设备控制编程与实现教学课件作者钟新平学习情境四：机械手plc控制.ppt

学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 任务导入 在工业自动化生产过程中，在机床或者自动化生产流水线上，常常需要用机械手完成工件的取放。对机械手的控制主要是位置识别、方向控制、物料到位 判断。 机械手设备应用了传感器、气动、直流电动机、步进电动机、PLC等多门技术综合应用。通过本学习情景，学生从传感器的类型选择、安装、接线，气动的原理应用、直流电动机、步进电动机的原理及应用等人手，要求学生学会用PLC对机械手进行控制的设计思路，及安装调试过程，强化了 学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 学生用PLC控制设备控制系统的设计、安装、调试运行能力，同时提高与拓宽学生的学习方法和综合能力。为学生将来从事实际工程设计、安装、调试运行等工作提供一个良好的学习平台。 相关知识点析 一、步进电动机的应用 1．电动机的基本概念 在自动控制系统和电气传动系统中，除了使用一般的交直流电机以外，还使用作为传递、变换和控制信号用的控制电机。控制电机的主要任务是完成信号的传递与变换，因此，要求它具有高的精度和可靠性，能对信号作出较快的反应。 学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 步进电机是将电脉冲转换成角位移的电气机械，步进电机是一类数字化的执行机构。由于使用的电源是脉冲电源，每输入一个脉冲信号，步进电动机就前进一步，故又称脉冲电动机。步进电动机是自动控制系统和数控系统和数字控制系统中广泛应用的执行元件，如在数控机床、打印机、自动记录仪表、磁盘、绘图仪、机器人控制等场合都应用了步进电动机。 2．进电动机的种类 步进电动机分类方法很多。按励磁方式分：有永磁式、混合式和反应式三类。按控制绕组的相数分有两相、三相、四相、五相等。目前应用较多的是反应式步进电动机。 学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 3．反应式步进电动机的工作原理 反应式步进电动机的定子、转子磁路均由软磁材料制成，定子上有6个磁极，每个磁极上都装有控制绕组，每两个相对的磁极组成一相，共有三相控制绕组。转子有6个均匀分布的齿，上面没有绕组，工作时电源脉冲信号电压按一定的顺序轮流加到定子绕组上，按其通电顺序的不同，三相反应步进电动机有以下几种运行方式： (1)三相单三拍的工作方式。如图4-1所示当A相绕组通电时，因磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合，将使转子齿与磁极A对齐。A相断电，B相绕组通电时，转子将在空间辖过的 学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 30°，使转子齿与定子磁极B对齐。如果B相断电，C相绕组通电，转子又将在空间转过的30°，使转子齿与定子磁极C对齐。如此循环往复，并按A—B—C—A的顺序通电，电动机按一定的方向转动，电动机的转速直接取决于绕组的通电频率。若按A—C—B—A的顺序通电，则电动机反转。 (2)三相单双六拍的工作方式。三相单双六拍的通电顺序为A~AB~B~BC—C—CA—A-在这种通电方式时，定子三相绕组需经过六次切换才能完成一个循环，故称为六拍。而且在通电时，有时单个绕组接通，有时又为两个绕组同时接通，因此称为三相单双六拍。如果按A—AC—C—CB—B—BA—A-顺序通电，则电动机按反向顺序旋转。 学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 (3)三相双三拍的工作方式。三相双三拍的通电顺序为AB—BC—CA—AB…当采用三相双三拍通电方式时，任何时刻都有两相绕组同时通电，每次通电时转子的平衡位置与单双六拍的通电方式中相应的两相同时通电时相同。每个循环是三拍，所以步距角也是30°。 (4)小步距角步进电动机。反应式步进电动机的步距角较大，如在数控机床中应用，就会使加工工件的精度不高，实际采用的是小步距角的步进电动机。如图4-2所示为最常见的一种小步距角步反应式步进电动机的结构示意图。它的定子上有6个磁极，上面装有绕组并接成A、B、C三相。转子上均匀分布着40个齿，定子每个磁极上也各有5个齿，定子、转子的齿宽和齿距都相同，每个齿的齿距应为360°/40 =9°。 学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 (5)反应式步进电动机的步距角与转速。由上述分析可知，定子绕组通电一个循环，转子转过一个齿。因此，步进电动机的步距角与转子齿数ZR和通电循环拍数N的关系为 若步进电动机通电的脉冲频率为f，则步进电动机的转速n为 学习情境四：机械手PLC控制 系统的编程与实现 4．步进电动机的接口 一般来说，驱动器可以和电机直接相连，但有些电机的出线方式不同其连接方式也不同，详述如下： (1)二相和四相电机：①二相四根线电机，可以直接和驱动器相连，如图4-3(a)；②四相六根线电机