X-Y工作台伺服控制系统设计 - 图文(5)

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T=

36?0.01?694.112?0.03?(86?1000)?=23.14N.cm

2?3.14?1.5?1.5?0.8考虑到启动时运动部件惯性的影响，则启动转矩：

TTQ?0.3~0.5

取系数为０.３，则：Tq=

23.14 =57.86N.cm 0.4对于工作方式为三相６拍的步进电机：

57.86TgTjmax===66.81N.cm

0.8660.8663.6.2 步进电机的最高工作频率

fmaxvmax1000???1667 60?p60?0.01为使电机不产生失步空载启动频率要大于最高运行频率fmax,同时电机最大静转矩要足够大,查表选择两个90BF001型反应式步进电机. 电机有关参数如下:

主要技术参数 最大静相电转矩空载启流 Tjmax 动频率 (A) (n.m) 7 3.92 2000 重量 kg 4.5 型号 步距相数 角 电压 (V) 空载运行频率 8000 分配方式 90BF001 外直径 90 4 0.9 80 4相8拍 外形尺寸(mm) 长度 145 轴直径 9 表3.4 电机参数

转子转动惯量 Kg.m 1764

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第4章 控制硬件系统设计

控制X-Y工作台X,Y轴的主要包括plc，步进电动机，限位开关，操作面板（按钮及一些控制开关）

硬件系统设计时，应注意几点：电动机运转平稳，响应性能好，造价低，可维护性，人机交互界面可操作性比较好。

4.1 plc的选择

基于本次课程设计的要求我组成员的任务是用plc控制电机进而控制X.Y轴的运动，

随着科技的进步plc也不断完善，plc得以广泛应用离不开下面的有点： 1. 可靠性高，抗干扰性能高，高可靠性是电气控制设备的关键性能。

2 . 配套齐全，功能完善，适应性强plc的发展到今天，已经形成了大，中，小各种模型系列化产品。

3. 易学易用，深受工程技术人员欢迎plc作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业设备。

4 系统的设计，建造工作量小，维护方便，容易改造。 5 体积小，重量轻，能耗低。

从设计的系统来看，我们首相分析我们需要实现怎样的功能，进而确定I/O点数。

4.1.2 估计需要的plc规模

Plc的规模估算：主要取决于设备对输入输出点的需求量和控制过程的难易程序。

4.1.3 输入，输出估算。

在工艺允许的情况下，将模拟量转换为开关量留15%~20%的接点余量，在本课程设计中，我组需要启动，停止，正传，反转，复位以及两个限位开关有输入点7个，根据估算原则，我们应该选择的输入点大概选择9个输入点。输出端子有4个连接驱动器的脉冲信号，电平信号，脱机信号以及一个公共端口，那么估算输出端子应该选择5个左右。

4.1.4 存储容量的估算：

用户程序占用的内存的多少鱼多种因素有关，如输入，输出点的数量和类型，输入，输出量之间关系的复杂程度，需要进行计算的次数，处理量的多少，程序的优劣都与内存有关，所以一般只能根据输入，输出的点数及其类型，控制简繁的程度加以

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估算，一般粗略的估计方法是： （输入点数+输出点数）=指令句数

通常再增加15%~20%，经过估算指令语句数应该在 左右

4.1.５ plc选型的注意事项

plc产品种类很多，型号很多，他们的功能，价格，使用条件各不相同所以选择要综合考虑输入接口模块。考虑输入点的参数，主要是他们的工作电压和工作电流输出接口模块。他的电流应大与负载的额定工作电压和电流，对于感性负载，测应注意在断开瞬间，可能产生很高的反向感应电动势。为避免这种感应电动势击穿元器件或干扰plc主机的正常工作，应采取必要的仰止措施。

4.2 Plc接口设计及连线图

Plc接口部分包括限位开关部分，步进驱动器部分以及控制面板三部分。示意图如下：

4.1 系统框图

Plc I/O分配表如下:

序号 1 2 3 4 5 输入输出 输入 输入 输入 输入 输入 端口 X0 X1 X2 X3 X4 功能 启动 停止 正向 反向 右限位 14

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6 7 8 9 输入 输入 输出 输出 X5 X6 Y1 Y2 左限位 复位 脉冲信号 方向信号 表4.１ PLC I/O分配表 步进电机的选型参数从下表中选取的步进电机驱动器为：SJ-2H110MS其参数为：

表4.2 ：SJ-2H110MS其参数

步进电机驱动电路和工作原理

步进电机的速度控制比较容易实现而且不需要反馈电路。设计时的脉冲当量为0.01mm，步进电机每走一步，工作台直线行进0.01mm。

图4.2 步进电机驱动电路

电路中的功放电路是一个单电压功率放大电路，当A得电时，电动机转动一步。电路中与绕组并联的二极管D起的续流作用，即在功放管载止是，是储存在绕组中的能量通过二极管形成续流回路泄放，从而保护功放管。与绕组W串联的电阻为限流电阻，限制通过绕组的电流不至超过额定值，以免电动机发热厉害被烧坏。

传感器和人机界面

由于步进电机不需要反馈电路，但是要注意工作台不能超过最大行程。一次，必须

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在XY轴方向各加上两个行程开关。这里行程开关的作用有两个：（1）防止工作台超过最大行程，使电机损坏（2）可以与定位。所以这4个行程开关就当了传感器。

人机界面设计的准则就是要有良好的人机交互能力，一般要求操作简便，界面简洁明了。此系统中共有9个LED，LED1灯亮表示X轴负方向禁止通行，LED2灯亮表示X轴正方向禁止通行。LED3灯亮表示Y轴负方向禁止通行,LED4灯亮表示Y轴正方向禁止通行。LED5灯亮表示手动使工作台向X轴负方向通行，LED6灯亮表示手动使工作台向X轴正方向通行。LED7灯亮表示手动使工作台向Y轴负方向通行,LED8灯亮表示手动使工作台向Y轴正方向通行。LED9灯亮表示通电运行。

界面上的7个按钮意义为：按钮1是断电开关，按钮2是向X轴负方向运行的点动开关，按钮3是向X轴正方向运行的点动开关。按钮4是向Y轴负方向运行的点动开关,按钮5是向Y轴正方向运

行的点动开关。按钮6是复位开关。按钮7是执行绘制圆弧开关

图4.3 人机界面

第5章 软件系统设计

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