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29 电磁铁 拉力 测试 系统 控制 节制 部分 部份 毕业论文 外文 翻译 任务书 全套 资料

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湘潭大学 兴湘学院 毕业设计说明书 题 目： 电磁铁推拉力测试系统 控制部分设计 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2006183829 姓 名： 刘 明 指导教师： 毛美姣 完成日期： 2010 湘潭大学 兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 电磁铁推拉力测试系统 控制部分设计 学号： 2006183829 姓名： 刘 明 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 毛美姣 系主任： 一、主要内容及基本要求 本设计内容是电磁铁推拉力测试统设计，采用 列，控制两相混合式步进电机，对步进电机进行正转、反转和速度控制，结 合滚珠丝杆，利用力传感器技术， 采用 制一个步进电机和滚珠丝杆组成的机构，实现推或拉力小于 2000N，行程小于 30电磁铁的推拉力测试，得到其推或拉力与衔铁位移之间的关系曲 。 用 高速脉冲输出指令和高速计数指令实现脉冲的高速输出和高数计数。 二、重点研究的问题 基本指令和功能指令以其编程方法 动器和 间的接线方法 句表、控制部分原理图 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 查资料 控制系统设计 、编写程序 翻译 撰写论文 答辩 四、应收集的资料及主要参考文献 应收集的资料： 一、 使用教程 二、 步进电机和驱动器的工作原理和特征参数 三、 电磁铁、力传感器、滚珠丝杆的应用 四、外文资料一篇 主要参考文献： 1 黄贤武，郑筱霞 . 传感器原理与应用 M 成都 :电子科技大学出版社 ,高等教育出版社 2 黄坚 . 可编程控制器 原理及其应用 M 北京 :高等教育出版社 3 戴佳 ,戴卫恒 M子工业出版社 4何立民 M京航空航天大学出版社 湘潭大学 兴湘学院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2006183829 姓名 刘 明 专业 机械设计制造及其自动化 毕业 论文（设计）题目： 电磁铁推拉力测试系统 控制部分设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量是否适当 ； 生产、科研、 社会 等实际 相 结合 。 能力 合归纳资料的能力； 具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸 是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力如何； 无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 2010年 6月 日 湘潭大学 兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2006183829 姓名： 刘 明 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 页 图 表 张 论文（设计）题目： 电磁铁推拉力测试系统 控制部分设计 内容提要： 本设计内容是 电磁铁推拉力测试 统设计， 采用 列，控制两相混合式 步进电机，对步进电机进行正转、反转和速度控制，结合滚珠丝杆，利用力传感器技术， 采用 制一个步进电机和滚珠丝杆组成的机构， 实现 推或拉力小于 2000N，行程小 于 30电磁铁的推拉力测试，得到其推或拉力与衔铁位移之间的关系曲线。 用 00 高速脉冲输出指令和高速计数 器 指令实现脉冲的高速输 出和高速计数。 指导教师评语 该论文技术方案较为合理，工作量较为合适，分析论证较为严密，有一定的创新性，综合运用所学知识能力尚可 说明书逻辑性较为规范，逻辑性尚可。另外，该生工作态度比较积极，工作能力尚可。 同意其参加答辩，建议成绩评定为合格 。 指导教师： 2010 年 6 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 2010 年 6 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主 任： 2010 年 6 月 日 电磁铁推拉力测试系统 控制部分 摘要 ： 电磁铁在我们的日常生活中到处可见，应用非常广泛，生活中我们越来越离不开它。电 磁铁是一种电器，它被广泛应用于机床、起重机等大型机电设备中。 电磁铁的静态力性能直接影响到由它所构成的元件及装置的整体性能，进行电磁铁的静态力特性分析，对电磁铁的设计制造和实际应用具有一定的参考价值。本论文基于 制步进电机和滚珠丝杆组成的机构，应用力传感器技术，对电磁铁进行推拉力测试，得到其推或拉力与衔铁位移之间的关系曲线。对西门子 统和步进电机进行深入学习，掌握了西 门子 本指令及其功能指令。理解的步进电机的工作原理及其驱动控制技术，实现了 步进电机的控制。 关键词 ： 电磁铁， 步进电机 ， 驱动器 in is in we do Is an is in of of to of of LC of of or 7LC 7LC of LC on 湘潭大学兴湘学院 1 目录 第一章 引言 . 1 磁铁概述 . 1 题背景及意义 . 1 内外基本研究情况 . 1 题的主要研究内容 . 1 第二章 理论知识介绍 . 3 介 . 3 结构及各部分的作用 . 4 工作原理 . 5 程语言 . 5 进电机及其发展 . 6 进电机的结构和工作原理 . 7 进电机的特点 . 8 第三章 元器件选择及 I/O 分配 . 10 统基本框图的确定 . 10 元器件的选择 . 11 雷赛 进驱动器 . 11 雷赛 110相混合式步进电机 . 15 统控制过程 . 17 制系统的 I/O 点及地址分配 . 17 第四章 系统控制过程设计 . 18 结束语 . 26 参考文献 . 27 湘潭大学兴湘学院 1 第一章 引言 磁铁概述 电磁铁在我们的日常生活中到处可见，应用非常广泛，生活中我们越来越离不开它。电 磁铁是一种电器，它被广泛应用于机床、起重机等大型机电设备中。电磁铁是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。当电源断开时，电磁铁的磁性随之消失，衔铁或其他零件即被释放。 电磁铁在生产中的应用极为普遍，工业上常用来制动机床和起重机的电动机。当接通电源时，电磁铁动作而拉开弹簧，把抱闸提起，于是放开装在电动机轴上的制动轮，这时电动机便可自由转动。当电源断开时，电磁铁的衔铁落下，弹簧便把抱闸压在制动轮上，电动机就被制动。在起重机中采用这种方法，可以避免由于工作过程中的断电而使重物滑下造成的事故。 随着机械工业的发展，在机床中也常用电磁铁操纵气动或液压传和控制变速机构。电磁吸盘和电磁离合器也都是电磁铁的具体应用 此外，现代物流业的集装流程中，也使用电磁铁进行起重提放钢材等。不论是机床 、起重机，还是物流装卸的电磁继电器和接触器，电磁铁的任务是开闭电路，起到一个开关的作用 。 题背景及意义 电磁铁是一种基于电磁系统产生电磁力，使衔铁做机械运动，从而对外做功的电此，电磁铁力特性成为表征其主要性能的基本特性。作为一个转换元件，电磁铁的静态力特性直接影响到由它所构成的元件及装置的整体性能，国内外有许多机构、学者都曾做过电磁铁的推拉力测试，可以测试量电磁铁的静动态力和位移特性。有的结构复杂，精度不高，且难以测量出双向电磁铁的静动态力特性。因此，对电磁铁进行推拉力的测试是非常必 要的。 内外基本研究情况 电磁铁被广泛应用于工业生产和日常生活之中，其作用不容忽视。电磁铁的特性中力的特性是很重要的一部分，因此对电磁铁进行推拉力测试具有非常的实际意义。国内外已经有很多学者和机构对其进行研究和探讨过。此次，本人在前人的基础上，基于 制步进电机和滚珠丝杆组成的机构，应用力传感器技术，再一次尝试对电磁铁的推拉力测试进行学习研究，以更好的学习掌握所学的相关内容。 题的主要研究内容 电磁铁推拉力测试系统 控制部分设计，其主要工作内容是： 1）确定电磁铁测力系统的方案及系 统的各组成部件 首先拟定一个大致方案，初步确定各组成部件的型号。再分析了解各组成部分的湘潭大学兴湘学院 2 功能用途，掌握各部件的使用方法和工作原理。最后讨论系统的可行性、连续性、完整性，不断修正系统，确保系统能正常、稳定的工作。握 本指定和程序设计的方法。要弄清步进电机、驱动器的工作原理和其参数特性以及他们之间的接线问题。最终学会如何用 步进电机实现精确的速度控制、正转、反转等。 2）对电磁铁测力系统的控制部分进行学习和研究 为实现 步进电机的精确控制，一定要掌握 用技术的核心内容，如各种控制线路图、功 能图、梯形图、时序图、语句表等，掌握 基本指定和程序设计的方法；要弄清楚步进电机、驱动器的工作原理和参数特性以及他们之间的接线问题，最终学会如何用 步进电机实现精确地速度控制、正转、反转等。 3）其他工作 要知道力传感器、位移传感器、滚珠丝杠和显示终端的工作原理和特征参数，最终得到不同距离时电磁铁推拉力的大小 对本课题的研究，预期要达到能用 现对步进电机的精确速度控制、正转、反转等，熟悉步进电机、驱动器、滚珠丝杠、推拉力传感器、位移传感器、电磁铁的工作原理和特征参数，最终得到电磁铁在每 隔 所对应的推拉力大小的目标。其中关键的理论和技术是 用技术在工程实现 术指标要达到精确的控制。其使用的方案是用电磁铁 、位移传感器、力传感器、滚珠丝杠、显示终端、步进电机、驱动器、电源所组成的系统进行电磁铁的推拉力测试。 湘潭大学兴湘学院 3 第二章 理论知识介绍 介 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器（ 代传统继电器控制装置以来， 到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用。同时， 功能也不 断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高， 开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的 再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。 作为离散控的制的首选产品， 二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的 增长率保持为 20% 30%。随着工厂自动化程度的不断提高和 场容量基数的不断扩大，近年来 工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家 增长十分迅速。综合相关资 料， 2004 年全球 销售收入为 100 亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。 由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的 有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入 用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。 有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序 运行过程中，每执行一步该计数器自动加 1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 令），然后再返回起始步循环运算。 完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的 环扫描周期在 1 微秒到几十微秒之间。 梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K 逻辑程序不到 1 毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理， 16 位（也有 32 位的）为一个模拟量。大型 用另外一个 完成模拟量的运算。把计算结果送给 控制器。 相同 I/O 点数的系统，用 用 成本要低一些（大约能省 40%左右）。有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比 低很多。一个 控制器，可以接收几千个 I/O 点（最多可达 8000 多个 I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用 为合适。 于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。 近 10 年来，随着 格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用 行控制， 我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断 提高，今后一段时期内 我国仍将保持高速增长势头。 湘潭大学兴湘学院 4 通用 用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但 对一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用 定制 代嵌入式控制器。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的订货要求专门设计控制器，适合 批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的应用。 结构及各部分的作用 可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。通常由中央处理单元（ 存储器（ 输入输出单元（ I/O）、电源和编程器等几个部分组成。 （一）中央处理单元（ 为整个 核心，起着总指挥的作用。 般由控制电路、运算器和寄存器组成。这 些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。 过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。 功能有以下一些：从存储器中读取指令，执行指令，取下一条指令，处理中断。 （二）存储器 存储器主要用于存放系统程序、用户程序及工作数据。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器 ;存放应用软件的存储器称为用户程序存储器；存放工作数据的存储器称为数据存储器。常用的存储器有 一种可进行读写操作的随机存储器存放用户程序，生成用户数据区，存放在 的用户程序 可方便地修改。 储器是一种高密度、低功耗、价格便宜的半导体存储器，可用锂电池做备用电源。掉电时，可有效地保持存储的信息。 是只读存储器。用这些类型存储器固化系统管理程序和应用程序。 （三）输入输出单元（ I/O 单元） I/O 单元实际上是 被控对象间传递输入输出信号的接口部件。 I/O 单元有良好的电隔离和滤波作用。接到 入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。 各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型，高电压型和低电压型，电压型和电流型 。 （四）电源 源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。 有一个稳压电源用于对 元和 I/O 单元供电。 湘潭大学兴湘学院 5 （五）编程器 编程器是 最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入 存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序，监视 工作状态。除此以外，在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对 程。利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。 工作原理 用循环扫描的工作方式，在 用户程序按先后顺序存放， 第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。 信操作、程序输入处理、程序执行、程序输出几个阶段。全过程扫描一次所需的时间称为扫描周期。当 于停状态时，只进行内部处理和通信操作服务等内容。在 于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。 （一）输入处理 输入处理也叫输入采样。在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。在此输 入映象寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段。在程序执行时，输入映象寄存器与外界隔离，即使输入信号发生变化，其映象寄存器的内容也不会发生变化，只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被读入信息。 （二）程序执行 根据 形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。遇到程序跳转指令，根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。从用户程序涉及到输入输出状态时， 输入映象寄存器中读出上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映象寄存器读出对应映象寄存器，根据用户程序进行逻辑运算，存入有关器件寄存 器中。对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。 （三）输出处理 程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的 Y 寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。 程语言 （一）梯形图编程语言 梯形图沿袭了继电器控制电路的形式，它是在电器控制系统中常用的继电器、接触器逻辑控制基础上简化了符号演变来的，形象、直观、实用。 梯形图的设计应注意以下三点： 湘潭大学兴湘学院 6 (1)梯形图按从左到右、从 上到下的顺序排列。每一逻辑行起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈与右母线相联。 (2)梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。 (3)输入继电器用于接收外部输入信号，而不能由 部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入继电器的触点，而不出现其线圈。输出继电器输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出继电器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接 口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出继电器的触点可供内部编程使用。 （二）语句表编程语言 指令语句表示一种与计算机汇编语言相类似的助记符编程方式，但比汇编语言易懂易学。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。 （三）控制系统流程图编程图 控制系统流程图是一种较新的编程方法。它是用像控制系统流程图一样的功能图表达一个控制过程，目前国际电工协会 (在实施发展这种新式的编程标准。 进电机及其发展 步进电机又称脉冲电机或阶跃电机，是一种将电脉冲信号转变为角位移或直线位移的电磁元件 ，从能量的转换角度看，它和普通电机无异。国外一般称为 等。 步进电机是一种受电脉冲信号控制的无刷式直流电机，也可看作是在一定频率范围内转速与控制频率同步的同步电机。步进电机的工作过程为，每输入一个脉冲信号，则改变一次励磁状态使转子转过一定角度，若没有脉冲信号输入，则转子保持在某一位置静止不动。 步进电机原始模型起源于 1830 年至 1860 年间，工作的机理是基于最基本的电磁铁作用，步进电机的控制是 从 1870 年前后开始的，应用于氢弧灯的电极输送机构中，这被认为是最初的步进电机。此后，在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。不久又在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中广泛使用。 随着永磁材料的发展，在 20 世纪 60 年代后期，各种实用性步进电机应运而生，半导体技术的发展又推动了步进电机在众多领域的应用。在近 30 年间，步进电机迅速发展并成熟起来。步进电机已经能与直流电机、异步电机，以及同步电机并列，从而成为电动机的一种基本类型。 上世纪 50 年代后期，我国开始进行步进电机的研究及制造。从 50 年代后期到60 年代后期 ，主要是科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品。这些产品以湘潭大学兴湘学院 7 多段结构三相反应式步进电机为主。 70 年代初期，步进电机的生产和研究有所突破。主要在驱动器设计方面和反应式步进电机本体设计研究方面。 70 年代中期至 80 年代中期为产品发展阶段，主要是新品种高性能电机不断被开发。自 80 年代中期以来，由于对步进电机精确模型做了大量研究工作，各种混合式步进电机及其驱动器作为产品广泛利用。 步进电机分三种：永磁式（ ，反应式（ 混合式（ 磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 或 15 度 ；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 ，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家 80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为 而五相步进角一般为 。这种步进电机的应用最为广泛。 进电机的结构和工作原理 步进电机是机电一体化的关键部件之一，被广泛应用于需要精确定位、同步、行程控制等场合。 一、步进电动机有三线式、五线式、六线式三种，但其控制方式均相同，必须以脉冲电流来驱动。若每旋转一圈以 200 个励磁信号来计 算，则每个励磁信号前进 ，其旋转角度与脉冲数成正比，正、反转可由脉冲顺序来控制。 二、步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁 ,其中全步励磁又有 1 相励磁及 2 相励磁之分，而半步励磁又称 1励磁。图为步进电动机的控制等效电路，适应控制 A、 B、 /A、 /B 的励磁信号，即可控制步进电动机的转动。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，即可步进电动机连续转动。 分述如下： A、 1 相励磁法：在每一瞬间只有一个线圈导通。消耗电力小，精确度良好，但转矩小，振动较大，每送一个励 磁信号可走 。若欲以 1 相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图 2示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 图 21 相励磁法 B、 2 相励磁法：在每一瞬间会有二个线圈同时导通。因其转矩大，振动小，故为目前用最多的励磁方式，每送一励磁信号可走 。若以 2 相励磁法控制步进湘潭大学兴湘学院 8 电动机正转，其励磁顺序如图所示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转 图 22 相励磁法 C、 1 励磁法：为 1 相与 2 相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走 ，故亦广泛被采用。若以 1 相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如图 2示。若励磁信号反向传送，则步进电动机反转。 图 21励磁法 步进电动机的负载转矩与速度成反比，速度愈快负载转矩愈小，当速度快至其极限时，步进电动机即不再运转。所以在每走一步后，程序必须延时一段时间。 进电机的特点 步进电机由于它的运行原理、驱动原理及控制方式的特殊性， 使其具有如下特点： (1)步进电机只能在一定脉冲电源供电下才能运行。 (2)采用脉冲供电方式，即励磁绕组上施加的不是一个恒定的直流或交流电压，而是采用电子开关断续加以直流电压。 (3)电机的转速与脉冲频率保持严格的同步关系。 (4)定位能力高，具有自锁能力。 (5)具有较大的加速转矩，其性能的提高与控制方式、驱动电路的参数等有密切关系。 (6)正反转及变速响应性好，易于启动、停止。 (7)电机本体部件少，无刷，可靠性高； (8)步距角选择范围大，可在几十角分至 180 范围内选择，在小步距角情况下，通常可以在超低速下高转矩稳定运行，通常可以不经减速器直接驱动负载。 湘潭大学兴湘学院 9 (9)同时用一台控制器控制几台步进电机可使它们完全同步运行。速度可在相当宽范围内平滑调节。 (10)步进电机带惯性负载的能力较差。 (11)由于存在失步和共振，因此步进电机的加速、减速方法根据利用状态不同而复杂化。 (12)不能直接使用普通的交流电源驱动。 湘潭大学兴湘学院 10 第三章 元器件选择 及 I/统基本框图的确定 电磁铁推拉力测试系统的基本框图 如图 3示 图 3系统基本框图 系统 测试原理 如图 3示 123456789图 3系统测试原理图 湘潭大学兴湘学院 11 元器件的选择 用西门子 列，无需扩展。 步进电机选用雷赛公司 110相混合式步进电机。 驱动器选用与步进电机相配套的雷赛 进驱动器。 滚珠丝杆型号为 2504程角 4 力传感器为 上海天沐 拉压力传感器 。 离合器型号 为 天津市首达永恒离合器厂 显示终端选用 国光 列液晶显示终端 雷赛 进驱动器 驱动器接口和接线介绍 口控制信号接口描述 如图 3示 图 3口控制信号接口 口强电接口描述 如图 3示 图 3口强电接口 输入接口电路 输入接口电路（共阳极接法）控制器集电极开路输出 如图 3湘潭大学兴湘学院 12 图 3输入接口电路（共阳极接法）控制器集电极开路输出 西门子 统和驱动器共阳极的连接 如图 3示 图 3西门子 统和驱动器共阳极 连接 控制信号时序图 为了避免一些误动作和偏差， 满足一定要求，如 图 3示： 湘潭大学兴湘学院 13 图 3控制信号时序图 注释： （ 1） 能信号）应提前 少 5 s，确定为高。一般情况下建议 （ 2） 少提前 降沿 5 s 确定其状态高或低。 （ 3） 冲宽度至少不小于 s。 （ 4） 电平宽度不小于 s。 相步进电机的典型接线如图 3示 湘潭大学兴湘学院 14 图 3相步进电机的典型接线 工作（动态）电流设定 四位拨码开关 共可设定 16 个电流级别，参见下表 3 表 3动器 工作（动态）电流设定 输出峰值电流 输出均值电流 on on on on on on 潭大学兴湘学院 15 on on n n n on n on n on n on n on on n on on 分设定 细分精度由 位拨码开关设定，参见 表 3示 。 表 3动器细分设定 步数 /转 00 on on on 00 on on 00 on on 600 on 200 on on 400 on 2800 on 5600 000 on on on 000 on on 000 on on 000 on 000 on on 0000 on 0000 on 5000 雷赛 110相混合式步进电机 技术规格 如图 3示 图 3赛 110相混合式步进电机 技术规格 湘潭大学兴湘学院 16 外形尺寸 如图 3示 图 3赛 110相混 合式步进电机 外形尺寸 接线图 如图 3示 图 3雷赛 110相混合式步进电机 接线图 湘潭大学兴湘学院 17 统控制过程 电磁铁推拉力测力系统的控制过程： 步进电机的步进角是 ，步进电机每转一圈需要 200 个脉冲，滚珠丝杠每转一圈前进 4转、反转行程是 30以一个单行程需要 1500 个脉冲。 现 拟定让 步进电机正转，用 100 个高速脉冲让步进电机的速度从 0 到一个稳速，然后稳速运行 1300 个脉冲，再用 100 个脉冲让步进电机从稳速到 0。 再让步进电机反转， 整个反转过程同正转一样，步进电机正转，反转各一次，用高速计数器实时记录脉冲个数值。 制系统的 I/O 点及地址分配 控制系统的 I/O 点及地址分配如图 3 3控制系统的 I/O 点及地址分配 湘潭大学兴湘学院 18 第四章 系统控制过程设计 主程序网络 1 如图 4 图 4主程序网络 1 主程序网络 1 中 首次扫描接通，用于初始化，也就是说 动后第一次扫描置位 给步进驱动器方向端子高 电平，步进处于正转状态。 S 就是置位指令，就是将此置为 1。下面的 R 就是复位指令，将位置为 0 主程序网络 2 如图 4 图 4主程序网络 2 主程序网络 2 中， 是初次扫描接通，即 通瞬间第一次扫描周期调用高速输出子程序，至于为什么用 用，这是因为西门子 高速输出的程序调用必须用脉冲调用，也就是说子程序不能处于一直调用状态。而复位 是高速输出子程序的格式，防止 于高电平而不能进行高速输出。因为除了正转调用高速输出外，在正 转结束后电机还要反转，也就是需要二次调用高速输出子程序，因为 有 次扫描时接通 ，以后都处于关闭状态，所以二次调用需要用到另外一个中间位，这里本人 用了 可以是其他中间位），前面说过，高速输出子程序的调用必须是脉冲调用，所以 能一直接通，而是接通瞬间又要关闭，故后面加一个上升沿 |P|复位掉 样 通时调用高速输出，然后又断开，这样就形成了一个脉冲来调用高速输出子程序， 置位是在后面做的，后面再讲。 湘潭大学兴湘学院 19 如图 4示的主程序网络 3 中， 由于还要对当前输出的脉 冲进行实施观测，所以还需要对脉冲进行高速计数，这里就是调用高速计数的子程序，释同高速输出，这个子程序的调用也必须是脉冲调用 。 图 4主程序网络 3 高速输出子程序中网络 1 中 （如图 4示 ） ， 一个特殊寄存器，就是一直接通的一个开关。 是写数据的指令，就是将数据写入地址。这是对脉冲三段输出的轮廓表格式字写入，因为 冲输出是有一个加速段，一个匀速段，一个减速段，一共三段，所以要对这三段的参数进行设置。西 门子 冲输出 是西门子 定的。 地址，这个首地址也可以是其他地址），这里写入的是一个字节，固定为 3，意思就是三段输出； 一个地址 ，这里是写入的一个字，写入的是初始周期，本人 这里写入的是 300 微秒， 加速段平均变化周期，写入 思是每个脉冲周期大小减 2，周期减小，脉冲输出频率就会增加，步进速度 加快； 里写入的是一个双字，是加速段的脉冲数，按照设计要求是 100 个脉冲，写入 100；匀速段的脉冲输 出周期，这里写入 100 微秒， 匀速段平均变化周期，但是因为匀速段周期是不变的，所以这里固定写入 0； 匀速段的脉冲个数，按设计要求是 1300 个脉冲，写入 1300； 减速段的初始周期，也就是匀速段的周期， 100 微秒； 减速段平均变化周期，写入 2，即每个脉冲周期加 2，这样脉冲频率就会慢慢降低，电机速度就会 下降； 减速段的脉冲数，按设计要求是 100 个，写入 100。 湘潭大学兴湘学院 20 湘潭大学兴湘学院 21 图 4高速输出子程序中网络 （接上一页） 图 4高速输出子程序网络 2 高速输出子程序网络 2 中 （如图 4 高速 冲输出的控制字，控制字各个位的意思如图 4示 ： 图 4高速 脉冲输出控制字 由于用的是 为脉冲输出，所以要用到 不是 一个字节，有 8 个位组成，分别是 个位的意思如上图所示。这里写入的是 2#10100000，这是一个二进制数，也就是只有 1，其他几个位都是 0，这个意思就是启用 速脉冲输出（ 1），选择 式（ 0），多段操作（ 1），异步更新（ 0，这个参数一般不常用，影响不大），周期单位选择为微秒（ 0），脉冲计数无更新（ 22 为 0.，因为 脉冲数都在多段轮廓表里规定过了，所以不需要更新），脉宽无更新（ 0， 出的脉宽 是不变的，占空比一直都是 50%，所以这个参数只针对 式才有效），周期无更新（ 0，周期值轮廓表已规定，这里不需要更新）。 里要写入前面我们三段轮廓表的首地址，首地址是 以这里写入数据 500，至于为什么写到 面，这是西门子 定的。 是连接中断， 进入中断子程序 19 是中断号， 19 号中断就是 出完成。这个指令的意思就是 冲输出完成后程序就进入中断子程序 行一周期的扫描。 脉冲输出的指令 ，在前面对各种参数设置完成后就要调用这个指令开始脉冲输出了。 图 4高速计数子程序 高速计数子程序 如图 4示 ，用 用，这是西门子 速计数的格式，规定是 用， 个地址里是写入高速计数的控制字，如图 4示 。湘潭大学兴湘学院 23 一般 采用的是计数器 以控制字是 上面讲到的高速输出控制字，这个控制字也是一个字节，由 8 位组成，为 这里写入的数据是 16#是一 个十六进制数，换成二进制就是 2#11111000，意思就是启用 新当前计数值（因为下面要想当前计数值里写入数据 0，所以要更新），更新预设值（理由同计数值），更新方向（因为我们这里只是计数当前输出脉冲，并不管脉冲的方向，所以这里无所谓），向上计数（就是增计数，每给驱动器一个脉冲，计数值就加 1），其他三个位用不到 。 图 4高速计数的控制字 定义高速计数器的模式，参数 0 的意思就是使用高速计数器 数 9 的意思 就是采用模式 9，模式的意思如图 4式 9 是 A/B 相正交计数器，因为有 相，所以采用了模式 9，这样 A 相就接 B 相就接 湘潭大学兴湘学院 24 图 4接上一页） 个地址里放的是当前计数值，因为计数从 0 开始计数，所以写入 0。 个一般用于高速计数中断，因为用不到高速计数中断，所以这里的预设值只需要大于前面输出脉冲个数的最大值就可以了。 是调用高速计数了，在各种参数都写入规定好后就要 调用了。 图 4中断子程序 络 1 中断子程序 络 1 如上图 4示 ，前面说过这个中断子程序是 速输出完成后所要扫描的程序，网络 1 的意思就是在 速输出完成后，也就是正转完成后，复位掉方向输出 这时驱动器的方向控制端子为低电平，电机进入反转状态，因为反转也需要脉冲驱动，并且也是加速、匀速、减速三个阶段，并且加减速的各种参数以及脉冲数都和正转是相同，所以需要二次调用高速脉冲输出，所以这里置位 位后，在主程序网络 2 中高速输出子程序的前面又接通了，所以就实现了二次调用。至于为什么在置位 面加上一个 常开点，这是因为如果不加这个常开点在反转脉冲输出结束后程序再次进入中断子程序，样就会出现三次调用高速输出，电机就会在反转结束后再次转动，与要求不符，所以加个 常开点，这样在第一次正转结束后进入中断时，因为此时是正转 状态方向 1（在主程序网络 1 中初始化置位），所以这个时候 常开点是接通的，就能成功置位 现高速输出子程序的二次调用，而在反 转脉冲输出完成后进入中断时，这是是反转状态， 0， 常开点是断开的，所以这时就不能置位 不会出现三次调用。 湘潭大学兴湘学院 25 图 4中断子程序 络 2 中断子程