可調(diào)速運(yùn)料小車設(shè)計(jì)

《可調(diào)速運(yùn)料小車設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《可調(diào)速運(yùn)料小車設(shè)計(jì)（39頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

摘 要 近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，可編程序控制技術(shù)已廣泛應(yīng)用于自動化控制領(lǐng)域，可編程序控制器（PLC）以其高可靠性和操作簡便等特點(diǎn)，已經(jīng)形成了一種工業(yè)趨勢?！　　　　　　　　　　　? 可編程控制器是一種新型的通用控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，這一新型的通用自動控制裝置以其高可靠性、較強(qiáng)的工作環(huán)境適應(yīng)性和極為方便的使用性能，深受自動化領(lǐng)域技術(shù)人員的普遍歡迎。 運(yùn)料小車在現(xiàn)代化的工廠中普遍存在。傳統(tǒng)的工廠依靠人力推車運(yùn)料，這樣浪費(fèi)了大量的人力物力，降低了生產(chǎn)效率。而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中大量運(yùn)用PLC控制運(yùn)料小車，并結(jié)合組態(tài)王軟件完成數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)界面(HMI)和數(shù)據(jù)處理，使生產(chǎn)自動化，智能化，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動成本。 關(guān)鍵詞：可編程控制器（PLC） 組態(tài)王 自動化 控制 ABSTRACT In recent years, with the scientific and technological progress and rapid development of microelectronic technology, programmable control technology has been widely used in automation and control, programmable logic controller (PLC) for its high reliability and simple operation, has been formation of an industry trend. Programmable controller is a new type of universal control devices, it will traditional relay - contactor control technology, computer technology and communication technology integration, designed specifically for industrial control, this new automatic control device to the general its high reliability, strong work environment is very easy adaptability and performance, by the automation of technical staff in general. The car used for transport materials is common in modern factories. Plants rely on traditional human carts haul, so that waste a lot of manpower and resources, reduce production efficiency. The extensive use of modern industrial production car transport materials PLC control, combined with Configuration software for data communications, network management, human-machine interface (HMI) and data processing, the production automation, intelligence, greatly improving production efficiency and reduce labor costs. Keywords: Programmable logic controller (PLC) Kingview Automation Control 目錄 第一章 緒論 1 1.1課題的研究背景及意義 1 1.2 設(shè)計(jì)要求及主要內(nèi)容 1 第二章 可編程控制器（PLC）概況 3 2.1 PLC的定義 3 2.2 PLC的發(fā)展 3 2.3 PLC的特點(diǎn) 3 2.4 PLC的基本組成及各部分作用 4 2.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 4 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 3.1 PLC的選型 8 3.2 變頻器 13 3.3 電動機(jī) 15 3.4 旋轉(zhuǎn)編碼器 19 3.5 行程開關(guān) 21 3.6 人機(jī)界面 22 3.7 PLC外部接線圖 15 第四章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 4.1 梯形圖概述 25 4.2 運(yùn)料小車梯形圖程序設(shè)計(jì) 26 第五章 總結(jié) 34 參考文獻(xiàn) 35 3 第一章 引 言 1.1課題的研究背景及意義 隨著我國工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，運(yùn)料小車成為了工業(yè)運(yùn)料的主要設(shè)備之一。由于其工作效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、大大降低了工人的勞動強(qiáng)度、減少了工人的體力勞動，在冶金、有色金屬、煤礦、港口、碼頭、工業(yè)自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 早期運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)多為“繼電器一接觸器”組成的復(fù)雜系統(tǒng)，這種系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)周期長、體積大、成本高等缺陷，幾乎無數(shù)據(jù)處理和通信功能，必須有專人負(fù)責(zé)操作。20世紀(jì)以來隨著人類科技的迅猛發(fā)展，各種工業(yè)化自動控制產(chǎn)品都在向著控制可靠，操作簡單，通用性強(qiáng)，價(jià)格低廉等方向發(fā)展，使自動控制的實(shí)現(xiàn)越來越容易。PLC應(yīng)運(yùn)而生。 PLC 是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，PLC 及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。因而可以說PLC 是近乎理想的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。PLC的輸入/ 輸出接口是已經(jīng)按不同需求做好的，可直接與控制現(xiàn)場的設(shè)備相連接。同時(shí)，PLC 具有很強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器、監(jiān)視器或觸摸屏等人機(jī)界面可對PLC 的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。隨著PLC技術(shù)的成熟、性價(jià)比的不斷提高，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在工業(yè)自動化中發(fā)揮著越來越重要的作用。 本設(shè)計(jì)將PLC應(yīng)用到工業(yè)送料小車的電氣控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)料小車的自動化控制，使運(yùn)料小車不再需要人工控制，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，提高了系統(tǒng)的自動化程度。PLC運(yùn)料小車電氣控制系統(tǒng)具有連線簡單，控制速度快，精度高，可靠性和可維護(hù)性好，安裝、維修和改造方便等優(yōu)點(diǎn)。 1.2 設(shè)計(jì)要求及主要內(nèi)容 1.2.1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示 圖中異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，滾珠絲桿也旋轉(zhuǎn)一周，裝在滾珠絲桿另一端的旋轉(zhuǎn)編碼器也旋轉(zhuǎn)一周，輸出一周的脈沖信號，同時(shí)，運(yùn)料小車移動一個(gè)絲距的距離。當(dāng)工作臺上的定位貼片靠近接近開關(guān)時(shí)，接近開關(guān)輸出信號。 1.2.2 控制方案要求 a，將接近開關(guān)2作為原點(diǎn)，1和5分別為左右極限；無論設(shè)備處于何種工作狀態(tài)，遇到左右極限時(shí)都必須停止且不可向超限的方向運(yùn)行； b，當(dāng)工作臺不在原點(diǎn)時(shí)，按下復(fù)位按鈕，工作臺回到原點(diǎn)；若在原點(diǎn)，則復(fù)位按鈕無效； c，設(shè)手動，單步和自動模式。 d，假定滾珠絲桿的絲距為5mm,工作臺處于原點(diǎn)時(shí)，在自動模式下，按下啟動按鈕，工作臺以段速1向前（接近開關(guān)5的方向）運(yùn)行40mm然后再以段速2向前運(yùn)行40mm，以此類推，走完160mm之后，停止3s，然后快速返回原點(diǎn)；各段速度可以通過觸摸屏更改，單位為mm/s； e，在單步模式下，每按一下啟動按鈕，工作臺完成一步，第一步必須在原點(diǎn)時(shí)才可以啟動；上一步完成之后，觸發(fā)信號才有效，走完第四段之后，再按一次啟動按鈕，工作臺就回到原點(diǎn)； f，手動模式下，無需設(shè)備處于原點(diǎn)就可以啟動，可控制工作臺的前進(jìn)和后退，注意左右極限； g，無論設(shè)備處于何種工作模式，按下停止按鈕時(shí)，設(shè)備都停止在當(dāng)前位置，并且要復(fù)位至原點(diǎn)，才能以自動或單步模式再次啟動； 動作的簡單時(shí)序圖如下： 1.2.3 觸摸屏設(shè)計(jì)要求 a，顯示設(shè)備當(dāng)前的工作模式，狀態(tài)，如前進(jìn)，前進(jìn)的斷號，返回，停頓定時(shí)等等，工作臺的移動速度，單位為mm/s，精確到0.1mm/s； b，在單步和自動模式下，實(shí)時(shí)顯示工作臺當(dāng)前相對原點(diǎn)的位置，單位為mm，精確到0.1mm； c，工作模式可通過觸摸屏修改； d，所有的觸發(fā)信號可以通過外部按鈕輸入，也可以通過觸摸屏輸入；如啟動按鈕，可以用plc的輸入端子輸入，也可以由觸摸屏上的某一按鈕來輸入； e，各段速度，返回速度，手動速度可設(shè)，設(shè)定值的單位為mm/s，精確到0.1mm/s； 第二章　可編程控制器（PLC）概況 2.1 PLC的定義 國際電工委員會(International Electrical Committee- IEC),1987年的第三版對PLC作了如下的定義: PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)算和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 可編程控制器實(shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異。可編程序控制器主要由CPU(中央處理單元)存儲器(RAM和EPROM),輸入/輸出模塊(簡稱為I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。 2.2 PLC的發(fā)展 1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，并公開招標(biāo)提出十項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn): (1)編程方便，現(xiàn)場可修改程序； (2)維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； (3)可靠性高于繼電器控制裝置； (4)體積小于繼電器控制裝置； (5)數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； (6)成本可與繼電器控制裝置競爭； (7)輸入可以是交流115V； (8)輸出為交流115V, 2A以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等； (9)在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； (10)用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到4K。 1969年，美國數(shù)字公司(DEC)研制出了第一臺可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。這種新型的工業(yè)控制裝置簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長，很快在美國其它工業(yè)領(lǐng)域推廣使用。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有了第五代PLC產(chǎn)品。 2.3 PLC的特點(diǎn) PLC之所以越來越受到控制界人士的重視，是和它的優(yōu)點(diǎn)分不開的: 1)功能齊全，它的適用性極強(qiáng)，幾乎所有的控制要求，它均能滿足； 2)應(yīng)用靈活， 其標(biāo)準(zhǔn)的積木式硬件結(jié)構(gòu)，以及模塊化的軟件設(shè)計(jì)，使得它不僅可以適應(yīng)大小不同、功能繁復(fù)的控制要求，而且可以適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場合； 3)操作方便，維修容易，穩(wěn)定可靠。盡管PLC有各種型號，但都可以適應(yīng)惡劣的工業(yè)應(yīng)用環(huán)境，耐熱、防潮、抗震等性能也很好，一般平均無故障率可達(dá)幾萬小時(shí)。 2.4 PLC的基本組成及各部分作用 PLC是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機(jī)系統(tǒng)基本相同。按結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和組合式兩類。 整體式PLC是將中央處理單元(CPU)、存儲器、輸入單元、輸出單元、電源、通信接口等組裝成一體，構(gòu)成主機(jī)。另外還有獨(dú)立的1/0擴(kuò)展單元與主機(jī)配合使用。主機(jī)中，CPU是PLC的核心，1/0單元是連接CPU與現(xiàn)場設(shè)備之間的接口電路，通信接口用于PLC與編程器和上位機(jī)等外部設(shè)備的連接。 組合式PLC將CPU單元、輸入單元、輸出單元、智能1/0單元、通信單元等分別做成相應(yīng)的電路板或模塊，各模塊插在底板上，模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系。裝有CPU單元的底板稱為CPU底板，其它稱為擴(kuò)展底板。CPU底板與擴(kuò)展底板之間通過電纜連接，距離一般不超過10m.無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC，都可以根據(jù)需要進(jìn)行配置與組合。 1、中央處理單元(CPU)： CPU在PLC中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞，它是PLC的運(yùn)算、控制中心。它按照系統(tǒng)程序所賦予的功能，完成以下任務(wù): (1) 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)； (2) 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程的語法錯(cuò)誤; (3) 用掃描的方式接收輸入信號，送入PLC的數(shù)據(jù)寄存器保存起來; (4) PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，根據(jù)存放的先后順序逐條讀取用戶程序，進(jìn)行解釋和執(zhí)行，完成用戶程序中規(guī)定的各種操作; (5) 將用戶程序的執(zhí)行結(jié)果送至輸出端。 現(xiàn)代PLC使用的CPU主要有以下幾種: (1) 通用微處理器，如8080, 8088, Z80A, 8085等。通用微處理器的價(jià)格便宜，通用性強(qiáng)，還可以借用微機(jī)成熟的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、豐富的軟硬件資源。 (2) 單片機(jī)，如8051等。單片機(jī)由于集成度高、體積小、價(jià)格低和可擴(kuò)充性好，很適合在小型PLC上使用，也廣泛地用于PLC的智能UO模塊。 (3) 位片式微處理器，如AMD2900系列等。位片式微處理器是獨(dú)立于微型機(jī)的另一分支。它主要追求運(yùn)算速度快，它以4位為一片。用幾個(gè)位片級聯(lián)，可以組成任意字長的微處理器。改變微程序存儲器的內(nèi)容，可以改變計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)。位片式結(jié)構(gòu)可以使用多個(gè)微處理器，將控制任務(wù)劃分為若干個(gè)可以并行處理的部分，幾個(gè)微處理器同時(shí)進(jìn)行處理。這種高運(yùn)算速度與可以適應(yīng)用戶需要的指令系統(tǒng)相結(jié)合，很適合于以順序掃描方式工作的PLC使用。 2、存儲器 根據(jù)存儲器在系統(tǒng)中的作用，可以把它們分為以下3種: (1) 系統(tǒng)程序存儲器:和各種計(jì)算機(jī)一樣，PLC也有其固定的監(jiān)控程序、解釋程序，它們決定了PLC的功能，稱為系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序存儲器就是用來存放這部分程序的。系統(tǒng)程序是不能由用戶更改的，故所使用的存儲器為只讀存儲器ROM或EPROM. (2) 用戶程序存儲器:用戶根據(jù)控制功能要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序，用戶程序存放在用戶程序存儲器中。由于用戶程序需要經(jīng)常改動、調(diào)試，故用戶程序存儲器多為可隨時(shí)讀寫的RAM。由于RAM掉電會丟失數(shù)據(jù)，因此使用RAM作用戶程序存儲器的PLC，都有后備電池(鏗電池)保護(hù)RAM，以免電源掉電時(shí)，丟失用戶程序。當(dāng)用戶程序調(diào)試修改完畢，不希望被隨意改動時(shí)，可將用戶程序?qū)懭隕PROM.目前較先進(jìn)的PLC(如歐姆龍公司的CPMIA型PLC)采用快閃存儲器作用戶程序存儲器，快閃存儲器可隨時(shí)讀寫，掉電時(shí)數(shù)據(jù)不會丟失，不需用后備電池保護(hù)。 (3) 工作數(shù)據(jù)存儲器:工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)。這部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)，開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表。元件映象寄存器用來存儲PLC的開關(guān)量輸入/輸出和定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、輔助繼電器等內(nèi)部繼電器的ON/OFF狀態(tài)。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它的標(biāo)準(zhǔn)格式是每一個(gè)數(shù)據(jù)占一個(gè)字。它存儲用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值，如定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值和設(shè)定值。它還用來存放A/0轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。根據(jù)需要，部分?jǐn)?shù)據(jù)在停電時(shí)用后備電池維持其當(dāng)前值，在停電時(shí)可保持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲器區(qū)域稱為數(shù)據(jù)保持區(qū)。 3、 1/0單元 I/0單元也稱為I/0模塊。PLC通過I/0單元與工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)場相聯(lián)系。輸入單元接收用戶設(shè)備的各種控制信號，如限位開關(guān)、操作按鈕、選擇開關(guān)、行程開關(guān)以及其他一些傳感器的信號。通過接口電路將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能 夠識別和處理的信號，并存到輸入映像寄存器。運(yùn)行時(shí)CPU從輸入映像寄存器讀取輸入信息并進(jìn)行處理，將處理結(jié)果放到輸出映像寄存器。輸出映像寄存器由輸出點(diǎn)對應(yīng)的觸發(fā)器組成，輸出接口電路將其由弱電控制信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場需要的強(qiáng)電信號輸出，以驅(qū)動電磁閥、接觸器、指示燈被控設(shè)備的執(zhí)行元件. 4、電源部分 PLC一般使用220V的交流電源，內(nèi)部的開關(guān)電源為PLC的中央處理器、存儲器等電路提供5V, +12V, +24V的直流電源，使PLC能正常工作。 電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結(jié)構(gòu)的CPU，通常電源封裝到機(jī)殼內(nèi)部;對于模塊式PLC，有的采用單獨(dú)電源模塊，有的將電源與CPU封裝到一個(gè)模塊中。 5、擴(kuò)展接口 擴(kuò)展接口用于將擴(kuò)展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。 6．通信接口 為了實(shí)現(xiàn)“人一機(jī)”或“機(jī)一機(jī)”之間的對話，PLC配有多種通信接口。PLC通過這些通信接口可以與監(jiān)視器、打印機(jī)和其他的PLC或計(jì)算機(jī)相連。當(dāng)PLC與打印機(jī)相連時(shí)，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印;當(dāng)與監(jiān)視器相連時(shí).可將過程圖像顯示出來;當(dāng)與其他PLC相連時(shí)，可以組成多機(jī)系統(tǒng)或連成網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制;當(dāng)與計(jì)算機(jī)相連時(shí)，可以組成多級控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合的綜合性控制。 7、編程器 編程器的作用是提供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。 編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型的編程器只能聯(lián)機(jī)編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后，才能輸入。它一般由簡易鍵盤和發(fā)光二級管或其他顯示管件組成。智能型的編程器又稱為圖形編程器，它可以聯(lián)機(jī)編程，也可以脫機(jī)編程，具有LCD或CRL圖形顯示功能，可以直接輸入梯形圖和通過屏幕對話。還可以利用PC作為編程器，PLC生產(chǎn)廠家配有相應(yīng)的編程軟件，使用編程軟件可以在屏幕上直接生成和編輯梯形圖、語句表、功能塊圖和順序功能圖程序，并可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言的互相轉(zhuǎn)換。程序被下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送?，F(xiàn)在很多PLC已不再提供編程器，而是提供微機(jī)編程軟件了，并且配有相應(yīng)的通信連接電纜。 2.5 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類: (1)開關(guān)量邏輯控制 取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 (2)工業(yè)過程控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 (3)運(yùn)動控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。一般使用專用的運(yùn)動控制模塊，如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 (4)數(shù)據(jù)處理 PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 (5)通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 但是，可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 第三章 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的硬件控制系統(tǒng)主要包括PLC、變頻器、電機(jī)、行程開關(guān)、接近開關(guān)、旋轉(zhuǎn)編碼器、電源等。這些都是為了能夠更好滿足運(yùn)料小車運(yùn)行需求，需要對它們進(jìn)行一一的選型和分析設(shè)計(jì)。 3.1 PLC的選型 目前國內(nèi)國外的PLC產(chǎn)品有幾百種型號，而且功能也日趨完善。PLC的結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方法及價(jià)格等各不相同，使用場合也各有側(cè)重。因此，應(yīng)該合理的選擇PLC，提高PLC在控制系統(tǒng)中的作用。PLC的選型可以從以下幾個(gè)方面考慮。 a 機(jī)型的選擇 選擇機(jī)型主要以滿足系統(tǒng)功能要求為宗旨，不要盲目的貪大求全而造成不必要的投資以及設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可以從以下幾個(gè)方面考慮：在工藝過程比較固定，環(huán)境比較好的場合可以選用整體式結(jié)構(gòu)的PLC；給予其他情況則最好選用模塊式結(jié)構(gòu)的PLC。因?yàn)槟K式結(jié)構(gòu)的PLC配置靈活，裝配和維修方便，也便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。對于以開關(guān)量控制為主的以及帶少量模擬量控制的工程項(xiàng)目可以選用帶有A/D,D/A轉(zhuǎn)換的低檔機(jī)；而在應(yīng)用PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等控制比較復(fù)雜、控制功能要求比較全的工程項(xiàng)目則應(yīng)該選用高檔機(jī)。另外，對于大型的控制系統(tǒng)，應(yīng)該盡量做到機(jī)型統(tǒng)一。 b 硬件選擇與配置 1）輸入/輸出的選擇與配置 確定I/O點(diǎn)數(shù)，即確定PLC的控制規(guī)模。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求確定所需的I/O點(diǎn)數(shù)，應(yīng)考慮到以后工藝和設(shè)備的改動或I/O點(diǎn)的損壞、故障等，一般應(yīng)預(yù)留10%～20%的備用量，實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)應(yīng)考慮PLC提供的內(nèi)部繼電器和寄存器的數(shù)量，以節(jié)省I/O資源。I/O模塊有開關(guān)量、模擬量，還有特殊功能輸入/輸出模塊，如定位、高速計(jì)數(shù)器輸入，脈沖捕捉等功能。輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。 2）存儲器類選擇 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10～15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)（16位為一個(gè)字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。 3）電源的選擇 PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。如果電源的干擾特別嚴(yán)重，可以選擇安裝一個(gè)變比為1:1的隔離變壓器來減少干擾。 4）處理速度 PLC采用掃描方式工作。從實(shí)時(shí)性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，如果信號持續(xù)時(shí)間小于掃描時(shí)間，則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)的丟失。處理速度與用戶程序的長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點(diǎn)的響應(yīng)快、速度高，每條二進(jìn)制指令執(zhí)行時(shí)間約0.2～0.4Ls，因此能適應(yīng)控制要求高、相應(yīng)要求快的應(yīng)用需要。掃描周期（處理器掃描周期）應(yīng)滿足：小型PLC的掃描時(shí)間不大于0.5ms/K；大中型PLC的掃描時(shí)間不大于0.2ms/K。 5）經(jīng)濟(jì)性的考慮 選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出的卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，因此，點(diǎn)數(shù)的增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能范圍等選擇都有影響。在估算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。 綜合以上要求和原則，考慮到本系統(tǒng)屬于小型的控制系統(tǒng)，所以我選擇國產(chǎn)信捷PLC，型號為XC3-32RT-E。 3.1.1 信捷XCXC3-32RT-E介紹 XC3-32R/T/RT-E/C 產(chǎn) 品 說 明 18點(diǎn)NPN型輸入，14點(diǎn)繼電器（R）或晶體管（T）或繼電器晶體管混合（RT）輸出 AC220V（E）或DC24V（C）電源 可外接擴(kuò)展模塊和BD板 可帶時(shí)鐘并對數(shù)據(jù)進(jìn)行掉電保持 支持基本的邏輯控制和數(shù)據(jù)運(yùn)算 支持高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出、外部中斷、C語言編輯功能塊、I/O點(diǎn)的自由切換、自由格式通訊、MODBUS通訊等功能 一般規(guī)格 項(xiàng)目 規(guī)格 絕緣電壓 DC 500V 2MΩ以上 抗噪聲 1000V 1uS 脈沖1分鐘 環(huán)境溫度 0℃~60℃ 環(huán)境濕度 5%~95% 通訊口1 RS-232，連接上位機(jī)、人機(jī)界面編程或調(diào)試 通訊口2 RS-232/RS-485，聯(lián)網(wǎng)或連接智能儀表、變頻器等 通訊口3 BD板擴(kuò)展通訊口RS-232/RS-485 安裝 可用M3的螺絲固定或直接安裝在DIN46277（寬35mm）的導(dǎo)軌上 接地 第三種接地（不可與強(qiáng)電系統(tǒng)公共接地） 性能規(guī)格 項(xiàng)目 規(guī)格 程序執(zhí)行方式 循環(huán)掃描方式、定時(shí)掃描方式 編程方式 指令、梯形圖并用 處理速度 0.5us 停電保持 使用FlashROM及鋰電池 用戶程序容量 128K I/O點(diǎn)數(shù) 輸入18點(diǎn)，輸出14點(diǎn) 輸出形式 R：繼電器；T：晶體管；RT：繼電器晶體管混合 供電電源 E：AC220V；C：DC24V 內(nèi)部線圈點(diǎn)數(shù)(M) 8512點(diǎn) 定時(shí)器（T） 點(diǎn)數(shù) 640點(diǎn) 規(guī)格 100mS定時(shí)器：設(shè)置時(shí)間0.1~3276.7秒 10mS定時(shí)器：設(shè)置時(shí)間0.01~327.67秒 1mS定時(shí)器：設(shè)置時(shí)間0.001~32.767秒 計(jì)數(shù)器（C） 點(diǎn)數(shù) 640點(diǎn) 規(guī)格 16位計(jì)數(shù)器：設(shè)置值K0~32767 32位計(jì)數(shù)器：設(shè)置值-2147483648~+2147483647 數(shù)據(jù)寄存器（D） 8512字 FlashROM寄存器（FD） 2048字 高速處理功能 高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出、外部中斷 定時(shí)掃描間隔設(shè)置 0~99mS 口令保護(hù) 6位長度ASCII 自診斷功能 上電自檢、監(jiān)控定時(shí)器、語法檢查 產(chǎn)品外觀及尺寸(單位:mm) 信捷PLC的優(yōu)勢： 1、具備3通道、80KHz、32位高速計(jì)數(shù)功能 XC本體配備了3通道，最高頻率高達(dá)80KHz的32位高速計(jì)數(shù)功能，可與旋轉(zhuǎn)編碼器直接相連，對來自編碼器的輸入進(jìn)行計(jì)數(shù)。 多種計(jì)數(shù)模式可選：5路單相遞增模式、3路脈沖+方向模式、3路AB相模式。 2、24段高速計(jì)數(shù)中斷功能 利用高速脈沖進(jìn)行在指定位置的中斷操作，具有實(shí)時(shí)性好，可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可代替電子凸輪，每路高速計(jì)數(shù)器擁有24段32位的預(yù)置值。 3、高達(dá)400KHz的脈沖輸出，最多支持4路 XC系列帶有晶體管輸出的PLC一般具有2個(gè)脈沖輸出點(diǎn)（XC5-32RT-E具有4個(gè)脈沖輸出點(diǎn)），通過調(diào)用不同的指令，可進(jìn)行多種方式的輸出，輸出頻率最高可達(dá)400KHz。 4、強(qiáng)大的通訊和組網(wǎng)能力 XC系列PLC一般具有2個(gè)通訊口，最多可達(dá)4個(gè)，支持RS-232/485，CAN總線，可連變頻器、儀表等外設(shè)。 Modbus通訊 XC系列PLC支持Modbus通訊主或從方式，通過標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議可以和大多數(shù)設(shè)備進(jìn)行通訊。PLC一般處于從站通訊模式下。 5、業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的以C語言編寫功能塊指令 為了使XC系列PLC具有更強(qiáng)大的實(shí)用性以及更廣泛的兼容性，信捷公司率先開發(fā)出了以C語言來編寫功能塊，該功能的開發(fā)使用戶的程序具有更強(qiáng)的保密性，直接調(diào)用編輯好的功能塊指令，內(nèi)部程序不可見。通過調(diào)用功能塊，不僅節(jié)省了內(nèi)部空間，減小了工作量，而且提高了編程效率。 C語言的編輯完全只需在XC的編程軟件XCP Pro中進(jìn)行，兼容C語言支持的全部函數(shù)，此外，編寫的功能塊可以單獨(dú)存儲，以備后用。 6、獨(dú)創(chuàng)的I/O點(diǎn)切換功能 對用戶而言，在使用PLC的過程中經(jīng)常會遇到這樣的苦惱，當(dāng)內(nèi)部光耦、繼電器或晶體管遭遇損壞的時(shí)候，對應(yīng)的輸入/輸出點(diǎn)將無法使用，解決的途徑要么是重新修改繁雜的程序，要么是向廠家尋求幫助，這樣不但繁瑣，而且周期長，影響了用戶正常的作業(yè)進(jìn)度。 由信捷公司自主開發(fā)的新型PLC可以幫助用戶輕松解決這一難題，終端用戶只須在操作現(xiàn)場，利用文本顯示器或者觸摸屏進(jìn)行簡單修改，PLC便又可以照常使用了。操作簡單快捷而有效。 在信捷TP軟件中內(nèi)置了畫面60004和60005來修改I/O點(diǎn)的切換，當(dāng)需要進(jìn)行替換時(shí)，只要放置一個(gè)畫面跳轉(zhuǎn)按鈕，進(jìn)入修改畫面修改即可，如下圖所示： 7、本體加入PID控制功能 全新3.0版本的XC系列PLC在本體部分加入了PID控制指令，并提供了自整定功能。用戶可以通過自整定得到最佳的采樣時(shí)間及PID參數(shù)值，從而提高控制精度。 8、中斷功能 XC系列PLC具有中斷功能，分為外部中斷、定時(shí)中斷、24段高速計(jì)數(shù)中斷，通過中斷可以處理一些特定的需要立即執(zhí)行的程序，不受用戶程序掃描周期影響。 9、豐富的擴(kuò)展性能 XC系列本體可以通過外部擴(kuò)展模塊和BD板以適應(yīng)更多場合的使用需要。 可擴(kuò)展多達(dá)7個(gè)擴(kuò)展模塊，I/O點(diǎn)數(shù)可增至284點(diǎn)，模塊的種類不受限制，可為輸入輸出擴(kuò)展、可為模擬量處理、可為溫度處理。 10、擴(kuò)充的軟元件容量和程序空間 11、豐富的指令集 XC系列不斷擴(kuò)充指令的指令集目前已達(dá)到160條左右，包括最基本的運(yùn)算、比較、應(yīng)用、邏輯控制等指令，還支持高速脈沖、高速計(jì)數(shù)、三角/反三角函數(shù)運(yùn)算、位置控制、運(yùn)動控制、圓弧差補(bǔ)等指令。 12、方便易用，更人性化設(shè)計(jì)的編程軟件XCP Pro 13、XCM系列的隨動功能 XCM作為運(yùn)動控制的專用機(jī)型，其性能具有其他系列無法比擬的優(yōu)勢，XCM的隨動指令Follow可以將輸入的高速脈沖做等比例的放大或縮小，然后從Y0，Y1輸出。因此，輸出的頻率將隨著輸入的頻率做出相應(yīng)變化。 14、圓弧插補(bǔ)功能 圓弧插補(bǔ)是插補(bǔ)方式的一種，它是根據(jù)兩端點(diǎn)間的插補(bǔ)數(shù)字信息，計(jì)算出逼近實(shí)際圓弧的點(diǎn)群，控制刀具沿這些點(diǎn)運(yùn)動，加工出圓弧曲線的。XCM的圓弧插補(bǔ)分為順時(shí)針和逆時(shí)針兩種方式。 15、保密下載功能 XC系列PLC均具有保密下載功能，保密下載可以使用戶的程序和數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)無法上傳，程序無法破解，以此保護(hù)用戶的知識產(chǎn)權(quán)。 16、其他特色功能 PWM脈寬調(diào)制 XC系列PLC中的PWM指令，可實(shí)現(xiàn)脈寬的調(diào)制，利用此功能可對變頻器、直流電機(jī)進(jìn)行控制。 頻率測量 XC系列PLC中的FQRM指令可對頻率進(jìn)行測量。 精確定時(shí) 精確定時(shí)，是指以1ms為單位的32位定時(shí)器，可對精確定時(shí)進(jìn)行讀取操作，此外支持精確定時(shí)中斷功能 3.2 變頻器的選擇 變頻器的選擇主要需要考慮一下幾個(gè)方面： 1） 變頻器及被控制的電機(jī)。電機(jī)的磁極對數(shù)一般不多于2為宜，否則變頻器的容量應(yīng)該適當(dāng)增大。為減少主電源穩(wěn)壓器干擾,在中間電路或變頻器輸入電路中增加電抗器,或安裝前置隔離變壓器。一般當(dāng)電機(jī)與變頻器距離超過50m時(shí),應(yīng)在它們中間串入電抗器、濾波器或采用屏蔽防護(hù)電纜。 2） 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用。主要考慮變頻器的工作環(huán)境，如溫度、濕度、粉塵、酸堿度等因素。常見的變頻器結(jié)構(gòu)有敞開型、封閉型和密閉型三種。敞開型主要可裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤、架上，尤其適于多臺變頻器集中使用時(shí)選用,但環(huán)境條件要求較高。封閉型適于一般用途,可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場合。密閉型則可適應(yīng)與環(huán)境差的場合。 3） 容量的選擇。變頻器容量選定過程，實(shí)際上是一個(gè)變頻器與電機(jī)的最佳匹配過程，最常見、也較安全的是使變頻器的容量大于或等于電機(jī)的額定功率，但實(shí)際匹配中要考慮電機(jī)的實(shí)際功率與額定功率相差多少，通常都是設(shè)備所選能力偏大，而實(shí)際需要的能力小，因此按電機(jī)的實(shí)際功率選擇變頻器是合理的，避免選用的變頻器過大，使投資增大。對于輕負(fù)載類，變頻器電流一般應(yīng)按1.1In(In為電動機(jī)額定電流)來選擇，或按廠家在產(chǎn)品中標(biāo)明的與變頻器的輸出功率額定值相配套的最大電機(jī)功率來選擇。 4） 控制方式。目前常見的有兩種，一種是早期的V/F控制，另外一種就是現(xiàn)在的矢量控制。這兩種控制方式的主要區(qū)別在于：第一，控制精度。矢量控制是閉環(huán)控制，因此，控制精度較高，而V/F控制屬于開環(huán)控制，其控制精度相對于矢量控制來講，要低一些。第二，就是低頻扭矩。這主要看負(fù)載的慣性，如果負(fù)載的慣性較大，而且需要長期低頻運(yùn)轉(zhuǎn)的話，就要選用矢量控制的變頻器，所謂的低頻，一般是指小于等于10Hz。 本設(shè)計(jì)中所采用的電機(jī)較小，控制精度要求不高，所以可采用V/F控制的容量較小的變頻器。由于小車只在兩種速度下運(yùn)行，對變頻器變頻的要求也不高。選擇信捷VB5-20P7變頻器，其具體參數(shù)如表所示。 主要控制功能 調(diào)制方式 SPWM調(diào)制 頻率精度 數(shù)字設(shè)定：最高頻率0. 01%；模擬設(shè)定：最高頻率0.2% 頻率分辨率 數(shù)字設(shè)定：0.01Hz；模擬設(shè)定：最高頻率0.1% 起動頻率 0.40Hz～20.00Hz 轉(zhuǎn)矩提升 手動轉(zhuǎn)矩提升0.1%～30.0% V/F曲線 五種方式：恒轉(zhuǎn)矩V/F曲線、1種用戶定義多段V/F曲線方式和3種降轉(zhuǎn)矩特性曲線方式(2.0次冪、1.7次冪和1.2次冪) 加減速曲線 兩種方式：直線加減速、S曲線加減速；七種加減速時(shí)間，時(shí)間單位(分/秒)可選 ，最長6000分鐘 點(diǎn)動 點(diǎn)動頻率范圍：0.1Hz～50.00Hz,點(diǎn)動加減速時(shí)間0.1～60.0秒 內(nèi)置PI 可方便地構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng) 多段速運(yùn)行 通過內(nèi)置PLC或控制端子實(shí)現(xiàn)多段速運(yùn)行 紡織擺頻 可實(shí)現(xiàn)預(yù)置頻率、中心頻率可調(diào)的擺頻功能 自動電壓調(diào)整(AVR) 當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，維持輸出電壓恒定不變 自動節(jié)能運(yùn)行 根據(jù)負(fù)載情況，自動優(yōu)化V/F曲線，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行 自動限流 對運(yùn)行期間電流自動限制，防止頻繁過流故障跳閘 通訊功能 具有RS485標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，支持Modbus-RTU格式的通訊協(xié)議。 運(yùn)行功能 運(yùn)行命令通道 操作面板給定；控制端子給定；串行口給定；可三種方式切換 頻率設(shè)定通道 鍵盤模擬電位器給定；鍵盤給定；功能碼數(shù)字給定；串行口給定；端子UP/DOWN給定；模擬電壓給定；模擬電流給定；組合給定；可多種給定方式隨時(shí)切換 開關(guān)輸入通道 正、反轉(zhuǎn)指令；3路可編程開關(guān)量輸入，可分別設(shè)定35種功能 模擬輸入通道 1路模擬信號輸入，4～20mA、0～10V可選 操作面板 LED數(shù)碼顯示 可顯示設(shè)定頻率、輸出電壓等參數(shù) 外接儀表顯示 輸出頻率、輸出電流、輸出電壓顯示等物理量顯示 按鍵鎖定 實(shí)現(xiàn)按鍵的全部鎖定 參數(shù)拷貝 使用遠(yuǎn)控鍵盤實(shí)現(xiàn)變頻器之間的功能碼參數(shù)拷貝功能（開發(fā)中） 保護(hù)功能 過流保護(hù)；過壓保護(hù)；欠壓保護(hù)；過熱保護(hù)；過載保護(hù)等 任選件 操作面板延長線 產(chǎn)品外形及尺寸（單位：mm） 產(chǎn)品型號 W D1 L D2 H VB5-20P7 70 56 170 160 162 VB5-21P5 VB5-22P2 3.3 電動機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)中，運(yùn)料小車的電機(jī)選擇也是一個(gè)很重要的方面。由于在小車的自動運(yùn)行過程中，小車要經(jīng)過多次的加減速問題，因此在選擇電動機(jī)的時(shí)候，要注意對啟停性能方面的側(cè)重要求 3.3.1 正確選用電機(jī)的基本原則 為了更好的達(dá)到運(yùn)料小車在運(yùn)行過程中的功率要求，在選擇電動機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動對象選擇電動機(jī)，要求電源電壓與電動機(jī)額定電壓相符。并且還要考慮到安裝地點(diǎn)和工作環(huán)境，選擇各種型式的電動機(jī) 1) 首先根據(jù)工作情況的要求，確定電壓的的大小，選擇高壓的380V，還是選擇低壓的220V。 2） 電動機(jī)的機(jī)械特性、啟動、制動、調(diào)速及其它控制性能應(yīng)滿足機(jī)械特性和生產(chǎn)工藝過程的要求，電動機(jī)工作過程中對電源供電質(zhì)量的影響（如電壓波動、諧波干擾等），應(yīng)在容許的范圍內(nèi)； 3） 按預(yù)定的工作制、冷卻方法基輔在情況所確定的電動機(jī)功率，電動機(jī)的溫升應(yīng)在限定的范圍內(nèi)； 4） 根據(jù)環(huán)境條件、運(yùn)行條件、安裝方式、傳動方式，選定電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、安裝、防護(hù)形式，保證電動機(jī)可靠工作； 5） 綜合考慮一次投資以及運(yùn)行費(fèi)用，整個(gè)驅(qū)動系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、合理、可靠和安全。 3.3.2 小型異步電動機(jī)的選擇 由于本設(shè)計(jì)中的運(yùn)料小車結(jié)構(gòu)比較小，因此在選擇電動機(jī)的時(shí)候，首先要考慮的就是選擇結(jié)構(gòu)比較小的電動機(jī)，因此在該設(shè)計(jì)中，選擇結(jié)構(gòu)比較小的異步電動機(jī)。在控制上，由于小車需要載著物料不斷的自行移動，因此，在電源控制上選擇由電纜輸送的電源控制方法。由于運(yùn)料小車主要是在變頻器的控制下，基于PLC進(jìn)行速度的控制，因此對電動機(jī)的速度變化方面的要求不是很高，關(guān)注點(diǎn)主要集中在結(jié)構(gòu)和功率的方面。 小型三相異步電動機(jī)，通常包括H80-315MM的電機(jī)，其產(chǎn)量大、用途廣，在電網(wǎng)的總負(fù)荷中，它的用電量為40%左右。六十年代初流行的為JO2系列電動機(jī)，該系列電機(jī)的功率等級、安裝尺寸與國際市場上的通用標(biāo)準(zhǔn)不同，另外該電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩較低和缺乏噪聲控制指標(biāo)，因此現(xiàn)在我國現(xiàn)在使用的電機(jī)為Y系列電機(jī)。該電機(jī)堅(jiān)固耐用、安全可靠因此使用范圍越來越廣。然而有些用戶使用的電機(jī)年損壞率高5%，究其原因多半是選型不當(dāng)、使用不妥、保護(hù)不善的緣故。 小型異步電動機(jī)可分為：基本系列、派生系列和專用系列。 1） 基本系列：使用范圍廣、生產(chǎn)量大，是一種通用電機(jī)，如Y系列（IP44）小型三相異步電動機(jī)。 2） 派生系列：按照不同的使用要求，在基本系列的基礎(chǔ)上做了部分改動，另部件與基本系列有較高的通用性和一定程度的統(tǒng)一性。派生系列有電氣派生（如高效電機(jī)，YX系列）、結(jié)構(gòu)派生（如繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)YR系列）、特殊環(huán)境派生（隔爆型電動機(jī)，YB系列）等幾種。 3） 專用系列：與一般用途不同，具有特殊使用要求和特殊防護(hù)條件系列，如YZ、YZR冶金及起重用異步電動機(jī)。 a 基本系列技術(shù)參數(shù) 1）外殼防護(hù)結(jié)構(gòu)型式 Y系列小型三相異步電動機(jī)基本系列 有IP23、IP44兩種外殼防護(hù)等級。IP23的含義是：IP－表示防護(hù)等級的標(biāo)志符號，后面的兩位數(shù)字的要求如下：第一位數(shù)字，能防止手指接觸及機(jī)殼內(nèi)帶電或轉(zhuǎn)動部分，能防止直徑大于12MM的小固體異物進(jìn)入；第二位數(shù)字，與沿垂直線成60度或小于60度的淋水對電機(jī)應(yīng)無有害影響。 圖3-2 小型異步電動機(jī)Y系列IP44型電動機(jī) 由于電動機(jī)需要安裝在運(yùn)料小車上，所以在結(jié)構(gòu)上要首先滿足結(jié)構(gòu)尺寸上的要求，下面是該型號電動機(jī)的異步電動機(jī)機(jī)座號、功率及轉(zhuǎn)速對應(yīng)表如表3-2。 2） 安裝結(jié)構(gòu)及型式 Y系列電動機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)，分為地腳安裝、用地腳附帶凸緣端蓋安裝和用一個(gè)凸緣端蓋安裝等三種。根據(jù)三種基本安裝結(jié)構(gòu)，電動機(jī)的安裝型式又分為臥式安裝或立式安裝和輸出軸伸向上或向下，即B3、B35、B5、V1、V15等安裝方式。在該設(shè)計(jì)中，小電機(jī)是通過螺栓連接在運(yùn)料小車的底部。小車的底部開了一個(gè)遮護(hù)的槽，把小型電動機(jī)裝置在這個(gè)槽內(nèi)，在車底部利用電鉆，鉆出一定數(shù)量的螺栓孔，電動機(jī)就在這里通過螺栓的連接，與小車連為一體，與運(yùn)料小車一起向前移動。電動機(jī)的輸出端是一個(gè)皮帶輪，通過電動機(jī)上的皮帶輪，帶動主動軸上的帶輪旋轉(zhuǎn)，從而推動小車向前移動。關(guān)于皮帶輪的選取，現(xiàn)在已經(jīng)有很多型號的皮帶輪可供選擇，可以根據(jù)具體的工程需要，選擇合適的皮帶。在該設(shè)計(jì)方案中，由于小車有不斷的啟動和停止過程，中間還有可能會因?yàn)橹T如軌跡等的問題發(fā)生過載現(xiàn)象，因此設(shè)計(jì)中充分考慮到這一點(diǎn)，選擇皮帶傳輸方式，一方面工藝上容易實(shí)現(xiàn)，另一方面，可以很好的實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。 3） 冷卻方式 Y系列電機(jī)基本是靠周圍空氣來循環(huán)冷卻。因?yàn)檫\(yùn)料小車在運(yùn)行過程中需要不斷地啟動和停止，在這一過程中，會有比較大的熱量產(chǎn)生，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也要注意電動機(jī)的散熱問題，從而能夠讓小車一直以比較高效的狀態(tài)運(yùn)行。 Y系列IP44三相異步電機(jī)在運(yùn)行過程中內(nèi)部損耗（鐵損、銅損、機(jī)械損耗）產(chǎn)生的熱量全部傳遞到電機(jī)表面，通過安裝在主軸的伸端的風(fēng)扇驅(qū)動周圍空氣連續(xù)吹拂電機(jī)表面，帶走上述熱量，達(dá)到冷卻電機(jī)的目的。 在該設(shè)計(jì)中，冷卻的時(shí)候是通過散熱風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)成后開口的方案，這樣可以使得小車在移動的過程中，可以最大程度的實(shí)現(xiàn)散熱問題。 表3-2 Y系列IP44型電動機(jī)機(jī)座號、功率及轉(zhuǎn)速對應(yīng)表 b 電動機(jī)額定功率的計(jì)算 在選擇電動機(jī)的時(shí)候，要根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電動機(jī)，如果容量選擇過小，就會發(fā)生長期過載現(xiàn)象，影響電動機(jī)壽命甚至燒毀。如果容量選擇過大，電動機(jī)的輸出機(jī)械功率不能充分利用，功率因數(shù)也不高。因?yàn)殡妱訖C(jī)的功率因數(shù)和效率是隨著負(fù)載變化的。為了選擇合適的電動機(jī)，需要結(jié)合實(shí)際的工作情況，對電動機(jī)的輸出功率做一定的計(jì)算，從而更加準(zhǔn)確合理的選擇電動機(jī)。電動的功率可以由下面的公式求出。 　　　　　　　　　　　　　　P=P1/η1η （3-1）式中:P－電動機(jī)的功率(KW);P1－生產(chǎn)機(jī)械功率(KW); η1－生產(chǎn)機(jī)械本身效率;η－電動機(jī)效率。 在本設(shè)計(jì)中的生產(chǎn)機(jī)械是運(yùn)料小車，它的功率是由小車一次可以運(yùn)載的貨物重量決定的。在該設(shè)計(jì)中，假定小車每次可以運(yùn)送的貨物重量每次不超過100公斤，那么小車的功率最大不超過0.5KW。由于摩擦等的存在，電動機(jī)等的效率最高不會超過0.8。由上述公式可得出，電動機(jī)的功率大約為0.78 KW，因此可以選擇功率為1.1 KW的80 1型號的電動機(jī)。 3.4 旋轉(zhuǎn)編碼器 旋轉(zhuǎn)編碼器是用來測量轉(zhuǎn)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出（REP）。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術(shù)參數(shù)主要有每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)（幾十個(gè)到幾千個(gè)都有），和供電電壓等。單路輸出是指旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出是一組脈沖，而雙路輸出的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出兩組A/B相位差90度的脈沖，通過這兩組脈沖不僅可以測量轉(zhuǎn)速，還可以判斷旋轉(zhuǎn)的方向。 3.4.1 工作原理 由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對于一個(gè)周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。 由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。 分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。 信號輸出:信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅(qū)動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對應(yīng)。 信號連接—編碼器的脈沖信號一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。 如單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測速。 A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測速 A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量 A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負(fù)信號的連接，電流對于電纜貢獻(xiàn)的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。 對于TTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)150米。 對于HTL的帶有對稱負(fù)信號輸出的編碼器，信號傳輸距離可達(dá)300米。 其與PLC的接線如下圖所示： 3.4.2旋轉(zhuǎn)編碼器的參數(shù) 型號：ZKE4008全空心軸旋轉(zhuǎn)編碼器 特性項(xiàng)目 具體參數(shù) 輸出波形 方波 可選脈沖1 10、20、30、40、50、60、80、100、120、125、200、240、256、300、400、450、480、500、512、600、720 可選脈沖2 750、800、900、1000、1024、1080、1200、1250、1500、1800、2000、2048、2500、3000、3600、4000 可選脈沖3 4096、5000、5400等，或按客戶要求 供應(yīng)電源 DC5-30V DC5V 響應(yīng)頻率 0KHZ-200KHZ 消耗電流 ≤60mA 主體材質(zhì) 鋁合金 外殼材質(zhì) 鋁合金 軸徑 8mm or 6mm 軸負(fù)載 軸向：10N 徑向：20N 起動轉(zhuǎn) ≤10g.cm（+25℃） 最高轉(zhuǎn)速 6000rpm 震動 ≤100m/s2(5～2000HZ) 沖擊 ≤1000m/s2（11ms） 重量 ≤0.2kg 3.5 行程開關(guān) a 行程開關(guān)概述 行程開關(guān)，是位置開關(guān)（又稱限位開關(guān)）的一種，是一種常用的小電流主令電器。利用生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件的碰撞使其觸頭動作來實(shí)現(xiàn)接通或分?jǐn)嗫刂齐娐?，達(dá)到一定的控制目的。通常，這類開關(guān)被用來限制機(jī)械運(yùn)動的位置或行程，使運(yùn)動機(jī)械按一定位置或行程自動停止、反向運(yùn)動、變速運(yùn)動或自動往返運(yùn)動等。 在電氣控制系統(tǒng)中，位置開關(guān)的作用是實(shí)現(xiàn)順序控制、定位控制和位置狀態(tài)的檢測。用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。構(gòu)造：由操作頭、觸點(diǎn)系統(tǒng)和外殼組成。 圖3-2 行程開關(guān)的表示符號 在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝在生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。 行程開關(guān)被廣泛應(yīng)用在各工業(yè)部門的各種生產(chǎn)機(jī)械的自動化控制系統(tǒng)中如組合機(jī)床和自動線。少者用幾個(gè)兒十個(gè)，多者可達(dá)上百個(gè)。若其中任何一個(gè)發(fā)生故障或損壞, 都會迫使生產(chǎn)機(jī)械停下來。所以, 行程開關(guān)的運(yùn)行好壞, 直接影響到生產(chǎn)機(jī)械的開動率和產(chǎn)品質(zhì)量。近幾年來, 集成電路控制裝置逐漸增多, 在這種控制系統(tǒng)中, 由于采用集成電路, 控制裝置本身的故障率大大下降, 而行程開關(guān)的可靠性問題卻變得突出了。因此, 如何正確選擇和使用行程開關(guān)是一個(gè)值得重視的問題。 b 行程開關(guān)的結(jié)構(gòu)種類 行程開關(guān)主要包括以下兩種結(jié)構(gòu)