圖313 傳送帶控制電路圖 圖314傳送帶I/O資源分配 動作流程:啟動——擺進——探進——吸盤—探退——擺退——釋放——復位 圖315傳送帶手動控制梯形圖 圖316傳送帶自動控制梯形圖 5 進倉模塊 主要任務 進倉模塊根據(jù)前一模塊的信號確定角度氣缸、步進電機是否動作，上下移動氣缸根據(jù)料倉內(nèi)的物料情況確定是否動作，推料氣缸在步進電機及上下氣缸動作完成后（即確定放料倉位后）推料入倉。 圖317立體倉控制電路圖 圖318立體倉I/O資源分配 動作流程:啟動——吸物——移進——探進——放物——探退——移退——復位 圖319立體倉手動控制梯形圖 圖320立體倉自動控制梯形圖 3.2.3 PLC與工控機的通信協(xié)議 PLC與工控機的通信采用串行口通信，由于PLC的通信口是RS-485標準，而工控機是RS-232標準，因此，二者的連接通過PC/PPI電纜進行連接．PLC的通信方式采用自由口通信模式，由使用者確定通信雙方的數(shù)據(jù)，通信雙方的通信格式，如波特率、奇偶校驗、停止位等，要事先約定。通信單位為2個字節(jié)，第一個字節(jié)為數(shù)據(jù)字節(jié)，第二個字節(jié)是握手信號回車符0D各字節(jié)狀態(tài)定義如下： 通信格式定義： 通信雙方以一個字節(jié)為通信其定義如下： A7A6: 00: 表示為正常分類狀態(tài) 01：表示為控制代碼 10：錯誤種類 11：備用 3.2.4驅(qū)動器的選擇 1、選型原則 電流是判斷驅(qū)動器能力的大小，是選擇驅(qū)動器的重要指標之一，通常驅(qū)動器的最大電流要略大于電機標稱電流，通常驅(qū)動器有2.0A、3.5A、6.0A、8.0A等規(guī)格。 供電電壓是判斷驅(qū)動器升速能力的標志，常規(guī)電壓供給有：24VDC、40VDC、80VDC、110VAC等。細分是控制精度的標志，通過增大細分能改善精度。細分能增加電機平穩(wěn)性，通常步進電機都有低頻振動的特點，通過加大細分可以改善，使電機運行非常平穩(wěn)。 2、選型 步進電機必須使用專用的驅(qū)動電源才能夠正常工作。步進電機的驅(qū)動電源一般由環(huán)行分配器、功率放大器等部分組成。步進電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅(qū)動電源。步進電機轉速越高，力矩越大則要求電機的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高。 步進驅(qū)動器是步進系統(tǒng)中的核心組件之一。如圖3-3所示，它按照控制器發(fā)來的脈沖/方向指令（弱電信號）對電機線圈電流（強電）進行控制，從而控制電機轉軸的位置和速度。 在本系統(tǒng)設計中，為了提高工作可靠性，步進電機的驅(qū)動器采用商品化的整體結構，選用北京四通電機公司的SH-20806，其采用數(shù)字式升頻升壓驅(qū)動方式，并結合了恒電流控制技術，采用36V交流電源供電，輸入控制信號為TTL電平信號，且提供過流保護、過壓保護、步距角切換、雙/單脈沖控制模式切換和試機等功能，可以滿足大多數(shù)控制場合下的要求。 步進驅(qū)動器工作模式有三種基本的步進電機驅(qū)動模式：整步、半步、細分。其主要區(qū)別在于電機線圈電流的控制精度（即激磁方式）。 本課題中，我們選用半步驅(qū)動方式：在單相激磁時，電機轉軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài)，則電機轉軸將移動半個步距角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進行單相然后雙相激磁步進電機將以每個脈沖0.9°的半步方式轉動。和整步方式相比，半步方式具有精度高一倍和低速運行時振動較小的優(yōu)點，所以實際使用整/半步驅(qū)動器時一般選用半步模式。 3.3軟件的實現(xiàn)方法 系統(tǒng)上電后，首先調(diào)用初始化程序完成對整個系統(tǒng)的初始化及各感應開關的掃描，并依此判斷系統(tǒng)狀態(tài)是否正常。如否，則向工控及發(fā)出初始化失敗信息，并等待操作人員處理；如正常，則在初始化完成后，向工控機發(fā)出準備就緒信號，工控機收到后，啟動系統(tǒng)工作。 工作過程中，PLC不斷掃描各感應開關，監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，當有滑塊到達分類機構依據(jù)工控機發(fā)出的分類信號，控制分類機構將滑塊分類出去。由于多個分類的存在，可能出現(xiàn)因電機失步而導致誤分類。因此，在彈出滑塊后，PLC要依據(jù)分類信息和收到的分類完成信號，判斷他們是否一致。如一致，則表明分類正確；否則應報警，告知分類錯誤，同時中止系統(tǒng)的運行。 振動料倉采用外購，具體提供工件給供應商，由供應商根據(jù)工件確定料倉。直線振動器出口處裝有檢測裝置，檢測是否有工件通過，若有工件，即指揮第二模塊動作（第二模塊的動作還需第三模塊的動作命令）。 當上一模塊檢測有工件時，轉動氣缸、水平移動氣缸工作，使機械手動作到直線振動器的出口上方，然后上下移動氣缸動作，使氣爪移動到工件處，氣爪動作，抓緊工件，然后上下移動氣缸、水平移動氣缸、角度氣缸分別移動，使工件1移至下一模塊的第一工位上方，然后氣爪動作，放下工件1，最后機械手恢復原始位置；根據(jù)時序控制及上一模塊是否有工件確定機械手的下一動作時間。 當?shù)诙K將工件1放入第一工位后，工件轉動到下工位（注意：應測試模塊2的動作時間，模塊3的轉動1工位的時間，根據(jù)兩個動作的時間確定哪個模塊等待，由動作時間長的模塊在動作完成時提供一電信號給予動作快的模塊，確定其可以動作），第二工位的進料缺陷缸動作，使工件2進入工件1，壓緊氣缸動作，壓入工件2，轉動工件臺，使工件進入第四工位。 第四模塊的電磁吸盤初始位置為第三模塊的第四工位正上方，當?shù)谌K轉動一工位時，電磁吸盤工作，吸上工件，然后水平移動氣缸移動，根據(jù)第三模塊檢測結果確定將工件在何處釋放，釋放工件后恢復初始位置。皮帶機減速電機在系統(tǒng)開機后通電，保持在10r/min作勻速轉動，皮帶作勻速運動，在皮帶的靠近出口處裝有工件檢測裝置，檢測是否有工件進入后道，若檢測有工件通過，第五模塊的角度氣缸動作（角度氣缸動作的時機根據(jù)實際確定）夾緊工件，工件進入第五模塊。 第五模塊接收工件后，判斷工件的放置入口，根據(jù)計算的結果，步進電機動作，上下移動氣缸根據(jù)計算確定是否動作，入倉位置定位完成后，推料氣缸動作推入工件并復位，待推料氣缸動作完成后，工作臺復位，等待下一工件進入（注意：測試第五模塊的動作完成時間，應保證動作時間快于皮帶送料的時間）。 3.4各模塊的動作互鎖 １、第二模塊的動作由第一模塊的工件檢測裝置及第三模塊的轉動動作完成信號決定，當?shù)谌K轉動一工位的時間小于第二模塊的動作時間時，不需要第三模塊的反饋信號。 ２、第三模塊的動作由第二模塊是否動作決定，當?shù)诙K動作時，延時一定時間，工作臺轉動。 ３、第四模塊的動作周期由第二模塊及第三模塊中動作時間長的確定，與第二模塊同時動作，第四模塊的皮帶機的轉速應小于前部所有模塊的單元動作速度，以保證工件始終在皮帶上。 ４、第四模塊上工件檢知器用于檢測是否工件通過，當檢測有工件時，通過一定的延時，第五模塊上角度氣缸動作，夾緊工件，然后完成入倉動作。應保證入倉動作時間少于前部單元動作時間，若無法保證，應使前部所有模塊有動作延時功能。入倉工作臺上有上下位置行程開關及水平行程開關，以使工作臺能恢復到初始位置，當工作臺無法恢復時，應保證所有模塊停止動作，并恢復到初始狀態(tài)。 總 結 本課題研制的分料自動機解決了制約企業(yè)提高生產(chǎn)效率的問題，實現(xiàn)了本課題的主要任務是對分料自動機的控制系統(tǒng)進行方案設計，選型及調(diào)試。在設計過程中，首先，應該使要求實現(xiàn)的功能得以實現(xiàn)，并且達到規(guī)定的技術指標。在此基礎上，應當盡量降低系統(tǒng)的復雜程度，以提高可靠性，同時也可以降低成本?？紤]到費用的問題，我們也應當在保證功能的同時，盡可能選用造價低廉的部件。 所設計的硬件系統(tǒng)，通過模擬實驗板的調(diào)試及檢測平臺的聯(lián)調(diào)，證明設計的方案設計合理，所選的各部件適用，解決了全系統(tǒng)的控制問題。 本次設計中，我所做的主要工作體現(xiàn)在以下幾個方面： （1） 對系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝進行了分析，提出了系統(tǒng)的控制要求； （2） 通過對后級分類電機所需的力矩計算，選擇了合適的步進電機工作頻率； （3） 依據(jù)控制系統(tǒng)的要求，設計并搭建控制系統(tǒng)的硬件，并通過現(xiàn)場調(diào)試對控制系統(tǒng)的可靠性和正確性進行了驗證； （4） 通過調(diào)試改正了設計上沒有考慮到的地方，增加了步進電機的保護措施； 在這次畢業(yè)設計過程中，通過積極參與每次方案討論和分析，融理論于實際，理論與實踐相結合，我獲得了比書本知識更加寶貴的實際動手操作能力，思維能力也得到了很大的提高。作為一名工程技術人員，我今后應在這方面更加努力完善自己。 （5） 作為本科教學計劃的重要組成部分，畢業(yè)設計是對學生綜合能力的檢驗，對鞏固所學知識、提高我們分析問題、解決問題的能力有極大的促進作用。在孔德仁老師的悉心指導下，我們認真完成了畢業(yè)設計的全部內(nèi)容，從中學到了很多知識，也積累了不少寶貴的經(jīng)驗。 （6） 由于設計階段的時間限制以及自身知識有限、經(jīng)驗欠缺，在控制系統(tǒng)的硬件選擇、步進電機的選型與分析計算中一定還存在著許多不足之處，不夠詳細完善，懇請各位老師批評指正，這對我無疑將是一種莫大的提高。 致 謝 首先，要感謝我的畢業(yè)設計指導鐘漢生老師。在畢業(yè)設計中，給了我許多指導性的建議和改進方法，使我在設計過程中少走彎路，在生活上也給與了一定的關心和支持。其次，也要感謝鐘漢生老師，他對我的設計提出了許多改進的建議，并且對我的設計方案，圖形繪制等提出了許多寶貴的建議。對我的方案改進和圖形的修改有了非常大的幫助。 我也非常感謝我的父母，是他們在生活上和學習上給我關心和幫助，讓我能全身心的投入到學習中。 再次，也非常感謝學校能給我這次機會來進行我的畢業(yè)設計，讓我把書本上的知識運用的實踐中去，讓我深刻的體會到了“學以致用”的道理。讓我在實踐中豐富和充實了自己。 最后，要感謝所有曾經(jīng)幫助我的同學，我的舍友，使他們的鼓勵和幫助，讓我的設計圓滿結束。 參考文獻 1 廖常初. 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