plc课程设计-自动往返工作台控制设计

PLC的自动往返工作台控制设计本文基于自动往返工作台的PLC程序设计，提出一种PLC程序设计方法，包括PLC控制模块，速度和位置反馈模块以及安全控制模块等，对整个控制设计作了全面的阐述和归纳总结，并提出改进的设想。在自动化生产线上，有些生产机械的工作台需要按一定的顺序实现自动往返运动，并且有的还要求在某些位置有一定的时间停留，以满足生产工艺要求。用PLC程序实现工作台自动往返顺序控制，不仅具有程序设计简易、方便、可靠性高等特点，而且程序设计方法多样，便于不同层次设计人员的理解和掌握。2、关键词：PLC，自动往返，工作台，控制，梯形图，指令一、总体方案的确定1.PLC输出低电压、低电流的信号不能实现对步进电机的驱动，需要进行功率放大，再者，PLC生成的脉冲要完成驱动步进电机必须要有环形脉冲分配，而这些功能可以用步进驱动器来实现。因此确定总体方案如图所示：2.控制原理图：X轴Y轴二.机械部分设计1.传动方式为了保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。考虑到电机步距角和丝杠导程只能按标准选用，为了达到分辨率要求，以及步进电机的负载匹配，采用齿轮减速传动。2.工作台外形及重量初步估计设工作台的长度800mm,宽600mm,工作台纵向位移400mm,工作台横向位移300mm,工作台重量：300kgs3.滚珠丝杠计算、选型4.步进电机选型选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。选择步进电机的计算：（1）计算齿轮的减速比根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:i=(φ.S)/(360.Δ)(1-1)式中φ-步进电机的步距角（o/脉冲）S-丝杆螺距（mm)Δ-(mm/脉冲）（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]（1-2）式中Jt-折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)J1、J2-齿轮惯量(Kg.cm.s2)Js-丝杆惯量(Kg.cm.s2)W-工作台重量（N）S-丝杆螺距（cm）（3）计算电机输出的总力矩MM=Ma+Mf+Mt（1-3）Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2（1-4）式中Ma-电机启动加速力矩（N.m)Jm、Jt-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2)，n-电机所需达到的转速（r/min）T---电机升速时间（s）Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-5）Mf-导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)u-摩擦系数η-传递效率Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-6）Mt-切削力折算至电机力矩（N.m)Pt-最大切削力（N）三、控制部分1.硬件设计编写好的控制程序可以通过计算机或编程器经通信电缆写入到PLC主机，PLC主机产生高频脉冲信号经过步进电机驱动器输入到电机。本系统的控制电路如图：2.步进驱动器选择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。本系统中采用两相混合式步进电机驱动器YKA2404MC细分驱动器。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，通常驱动器有2.0、35、6.0和8.0A。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，常规电压供给有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC）、110V（AC）、220V（AC）等。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。此外，细分和不细分相比，输出转矩对各种电机都有不同程度的提升。3.反馈装置键盘与按钮输入PLC主机+扩展模块X向步进电机驱动器Y向步进电机驱动器驱动电源步进电机步进电机驱动电源（1）光栅尺光栅尺是用来检测位移的元件，本设计选用型号为KA-300的光栅尺。该光栅尺输出信号为脉冲信号，通过PLC对该高速脉冲进行高速计数即可实现位移的检测。4.PLC部分（以X轴为对象）（1）步进电机正反转A.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。对应工作台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。B.接线图如下：C.控制程序（2）工作台往返控制I/O分配及接线图如图所示。Q0.0输出高速脉冲控制工作台运行速度，Q0.1控制工作台的运行方向。Q0.1为OFF时工作台往左运行，为ON时工作台往右运行。