電氣控制與驅(qū)動目錄項目1電氣控制電路的識圖、安裝與調(diào)試

任務(wù)1.1認(rèn)知低壓電器

任務(wù)1.2識讀電氣控制系統(tǒng)圖

任務(wù)1.3分析電氣控制原理圖

任務(wù)1.4典型機(jī)床控制電路的連接與調(diào)試項目2PLC控制系統(tǒng)的構(gòu)建、編程與調(diào)試

任務(wù)2.1認(rèn)知PLC

任務(wù)2.2認(rèn)知三菱PLC

任務(wù)2.3PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計項目3變頻驅(qū)動（調(diào)速）系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)3.1認(rèn)知變頻器

任務(wù)3.2應(yīng)用變頻器基本運行功能控制傳送帶

任務(wù)3.3應(yīng)用變頻器的基本參數(shù)控制傳送帶

任務(wù)3.4應(yīng)用變頻器多段速度控制傳送帶電氣控制與驅(qū)動目錄項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制

任務(wù)4.2利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的定位控制

任務(wù)4.3搬運機(jī)械手的應(yīng)用設(shè)計項目5伺服驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)5.1認(rèn)識交流伺服系統(tǒng)

任務(wù)5.2利用伺服系統(tǒng)速度控制模式控制圓形轉(zhuǎn)盤工作臺

任務(wù)5.3利用伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩控制模式控制圓形轉(zhuǎn)盤工作臺

任務(wù)5.4

利用伺服系統(tǒng)位置控制模式控制圓形轉(zhuǎn)盤工作臺項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制

【任務(wù)引入】

藥粒自動瓶裝系統(tǒng)中搬運機(jī)械手的水平運動主要由可編程控制器控制，由步進(jìn)驅(qū)動器驅(qū)動和由步進(jìn)電動機(jī)執(zhí)行而實現(xiàn)的。其工作原理為：機(jī)械手通過絲桿螺母傳動沿導(dǎo)軌左右水平移動，操作方式為點動操作，左右方向設(shè)置極限開關(guān)等。【任務(wù)目標(biāo)】1.根據(jù)控制要求完成系統(tǒng)接線。2.用三菱PLC的PLSY或PLSR指令完成控制程序的編寫。3.完成搬運機(jī)械手水平左右移動的運行調(diào)試。【相關(guān)知識】4.1.1步進(jìn)電動機(jī)

步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械角位移或線位移的機(jī)電執(zhí)行器件。每當(dāng)一個脈沖信號施加于步進(jìn)電動機(jī)的控制繞組時，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個固定角度。因此，步進(jìn)電動機(jī)又稱脈沖電動機(jī)，其輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，其輸出轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比。

1.步進(jìn)電動機(jī)的種類

（1）電磁式

電磁式步進(jìn)電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子均有繞組，靠電磁力矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，實際中不常使用。

（2）反應(yīng)式

反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，又叫磁阻式步進(jìn)電動機(jī)，其定子、轉(zhuǎn)子均由軟磁材料沖制、疊壓而成。定子上裝有多相繞組，轉(zhuǎn)子上無繞組；定子上均勻分布著若干大磁極，每個大磁極上分布著數(shù)個小齒，轉(zhuǎn)子的圓周表面上也均勻分布著數(shù)個小齒。步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)一般為三相、四相、五相、六相。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的特點是：1）步距角小，最小可達(dá)10′；2）勵磁電流大，最大為10A；3）斷電時沒有定位轉(zhuǎn)矩；4）電動機(jī)內(nèi)阻尼力矩較小，單步運行震蕩時間長。圖4-1三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制

（3）永磁式轉(zhuǎn)子或定子的任何一方具有永磁材料的步進(jìn)電動機(jī)叫永磁式步進(jìn)電動機(jī)，其中不具有永磁材料的一方設(shè)有勵磁繞組。當(dāng)勵磁繞組通電后，勵磁繞組所建立的磁場與永磁材料所建立的磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。勵磁繞組一般為兩相或四相，兩相永磁式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-1-2所示。永磁式步進(jìn)電動機(jī)的特點是：1.步距角大，如15°、22.5°、45°、90°等；2.相數(shù)大多為兩相或四相；3.啟動頻率較低；4.控制功率小，驅(qū)動電壓一般為12V或24V，電流接近于2A；5.斷電時有一定的保持轉(zhuǎn)矩；6.電動機(jī)內(nèi)阻尼力矩較大；7.要求電源供給正、負(fù)脈沖，使電源變得復(fù)雜。圖4-2兩相永磁式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制

（4）混合式

混合式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)合了永磁式和反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的優(yōu)點，是目前發(fā)展較快的一種步進(jìn)電動機(jī)。混合式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意如圖4-3所示。圖4-3混合式式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制2.步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

雖然步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但它們的工作原理基本相同。

下面以圖4-4所示的兩相四極永磁式步進(jìn)電機(jī)的簡化模型為例，說明步進(jìn)電動機(jī)的工作原理。

簡化模型的永磁式步進(jìn)電機(jī)的定子有四個極，每個磁極上都裝有繞組，每兩個相對磁極組成一相；轉(zhuǎn)子是一個條狀永久磁鐵，僅有一對磁極。

步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動受脈沖信號控制，兩相定子繞組由脈沖分配器控制的電源輪流通電。圖4-4步進(jìn)電動機(jī)單四拍動作示意圖項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制設(shè)A相首先通正向電，B相不通電，則、極就形成一對N、S磁極，由于轉(zhuǎn)子本身也是一對N、S磁極，根據(jù)磁極同性相斥，異性相吸性質(zhì)及磁路磁阻最小性質(zhì)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到與定子的一對磁極、對齊的位置而停止，如圖4-4（a）所示。因轉(zhuǎn)子為一對永久磁鐵，故若此時A相斷電，轉(zhuǎn)子任然保持此位置不變。然后，A相斷電，B相通正向電，轉(zhuǎn)子便在、一對磁極的吸引下順時針轉(zhuǎn)過90°，轉(zhuǎn)到與、一對磁極對齊位置而停止，如圖所示4-4（b）。同樣原因，如果此時B相斷電，轉(zhuǎn)子任然保持此位置不變。然后，B相斷電，A相通反向電，轉(zhuǎn)子便在、一對磁極的吸引下順時針轉(zhuǎn)過90°，轉(zhuǎn)到與、極對齊位置而停止，如圖4-4（c）所示。同樣原因，如果此時A相斷電，轉(zhuǎn)子任然保持此位置不變。然后，A相斷電，B相通反向電，轉(zhuǎn)子便在、B一對磁極的吸引下順時針轉(zhuǎn)過90°，轉(zhuǎn)到與、B極對齊位置而停止，如圖4-4（d）所示。同樣原因，如果此時A相斷電，轉(zhuǎn)子任然保持此位置不變。項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制如此，按A→B→

→

→A…的順序輪流通電，電動機(jī)就按順時針方向一步一步轉(zhuǎn)動。每一步的轉(zhuǎn)角稱為一個步距角。電流A→B→

→

→A按順序換接一輪，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈。這種通電方式稱為兩相四拍工作方式。此種工作方式下轉(zhuǎn)子為一對磁極時，步距角為90°。4.1.2步進(jìn)驅(qū)動器步進(jìn)電動機(jī)繞組是按一定的通電方式工作的，為實現(xiàn)這種輪流通電工作，需要由驅(qū)動器來驅(qū)動。步進(jìn)驅(qū)動器的作用就是對控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配和功率放大，再去驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。1.步進(jìn)驅(qū)動器原理以兩相步進(jìn)電動機(jī)為例，當(dāng)給驅(qū)動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅(qū)動器通過環(huán)形分配器的分配和功率放大器的放大后，提供給步進(jìn)電動機(jī)繞組一個按A→B→

→

→A順序的循環(huán)通電方式，此時步進(jìn)電動機(jī)就按順時針方向轉(zhuǎn)動起來；如果方向信號變?yōu)樨?fù)時，通電順序就變?yōu)?/p>

→

→B→A→

電動機(jī)就按逆時針方向運行。步進(jìn)驅(qū)動器的工作原理如圖4-5所示。項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制如此，按A→B→

→

→A…的順序輪流通電，電動機(jī)就按順時針方向一步一步轉(zhuǎn)動。每一步的轉(zhuǎn)角稱為一個步距角。電流A→B→

→

→A按順序換接一輪，磁場旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一圈。這種通電方式稱為兩相四拍工作方式。此種工作方式下轉(zhuǎn)子為一對磁極時，步距角為90°。4.1.2步進(jìn)驅(qū)動器步進(jìn)電動機(jī)繞組是按一定的通電方式工作的，為實現(xiàn)這種輪流通電工作，需要由驅(qū)動器來驅(qū)動。步進(jìn)驅(qū)動器的作用就是對控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配和功率放大，再去驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制1.步進(jìn)驅(qū)動器原理以兩相步進(jìn)電動機(jī)為例，當(dāng)給驅(qū)動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅(qū)動器通過環(huán)形分配器的分配和功率放大器的放大后，提供給步進(jìn)電動機(jī)繞組一個按A→B→

→

→A順序的循環(huán)通電方式，此時步進(jìn)電動機(jī)就按順時針方向轉(zhuǎn)動起來；如果方向信號變?yōu)樨?fù)時，通電順序就變?yōu)?/p>

→

→B→A→

電動機(jī)就按逆時針方向運行。步進(jìn)驅(qū)動器的工作原理如圖4-5所示。圖4-5步進(jìn)驅(qū)動控制系統(tǒng)示意圖項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制2.步進(jìn)驅(qū)動器接線端子與接法

步進(jìn)驅(qū)動器接線端子功能如圖4-6所示。

各輸入信號在驅(qū)動器內(nèi)部的接口電路相同，各自相互獨立，用戶可根據(jù)需要采用共陽極接法或共陰極接法。

若所使用的上位機(jī)PLC為晶體管輸出型，就不能采用共陰極接法。圖4-6步進(jìn)驅(qū)動器接線端子功能項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制

步進(jìn)驅(qū)動器共陽極輸入信號接法如圖4-7所示。圖4-7步進(jìn)驅(qū)動器共陽極輸入信號接法項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制4.1.3.PLC控制程序1.PLSY、PLSR指令介紹

（1）PLSY指令

脈沖輸出指令PLSY的編號為FNC57。其指令格式如圖4-8所示，其中：圖4-8PLS指令格式

S1：表示輸出脈沖的頻率，其范圍為2~2000Hz；S2：表示輸出脈沖的個數(shù)，其范圍為1~32767個，當(dāng)設(shè)定值為0時表示連續(xù)輸出脈沖；D：表示輸出脈沖的輸出繼電器Y編號，僅限Y0和Y1有效。項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制

（2）PLSR指令

可調(diào)速脈沖輸出指令PLSR的編號為FNC59。該指令可以對輸出脈沖進(jìn)行加速，也可進(jìn)行減速調(diào)整。其指令格式如圖4-9所示，其中：圖4-9PLSR指令格式

S1：表示輸出脈沖的最高頻率，其范圍為10~20000Hz；S2：表示輸出脈沖的總個數(shù)，其范圍為110~32767個；S3：表示加、減速時間，可設(shè)定范圍為0~5000ms。D：表示輸出脈沖的輸出繼電器Y編號，僅限Y0和Y1有效。

2.步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)運行程序設(shè)計

步進(jìn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制程序段如圖4-10所示。項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制4.1.4步進(jìn)驅(qū)動器細(xì)分?jǐn)?shù)與輸出電流設(shè)定

1）電流參數(shù)：1A。

2）細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置：撥碼101，細(xì)分?jǐn)?shù)10，電動機(jī)步距角0.18o，機(jī)械手步距角0.00775o，機(jī)械手每轉(zhuǎn)需129各脈沖?！救蝿?wù)實施】

1.畫出PLC的I/O分配表，填于下表。項目4步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)的構(gòu)建與調(diào)試

任務(wù)4.1利用步進(jìn)驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)機(jī)械手的直線移動控制2.寫出搬運機(jī)械手的安裝接線步驟