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机电相关知识 机电相关知识 机电工程系 主要内容 主要内容 机电相关知识 学习目标 步进电机基础知识 1 了解二相混合步进电机的结构 2 了解二相混合步进电机的原理 3 能识读PLC 步进控制器 步进电机基本控制线路图 1 两相混合式步进电机结构 电机的定子上有八个绕有线圈的铁心磁极 八个线圈串接成A B两相绕组 每个定子磁极边缘有多个小齿 一般多为五或六齿 转子由两段有齿环形转子铁心 装在转子铁心内部的环形磁钢及轴承 轴组成 将环形磁钢沿轴向充磁 两段转子铁心的一端呈N极性 另一端呈S极性 分别称之为N段转子和S段转子 转子铁心的边缘加工有小齿 一般为50个 齿距为7 2 两段转子的小齿相互错开1 2齿距 2 两相混合式步进电机工作原理 定子上有四个绕有线圈的磁极 齿 相对磁极的线圈串联组成两相绕组 由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反 通过同一电流时所产生的磁场方向也相反 电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反 转子由两段永磁体组成 一段呈N极性 一段呈S极性 每段永磁体有3个齿 齿距为120度 N极齿和S极齿彼此错开1 2齿距 每转12步的模型电机 1 不通电状态 在绕组不通电时 由于磁通总是沿磁阻最小的路径通过 磁通从N极性转子经定子极回到S极性转子 由于转子磁场的吸引作用 当外力力图使轴转动时 会有一个反向力矩阻止这种转动 称为自锁力矩 2 单四拍工作状态 初始状态 A相通电产生保持力矩 B相通电 定子磁场旋转90度 吸引转子旋转1 4齿距 30度 A相通电 B相 A相通电定子磁场各旋转90度 各吸引转子旋转1 4齿距 30度 4步一个循环后共转过一个齿距120度 12步后转子旋转一周 每一次仅一相绕组通电 四拍一个循环 称之为单四拍工作状态 3 双四拍工作状态 初始状态 A相 B相同时通电 由于两个定子齿的吸引 转子移动1 8齿距15度 停在一个中间的位置 B A相通电 定子磁场旋转90度吸引转子旋转1 4齿距30度 A B BA AB各相通电 定子磁场各旋转90度 各吸引转子旋转1 4齿距30度 4步一个循环后共转过一个齿距120度 12步后转子旋转一周 每一次两相绕组通电 四拍一个循环 称之为双四拍工作状态因为两个线圈同时通电 产生的力矩比单四拍要大 在单四拍工作方式基础上 在每两个单拍之间插入一个双拍工作状态 就成为单 双八拍工作方式 交替使一个线圈和两个线圈通电 每一步转子旋转1 8齿距即15度 经过这8拍以后 转子转过一个齿距120度 旋转一周需24步 步进电动机 11 12 结构分析 定子 结构分析 转子 13 电机转动的工作原理 总结 错齿是步进电动机旋转的根本原因 14 典型的步进电机控制系统的组成 15 旋转方向的控制 16 6 运动小车装置介绍 7 运动控制与步进电机 1 运动控制 1 运动控制系统简介运动控制系统是一门有关如何对物体位置和速度进行精密控制的技术 典型的运动控制系统由三部分组成 控制部分 驱动部分和执行部分 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动 这种装置就是步进电机驱动器 它是把控制系统发出的脉冲信号 加以放大以驱动步进电机 步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比 控制步进电机脉冲信号的频率 可以对电机精确调速 控制步进脉冲的个数 可以对电机精确定位 2 常用术语步进角 每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步进角 步进角的大小可直接影响电机的运行精度 整步 最基本的驱动方式 这种驱动方式的每个脉冲使电机移动一个基本步矩角 例如 标准两相电机的一圈共有200个步矩角 则整步驱动方式下 每个脉冲使电机移动1 8 半步 在单相激磁时 电机转轴停至整步位置上 驱动器收到下一个脉冲后 如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态 则电机转轴将移动半个基本步矩角 停在相邻两个整步位置的中间 如此循环地对两相线圈进行单相然后两相激磁 步进电机将以每个脉冲半个基本步矩角的方式转动 细分 细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几分之一 如 驱动器工作在10细分状态时 其步矩角只为电机固有步矩角的十分之一 也就是说 当驱动器工作在不细分的整步状态时 控制系统每发一个步进脉冲 电机转动1 8 而用细分驱动器工作在10细分状态时 电机只转动了0 18 细分功能完全是由驱动器靠精度控制电机的相电流所产生的 与电机无关 2 步进电机 1 步进电机的选型a 驱动器的电流 电流是判断驱动器能力大小的依据 是选择驱动器的重要指标之一 通常驱动器的最大额定电流要略大于电机的额定电流 b 驱动器的供电电压 供电电压是判断驱动器升速能力的标志 c 驱动器的细分 细分是控制精度的标志 通过增大细分能改善精度 步进电机都有低频振荡的特点 如果电机需要工作在低频共振区工作 细分驱动器是很好的选择 2 步进电机驱动器本系统中采用两相混合式步进电机驱动器YKA2404MC细分驱动器 其外形如图所示 3 步进电机驱动器的端子与接线 8 基于PLC与步进电机的小车自动往返控制 项目一 步进电机正反转控制 用S7 200PLC控制步进电机正转与反转 把步进电机驱动器的D2设置为OFF 即PU为步进脉冲信号 DR为方向控制信号 PLC的Q0 0输出高速脉冲至步进电机驱动器的PU端 Q0 1控制步进电机反转 对应小车的运行各输出点分配如下 正转启动 I0 0 反转启动 I0 1 向左运行 Q0 0发脉冲 Q0 1为OFF 向右运行 Q0 0发脉冲 Q0 1为ON 停止 Q0 0停止发脉冲 Q0 1为OFF 学习目标 气动控制基础知识 1 了解常见基本气动元件 2 识读气动基本回路 3 能搭接基本气动回路 气源系统 常见的空气压 打气筒 牙科设备 喷涂装置 公交车自动门 喷气枪 气垫 气源系统 空气压的应用 AIRCYL 夹紧 AIRCYL AIRCYL 推出 提升 压缩 膨胀 空气压 ENERGY 大气 气源系统 空气压特性 气动自动化控制技术 利用压缩空气作为传递动力或信号的工作介质 配合气动控制系统的主要气动元件 与机械 液压 电气 电子 包括PLC控制器和微电脑 等部分或全部综合构成的控制回路 使气动元件按生产工艺要求的工作状况 自动按设定的顺序或条件动作的一种自动化技术 气源系统 气源系统 包括有空气压缩机 贮气罐 空气净化设备和输气管道等 它为气动设备提供清洁 干燥 恒压和足够流量的压缩空气 它是气动系统的能源装置 气源的核心是空气压缩机 它将原动机的机械能转换为气体的压力能 气源系统 空气压系统的基本构成 气动三联件是在气动控制系统的入口所必须的器件 它的组成是由过滤器 减压阀 油雾器三位一体 气源系统 气动三联件 气源系统 气动三联件 压力表 减压阀 过滤器 排放杂质油污和水分 过滤器的作用是将压缩空气里的杂质 油污 水份等过滤掉 存放在过滤器里 达到使压缩空气干燥 清洁的目的 过滤器应定期排污 气源系统 气动三联件 过滤器的作用 气源系统 气动三联件 过滤器的原理 压缩空气进入过滤器内部后 因导流板的导向 产生了强烈的旋转 在离心力作用下 压缩空气中混有的大颗粒固体杂质和液态水滴等被甩到滤杯内表面上 在重力作用下沿壁面沉降至底部 然后 经过这样预净化的压缩空气通过滤芯流出 为防止造成二次污染 滤杯中每天都应该是空的 气源系统 气动三联件 过滤器的原理 1 减压阀的作用是用来调整压缩空气压力的 2 减压阀调整到合适的压力后 应将锁定装置锁定 避免误操作 气源系统 气动三联件 减压阀的作用 解锁 锁定 气源系统 气动三联件 减压阀的作用 若工作压力增大 膜片打开压缩空气就经阀体上的溢流孔排出 气源系统 气动三联件 减压阀的原理 因气动控制系统里 很多气缸需用油润滑 所以在气路里 就加入了油雾器 目的是将油雾器里的油通过气管送到气缸里 达到润滑气缸的目的 油雾器可以根据需要调节滴油的快慢 油雾器应定期加油 加油时不要超过油线 气源系统 气动三联件 油雾器的作用 滴油快慢调节 气源系统 气动三联件 油雾器的作用 当压缩空气通过油雾器时 其在油室与视油器之间产生一个压降 该压降使油液经吸油管上升 并经喷嘴引射到压缩空气中 油滴被雾化 随压缩空气流出 必须仔细调节油滴数 气源系统 气动三联件 油雾器的原理 它包括有压力 流量 方向等动力控制元件和传感器 逻辑元件 伺服阀等信号转换 逻辑运算和放大的一类元件 它们决定着气动系统的运动规律 气动控制元件 气动控制阀 连续控制 断续控制 压力控制阀 如减压阀 流量控制阀 如截流阀 方向控制阀 如电磁阀 逻辑控元件 如阀岛 压力比例控制阀 流量比例控制阀 伺服控制阀 气动控制阀 连续控制 断续控制 压力比例控制阀 流量比例控制阀 伺服控制阀 气动控制元件 分类 气动控制元件 方向控制阀 定义 能改变气体流动方向或通断的控制阀 气动控制元件 方向控制阀 电磁控制阀 入口 排气B 排气A 入口 排气B 排气A 出口A 出口B 出口A 出口B 气动控制元件 方向控制阀 气控阀 气动控制元件 方向控制阀 人力控制阀 4 3RotaryValve Exhaustcenter 气动控制元件 方向控制阀 人力控制阀 MONOSTABLE手动操作按钮 BISTABLE手动操作按钮 气动控制元件 方向控制阀 机械控制阀 机械式作动装置 气动控制元件 方向控制阀 2通阀 出口 入口 压缩机 出口 AIR 入口 N2 气动控制元件 方向控制阀 3通阀 出口 排氣 入口 壓縮器 气动控制元件 方向控制阀 3通阀 排氣 排氣 气动控制元件 方向控制阀 5通阀 2 2 ON OFF 气动控制元件 方向控制阀 2位2通阀 二位三通电磁阀 二位三通阀结构原理 二位三通电磁阀原理 上图为直动式二位三通电磁阀 图示位置为阀处于断电关闭状态 此时 1 2不通 2 3相通 阀没有输出 当通电时 铁芯受电磁力作用被吸向上 1 2相通 排气口封闭 阀有输出 3 2 N C 气动控制元件 方向控制阀 2位3通阀 3 2 N O 气动控制元件 方向控制阀 2位3通阀 4 2 出口A B使用共同的排气口 气动控制元件 方向控制阀 2位4通阀 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 电磁线圈得电 电磁线圈失电 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 带记忆 在电气回路中设电气联锁 防止同时通电 线圈烧毁 Y1得电 Y2得电 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 电磁阀运行情况检查 在通气的状态下 按动电磁阀的手动按钮 观察该电磁阀是否有切换 如果没有切换 更换该电磁阀 更换电磁阀前应查看铭牌 注意型号 规格是否相符 包括电源 工作电压 通径 螺纹接口等 安装后应进行通气 通电试验 检查阀换向动作是否正常 手动装置正常 5 2 出口A B使用各自的排气口 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 中泄式 A B 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 中泄式 A B 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 A B 中泄式 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 中封式 A B 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 A B 中封式 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 A B 中封式 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 A B 中压式 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 中压式 A B 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 5 3 A B 中压式 气动控制元件 方向控制阀 2位5通阀 气动控制元件 单向阀 气动控制元件 梭阀 气动控制元件 快速排气阀 它是把气体的压力能转变成机械能 实现气动系统对外做功的机械运动装置 作直线运动的是气缸 作摆动或回转运动的是气马达 气动执行元件 气缸 气缸 单作用 双作用 双作用 单作用 单活塞杆 双活塞杆 磁性耦合 机械耦合 绳索 钢缆 有杆 无杆 单活塞 双活塞 活塞式 平膜式 滚动膜片 皮囊 膜片式 气动执行元件 分类 气动执行元件 单作用气缸 进气口 原理 这种气缸在缸盖一端气口输入压缩空气使活塞杆伸出 或退回 而另一端靠弹簧 自重或其它外力等使活塞杆恢复到初始位置 气动执行元件 单作用气缸 押入型 押出型 气动执行元件 双作用气缸 气动执行元件 双作用气缸 气缸一般由缸筒 前后缸盖 活塞 活塞杆 密封件和紧固件等零件组成 缸有与活塞杆相连的活塞 活塞上装有密封圈 为防止漏气和外部灰尘的侵入 前缸盖上装有密封圈和防尘圈 双作用气缸被活塞分为两个腔室 有活塞杆的称为有杆腔 前腔 无活塞的称为无杆腔 后腔 气动执行元件 双作用气缸 当从无杆腔端的气口输入压缩空气时 推动活塞前进 使活塞杆伸出 同样 当有杆腔气口输入压缩空气时 活塞杆退回到初始位置 通过交替进气和排气 活塞杆伸出和退回 气缸实现往复直线运动 气动执行元件 双作用气缸 基本型 脚座型 气动执行元件 气缸的安装方式 1 无杆侧法兰型 杆侧法兰型 气动执行元件 气缸的安装方式 2 耳环型 耳轴型 单耳环 双耳环 气动执行元件 气缸的安装方式 3 搬运工件时夹工件用的气动元件 气动执行元件 手爪 气动执行元件 手