二自由度实验报告总结概要.docx

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二自由度实验报告总结概要

长安大学电子与控制工程学院

自动化专业综合实验报告

二自由度十字滑台系统

电控系自动化专业

组长姓名喻超全学号201132010408

同组同学韩勋学号201132010424

同组同学罗滨学号201132010417

二〇一四年九月

目录

1项目任务概述1

2项目总体方案1

3硬件与软件设计1

3.1硬件的设计1

3.1.1十字滑台子系统框图与电路原理图1

3.1.2电源1

3.2软件设计1

3.2.1软件功能描述与设计思路1

3.2.2程序流程图2

4测试方案与测试结果2

4.1测试方案2

4.3测试结果及分析2

5思考或总结3

附录1：

硬件原理图0

附录2：

源程序（分栏排版，程序应含有程序的注释）0

1项目任务概述

二自由度十字滑台运动控制系统是应用气动和位置控制原理的基础上利用PLC对十字滑台的控制的系统。

本系统的主要硬件有：

X轴和Y轴伺服电机，X轴和Y轴滚珠丝杠副运动机构，画笔电磁铁，电气电路，PLC及EM227通讯模块组成。

2项目总体方案

本系统主要由二维画笔模块、电控系统模块两大模块，又可细分为：

工作台、Y轴滚珠丝杠副运动机构、Y轴伺服电机、笔筒、画笔电磁铁、Y轴滚珠丝杠副运动机构、X轴伺服电机等。

3.1硬件的设计

3.1.1十字滑台子系统框图

十字滑台系统图片

1、Y轴滚珠丝杠副运动机构

2、X轴滚珠丝杠副运动机构

滚珠丝杠运功机构平面视图

图1滚珠丝杠副运动机构平视图

图2滚珠丝杠副运动机构俯视与局部剖视图

滚珠丝杠副运动机构的工作原理由图1和图2可以看出，当驱动电机转动时，由于电机轴与滚珠丝杠副运动机构的滚珠丝杠副通过弹性联轴器连接，所以滚珠丝杠与电机同步转动，而装在滚珠丝杠副上面的螺母块是与滑块位固定在一起的，螺母块会随着滚珠丝杠副的正反转动做左右运动，所以滑块沿着两根导柱做直线运动。

另外滚珠丝杠副运动机构的原点位置是用磁簧开关检测定位的，并在两端的极限位置上安装了硬限位开关（磁簧开关），可有效防止由于运行超程而引起的机械或电气设备的损坏。

滚珠丝杠副运动机构在工业机床上的应用非常广泛，是一个经典的机械运动部件，利用滚珠丝杠副的转动，通过螺母块传动的设计思想，使该运动机构具备了运行阻力减小、平稳、定位精度高等优特点。

3.1.2电控系统及电源

（i）电控系统

电控系统是由伺服电机及驱动器组件、电气电路等两部分所组成。

如图3所示。

a伺服电机及驱动器

该设备的X、Y各轴的运动均由伺服电机驱动，具体型号为如下：

伺服电机：

TSB07301C2NT3

伺服驱动器：

KNT-KSA系列

用户通过各运动指令向伺服系统发出定位命令，伺服电机通过接收驱器的信号实现用户设定的定位控制。

b电气电路

该部分是由断路器、继电器、开关电源、PLC、EM227通讯模块、接线端子等组成。

图3

小型断路器：

控制设备电源通断。

开关电源：

将交流220V转换为直流24V供中间继电器、传感器等弱电电路使用。

西门子200PLC。

EM227通讯模块：

型号为6ES7277-0AA22-0XA0，用于PLC之间的通讯。

继电器：

用于控制画笔电磁铁和伺服驱动器的使能。

X轴伺服驱动器。

Y轴伺服驱动器。

接线端子。

电机与驱动装置：

根据驱动和控制精度的要求，十字滑台控制系统的执行装置可以分别选用交流伺服电机，直流伺服电机，和步进电机。

交流伺服电机具有起动转矩大、体积小、重量轻、转速和转矩容易控制、效率高的优点。

但维护困难、使用寿命短、速度受到限制。

直流伺服电机的转速控制采用电压控制方式。

因为控制电压与电机转速成正比、高加速度、无电刷维护、环境要求低等优点，但驱动电路复杂、价格高。

交流伺服电机的控制分为电压控制和频率控制两种方式。

步进电机不需要传感器、不需要反馈，用于实现开环控制。

步进电机可以直接用数字信号进行控制，与PLC的接口比较容易。

没有电刷、维护方便、寿命长、启动、停止、正转，反转容易控制。

步进电机的缺点是能量转换效率低，易失步，输入脉冲而电机不转动等。

对步进电机的控制包括单相励磁，双相励磁级及单、双相励磁控制。

其中，单相励磁精度高，但易失步；双相励磁输出转矩大，转子过冲小，为步进电机的常用控制方式，但效率低。

单、双相励磁控制方式分辨率高，运转平稳。

三相异步电机控制简单，但没有精确度，可靠性太差，所以不予考虑。

综上所述，本次设计采用步进电机控制系统。

电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。

为整个系统提供

5V或者

12V电压，确保电路的正常稳定工作。

3.2软件设计

3.2.1软件功能描述

1、软件功能描述

分别编写程序，实现系统的手动调试和自动操作。

在手动调试中，画笔的运动方向受控制盒上手动摇柄的直接控制，从而手动画出图案。

而自动操作则是系统按编写的程序自动运行，所画的图案取决于自动运行程序中所预设的图形。

3.2.2程序流程图

1、主程序流程图

3、手动操作子程序流程图

4、自动运行子程序流程图

4测试方案与测试结果

4.1测试方案

1、硬件测试

连线，通电，完成PLC于电脑的通信连接，调试。

2、硬件软件联调

在完成硬件调试的基础下，编译并下载程序，监控程序运行状态，观察测试结果。

4.2测试结果及分析

自动操作中，画笔按预设的程序运行，完成英文字母“KNT”的书写。

5思考或总结

本次PLC实验与实际生活紧密联系，使我们充分认识到了这门课程的实际意义和现实重要性。

通过本次课程我们掌握了电气控制原理设计的基本方法，并使用可编程控制器实现简单控制系统的控制要求。

这次实验，也遇到了很多问题，由于准备工作不全面，在掌握设计资料前盲目设计，浪费了很多时间，大部分时间都是在做无用功，效率低。

也认识到自己还有很多不足的地方，希望这次的经历能让我们在以后的学习中激励我继续进步。

附录：

源程序（分栏排版，程序应含有程序的注释）

自动操作部分源程序：