实验报告书.docx

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实验报告书

课堂表现

报告成绩

总评

A（）

B（）

C（）

机械设计制造及其自动化专业实验

机电专业综合实验

实验报告书

入学班级：

学号：

姓名：

实验时间：

重庆理工大学

机械工程学院

实践教学及技能培训中心

2014年1月

1.实验目的、实验器材、实验要求

1.1实验目的

（1）掌握PLC控制系统的开发流程。

（2）熟练掌握PLC梯形图及高级功能应用。

（3）利用PLC的高脉冲功能进行点位直线运动控制设计。

（4）掌握步进电机的基本原理及控制方法、选用计算方法、定位控制方法。

（5）掌握步进电机机械传动系统的设计方法。

1.2实验器材

计算机、EC20H可编程控制器、步进电机驱动器（DMD402A）、步进电机（α=1.8°）、二维工作台

1.3实验要求

（1）熟悉EC20H可编程控制器、步进电机驱动器、步进电机的硬件接口，完成控制系统的硬件电路连线的设计及实验连接。

（2）机械系统设计要求：

根据工作台的最大移动速度、定位精度、最大轴向载荷等设计参数计算机械传动系统对电机的转动惯量及负载转矩的需求，选择电机、滚珠丝杆、轴承、联轴器等零部件的型号及进给控制系统元件。

（3）编程实现电机的调速控制，包括：

正反转、加减速、启停、单步、连续运动、限位等，绘出程序框图。

（4）完成批量产品（含有斜线）加工的自动加工程序。

（5）完成机械传动系统的设计，绘出机械部分的结构示意图。

2实验内容

2.1实验设计思路、方案

本次实验我们小组经过讨论，决定利用PLC+步进电机控制十字滑台的运动（刀具不动），实现刀具预期的运动轨迹，完成对相关零件的自动加工。

这次我们设计的刀具的运动轨迹为一个五角星,如下图所示：

十字滑台运动轨迹：

刀具运动轨迹（相对于滑台）：

A-B-C-D-EA-B-C-D-E

2.2机械传动系统的计算

（1）实验所提供的设备：

步进电机驱动器：

乐创公司研发的步进电机细分驱动器DMD402A

（细分数设定为1）

步进电机：

乐创公司的两相步进电机DM5676A（步距角α=1.8°）

对于此步进电机，驱动器每输入200个脉冲，步进电机转一圈，丝杠螺母移动一个螺距。

十字滑台

十字滑台结构示意图：

实物图：

其中丝杆的参数：

单线螺纹，螺距5.00mm

（2）脉冲当量的计算

X、Y方向的脉冲当量均为5/200=0.025mm

（3）十字滑台运动轨迹距离及驱动器脉冲数的计算

线段长度计算：

BM1=AM4=100*cos36=80.9mm

CM1=EM4=100*sin36=58.8mm

DM2=DM3=100*sin18=30.9mm

CM2=EM3=100*COS18=95.1mm

各线段X、Y轴步进电机驱动器脉冲输出计算及滑台移动方向确定：

（起点为A点）

线段AB：

X轴：

200*100/5=4000脉冲，负方向

Y轴：

0

线段BC：

X轴：

200*80.9/5=3236脉冲，正方向

Y轴：

200*58.8/5=2352脉冲，方向正

线段CD：

X轴：

200*30.9/5=1236脉冲，方向负

Y轴：

200*95.1/5=3804脉冲，方向负

线段DE：

X轴：

200*30.9/5=1236脉冲，方向负

Y轴：

200*95.1/5=3803脉冲，方向正

线段EA：

X轴：

200*80.9/5=3236脉冲，方向正

Y轴：

200*58.8/5=2352脉冲，方向负

2.3电器原理设计

（1）系统功能设计

在实际的加工中，要实现的功能有:

①X、Y向滑台正反方向移动，即步进电机的正反转

②X、Y向滑台能实现慢速和快速的移动，即步进电机转速的调整

③X、Y向滑台同时运动，并能连续运动（自动）

④X、Y向滑台的限位

⑤急停

（2）PLC选型及I/O地址分配

PLC选型

PLC输入端，我们使用了8个按钮开关和2个限位开关来实现功能，所以PLC需要有10个输入，而输出端，需要有两个步进电机驱动器的脉冲信号和方向信号，所以需要有4个输出。

实验中选择EC20H—616BTA4型PLC。

I/O端口分配

输入端口配置输入设备输出端口配置输出设备

（3）电气原理图

根据系统要求的功能，我们设计了如下电气连接原理图

（4）程序设计（采用X_Builder软件进行编程）

全局变量表

PLC梯形图

2.4系统调试

（1）对步进电机驱动器细分数的设置

细分数由5、6、7、8位开关决定，开关位于驱动器下端，可按照下表设置步进电机驱动器的细分数，把开关拨到相应位置即可

（2）按照电气原理图连接线路及实验器材，并检查有无错误

（3）软件程序调试和硬件电路的修改

将全局变量表和梯形图输入到软件X_Builder中，经检查后进行编译，编译通过后下载到PLC上。

然后进行X、Y轴电机正反向、快慢速及循环运动的测试，若不能达到预期要求，则检查程序和硬件电路连线是否有错误或存在缺陷，若有则进行修改，知道十字滑台能达到预期要求为止。

2.5结论

在4天的设计和调试过程中，我们小组先后设计了机械传动系统、PLC控制系统、PLC梯形图和电气原理图，并不断对程序、线路和控制方案进行了修改和改进，所设计的PLC+步进电机控制十字滑台的机械传动控制系统最终达到了最初拟定的功能要求，能够通过PLC输入端按钮分别控制十字滑台X、Y轴的正反向移动、快慢速移动以及急停，并能控制十字滑台自动行走一定的轨迹，模拟了实际中机床上滑台的移动，从而加工出相应的零件。

所以说整个实验是成功的。

3自我总结

（下面是参考，自己写！

！

！

）

在几天的实验中，我主要参与了电器原理图的设计、实物的连接、PLC程序的调试和十字滑台的设计选型。

在进行电器原理图设计之前，对富士伺服驱动器进行了学习和了解，学习了富士伺服驱动器的控制方式，参数设置等。

试验中，由于我们使用的是PLC控制，所以我们使用的是集电极开路输入模式，用PLC的高频脉冲输出端口Y0和Y2来分别和X、Z轴驱动器的*CA端相连，通过对Y0、Y2输出脉冲的频率和个数的控制来控制伺服电机的旋转速度和位移量。

用PLC的Y10和Y15端与驱动器的*CB端相连，来控制伺服电机的旋转方向。

在进行实物连线时，要特别的细心，因为实物的连接会最直接影响后面程序的调试，而且实物连接的错误是最不容易发现的。

在试验中由于对PLC输出端Y15的COM5端没有接入，导致程序调试中Z轴无法实现反转。

在PLC程序的调试过程中，应该从最简单最直接的程序入手，从一个轴的手动控制入手，完成一个轴的控制后，换成另外一个轴，完成后再是对2个轴同时控制，再是自动控制的方式，不应该是直接就把所有的程序段都加上去，那样很难发现究竟是那个地方的错误导致的结果。

在对十字滑台的设计选型过程中，最重要的就是将伺服电机的选型，是根据要求通过将电机轴以外的转动惯量和转矩转化到电机轴上，进而得到相关数据，来对伺服电机进行选型的。

通过整个实验，明确了PLC控制系统开发流程，掌握富士交流伺服驱动器简单控制方式，熟悉了交流伺服电机的选型流程。

实验中体会到，在进行设计之前，首先要明确设计要求和功能，根据要求去学习相关知识，在学习知识之后才是开始动手设计。

进行实物连接时应该谨慎。

对于程序的调试，应该是先简单在复杂，这样能够跟快的发现问题。