立体仓库毕业设计论文(5)

4.5步进电机的选择

4.5.1步进电机的原理

步进电机是数字控制系统中的执行电动机，当系统将一个电脉冲信号加到步进电机定子绕组时，转子就转一步，当电脉冲按某一相序加到电动机时，转子沿某一方向转动的步数等于电脉冲个数。因此，改变输入脉冲的数目就能控制步进电动机转子机械位移的大小；改变输入脉冲的相序，就能控制步进电动机转子机械位移的方向，实现位置的控制。当电脉冲按某一相序连续加到步进电动机时，转子以正比于电脉冲频率的转速沿某一方向旋转。因此，改变电脉冲的频率大小和通电相序，就能控制步进电动机的转速和转向，实现宽广范围内速度的无级平滑控制。步进电动机的这种控制功能，是其它电动机无法替代的。步进电动机可分为磁阻式、永磁式和混合式，步进电动机的相数可分为：单相、二相、三相、四相、五相、六相和八相等多种。增加相数能提高步进电动机的性能，但电动机的结构和驱动电源就会复杂，成本就会增加，应按需要合理选用。 4.5.2步进电机的选择

1、步进电动机的特点

（1）步进电动机时一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度（步距角）一步一步运行的，其特点是没有积累误差（精度为100%），所以广泛应用于各种开环控制。

（2）步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

（3）步距值不容易因为电气、负载、环境条件的变化而改变，使用开环控制（或半闭环控制）就能进行良好的定位控制。

（4）起制动、正反转、变速等控制方便。 （5）价格便宜，可靠性高。

（6）步进电动机的主要缺点是效率较低，并且需要配上适当的驱动电源。 （7）步进电机带负载惯性的能力不强，在使用时既要注意负载转矩的大小，又要注意负载转动惯量的大小，只有当两者选取在合适的范围时，电机才能获得满意的运行性能。

（8）由于存在失步和共振，因此步进电机的加减速的方法根据利用状态的不同而复杂多变。

4.5.3步进电机驱动器的选择

1、步进电机驱动系统的基本组成

与交直流电动机不同，仅仅接上供电电源，步进电机是不会运行的。为了驱动步进电动机，必须由一个决定电动机速度和旋转角度的脉冲发生器（在该立体仓库控制系统中采用PLC作脉冲发生器进行位置控制）、一个使电动机绕组电流按规定次序通断的脉冲分配器，一个保证电动机正常运行的功率放大器，以及一个直流功率电源等组成一个驱动系统，如图3—2所示：

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图4-2步进电机驱动部分的组成

2、步进电机驱动器

步进电机要有一种电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机的驱动器，他是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说是控制系统每发出一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

所有型号的驱动器的输入信号都相同，共有三路信号，它们是：步进脉冲信号CP、方向电平信号DIR、脱机信号FREE（此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时，此功能无效，电机可正常运行）。它们在驱动器内部的接口电路都相同，如图4-3所示：

图4-3输入信号接口电路

OPTO端为三路信号的公共端，三路输入信号在驱动器内部接成共阳方式，所以OPTO端须接外部系统的VCC，如果VCC是+5V则可直接输入；如果VCC不是+5V则须外部另加限流电阻R，保证给驱动器内部光耦提供8~18mA的驱动电流，如图4-3和表4-2所示。在在立体仓库中由于FP0提供的电平为24V，而输入部分的电平为5V，所以需外部另加1.8K的限流电阻R。

表4-4外接限流电阻R 信号幅值 5V 外接限流电阻R 不加 18

12V 24V 680Ω 1.8K 步进电机驱动器的输出信号有两种：

（1）初相位信号：驱动器每次上电后将使步进电机起始在一个固定的相位上，这就是初相位。初相位信号是指步进电机每次运行到初相位期间，此信号就输出为高电平，否则为低电平。此信号和控制系统配合使用，可以产生相位记忆功能，其接口如图4-4所示：

图4-4初相位信号接口电路

（2）报警输出信号：每台驱动器都有多种保护措施（如：过压、过流、过湿等）。当保护发生时，驱动器进入脱机状态使电机失电，但这时控制系统可能尚未知晓。如要通知系统，就要用到报警输出信号，此信号占两个接线端子，此两端为一继电器的常开点，报警时触电立即闭合。驱动器正常时，触电为常开状态。触电规格有：DC24V/1A、AV110V/0.3A。

一般来说，对于两相四根线电机，可以直接和驱动器相连，如图3-5所示：

图4-5电机与驱动器接线图

所以在此采用SH系列步进电机驱动器，型号为SH-2H057。主要由电源输入部分、信号输入部分、输出部分组成。SH-2H057步进电动机驱动器采用铸铝结构，此种结构主要用于小功率驱动器，这种结构为封闭的超小型结构，本身不带风机，其外壳即为散热体，所以使用时要将其固定在较厚、较大的金属板上或较厚的机柜内，接触面之间要涂上导热硅脂，在其旁边加一个风机也是一种较好的散热办法。此步进电机驱动器的电气技术数据如表4-5所示：

驱动器型号 相数 表4-5步进电机驱动器的电气技术数据表 细分数通过最大相电流类别 拨位开关设开关设定 定 工作电源 19

SH-2H057 二相或四相 混合式 二相八拍 3.0A 一组直流DC（24~40）

步进电动机驱动器接线示意图如4-6所示：

图4-6步进电动机驱动器接线示意图

4.6传感器的选择

4.6.1反射式传感器的选择

在立体仓库中采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型、反射型接插件式传感器作货物检测，它是日本欧姆龙公司的产品，采用能抗周围外来光干扰的便调光式。采用表那调光式与直流光式相比，不易受外来光干扰影响；电源电压为DC5~24V的大量程电压输出型；带有容易调整光的光轴标识；带有便于调整动作确认的入光显示灯；反射式传感器的时间图和输出回路如图4-8所示：

图4-7反射式传感器的时间图和输出回路图

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它有三根连接线（红、蓝、黑），红色接电源的正极，黑色接电源的负极，蓝色为输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意检测距离不要离传感器太近，否则传感器不能动作；连接是采用插件方式，千万不要对端子（读出头）进行焊接。

EE-SPY402型传感器的电气技术参数如表4-6所示：

表4-6EE-SPY402型传感器的电气技术参数表

型号 形状 检测方式 应差距离 检测距离 光源（发光波长） 显示灯 电源电压 消耗电流 控制输出 EE-SPY402 立式 反射型 0.2mm（检测距离3mm，横方向） 5mm（反射率90X15mm） GaAs~红外发光二极管（940mm） 入光时灯亮（红） DC5~24V脉动（p-p）5%以下 平均值15mA~50mA NPN电压输出 负载电源电压DC5~24V 负载电流80mA以下 残留电压1.0以下（负载电流80mA时） 残留电压0.4以下（负载电流10mA时） 100Hz 受光面照度、白炽灯、太阳光各3000ex以下 动作时：-10~?55C，保存时-25~65C（不结冰） 动作时：5~85%RH，保存时-5~95%RH（不结露） 10~55Hz上下振幅1.5mmXYZ个方向2h 500m/sX、Y、Z各方向三次 IEC规格IP50 接插件式 约2.6g 聚碳酸酯（PC） 2oo应答频率 使用环境照度 环境温度 环境湿度 耐久振动 耐久冲击 保护构造 连接方式 质量 外壳材料 4.6.2微动开关的选择

在该立 …… 此处隐藏：1545字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……