机械工程动化专业
机械电子方专业课程设计说明书
设计题目：机电传动单数控台设计
设 计 者：
班 级：
学 号：
指导教师：
中国矿业学
机电工程学院
2014 年X月
目录
1设计务 1
11设计务介绍意义 1
12设计务明细 2
2总体方案设计 3
21设计基 3
22行性方案较 3
23总体方案确定 4
3机械传动系统设计 5
31机械传动装置组成原理 5
32部件结构设计计算 5
4电气控制系统设计 14
41控制系统基组成 14
42电气元件选型计算 15
43电气控制电路设计 17
44控制程序设计说明 18
5总结 25
参考文献 26
1 设计务
11设计务介绍意义
（1）务介绍
设计容机电控制系统（典型机电产品）设计容包括：①机械传动结构设计②电气测控系统设计容必须包括模拟量控制
课程设计题目：机电传动单数控台设计
①电机驱动方式：步进电机直流伺服电机交流伺服电机
②机械传动方式：螺旋丝杆滚珠丝杆步皮带链传动等
③电气控制方式：单片微机控制PLC控制
④功控制求：速度控制位置控制
⑤设计参数：
单工作行程——180015001200 mm
移动负载质量——10050 kg
负载移动阻力——10050 N
移动速度控制——36 mmin
（2）课程设计意义
次专业课程设计培养综合运学知识技提高分析解决实际问题力重环节专业课程设计建立专业基础课专业方课基础根学课程进行工程基训练课程设计意义：
①培养综合运学基础理专业知识独立进行机电控制系统(产品)初步设计工作力结合设计试验研究课题进步巩固扩知识领域
②培养搜集阅读综合分析参考资料运种标准工具书籍编写技术文件力提高计算绘图等基技
③培养掌握机电产品设计般程序方法进行工程师基素质训练
④树立正确设计思想严肃认真工作作风
12 设计务明细
①方案设计：根课程设计务求搜集纳分析资料基础明确系统功确定实现系统功原理方案种方案进行分析评价进行方案选优
②总体设计：针具体原理方案通动力总体参数选择计算进行总体设计出机械系统控制原理图部件图（A2张）
③根控制功求完成电气控制设计处电气控制电路原理图（A2图张）
④课程设计成果集中表现课程设计说明书绘制设计图纸学生应独立完成课程设计说明书份字数3000字设计图纸少两张
⑤计算机绘图手工绘图印说明书
⑥ 设计选题分组进行位学应采方案（参数）独立完成
2 总体方案设计
21 设计基
机电传动单数控台机电体化典型产品集机床计算机电动机拖动控制检测等技术体动化设备基组成包括机械传动装置电气控制系统次设计围绕两方面进行
22行性方案较
（1）电机驱动方式选择
伺服电机步进电机控制系统应中均广泛两者驱动控制方式相似均脉方信号控制步进电机控制方式开环控制伺服驱动系统闭环控制控制精度更高系统结构较步进电机复杂步进电机完全满足次设计求控制精度响应速度选择步进电机较合适
步进电机具特点：① 工作状态易受种素影响未引起步进电机产生丢步现象前影响正常工作② 转动转累积误差变零会长期累积③ 控制性启动停止反转时易丢步
（2）机械传动方式选择
种机械传动方式供选择包括滚珠丝杆步皮带链传动等种方式优缺点次设计求参数样选择步皮带传动
步皮带传动原理图示优点：传动准确传动效率高（达098）吸振噪音低传动稳高速传动维护保养方便步带结构类型图示
图 1
（3）电气控制方式选择
电气控制方式选择单片微机控制PLC控制
单片机体积价格低编程复杂程序设计繁琐抗干扰力PLC性较低
编程序控制器PLC性高抗干扰力强配合步进电机控制许PLC置脉输出功设置相应控制指令步进电机进行直接控制减少系统设计工作量存部分接口信号匹配问题提高系统性时PLC编程简单调试方便维护量更适合工业控制
综述次设计选择PLC控制
23总体方案确定
电机驱动方式步进电机驱动机械传动方式选择步皮带电气控制方式选择PLC控制功控制求速度控制
系统工作原理：PLC控制步进电机转速步进电机驱动带轮驱动步皮带数控台固定步皮带通导轨导步带运动单返运动
设计参数：数控台天开机8h年工作300工作日寿命8年单工作行程ls 1500mm移动负载质量m1100kg负载移动阻力F100N移动速度控制v6mmin
3 机械传动系统设计
31机械传动装置组成原理
机电传动单数控台步进电机步皮带传动装置导轨工作台等部件构成步进电机驱动步带轮带动步带运动进转换工作台单移动
32部件结构设计计算
计算说明
结果
321 导轨选择
工作台质量m2假设50kg初选矩形滑动导轨
作滑块力
单滑块受力
导轨寿命
行程长度寿命
中n分钟运行次数
中k寿命系数fH硬度系数fT温度系数fc接触系数fW负荷系数
取k50fH1fT1fc081fW15
动载荷
查机电体化设计手册选择HGH20CA型矩形直线滑动导轨副
322 步皮带设计计算
（1）传递功率
[1]表B＆C10查KA17电机反复启动正反转频繁KA应增加10设计功率Pd
（2）动轮转速：电机直接驱动动轮初选电机转速1500rmin
动轮转速：带轮直径等带轮直径转速1500rmin
（3）选定带型节距：根查[1]图B＆C6选取H型步带查[1]表B＆C2节距127mm
（4）带轮齿数：查表[1] B＆C518≥取60
（5）带轮节圆直径
（6）带轮齿数
（7）带轮节圆直径
（8）带速
（9）初定轴间距：工作台单形成1500mm取1600mm
（10）步带长度
查[1]表B&C3选取带长代号1700H型步带节线长4318mm节线齿数340
（11）实际轴间距
（12）带轮啮合齿数
（13）基额定功率
中宽度带许工作拉力m宽度带单位长度质量查[1]表B&C11762mm2100Nm0448kgm
（14）带宽
中
查[1]表B&C4选择带宽代号200H型带带宽 mm
（15）作轴力
（16）查[1]表B&C13预紧力
323步进电动机选择校核
已知参数：
工作台重量Gm1g500N
工作台导轨间摩擦系数μ015
定位精度01毫米
（1）脉量确定
根设计位置精度求初取脉量
（2）步距角
初选电动机型号时步距角传动i应满足取步距角
（3）稳定运行时转矩
（4）等效转动惯量计算
取带轮质量2kg带轮折算电机轴转动惯量
负载工作台折算电机轴转动惯量
折算电动机轴总转动惯量
（5）初选步进电机型号
根稳定运行时转距电动机总转动惯量查[2]表38初选110BF003型步进电机步进电机转子转动惯空载启动频率1500Hz空载运行频率7000Hz
根电机轴直径d初选联轴器查[3]表145初选YL1式凸缘联轴器转动惯量
步进电动机具良起动力较快响应速度
（6）矩频特性
步进电动机空载启动转矩应该步进电动机名义起动转矩
步进电机需起动转矩
中空载启动运动部件静止升速
速度需转矩空载时折算电机轴摩擦力矩步带预紧折算电机轴附加摩擦力矩
加速转矩
J部件折算电机轴转动惯量
静止部件静止加速速度取
空载摩擦力矩
附加摩擦力矩
总转矩
名义启动转矩
静转矩符合启动求
面计算仅仅检查电机静转矩否满足求保证电机快速启动时失步需启动矩频特性进行校核突跳启动程极短加速度力矩启动时丢步避免突跳启动少升速启动方式
根空载启动力矩查手册找应允许启动频率约频率：
启动矩频特性满足求分二阶段启动阶段启动频率仅高启动频率123012Hz
324 滚动轴承选校核
步带传动轴承承受径力较根电机轴径查[3]表133初选型号6002深沟球轴承
基额定载荷
径载荷
轴承支反力
轴承量动载荷
取
计算轴承寿命：取温度系数
轴承符合寿命求
6002轴承基参数：圈直径外圈直径轴承宽度
325键选择校核
（1）连接步电机轴联轴器键校核
查[3]表111选A型普通键
许压应力120MPa
强度条件：
中
符合求
（2）连接联轴器步带轮轴键校核
连接步电机联轴器键连接联轴器步带轮轴键采相键样负载转矩样够达设计求
（3）步带轮键校核
查[3]表111选A型普通键
强度条件：
中
符合求
k50
fH1
fT1
fc081
fW15
型号HGH20CA
10W
1500rmin
1500rmin
127mm
60
24255mm
60
24255mm
1905ms
1600mm
带长代号1700
H型步带
3691kW
带宽代号200H型带
mm
110BF003型步进电机
4 电气控制系统设计
41 控制系统基组成
电气控制系统采PLC控制检测传感装置PLC环形脉分配器功率放器等组成中PLC采S7200系列通PLC实现步进电动机控制配合步进电机控制许PLC置脉输出功设置相应控制指令步进电机进行直接控制种控制方式优点：减少系统设计工作量存部分接口信号匹配问题提高系统性工作台步进电机驱动步进电机相绕组必须定序通电正常工作需环形脉分配器通电序定规律变化计算机输出口环形分配器输出信号脉电流般毫安直接驱动步进电机必须采功率放器脉电流进行放增十安培驱动步进电机运转
电气控制程图示：
图 2 电气控制程
42 电气元件选型计算
（1）PLC选择
西门子公司生产S7200PLC指令丰富功强性高适应性结构紧凑便扩展性价高次设计选S7200CPU模块具体型号CPU224参数表示：
表1 S7200CPU参数
程序存储器
4096字
户数存储器
2560字
机IO
14入10出
扩展模块数
7
通信口数量
1（RS485）
(2)环形脉分配器
实现环形分配方法3种种软分配利计算机软件进行分配该方法充分利计算机软件资源降低硬件成占计算机运行时间影响步进电动机运行速度第二种采规模集成电路搭建成三相六拍环形脉分配器种方式灵活性搭接意相意通电序环形分配器时工作时占计算机工作时间第三种采专环形分配器器件实现步进电机种环形分配方便接口简单
设计采第三种方法CH250环形分配器脚图三相六拍接线图示
图 3 CH250脚图三相六拍接线图
（3）功率放器
步进电机功率放电路电压型电流型电压型单电压型双电压型（高低压型）电流型中恒流驱动斩波驱动等
设计中采恒流源功率放电路电路图图示图中ABC分步进电机三相相组功率放器驱动放器输入端环形脉分配器相连脉次加三输入端时三组放器分驱动绕组电动机步步转动电路中绕组联二极VD分起续流作绕组W串联电阻R限流电阻该电路结构简单速度求高型步进电机中
图 4 恒流源功率放电路
（4）旋转式编码器
增量式编码器记住走步数开机会回原点绝式电知道处位置需更线数成较高增量式济设计中选增量式旋转式编码器
43 电气控制电路设计
设计中采PLC控制
IO分配表示
表2 IO分配表
功
IO口
功
IO口
启动钮SB1
I00
增量式旋转式编码器A相
I06
紧急停止钮SB2
I01
增量式旋转式编码器B相
I07
正常停止钮SB3
I02
脉输出口
Q00
初始位置行程开关S1
I03
电机转动方输出控制
Q01
终点位置行程开关S2
I04
蜂鸣器报警指示灯输出
Q02
接线图图示
图5 PLC接线图
44 控制程序设计说明
（1）速度控制原理
设计采速度控制速度编码器通编码输出标准脉根分辨率通计算1s输出脉值电机轴实际转速通额定转速较出差值进行调速完成速度反馈控制
图6 数控台运动程
利PLC产生高速脉串调节脉频率实现步进电动机启动加速恒速运行减速停止程数控台运行程图示
（2）程序流程图
图7 程序流程图
程序
Network 1 初始化
LD SM01
R Q00 2
R S00 3
Network 2 台处初始位置行程开关启动钮时电动机正转
LD I00
A I03
AN I01
AN I02
EU
S S01 1
Network 3
LSCR S01
Network 4
LD SM01
CALL SBR3
Network 5
LD SM00
Q01 启动标志
Network 6
LD SM01
CALL SBR0 正输出
正标志
Q00脉输出
Network 7
LD I04
SCRT S02
Network 8
SCRE
Network 9
LD T37
R Q01 1 启动标志
Network 10
SCRE
Network 11 电动机立停止
LD I01
AN I02
S M01 1
CALL SBR1
Network 12 电动机正常停止
LD I02
AN I01
R S00 3
Network 13
LD SM01
A M01
MOVW SMW68 VW200 时脉周期存入
R S00 3
Network 14 电动机调整零点
LD I00
AN I03
AN I01
AN I02
AN Q01
S S00 1
Network 15
LSCR S00
Network 19
LD SM01
AN I03
CALL SBR0
Network 16
LD I03
S S01 1 零点正常行驶
MOVD +0 SMD48
Network 21
SCRE
Network 17
LD SM00
TON T32 +100
Network 23
LD T32
CALL SBR2
R T32 8
子程序SBR_0 PLC发射高速脉
Network 1
LD SM00
MOVB 16#E7 SMB67 PTO工作段工作模式
MOVW 100 SMW168
MOVB 3 VB100
MOVW +667 VW101 第1段初始周期周期单位
MOVW 1 VW103 第1段周期增量
MOVD +524 VD105 第1段脉数
MOVW +143 VW109 第2段初始周期
MOVW 0 VW111 第2段周期增量
MOVD +28000 VD113 第2段脉数
MOVW +667 VW117 第3段初始周期
MOVW +2 VW119 第3段周期增量
MOVD +262 VD121 第3段脉数
PLS 0
Network 2
LD I03
O I04
S SM665 1
子程序SBR_1 紧急停车时脉控制
LD SM00
MOVW +50 VW202
I VW200 VW202
MOVW VW202 VW204
I +50 VW204
MOVB 16#88 SMB67 PTO工作段工作模式
MOVW VW200 VW400 该段初始周期
MOVW VW204 VW402 周期增量
MOVD +262 VD404 脉数
PLS 0
子程序SBR_2 编码器检测脉PLC产生脉数较超报警值报警
Network 1
LD SM00
MOVD SMD72 VD520
Network 2
LD SM00
R SMD48 VD520
Network 3
LDR> VD520 500
O Q02
S Q02 1
子程序SBR_3 接收增量式旋转编码器发出高速脉计数
Network 1
LD SM00
MOVB 16#F8 SMB47
HDEF 1 9
MOVD +0 SMD48
MOVD +30000 SMD52
HSC 1
5 总结
次课程设计期三周题目相较陌生首先网查找关机电传动单数控台图片资料作分类结构等解然确定设计初步方案根选方案开始进行计算校核期间图书馆关带传动机电体化设计手册PLC编程等书籍作参考步带传动步进电机选型计算解计算程中遇问题通查阅量资料解决完成机械传动部件计算选型电气控制部分设计较时间完成机械传动系统图电气控制电路原理图
通次课程设计掌握机电控制系统初步设计程学会方案间较选择方法提高搜集阅读综合分析种参考资料力时熟悉计算机绘图软件CAD次课程设计验进行毕业设计极鉴意义
指导次课程设计*老师位老师表示衷心感谢谢谢支持帮助
参考文献
[1]顾冠群万德钧机电体化设计手册（）南京：江苏科学技术出版社1996
[2]张建民等机电体化系统设计北京：北京理工学出版社2007
[3]程志红唐放机械设计课程机设计南京：东南学出版社2006
[4]吴中俊黄永红编程序控制器原理应北京：机械工业出版社2004
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机械工程动化专业
机械电子方专业课程设计说明书
设计题目：机电传动单数控台设计
设 计 者：
班 级：
学 号：
指导教师：
中国矿业学
机电工程学院
2014 年X月
目录
1设计务 1
11设计务介绍意义 1
12设计务明细 2
2总体方案设计 3
21设计基 3
22行性方案较 3
23总体方案确定 4
3机械传动系统设计 5
31机械传动装置组成原理 5
32部件结构设计计算 5
4电气控制系统设计 14
41控制系统基组成 14
42电气元件选型计算 15
43电气控制电路设计 17
44控制程序设计说明 18
5总结 25
参考文献 26
1 设计务
11设计务介绍意义
（1）务介绍
设计容机电控制系统（典型机电产品）设计容包括：①机械传动结构设计②电气测控系统设计容必须包括模拟量控制
课程设计题目：机电传动单数控台设计
①电机驱动方式：步进电机直流伺服电机交流伺服电机
②机械传动方式：螺旋丝杆滚珠丝杆步皮带链传动等
③电气控制方式：单片微机控制PLC控制
④功控制求：速度控制位置控制
⑤设计参数：
单工作行程——180015001200 mm
移动负载质量——10050 kg
负载移动阻力——10050 N
移动速度控制——36 mmin
（2）课程设计意义
次专业课程设计培养综合运学知识技提高分析解决实际问题力重环节专业课程设计建立专业基础课专业方课基础根学课程进行工程基训练课程设计意义：
①培养综合运学基础理专业知识独立进行机电控制系统(产品)初步设计工作力结合设计试验研究课题进步巩固扩知识领域
②培养搜集阅读综合分析参考资料运种标准工具书籍编写技术文件力提高计算绘图等基技
③培养掌握机电产品设计般程序方法进行工程师基素质训练
④树立正确设计思想严肃认真工作作风
12 设计务明细
①方案设计：根课程设计务求搜集纳分析资料基础明确系统功确定实现系统功原理方案种方案进行分析评价进行方案选优
②总体设计：针具体原理方案通动力总体参数选择计算进行总体设计出机械系统控制原理图部件图（A2张）
③根控制功求完成电气控制设计处电气控制电路原理图（A2图张）
④课程设计成果集中表现课程设计说明书绘制设计图纸学生应独立完成课程设计说明书份字数3000字设计图纸少两张
⑤计算机绘图手工绘图印说明书
⑥ 设计选题分组进行位学应采方案（参数）独立完成
2 总体方案设计
21 设计基
机电传动单数控台机电体化典型产品集机床计算机电动机拖动控制检测等技术体动化设备基组成包括机械传动装置电气控制系统次设计围绕两方面进行
22行性方案较
（1）电机驱动方式选择
伺服电机步进电机控制系统应中均广泛两者驱动控制方式相似均脉方信号控制步进电机控制方式开环控制伺服驱动系统闭环控制控制精度更高系统结构较步进电机复杂步进电机完全满足次设计求控制精度响应速度选择步进电机较合适
步进电机具特点：① 工作状态易受种素影响未引起步进电机产生丢步现象前影响正常工作② 转动转累积误差变零会长期累积③ 控制性启动停止反转时易丢步
（2）机械传动方式选择
种机械传动方式供选择包括滚珠丝杆步皮带链传动等种方式优缺点次设计求参数样选择步皮带传动
步皮带传动原理图示优点：传动准确传动效率高（达098）吸振噪音低传动稳高速传动维护保养方便步带结构类型图示
图 1
（3）电气控制方式选择
电气控制方式选择单片微机控制PLC控制
单片机体积价格低编程复杂程序设计繁琐抗干扰力PLC性较低
编程序控制器PLC性高抗干扰力强配合步进电机控制许PLC置脉输出功设置相应控制指令步进电机进行直接控制减少系统设计工作量存部分接口信号匹配问题提高系统性时PLC编程简单调试方便维护量更适合工业控制
综述次设计选择PLC控制
23总体方案确定
电机驱动方式步进电机驱动机械传动方式选择步皮带电气控制方式选择PLC控制功控制求速度控制
系统工作原理：PLC控制步进电机转速步进电机驱动带轮驱动步皮带数控台固定步皮带通导轨导步带运动单返运动
设计参数：数控台天开机8h年工作300工作日寿命8年单工作行程ls 1500mm移动负载质量m1100kg负载移动阻力F100N移动速度控制v6mmin
3 机械传动系统设计
31机械传动装置组成原理
机电传动单数控台步进电机步皮带传动装置导轨工作台等部件构成步进电机驱动步带轮带动步带运动进转换工作台单移动
32部件结构设计计算
计算说明
结果
321 导轨选择
工作台质量m2假设50kg初选矩形滑动导轨
作滑块力
单滑块受力
导轨寿命
行程长度寿命
中n分钟运行次数
中k寿命系数fH硬度系数fT温度系数fc接触系数fW负荷系数
取k50fH1fT1fc081fW15
动载荷
查机电体化设计手册选择HGH20CA型矩形直线滑动导轨副
322 步皮带设计计算
（1）传递功率
[1]表B＆C10查KA17电机反复启动正反转频繁KA应增加10设计功率Pd
（2）动轮转速：电机直接驱动动轮初选电机转速1500rmin
动轮转速：带轮直径等带轮直径转速1500rmin
（3）选定带型节距：根查[1]图B＆C6选取H型步带查[1]表B＆C2节距127mm
（4）带轮齿数：查表[1] B＆C518≥取60
（5）带轮节圆直径
（6）带轮齿数
（7）带轮节圆直径
（8）带速
（9）初定轴间距：工作台单形成1500mm取1600mm
（10）步带长度
查[1]表B&C3选取带长代号1700H型步带节线长4318mm节线齿数340
（11）实际轴间距
（12）带轮啮合齿数
（13）基额定功率
中宽度带许工作拉力m宽度带单位长度质量查[1]表B&C11762mm2100Nm0448kgm
（14）带宽
中
查[1]表B&C4选择带宽代号200H型带带宽 mm
（15）作轴力
（16）查[1]表B&C13预紧力
323步进电动机选择校核
已知参数：
工作台重量Gm1g500N
工作台导轨间摩擦系数μ015
定位精度01毫米
（1）脉量确定
根设计位置精度求初取脉量
（2）步距角
初选电动机型号时步距角传动i应满足取步距角
（3）稳定运行时转矩
（4）等效转动惯量计算
取带轮质量2kg带轮折算电机轴转动惯量
负载工作台折算电机轴转动惯量
折算电动机轴总转动惯量
（5）初选步进电机型号
根稳定运行时转距电动机总转动惯量查[2]表38初选110BF003型步进电机步进电机转子转动惯空载启动频率1500Hz空载运行频率7000Hz
根电机轴直径d初选联轴器查[3]表145初选YL1式凸缘联轴器转动惯量
步进电动机具良起动力较快响应速度
（6）矩频特性
步进电动机空载启动转矩应该步进电动机名义起动转矩
步进电机需起动转矩
中空载启动运动部件静止升速
速度需转矩空载时折算电机轴摩擦力矩步带预紧折算电机轴附加摩擦力矩
加速转矩
J部件折算电机轴转动惯量
静止部件静止加速速度取
空载摩擦力矩
附加摩擦力矩
总转矩
名义启动转矩
静转矩符合启动求
面计算仅仅检查电机静转矩否满足求保证电机快速启动时失步需启动矩频特性进行校核突跳启动程极短加速度力矩启动时丢步避免突跳启动少升速启动方式
根空载启动力矩查手册找应允许启动频率约频率：
启动矩频特性满足求分二阶段启动阶段启动频率仅高启动频率123012Hz
324 滚动轴承选校核
步带传动轴承承受径力较根电机轴径查[3]表133初选型号6002深沟球轴承
基额定载荷
径载荷
轴承支反力
轴承量动载荷
取
计算轴承寿命：取温度系数
轴承符合寿命求
6002轴承基参数：圈直径外圈直径轴承宽度
325键选择校核
（1）连接步电机轴联轴器键校核
查[3]表111选A型普通键
许压应力120MPa
强度条件：
中
符合求
（2）连接联轴器步带轮轴键校核
连接步电机联轴器键连接联轴器步带轮轴键采相键样负载转矩样够达设计求
（3）步带轮键校核
查[3]表111选A型普通键
强度条件：
中
符合求
k50
fH1
fT1
fc081
fW15
型号HGH20CA
10W
1500rmin
1500rmin
127mm
60
24255mm
60
24255mm
1905ms
1600mm
带长代号1700
H型步带
3691kW
带宽代号200H型带
mm
110BF003型步进电机
4 电气控制系统设计
41 控制系统基组成
电气控制系统采PLC控制检测传感装置PLC环形脉分配器功率放器等组成中PLC采S7200系列通PLC实现步进电动机控制配合步进电机控制许PLC置脉输出功设置相应控制指令步进电机进行直接控制种控制方式优点：减少系统设计工作量存部分接口信号匹配问题提高系统性工作台步进电机驱动步进电机相绕组必须定序通电正常工作需环形脉分配器通电序定规律变化计算机输出口环形分配器输出信号脉电流般毫安直接驱动步进电机必须采功率放器脉电流进行放增十安培驱动步进电机运转
电气控制程图示：
图 2 电气控制程
42 电气元件选型计算
（1）PLC选择
西门子公司生产S7200PLC指令丰富功强性高适应性结构紧凑便扩展性价高次设计选S7200CPU模块具体型号CPU224参数表示：
表1 S7200CPU参数
程序存储器
4096字
户数存储器
2560字
机IO
14入10出
扩展模块数
7
通信口数量
1（RS485）
(2)环形脉分配器
实现环形分配方法3种种软分配利计算机软件进行分配该方法充分利计算机软件资源降低硬件成占计算机运行时间影响步进电动机运行速度第二种采规模集成电路搭建成三相六拍环形脉分配器种方式灵活性搭接意相意通电序环形分配器时工作时占计算机工作时间第三种采专环形分配器器件实现步进电机种环形分配方便接口简单
设计采第三种方法CH250环形分配器脚图三相六拍接线图示
图 3 CH250脚图三相六拍接线图
（3）功率放器
步进电机功率放电路电压型电流型电压型单电压型双电压型（高低压型）电流型中恒流驱动斩波驱动等
设计中采恒流源功率放电路电路图图示图中ABC分步进电机三相相组功率放器驱动放器输入端环形脉分配器相连脉次加三输入端时三组放器分驱动绕组电动机步步转动电路中绕组联二极VD分起续流作绕组W串联电阻R限流电阻该电路结构简单速度求高型步进电机中
图 4 恒流源功率放电路
（4）旋转式编码器
增量式编码器记住走步数开机会回原点绝式电知道处位置需更线数成较高增量式济设计中选增量式旋转式编码器
43 电气控制电路设计
设计中采PLC控制
IO分配表示
表2 IO分配表
功
IO口
功
IO口
启动钮SB1
I00
增量式旋转式编码器A相
I06
紧急停止钮SB2
I01
增量式旋转式编码器B相
I07
正常停止钮SB3
I02
脉输出口
Q00
初始位置行程开关S1
I03
电机转动方输出控制
Q01
终点位置行程开关S2
I04
蜂鸣器报警指示灯输出
Q02
接线图图示
图5 PLC接线图
44 控制程序设计说明
（1）速度控制原理
设计采速度控制速度编码器通编码输出标准脉根分辨率通计算1s输出脉值电机轴实际转速通额定转速较出差值进行调速完成速度反馈控制
图6 数控台运动程
利PLC产生高速脉串调节脉频率实现步进电动机启动加速恒速运行减速停止程数控台运行程图示
（2）程序流程图
图7 程序流程图
程序
Network 1 初始化
LD SM01
R Q00 2
R S00 3
Network 2 台处初始位置行程开关启动钮时电动机正转
LD I00
A I03
AN I01
AN I02
EU
S S01 1
Network 3
LSCR S01
Network 4
LD SM01
CALL SBR3
Network 5
LD SM00
Q01 启动标志
Network 6
LD SM01
CALL SBR0 正输出
正标志
Q00脉输出
Network 7
LD I04
SCRT S02
Network 8
SCRE
Network 9
LD T37
R Q01 1 启动标志
Network 10
SCRE
Network 11 电动机立停止
LD I01
AN I02
S M01 1
CALL SBR1
Network 12 电动机正常停止
LD I02
AN I01
R S00 3
Network 13
LD SM01
A M01
MOVW SMW68 VW200 时脉周期存入
R S00 3
Network 14 电动机调整零点
LD I00
AN I03
AN I01
AN I02
AN Q01
S S00 1
Network 15
LSCR S00
Network 19
LD SM01
AN I03
CALL SBR0
Network 16
LD I03
S S01 1 零点正常行驶
MOVD +0 SMD48
Network 21
SCRE
Network 17
LD SM00
TON T32 +100
Network 23
LD T32
CALL SBR2
R T32 8
子程序SBR_0 PLC发射高速脉
Network 1
LD SM00
MOVB 16#E7 SMB67 PTO工作段工作模式
MOVW 100 SMW168
MOVB 3 VB100
MOVW +667 VW101 第1段初始周期周期单位
MOVW 1 VW103 第1段周期增量
MOVD +524 VD105 第1段脉数
MOVW +143 VW109 第2段初始周期
MOVW 0 VW111 第2段周期增量
MOVD +28000 VD113 第2段脉数
MOVW +667 VW117 第3段初始周期
MOVW +2 VW119 第3段周期增量
MOVD +262 VD121 第3段脉数
PLS 0
Network 2
LD I03
O I04
S SM665 1
子程序SBR_1 紧急停车时脉控制
LD SM00
MOVW +50 VW202
I VW200 VW202
MOVW VW202 VW204
I +50 VW204
MOVB 16#88 SMB67 PTO工作段工作模式
MOVW VW200 VW400 该段初始周期
MOVW VW204 VW402 周期增量
MOVD +262 VD404 脉数
PLS 0
子程序SBR_2 编码器检测脉PLC产生脉数较超报警值报警
Network 1
LD SM00
MOVD SMD72 VD520
Network 2
LD SM00
R SMD48 VD520
Network 3
LDR> VD520 500
O Q02
S Q02 1
子程序SBR_3 接收增量式旋转编码器发出高速脉计数
Network 1
LD SM00
MOVB 16#F8 SMB47
HDEF 1 9
MOVD +0 SMD48
MOVD +30000 SMD52
HSC 1
5 总结
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参考文献
[1]顾冠群万德钧机电体化设计手册（）南京：江苏科学技术出版社1996
[2]张建民等机电体化系统设计北京：北京理工学出版社2007
[3]程志红唐放机械设计课程机设计南京：东南学出版社2006
[4]吴中俊黄永红编程序控制器原理应北京：机械工业出版社2004
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