课程设计数控机床主轴系统的PLC控制设计.doc

目录 一. 目的与要求 ………………………………………………………………………………2 二．步进电机的工作原理 ……………………………………………………………………2 三．可编程逻辑控制器概述 …………………………………………………………………3 四. 输入输出信号分析与PLC I/O分配图 …………………………………………………5 五. PLC的选型 …………………………………………………………………………………6 5.1 PLC的类型 …………………………………………………………………………………6 5.2 输入输出模块的选择 ………………………………………………………………………7 5.3 电源的选择 …………………………………………………………………………………7 5.4 存储器的选择 ………………………………………………………………………………7 六. 主要元器件的型号选择 ……………………………………………………………………8 七. 控制程序 ……………………………………………………………………………………8 八. 梯形图设计 …………………………………………………………………………………9 九. 指令表 ……………………………………………………………………………………10 十. 运行与调试程序 I/O分配图 ②PLC选型 ③主要元器件型号的选择 ④程序设计 ⑤完成梯形图设计并完成相应指令。 要求独立完成主轴系统的PLC控制设计，包括程序的编制和调试，并根据规定格式完成课程设计说明书的撰写。 二．步进电机的工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。 图1 三相反应式步进电动机的结构示意图 1——定子? 2——转子? 3——定子绕组　　图1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60o。各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为θE=360o/40=9o，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3o。因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3o；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对B相绕组通电，而改为C相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3o。依次类推，当三相绕组按AB→C→A顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3o的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按AC→B→A顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3o的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角θb为30o。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按ABBC→CA→AB顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按AAB→B→BC→C→CA→A顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算： ????????????????????????? θb=360o/NEr???????????????????????????????? (1)式中?? Er——转子齿数； ?????? N——运行拍数，N=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。 图2 五.PLC的选型 PLC是20世纪70年代以来以微处理器为核心，综合计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动控制，被广泛应用于各个领域，因为它具有几个突出的特点：可靠性高，抗干扰强；编程简单，易于掌握；功能完善，灵活方便；体积小，质量轻，功耗低。I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后，作为输入输出点数估算数据。存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于