内容发布更新时间 : 2024/5/13 18:48:59星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
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强度条件为： b?6mm h?6mm L?20mm 2T?103?p??[?p]kld 其中，l?L?b?20?6?14mm，T?1.85N?m，k?0.5h?0.5?6?3mm，则 2T?1032?1.85?1000?p???4.4MPakld3?14?20 ?p?[?p]，符合要求。
4. 电气控制系统设计 4.1 控制系统的基本组成
?p?[?p] 电气控制系统采用PLC控制，主要是由检测传感装置、PLC、环形脉冲分配器、功率放大器等组成。其中PLC采用S7-200系列。通过PLC可以实现对步进电动机的控制，为了配合步进电机的控制，许多PLC都内置了脉冲输出功能，并设置了相应的控制指令，可以很好地对步进电机进行直接控制。这种控制方式的优点是：大大减少了系统设计的工作量，不存在各部分接口信号的匹配问题，提高系统的可靠性。由于工作台是由步进电机驱动，而步进电机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作，因此需用到环形脉冲分配器，使通电顺序按照一定规律变化。从计算机输出口或环形分配器输出的信号脉冲电流一般只有几个毫安，不能直接驱动步进电机，必须采用功率放大器将脉冲电流进行放大，使其增大到几至十几安培，从而驱动步进电机运转。
电气控制过程如下图所示：
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脉冲分配器 功率放大器图 2 电气控制过程
变频信号源方向同步带数控平台
4.2 电气元件的选型计算
（1）PLC的选择
西门子公司生产的S7-200PLC指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展，性价比高，故本次设计选用S7-200CPU模块具体型号为CPU224，其主要参数如下表所示：
表1 S7-200CPU主要参数 程序存储器 用户数据存储器 本机I/O 扩展模块数 通信口数量
(2)环形脉冲分配器
4096字 2560字 14入/10出 7个 1（RS-485） 实现环形分配的方法有3种。一种是软分配，即利用计算机软件进行分配。该方法能充分利用计算机软件资源以降低硬件成本，但占用计算机的运行时间，影响步进电动机的运行速度。第二种是采用小规模集成电路搭建而成的三相六拍环形脉冲分配器，这种方式灵活性很大，可搭接任意相任意通电顺序的环形分配器，同时在工作时不占用计算机的工作时间。
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第三种即采用专用环形分配器器件，可实现步进电机各种环形分配，使用方便，接口简单。
本设计采用第三种方法。使用的是CH250环形分配器。其管脚图和三相六拍接线图如下所示。
方向
图 3 CH250管脚图及三相六拍接线图
（3）功率放大器
步进电机所用的功率放大电路有电压型和电流型。电压型又有单电压型、双电压型（高低压型）。电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。
本设计中采用恒流源功率放大电路。其电路图如下图所示。图中，A、B、C分别为步进电机的三相，每相由一组功率放大器驱动。放大器输入端与环形脉冲分配器相连。当脉冲依次加到三个输入端时，三组放大器分别驱动不同的绕组，使电动机一步一步地转动。电路中与绕组并联的二极管VD分别起到续流的作用，。与绕组W串联的电阻R为限流电阻。该电路结构简单，可用于对速度要求不高的小型步进电机中。
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www 图 4 恒流源功率放大电路
（4）旋转式编码器
增量式编码器只能记住自己走过的步数，开机后会回到原点；而绝对式上电后就能知道所处的位置，但其需要更多的线数，成本较高，不如增量式经济。故本设计中选用增量式旋转式编码器。 4.3 电气控制电路的设计 本设计中采用的是PLC控制。
其I/O分配如下表所示。
表2 I/O分配表
功能 启动按钮SB1 紧急停止按钮SB2 正常停止按钮SB3 初始位置行程开关S1 I/O口 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 功能 增量式旋转式编码器A相 增量式旋转式编码器B相 脉冲输出口 电机转动方向输出控制 蜂鸣器、报警指示灯输出 I/O口 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 终点位置行程开关S2 I0.4 17
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其接线图如下图所示。
R512VR4GND1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.3S7-200 CPU2241MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6I0.712VJP1ABSB1SB2SB3S1S2图5 PLC接线图
4.4 控制程序的设计及说明 （1）速度控制原理
本设计采用的是速度控制，速度编码器通过编码，输出的是标准脉冲，根据其分辨率，通过计算1s的的输出脉冲值，就可以得到电机轴的实际转速，通过与额定转速比较，得出差值，在进行调速，即可完成速度的反馈控制。
图6 数控平台运动过程
利用PLC产生高速脉冲串，调节脉冲频率，从而实现步进电动机启动加速、恒速运行、减速停止过程。数控平台运行过程如下图所示。
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