基于plc控制步进电机的数控滑台课程设计定稿

课程设计（学年论文）说明书课题名称：基于PLC的单轴数控伺服滑台设计专业班级：10机械设计制造及其自动化01班

目录摘

要 3一、滑台整体方案图 3二、数控滑台的总体设计方案 32.1滑台设计 32.2运动设计 32.3滚珠丝杆副的尺寸计算与参数选用 32.3.1滚珠丝杆副简介 32.3.2滚珠丝杆副的消除间隙和预加载荷 32.3.3滚珠丝杆副的结构 32.3.4滚珠丝杆副的尺寸计算 3A. 根据定位精度要求确定脉冲当量选择步距角 3B. 根据电机的最高运行频率及步距角，确定电机最高转速 32.3.5滚珠丝杠计算、选择 3i. 导程的选择 3ii. 平均转速 3iii. 平均载荷Fm 3iv. 时间寿命与回转寿命 3v. 额定动载荷𝐂𝐚 3vi. 预紧载荷𝐅𝐚𝐨 3vii. 丝杆公称直径𝐝𝟎 3viii. 丝杆初选 3ix. 丝杆螺纹长度𝐥𝟏 31) 丝杆刚度𝐑𝐬 32) 螺母刚度𝐑𝐧𝐮 33) 支承刚度𝐑𝐚𝐋 34) 轴向总刚度𝐑𝐭𝐨𝐭 32.6轴承的选定 32.7联轴器的选择 3三、电机的选定 3(一) 驱动转矩 3(二) 由预加载荷产生的转矩 3(三) 惯性加速转矩 3(四) 总转矩的计算 3(五) 驱动器的选择 3(六) 行程控制 3(七) 进给速度控制 3(八) 进给方向控制 3四、直线导轨的选定 3a) 导轨的选择 3b) 光栅传感器的设计 3五、PLC控制系统的设计 3(I) 控制系统的设计方案 3 设计任务和要求如下设计任务和要求如下： 3I/O接口规格 3 接线图 3 PLC控制的安装接线图 3 梯形图 3 指令程序 3(II) PLC控制系统的接地方法 3参考文献 3基于PLC的单轴数控伺服滑台设计摘

要随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程

PLC（可编程控制器）是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,

在工业上有着广泛的应用。论文介绍了步进电机的工作原理和控制原则,

以及步进电机的驱动器工作方式。光栅尺传感器系统主要应用于直线移动导轨机构或精密位移量的测量，可实现移动量的高精确显示和自动控制，已广泛应用于机床加工和仪器的精密测量。本系统简单实用，成本低，完全满足系统的控制要求，具有很好的实用性,本文还将给出一些必要的系统设计资料，供参考之用

关键词：PLC、步进电机、光栅尺一、滑台整体方案图二、数控滑台的总体设计方案

2.1滑台设计1.滑台——对数控滑台而言，主要是纵横方向两个坐标的传动，根据设计任务要求，决定采用点位控制，用伺服电机驱动的开环控制系统，这样可以使控制系统简单，成本低，调试维修容易，为确保数控系统的传动精度和工作平稳性，此工作台采用滚珠丝杠螺母副和滚珠滚动导轨，为尽量消除齿侧间隙。

1.交流伺服电机--交流电动机与直流伺服电机相比，交流电动机输出功率可比直流电动机提高10﹪～70﹪，此外，交流电动机的容量可比直流电动机造得大，达到更高的电压和转速。现代数控机床都倾向采用交流伺服驱动，交流伺服驱动已有取代直流伺服驱动之势。

2.联轴器—采用机械式结构的联轴器，这种联轴器的特点是大扭矩承载、高扭矩刚性和卓越灵敏度；免维护、超强抗油和耐腐蚀性；零回转间隙；体积小巧的联轴器，总长度短

，结构简单。

3.滚珠丝杠—选用的滚珠丝杠精度高，并通过使用高纯净度的合金钢并采取特殊的表面热处理方式，使产品具有优异的耐久性。

4.丝杠螺母座—采用径向安装尺寸小，安装简便的丝杠螺母座。

5.滑鞍—采用田字格结构，彻底减轻滑鞍的重量。

2.2运动设计

数控机床半闭环进给系统如下在图a

中，伺服电动机2经齿轮副3（或同步齿形带副），滚珠丝杆4拖动工作台5。反馈装置1与电动机轴相联，发出反馈信号。图b

与图a

基本相同，但反馈装置在丝杆的端部。在图c

中，伺服电动机直接与丝杆联接。图a

和图c

的优点是可以把反馈装置（如旋转变压器、测速发电机、脉冲编码器）等装在伺服电动机内，成为一个部件。图b

的优点是齿轮等传动副3处于半闭环之内，其传动误差可由反馈校正。

2.3滚珠丝杆副的尺寸计算与参数选用

2.3.1滚珠丝杆副简介

数控机床为了提高进给系统的灵敏度,定位精度和防止爬行,必须降低摩擦并减少静、动摩擦系数之差。因此，行程不太长的直线运动机构常用滚珠丝杆副。滚珠丝杆副的传动效率高达85%～98%,是普通滑动丝杆副的2～4倍。滚珠丝杆副的摩擦角小于1°,因此本能自锁。如果滚珠丝杆副驱动升降运动(如主轴箱或升降台的升降),则必须有制动装置。滚珠丝杆可以消除反向间隙并施加预载，有助于提高定位精度和刚度。

滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动转变为直线运动或将直线运动转变为旋转运动，它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展。这一发展的深刻意义如同滚动轴承对滑动轴承所带来得改变一样。滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛的运用于各种工业设备、精密仪器、精密数控机床。尤其是近年来，滚珠丝杠副作为数控机床直线驱动执行单元，在机床行业得到广泛运用，极大的推动了机床行业的数控化发展。

滚珠丝杆的特点主要有：

（1）

传动效率高

在滚珠丝杆副中，自由滚动的滚珠将力与运动在丝杆与螺母之间传递。这一传动方式取代了传统螺纹丝杆副的丝杆与螺母间直接作用方式，因而以极小滚动摩擦代替了传统丝杆的滑动摩擦。使滚珠丝杆副传动效率达到90%以上，为滑动丝杆副的2～4倍，整个传动副的驱动力矩减少至滑动丝杆的1/3左右，发热率也因此得以大幅降低。

（2）

运动平稳

滚珠丝杆副在工作中摩擦阻力小，灵敏度高，而且摩擦系数几乎与运动速度无关，启动摩擦力矩与运动时的摩擦力矩的差别很小。所以滚珠丝杆副运动平稳，启动时务颤动，低速时无爬行。

（3）

可以预紧

通过对螺母施加预紧力能消除丝杆副的间隙，提高轴向接触刚度，而摩擦力矩的增量却不大。

（4）

定位精度和

重复定位精度高

由于前述的三个特点，滚珠丝杆副发热率低,温升以及在加工过程中对丝杆采取预紧拉伸并预紧消除轴向间隙等措施,因此采用精密滚珠丝杆副时可以获得较高的定（5）使用寿命长

滚珠丝杆和螺母均用合金钢制造，螺纹滚道经热处理（硬度HRC58～62）后磨至所需的精度和表面粗糙度，具有较高抗疲劳的能力。滚动摩擦磨损极微，因此具有较高的使用寿命和精度保持性。实践证明，使用寿命约为普通滑动丝杆副的4～10倍，甚至更高。

（6）

同步性好

由于滚珠丝杆副运转顺滑、消除轴向间隙以及制造的一致性，采用多套相同的滚珠丝杆副同时传动几个相同的部件或装置时，由于反应灵敏，无阻滞，无滑移，可以获得较好的同步运动。

（7）使用可靠，润滑简单，维修方便

与液压传动相比，滚珠丝杆副在正常使用条件下故障率低。维修保养也极为简单，通常只需进行一般的润滑和防尘。

（8）不自锁

由于滚珠丝杆副的

摩擦角小，所以不能自锁。当用于竖直传动或需急停时，必须在传动系统中附加自锁机构或制动装置。

（9）传动可逆性

滚珠丝杆副没有滑动丝杆粘滞摩擦，消除了在传动过程中可能出现的爬行现象，滚珠丝杆副能够实现两种传动方式——将旋转运动转化为直线运动或将直线运动转化为旋转运动并传递动力。

2.3.2滚珠丝杆副的消除间隙和预加载荷

滚珠丝杆可以消除反向间隙。为了提高刚度，还可使它在过盈的条件下工作，即可以预加载荷，或称预紧。消除间隙和预加载荷有很多方法。在机床上常用的是双螺母法。把左、右螺母往两头撑开，左、右螺母接触方向相反。左、右螺母装在一个共同的螺母体内。这就可使螺母作为一个整体，与丝杆间处于无间隙或过盈状态以提高接触刚度。常见的消除间隙和预加载荷的方式有双螺母式和齿差式。本设计采用的是双螺母垫片预紧的方式。

滚珠丝杆的预紧是根据下述原则确定的：如在预紧后的滚珠螺母体上受一个外载荷F，方向为向右，则右螺母4的接触变形（指螺母滚道-钢珠-丝杆滚道沿接触线的变形）加大，左螺母则减小。F大到某种程度，可使左螺母的接触变形减小到零。如果F再加大，则左螺母与丝杆间将出现间隙，影响定位精度。可以证明，使不受力侧的螺母接触变形降至零的外载荷F，约等于预加载荷0F的3倍，（准确值为2.83倍），F=30F。因此，滚珠丝杆的预加载荷的0F，应不低于丝杆最大轴向载荷的1/3。预紧后的刚度，可提高到为无预紧时的2倍。但是，预加载荷过大，将使寿命下降和摩擦力矩加大。通常，滚珠丝杆在出厂时，就已由制造厂调好预加载荷。预加载荷往往与丝杆副的额定动载荷aC有一定的比例关系。

2.3.3滚珠丝杆副的结构

滚珠丝杆副的结构主要有内循环和外循环两种方式。本设计采用内循环（浮动反向器）方式。其主要特性有：

（1）

滚珠返回通道短，不受负荷的滚珠最少，滚珠间摩擦损失小，提高了传动的灵敏度；

（2）

螺母径向和轴向尺寸较小；

（3）

返回器刚性高，滚珠循环装置有较高的可靠性；

（4）

返回器在螺母返回孔内自由浮动，返回器回路与螺母螺纹滚道的对接可以自动调整，滚珠在返回循环过程中摩擦阻力小，传动平稳，定位精确；

（5）

返回器如用工程塑料制作，则吸振性能好，耐磨，噪声小，一次成型，工艺简单，成本低。

本设计采用双螺母垫片预紧的方式。双螺母预紧的特点有：

（1）

修磨垫片来改变两个螺母间的轴向距离。分为拉伸预紧和压缩预紧两种。本设计采用拉伸预紧的方式。

（2）

结构简单，调整片做成两半，修磨时不需拧下螺母。调整后不易松动，刚度高。

2.3.4滚珠丝杆副的尺寸计算根据定位精度要求确定脉冲当量选择步距角

根据经验，初步选择导程为5mm的丝杆；本系统中的定位精度均为±0.025mm，因此脉冲当量均取QUOTE=0.025mm/Hz，QUOTE为脉冲当量为0.025mm/hz；i为传动比QUOTE

QUOTE因为本滑台的滚珠丝杠和电机是用联轴器直接相连，故i=1，可得步进电机步距角

QUOTE根据快速进给速度，确定电机的最高运行频率

QUOTEvmax为工作台运行最高速度（m/min）；

fmax为步进电机最高运行频率（Hz）。

代入工作台最快进给速度60m/min，脉冲当量0.025mm/Hz

计算得maxf=40000HZ根据电机的最高运行频率及步距角，确定电机最高转速

计算可得nmax=2400r/min

2.3.5滚珠丝杠计算、选择

导程的选择

丝杆的导程必须满足下式Ph0为导程（mm）Vmax为工作台运行最高速度（mm/s）；

nmax为电机最高转速（r/min）;

I为传动比;

代入数据得导程Pho≥5mm，故取PB=5（mm）平均转速由于我们要选择的丝杆的运转方式为无切削方式，由上表可知

取丝杆平均转速nm=1400r/min由于我们要选择的丝杆的运转方式为无切削方式，由上表可知

取丝杆平均转速nm=1400r/min平均载荷Fm轴向载荷

Fa=Fw+F

Fw为摩擦阻力，Fw=μmg

其中m=10kg，μ取0.2;

F为切削阻力，为0;

计算可得Fa=19.6N;

故平均载荷Fm=Fa=19.6N

时间寿命与回转寿命

工作寿命为5年，一年工作300天，每天工作6小时，因此工作寿命Lh=5*300*6=9000（小时）

回转寿命L=Lh*nmax*60*I=6480000000r

额定动载荷𝐂𝐚

Fw为载荷系数，此处为普通运动，由下表取Fw=1.4

计算可得Ca=4240.21N

故选丝杆时，丝杆的额定动载荷Ca应该大于等于4240.21N预紧载荷𝐅𝐚𝐨

Fao=Fa/3=19.6N/3=6.53N

其中Fa为轴向载荷

丝杆公称直径𝐝𝟎

丝杆临界转速nk=2400*5÷0.8=3000r/minln为临界长度，取350mmfnk为支承系数，当支承方式为固定-支承时，取18.9计算可得d2=1.97mm

故所选的丝杆的底径d2应大于等于1.97mm丝杆初选

综上可知

，我们要选的丝杆应满足：

导程Pho≥5mm

底径d2≥9.7mm

额定动载荷Ca≥2420.21N

又根据所设计的二维滑台的精度等设计要求，我们初步选取的丝杆型号如下N

F

S

G

20

×

5

×

3.5

3—P2—

l2*l1丝杆螺纹长度𝐥𝟏

l1=lu+2le

lu为有效行程，为350mm

le为余程，根据导程PB=5mm和下表可知le=20mm计算可得l1=390mm

故丝杆螺纹的长度不得小于390mm加上丝杆螺母总成的一半21.5mm（螺母总长为43mm）

得丝杆螺纹长度≥411.5mm，在此取丝杆螺母长度为l1=430mm。

则轴承之间的距离la=430mm。加上轴承安装长度和与联轴器的连接长度，

取丝杆长度为500mm

故丝杆编号为：

N

F

S

G

20×5×3.5

3—P2—500×430

2.3.6滚珠丝杆传动系统刚度

丝杆刚度𝐑𝐬

当ls1=lk时，Rs为最小值，一般情况下计算最小刚度值

Ra=165*QUOTE可得Ra=144.8N/min

此时计算轴向弹性变形量

计算可得δs=0.14μm螺母刚度𝐑𝐧𝐮

Rnu=0.8*R*QUOTE1/3Ca=10033N

Fs0=1/3Fa=6.5N

刚度计算系数ε取0.1（垫片预紧）

计算可得Rnu=45.8N/μm计算可得δnu=0.43μm支承刚度𝐑𝐚𝐋

查表可得RaL=1020N/μm计算可得δaL=0.019μm轴向总刚度𝐑𝐭𝐨𝐭计算可得Rtot=33.65N/μm计算可得δtot=0.589μm2.6轴承的选定

轴承跟丝杆的配合方式是过盈配合，根据丝杆内径（20mm），选取内径为20mm的轴承。支承方式选用“固定—游动”型。

在固定端固定端采用一对深沟球轴承，型号如下：新标准6203，尺寸为：轴承系列：深沟球轴承

内径d：17mm

外径D：40mm

厚度B：12mm

材质：轴承钢

载荷方向：向心或径向或二者皆可

内外径尺寸：17*402.7联轴器的选择联轴器的结构原理及型号选择

一般机械都是由原动机、传动机和工作机构组成，这三部分必须联接起来才能工作，而联轴器就是把它们联接起来的一种重要装置。联轴器主要用于两轴之间的联接，它也可用于轴和其它零件（卷筒、齿轮、带轮等）之间的联接。它的主要任务是传递扭矩。

根据被联接两轴的相对位置关系，联轴器可分为刚性、弹性和液力三种。刚性联轴器用在两轴能严格对中，并在工作时不发生相对位移的地方；弹性联轴器用在两轴有偏斜或工作中有相对位移的地方；液力联轴器是用液体动能来传递功率，用在需要保护原动机不遭过载损坏而又可空载起动的地方。

几种常用的联轴器：

一、刚性联轴器

刚性联轴器不具有补偿被联接两轴轴线的相对偏移的能力，也不具备缓冲减震性能；但刚性联轴器的结构简单、价格便宜。适用于载荷平稳、转速稳定、轴的刚性较大、且能保证被联接两轴轴线相对偏移极小的情况下。

=1\*GB3①凸缘式联轴器

②套筒联轴器

③夹壳式联轴器联轴器型号的计算及其选则：公式：TC=KT[T]1.名义转矩T（N·m）

名义转矩T=QUOTE2.计算转矩TC考虑机器启动时的弹性力和过载等影响，应将名义转矩修正为计算转矩。联轴器的计算转矩TC（N·m）可按下式计算：

TC=KT

式中K的工作情况系数为1.25—1.5

则Tc=1.25*1.592=1.99

N·m

据《机械设计课程设计》表17-2选择凸缘联轴器（GB5843-86），所以联轴器选择的型号为：YL3-YLD3型确定联轴器的型号需满足Tc≤[T]

[T]为了联轴器的额定转矩Tc=1.99N·m<[T]=25N·m

满足要求

校核联轴器最大转速

：联轴器工作时的转速应满足nmax≤[n]

[n]为联轴器的额定转速

nmax=2400<[n]=6400

满足要求。

三、电机的选定

驱动转矩Mta=轴向载荷Fa=19.6N

系统效率，η取0.8

计算可得Mta=0.0195Nm由预加载荷产生的转矩Mts=预紧载荷Fs0=1/3Fa=6.5N

预紧螺母内的摩擦系数KP取0.2

计算可得Mts=0.0011N惯性加速转矩ⅰ）、工作台与负载的惯量：Ja=MQUOTE

Ja为工作台与负载的惯量；

M为工作台与负载的总质量（Kg），初取6Kgⅱ）、滚珠丝杆惯量：

JB=QUOTEJB为滚珠丝杆的惯量；

QUOTE为滚珠丝杆的密度，7.903gcm；

LBD为滚珠丝杆总长，500mm；

Db为滚珠丝杆外径，19.5mm。

折算到步进电机轴上的总惯量为：J=JA+JB惯性加速转矩:Ta=JQUOTEfn、f0为加速开始及终止时的脉冲频率（Hz）；

t为加速过程时间(s)，t=vmax/a=1s

(其中a是加速度1m/s2)已知f=40

000Hz，取f=2

000Hz

计算可得Ta=0.0026Nm总转矩的计算

电机转矩

T=Mta+Mts+Ta=0.0232Nm

可知所要选的电机的转矩应该大于0.0232Nm

根据所算的电机转矩T和步距角α，查表1-5得选取步进电机型号为：60CB040C-010000驱动器的选择据表1-5的相适配的驱动器选择MS0040C型号的驱动器行程控制

一般液压滑台和机械滑台的行程控制是利用位置或压力传感器

（行程开关/死挡铁）来实现；而数控滑台的行程则采用数字控制来实现。由数控滑台的结构可知，滑台的行程正比于步进电机的总转角，因此只要控制步进电机的总转角即可。而步进电机的总转角正比于所输入的控制脉冲个数，因此可以根据伺服机构的位移量确定

PLC

输出的脉数：

n=

DL/d

（1）

式中：

DL

为伺服机构的位移量（mm）；

d为伺服机构的脉冲当量（mm/脉冲）。

进给速度控制

伺服机构的进给速度取决于步进电机的转速，而步进电机的转速取决于输入的脉冲频率。因此，可以根据该工序要求的进给速度，确定其

PLC

输出的脉冲频率：

f=Vf

/

60d

(Hz)

（2）

式中：

Vf

为伺服机构的进给速度（mm/min）。

进给方向控制

进给方向控制即步进电机的转向控制.可通过改变步进电机各绕组的通电顺序来其转向，如三相步进电机通电顺序为：

A-AB-B-BC-C-CA-A

„时电机正转；当绕组按A-AC-C-CB-B-BA-A

„顺序通电时电机反转。因此，可以通过

PLC

输出的方向控制信号改变硬件环行分配器的输出顺序，或经编程改变输出脉冲的顺序来改变步进电机绕组的通电顺序实现。四、直线导轨的选定

导轨的选择根据设计要求，需要承受的载荷不大（49N），定位精度高，因此在该设计中选用直线滚动导轨。结合导轨长度和精度要求，初步选取上银科技股份有限公司MGN系列导轨。

选取的导轨必须满足导轨直线度小于定位精度的1/3（0.05mm/3=16.7μm）

根据下表可选定导轨的精度等级为H。根据其轨道长度表，查上银直线导轨技术手册表2-3-12选取导轨的具体编号如下：

MGN

R

12

R510

E

H

M技术参数查表如下图所示：提高导轨耐磨性措施

1.争取无磨损

保证完全的液体润滑，使润滑剂把摩擦面完全分隔开。

2.争取少磨损

1）正确选择摩擦副的材料和热处理

2）降低压强

3）改变摩擦性质

4）加强防护

3.争取均匀磨损，磨损不均匀的原因主要有两个：

1）在摩擦面上压强分布不均；

2）各个部分的使用机会不同。

争取均匀磨损有如下措施：

(1)

力求使摩擦面上压强均匀分布，例如导轨的形状和尺寸要尽可能使集中载荷对称；(2)

尽量减少扭转力矩和倾覆力矩；

(3)

保证工作台、溜板等支承件有足够的刚度；

(4)

摩擦副中全长上使用机会不均的那一件硬度应高些光栅传感器的设计\o"光栅尺"光栅尺位移\o"传感器"传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于数控机床的\o"闭环伺服系统"闭环伺服系统中，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。光栅尺位移传感器-检测与数据处理在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。由于位移是一个矢量，即要检测其大小，又要检测其方向，因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波，通常采用由低漂移运放构成的差分放大器。由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端，从差分放大器输出的两路\o"信号"信号其相位差为π/2，为得到判向和计数脉冲，需对这两路信号进行整形，首先把它们整形为占空比为1：1的方波。然后，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数，可以得到光栅尺的位移和速度。然后通控制器的比较和判断后发出指令控制滑台的位移及移动速度和方向。与本导轨配套的光栅传感器选择欧姆龙区域传感器F3W-D052A具体参数如下：检测距离3m(LONG模式：1～3m、SHORT模式：0.05～1m

开关切换)※出厂时为SHORT模式光轴间距25mm光轴数5光軸测量宽度100mm标准检测物φ35mm以上的不透明物体光源(发光波长)红外发光二极管

(860nm)电源电压DC12～24V±10%波动(p-p)10%以下功耗投光器：0.6W以下、受光器：0.7W以下控制输出负载电源电压DC30V、负载电流100mA以下(残留电压1V以下)

NPN集电极开路输出

入光时ON/遮光时ON开关切换式拣选指示输入采用有接点或无接点输入的集电极开路

指示灯亮灯输入电压：0～2V

熄灯输入电压：开路(漏电流0.1mA以下)保护回路电源反接保护、输出短路保护、相互干涉防止功能(频率切换开关方式)响应时间动作、复位：各10ms以下五、PLC控制系统的设计控制系统的设计方案

利用

PLC的高速脉冲输出功能输出脉冲信号

,经过专用的步进电机驱动器去控制步进电机。由于小型

PLC的高速脉冲输出端一般较少

,这种控制方案要购置配套的驱动器

,以产生控制步进电机的环型脉冲信号。伺服机构采用硬件环行分配器，则占用

PLC

的

I/O

口点数少于5

点，一般仅为3

点.其中

I

口占用

1

点，作为启动控制信号；O

口占用

2

点，一点作为

PLC

的脉冲输出接口，接至伺服系统硬环的时钟脉冲输入端，另一点作为步进电机转向控制信号，接至硬环的相序分配控制端由于采用软环则占用的

PLC

资源较多，特别是步进电机绕组相数

M>4

时，因此大型生产线应对此予以充分考虑采用硬件环行分配器，虽然硬件结构稍微复杂些，但可以节省占用

PLC

的

I/O

口点数。在

PLC对步进电机的控制中

,需要根据下面计算出3个参数:

脉冲当量=

(步进电机步距角×螺距)/(360×传动速比)

脉冲频率上限

=

(移动速度×步进电机细分数)/脉冲当量

最大脉冲数量

=

(移动距离×步进电机细分数)/脉冲当量根据这3个参数

,才能计算出相应的控制数据。步进电机的控制以开环控制居多。如果用光栅尺做速度或位置反馈

,结合

PLC的高速脉冲计数功能

,就可实现半闭环控制本系统由欧姆龙CPM1A控制器、和森创60CB040C-010000型交流伺服电机、和MS0040C型号的驱动器、欧姆龙区域传感器F3W-D052A光栅尺、西门子TP170人机界面组成。系统框图如图所示设计任务和要求如下设计任务和要求如下：1、任务：工作台来回往复运动由伺服电动机带动蜗轮驱动工作台，工作台速度和方向由限位开关SQ1—SQ4控制。工作台循环工作过程为：工作台起动—向右移动工进—减速至换向—左移快速返回—减速至换向—进入正向工作状态。2、要求：

（1）电气原理图设计，工作方式设置

为自动循环、点动二种。

（2）PLC梯形图设计，工作方式设置为自动循环、点动、单周循环和步进四种。

（3）有必要的电气保护和联锁。

（4）自动循环时应按上述顺序动作。I/O接口规格接线图PLC控制的安装接线图梯形图指令程序PLC控制系统的接地方法

1.

由于PLC机柜和操作台、配电柜等用电设备的金属外壳及控制设备正常不带电的金属部分，由于各种原因（如腐蚀、绝缘破损等）而有可能带危险电压，所以应该进行保护接地，低于36V供电的设备，无特殊要求可不做接地保护。

2.

PLC控制系统中的基准电位是各回路工作的参考电位，基准电位的连接线称为系统地，通常是控制回路直流电源的零伏导线，系统接地的方式有浮地方式、直接接地方式和电容接地方式。

3.为防止静电感应和磁场感应而设置的屏蔽接地端子应做屏蔽接地。其中信号回路接地和屏蔽接地又通称为工作接地参考文献孙波主编.

毕业设计宝典.

西安电子科技大学出版社，2008蒋秀珍主编.精密机械结构设计.清华大学出版社.2010冯浩王建新赵书尚主编.机电一体化系统设计.华中科技大学出版社.2009王昆何小柏汪信远主编.机械设计课程设计.高等教育出版社.1996濮良贵纪名刚主编.机械设计.高等教育出版社.2005李雪梅主编.

数控机床.

北京电子工业出版社，2004

冯辛安主编.机械制造装备设计.机械工业出版社.2005冯清秀邓星钟编著.机电传动控制.华中科技大学出版社.2011电机及驱动产品规格型号一览表（森创）上银直线导轨技术手册成绩评定：指导教师评语：指导教师签字：2014年1月10日项目比重评价项目比重评价开题报告10工作量、工作态度20实践能力20分析、解决问题能力20质量20创新10得分答辩记录：八、答辩意见及答辩成绩答辩小组教师（签字）：2014年1月10日九、总评成绩：（教师评分×75%+答辩成绩×25%）×75%+×25%=基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究\