畢業(yè)設(shè)計(jì)--- 機(jī)械手的plc控制

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題　　目:機(jī)械手的PLC控制　　　 </p><p>　　專　　業(yè):　 機(jī)電一體化 　　　　　 </p><p>　　班　　級(jí): </p><p>　　學(xué)　　號(hào):

2、 </p><p>　　姓　　名: </p><p>　　指導(dǎo)老師: </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　機(jī)械手是工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)

3、采用滾珠絲桿、滑桿、等機(jī)械器件組成；電氣方面有交流電機(jī)、變頻器、傳感器、等電子器件組成。該裝置涵蓋了可編程控制技術(shù)，位置控制技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等，是機(jī)電一體化的典型代表儀器之一。本文介紹的機(jī)械手是由PLC輸出三路脈沖，分別驅(qū)動(dòng)橫軸、豎軸變頻器，控制機(jī)械手橫軸和豎軸的精確定位，微動(dòng)開(kāi)關(guān)將位置信號(hào)傳給PLC主機(jī)；位置信號(hào)由接近開(kāi)關(guān)反饋給PLC主機(jī)，通過(guò)交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)控制機(jī)械手手爪的張合，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械手精確運(yùn)動(dòng)的功能。本課題擬開(kāi)發(fā)的物料搬運(yùn)機(jī)

4、械手可在空間抓放物體，動(dòng)作靈活多樣，可代替人工在高溫和危險(xiǎn)的作業(yè)區(qū)進(jìn)行作業(yè)，并可根據(jù)工件的變化及運(yùn)動(dòng)流程的要求隨時(shí)更改相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械手 PLC 變頻器 交流電機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Manipulator industrial robot systems

5、traditional mandate, Robot is one of the key components. Manipulator using the mechanical structure of screw-ball, slider, and other mechanical devices composition; Electric have AC motor, inverter, sensor, and other ele

6、ctronic device components. The device covers a programmable control technology, position control technology, detection technology, Mechatronics is a typical representative of one of the machines. This paper presents a ma

7、nipulator by three PLC </p><p>　　Key Words: Manipulator PLC Inverter AC motor </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　Abstra

8、ct2</p><p><b>　　引 言4</b></p><p>　　第一章機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)5</p><p>　　1．1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)5</p><p>　　1．2機(jī)械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu)6</p><p>　　第二章可編程控制PLC8</p><p>　

9、　2．1 PLC簡(jiǎn)介8</p><p>　　2．2 PLC內(nèi)部原理10</p><p>　　A. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)11</p><p>　　B. 系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)11</p><p>　　C．用戶程序存儲(chǔ)區(qū)11</p><p>　　2．3 PLC的工作原理12</p><p>　　

10、2．4 PLC機(jī)型的選擇方法15</p><p>　　2．6 機(jī)械手PLC選擇及參數(shù)17</p><p>　　第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)19</p><p>　　3．1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)19</p><p>　　3．2 三相交流電機(jī)工作原理23</p><p>　　3．3 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)

11、動(dòng)原理25</p><p>　　3．3 機(jī)械手電機(jī)的選用29</p><p>　　第四章 變頻器29</p><p>　　4.1變頻器的構(gòu)成30</p><p>　　4.2 變頻器的分類和控制方式34</p><p>　　4.3 FR-A540變頻器37</p><p>　　第五章

12、 機(jī)械手PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)40</p><p>　　5．1 機(jī)械手的工藝過(guò)程40</p><p>　　5．2 PLC控制系統(tǒng)42</p><p><b>　　致答謝詞48</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)49</b></p><p><b>

13、　　引 言</b></p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化已成為突出的主題。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展,自動(dòng)化已經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)中的重要支柱,無(wú)人車間、無(wú)人生產(chǎn)流水線等等，已經(jīng)隨處可見(jiàn)。同時(shí)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，存在著各種各樣的生產(chǎn)環(huán)境，如高溫、放射性、有毒氣體、有害氣體場(chǎng)合以及水下作業(yè)等，這些惡劣的生產(chǎn)環(huán)境不利于人工進(jìn)行操作。</p><p>　　工業(yè)機(jī)械手是近

14、代自動(dòng)控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一項(xiàng)新的技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論與工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，并以成為現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。工業(yè)機(jī)械手是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、改善勞動(dòng)條件、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的有效手段之一。尤其在高溫、高壓、粉塵、噪聲以及帶有放射性和污染的場(chǎng)合，應(yīng)用得更為廣泛。在我國(guó)，近幾年來(lái)也有較快的發(fā)展，并取得一定的效果，受到機(jī)械工業(yè)和鐵路工業(yè)部門的重視。</p><p>　　本課題擬開(kāi)發(fā)物料搬運(yùn)

15、機(jī)械手，采用日本三菱公司的FX2N系列PLC，對(duì)機(jī)械手的上下、左右以及抓取運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。該裝置機(jī)械部分有滾珠絲杠、滑軌、機(jī)械抓手等；電氣方面由交流電機(jī)、變頻器、操作臺(tái)等部件組成。我們利用可編程技術(shù)，結(jié)合相應(yīng)的硬件裝置，控制機(jī)械手完成各種動(dòng)作。</p><p>　　由于時(shí)間倉(cāng)促和個(gè)人水平限制，我的設(shè)計(jì)存在著許多還沒(méi)來(lái)得及解決的問(wèn)題，希望廣大老師、同學(xué)能夠給予批評(píng)指正并予以解決。</p><p&g

16、t;　　第一章機(jī)械手機(jī)械結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1．1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　1．螺旋機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　螺旋機(jī)構(gòu)由螺桿、螺母和機(jī)架組成，其主要功能是將轉(zhuǎn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，按螺旋副中的摩擦性質(zhì)，螺旋機(jī)構(gòu)可以分為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)和滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)兩種類型。按用途

17、可以分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋三種類型。</p><p>　　螺旋機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲易于自鎖等優(yōu)點(diǎn)。</p><p><b>　　2. 滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　螺旋副內(nèi)為滑動(dòng)摩擦的的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)所用的螺紋為傳動(dòng)性能好，效率高的矩形、梯形和鋸齒形螺紋。</p>

18、;<p>　　滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)由螺母和螺桿組成。根據(jù)機(jī)構(gòu)的組成及運(yùn)動(dòng)方式，滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)又分為以下兩種。</p><p>　?。?）．由螺母和螺桿組成的滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，螺母與機(jī)架固聯(lián)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)（如圖1-1b所示），這種螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞動(dòng)力為主，故又稱傳力螺旋機(jī)構(gòu)。一般要求用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向力，多用在工作時(shí)間短，速度較低的場(chǎng)合。</p><p>　?。?）．由螺母、螺桿和機(jī)

19、架組成的滑動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，如圖1-1a所示，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)，這種螺旋機(jī)構(gòu)以傳遞運(yùn)動(dòng)為主，故又稱為傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。</p><p>　　本文所介紹的機(jī)械手的豎軸就是用的傳導(dǎo)螺旋機(jī)構(gòu)。這種傳動(dòng)形式結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，傳動(dòng)效率高，精度高。</p><p>　　（a）螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng) (b) 螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)</p><p><b>

20、　　圖1-1</b></p><p><b>　　3．滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　螺旋副內(nèi)為滾動(dòng)摩擦的螺旋機(jī)構(gòu)，稱為滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)或滾珠絲杠。其機(jī)構(gòu)特點(diǎn)是在螺桿和螺母之間設(shè)有封閉循環(huán)滾道，并在其間放如剛球，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，剛球沿螺旋滾道滾動(dòng)并帶動(dòng)螺母作直線運(yùn)動(dòng)。按循環(huán)方式的不同，分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)兩種形式。

21、 </p><p>　　滾珠始終在循環(huán)過(guò)程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)。滾珠在返回時(shí)與螺桿脫離接觸的循環(huán)叫外循環(huán)（如圖1-2所示）。外循環(huán)螺母只需設(shè)置一個(gè)反向器，當(dāng)滾珠進(jìn)入反向器時(shí)，就被阻止而轉(zhuǎn)彎，從返回通道回到滾道的另一端，形成一個(gè)循環(huán)回路。</p><p>　　機(jī)械手的橫向運(yùn)動(dòng)采用的便是滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)。滾動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)摩擦阻力小，動(dòng)作靈敏度高，傳動(dòng)效

22、 </p><p>　　率高，可達(dá)90%以上。用調(diào)整的方法可消除間 隙，傳動(dòng)精度高。</p><p><b>　　圖1-2 </b></p><p>　　1．2機(jī)械手夾持器和機(jī)座的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1．機(jī)械手夾持器</b></

23、p><p>　　機(jī)械手的機(jī)械夾持器多為雙指手抓式，按其手抓的運(yùn)動(dòng)方式可分為平移型和回轉(zhuǎn)型。回轉(zhuǎn)型手抓有可分為單支點(diǎn)和雙支點(diǎn)回轉(zhuǎn)型，按夾持方式可以分為外夾式和內(nèi)撐式。按驅(qū)動(dòng)方式可以電動(dòng)、液壓和氣動(dòng)三種。</p><p>　　回轉(zhuǎn)型夾持器結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但當(dāng)所夾持的工件直徑有變動(dòng)時(shí)，將引起工件軸心的偏移。對(duì)平移型夾持器，工件直徑的變化不影響其軸心的位置。但其機(jī)械機(jī)構(gòu)繁雜，體積大，制造精度要求高。所以當(dāng)

24、設(shè)計(jì)機(jī)械手夾持器的時(shí)候，在滿足工件的定位精度要求的條件下，盡可能的采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單回轉(zhuǎn)型夾持器。 </p><p>　　本文設(shè)計(jì)的機(jī)械手采用的是楔槽杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器。如右圖所示，裝在桿上端的滾子3和楔塊之間為滾動(dòng)接觸。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)連桿前進(jìn)時(shí)，通過(guò)楔塊4的斜面和杠桿1，使兩個(gè)手抓產(chǎn)生加緊動(dòng)作和加緊力。當(dāng)楔塊后移時(shí)，靠彈簧的拉力使手指松開(kāi)。這種末端執(zhí)行器由于楔塊和滾子之間為

25、滾動(dòng)接觸，摩擦力小，活動(dòng)靈活，且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。</p><p><b>　　2．機(jī)座</b></p><p>　　機(jī)座是機(jī)械手的支撐部件，機(jī)座承受機(jī)械手的全部重量和工作載荷，所以機(jī)座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度和承載能力。另外機(jī)座還要求有足夠大的安裝基面，以保證機(jī)械手工作時(shí)的穩(wěn)定行。</p><p>　　如圖1-3所示，機(jī)械手采用普通軸承作為支撐元件的機(jī)座

26、支撐結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有制造簡(jiǎn)單、成本低、安裝調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。圖中電動(dòng)機(jī)3經(jīng)減速器4、主動(dòng)小齒輪5、中間齒輪6、大齒輪7驅(qū)動(dòng)絲桿2旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)升降臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)。整個(gè)機(jī)座安裝在基座8上。</p><p>　　第二章可編程控制PLC </p><p><b>　　2．1 PLC簡(jiǎn)介</b></p><p>　　自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)推出可編程邏輯控制器

27、（Programmable Logic Controller，PLC）取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來(lái)，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，PLC在開(kāi)關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。</p><p>　

28、　作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%～30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 </p><p>　　PLC是由摸仿原繼電

29、器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開(kāi)關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過(guò)數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過(guò)程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過(guò)程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，

30、程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開(kāi)關(guān)量來(lái)處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。

31、</p><p>　　相同I/O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒(méi)有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來(lái)，隨著PLC價(jià)格的

32、不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 </p><p>　　通用PLC應(yīng)用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC

33、或定制PLC取代嵌入式控制器</p><p>　　2．2 PLC內(nèi)部原理</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一</p><p>　　的。如圖2.1所示， PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖所示：</p><p>　　圖2-1 PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　?。?）中

34、央處理單元（CPU）</p><p>　　中央處理單元（CPU）是PLC 的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能，接受并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能檢查用戶程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接受現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū), 然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算術(shù)運(yùn)算等任

35、務(wù)。并將邏輯或算術(shù)運(yùn)算等結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢以后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行為止。</p><p><b>　?。?）存儲(chǔ)器</b></p><p>　　與微型計(jì)算機(jī)一樣，除了硬件以外，還必須有軟件。才能構(gòu)成一臺(tái)完整的PLC。PLC的軟件分為兩部分: 系統(tǒng)軟

36、件和應(yīng)用軟件。存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　PLC存儲(chǔ)空間的分配：雖然大、中、小型 PLC的CPU的最大可尋址存儲(chǔ)空間各不相同，但是根據(jù)PLC的工作原理， 其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)，系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）和用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。</p><p>　　A. 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　

37、在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。它包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。由制造廠商將其固化在EPROM中，用戶不能夠直接存取。它和硬件一起決定了該P(yáng)LC的各項(xiàng)功能。</p><p>　　B. 系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設(shè)備（例如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器

38、等）存儲(chǔ)區(qū)。</p><p><b>　?。ˋ）I/O映象區(qū)</b></p><p>　　由于PLC投入運(yùn)行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)的外設(shè)。因此，它需要有一定數(shù)量的存儲(chǔ)單元（RAM）以供存放I/O的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些存儲(chǔ)單元稱作I/O映象區(qū)。一個(gè)開(kāi)關(guān)量I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)位（bit）, 一個(gè)模擬量

39、I/O占用存儲(chǔ)單元中的一個(gè)字（16個(gè)bit)。因此，整個(gè)I/O映象區(qū)可看作由開(kāi)關(guān)量的I/O映象區(qū)和模擬量的I/O映象區(qū)兩部分組成。</p><p>　　（B）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū)</p><p>　　除了I/O映象區(qū)以外，系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)還包括PLC內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器等）的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無(wú)失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域

40、，前者在PLC斷電時(shí)，由內(nèi)部的鋰電子供電。使這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)得以保留；后者當(dāng)PLC停止運(yùn)行時(shí)，將這部分存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)全部置“零”。</p><p>　　C．用戶程序存儲(chǔ)區(qū) </p><p>　　用戶程序存儲(chǔ)區(qū)存放用戶編制的用戶程序。不同類型的PLC其存儲(chǔ)容量各不相同，一般來(lái)說(shuō)，隨著PLC機(jī)型增大其存儲(chǔ)容量也相應(yīng)增大。不過(guò)對(duì)于新型的PLC，其存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶的需要而改變。</

41、p><p>　　D．常用的I/O分類</p><p>　　常用的I/O分類如下：</p><p>　　開(kāi)關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p>　　模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分

42、，有12bit,14bit,16bit等。</p><p>　　除了上述通用I/O外，還有特殊I/O模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p>　　按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。</p><p><b>　?。?）PLC電源</b><

43、/p><p>　　PLC電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。無(wú)論是小型的PLC，還是中、大型的PLC，其電源的性能都是一樣的，均能對(duì)PLC內(nèi)部的所有器件提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的直流電源。一般交流電壓波動(dòng)在正負(fù)10%（15%）之間，因此可以直接將PLC接入到交流電網(wǎng)上去。</p><p>　　可編程序控制器一般使用220V交流電源。可編程序控制器內(nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。某些可編

44、程序控制器可以為輸入電路和少量的外部電子檢測(cè)裝置（如接近開(kāi)關(guān)）提供24V直流電源。驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源一般由用戶提供。</p><p>　　可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處。</p><p>　

45、　2．3 PLC的工作原理</p><p>　　可編程序控制器有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī) 或切換到STOP工作狀態(tài)。</p><p>　　除了執(zhí)行用

46、戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，可如上圖編程序控制器還要完成，內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階段?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。</p><p>　　在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工作。</p><

47、;p>　　在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作。可編程序控制起處于（RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外3個(gè)階段的操作。</p><p>　　在可編程序控制器的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器?？删幊绦蚩刂破魈菪螆D中別的

48、編程元件也有對(duì)應(yīng)的映像存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映像寄存器。在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開(kāi)（ON/OFF）狀態(tài)讀入輸入寄存器。</p><p>　　外接的輸入觸點(diǎn)電路接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“1”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)。外接的輸入觸點(diǎn)電路斷開(kāi)，對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器為“0”狀態(tài)，梯形圖中對(duì)應(yīng)的輸入繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，常閉觸點(diǎn)接通。在程序執(zhí)行階段，

49、即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài) 也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。</p><p>　　可編程序控制器的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序的執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映像寄存器或別的元件映像寄存器中將有關(guān)編程元件的0/1狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的

50、要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的元件映像寄存器中，因此，各編程元件的映像寄存器（輸入映像寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。</p><p>　　在輸出處理階段，CPU 將輸出映像寄存器的0/1狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。體型圖某一輸出繼電器的線圈“通電”時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“1”狀態(tài)。信號(hào)經(jīng)輸出模塊隔離 和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使外部負(fù)載通電工

51、作。</p><p>　　若梯形圖中輸出繼電器線圈斷電對(duì)應(yīng)的輸出映像寄存器為“0”狀態(tài)，在輸出處理階段后，繼電器型輸出模塊中對(duì)應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，外部負(fù)載斷電，停止工作。某一編程元件對(duì)應(yīng)的映像寄存器為“1”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為ON，映像寄存器為“0”狀態(tài)時(shí)，稱該編程元件為OFF。</p><p>　　掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次圖2.5.1a所

52、示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1~100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長(zhǎng)時(shí)，指令執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。如圖2.1c所示。</p><p>　　圖2.1c PLC的掃描運(yùn)行方式</p><p><b>　?。?）輸入采樣階段</b

53、></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次讀入所有的數(shù)據(jù)和狀態(tài)它</p><p>　　們存入I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入數(shù)據(jù)和狀態(tài)發(fā)生變化I/O映象區(qū)的相應(yīng)單元的數(shù)據(jù)和狀態(tài)也不會(huì)改變。所以輸入如果是脈沖信號(hào)，它的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。</p>

54、<p>　?。?）用戶程序執(zhí)行階段</p><p>　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC的CPU總是由上而下，從左到右的順序依次的掃描梯形圖。并對(duì)控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，并以此刷新該邏輯線圈或輸出線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)。或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。例如：算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳達(dá)等。</p><p><b>　?。?）輸出刷新階段</

55、b></p><p>　　在輸出刷新階段，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)刷新所有的數(shù)據(jù)鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)才是PLC真正的輸出。</p><p>　　(4)輸入/輸出滯后時(shí)間</p><p>　　輸入/輸出滯后時(shí)間又稱系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指可編程序控制器的外部輸入信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻至它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻之間的時(shí)間間

56、隔，它由輸入電路濾波時(shí)間、輸出電路的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。</p><p>　　輸入模塊的CPU濾波電路用來(lái)濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸點(diǎn)動(dòng)作是產(chǎn)生的抖動(dòng)引起的不良影響，濾波電路的時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長(zhǎng)短，其典型值為10ms左右。</p><p>　　輸出模塊的滯后時(shí)間與模塊的類型有關(guān)，繼電器型輸出電路的滯后時(shí)間一般在10ms左右；雙向可

57、空硅型輸出電路在負(fù)載接通時(shí)的滯后時(shí)間約為1ms，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開(kāi)時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；晶體管型輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。由掃描工作方式引起的滯后時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到兩個(gè)多掃描周期?？删幊绦蚩刂破骺偟捻憫?yīng)延遲時(shí)間一般只有幾十ms，對(duì)于一般的系統(tǒng)是無(wú)關(guān)緊要的。要求輸入—輸出信號(hào)之間的滯后時(shí)間盡量短的系統(tǒng)，可以選用掃描速度快的可編程序控制器或采取其他措施。</p><p>　　2．4 PLC機(jī)型的選擇方法<

58、/p><p>　　1．PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通常可按控制功能或輸入輸出點(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制

59、系統(tǒng)。</p><p>　　2．輸入輸出模塊的選擇</p><p>　　輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)隔離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開(kāi)關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過(guò)載能力較差。輸出

60、模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。考慮是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等。</p><p><b>　　3.電源的選擇</b></p><p>　　PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VA

61、C電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時(shí)，應(yīng)核對(duì)提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計(jì)外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。</p><p><b>　　4.存儲(chǔ)器的選擇</b></p><p>　　由于計(jì)算機(jī)集成芯片

62、技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求PLC的存儲(chǔ)器容量，按256個(gè)I/O點(diǎn)至少選8K存儲(chǔ)器選擇。需要復(fù)雜控制功能時(shí)，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲(chǔ)器。5.冗余功能的選擇</p><p><b>　　a．控制單元的冗余</b></p><p>　　（1）重要的過(guò)程單元：CPU（包括存儲(chǔ)器）及電源均應(yīng)1B1冗余。</p>

63、<p>　?。?）在需要時(shí)也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成的熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯(cuò)系統(tǒng)等。</p><p>　　b． I/O接口單元的冗余</p><p>　　（1）控制回路的多點(diǎn)I/O卡應(yīng)冗余配置。</p><p>　?。?）重要檢測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)I/O卡可冗余配置。3）根據(jù)需要對(duì)重要的I/O信號(hào)，可選用2重化或3重化的I/O接口單元。<

64、/p><p><b>　　6.經(jīng)濟(jì)性的考慮</b></p><p>　　選擇PLC時(shí)，應(yīng)考慮性能價(jià)格比?？紤]經(jīng)濟(jì)性時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮應(yīng)用的可擴(kuò)展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進(jìn)行比較和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點(diǎn)數(shù)對(duì)價(jià)格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定的費(fèi)用。當(dāng)點(diǎn)數(shù)增加到某一數(shù)值后，相應(yīng)的存儲(chǔ)器容量、機(jī)架、母板等也要相應(yīng)增加，估因此，點(diǎn)數(shù)的增加對(duì)C

65、PU選用、存儲(chǔ)器容量、控制功能范圍等選擇都有影響，在算和選用時(shí)應(yīng)充分考慮，使整個(gè)控制系統(tǒng)有較合理的性能價(jià)格比。</p><p>　　2．6 機(jī)械手PLC選擇及參數(shù)</p><p>　　綜合上述原則機(jī)械手控制系統(tǒng)主機(jī)為三菱的FX2N-48MR。</p><p>　　1.主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下：</p><p>　　工作電源：24VDC</p&

66、gt;<p><b>　　輸入點(diǎn)數(shù)：24</b></p><p><b>　　輸出點(diǎn)數(shù)：24</b></p><p>　　輸入信號(hào)類型：直流或開(kāi)關(guān)量</p><p>　　輸入電流：24VDC 5mA</p><p>　　模擬輸入：-10V～10V（-20mA～+20mA）</p

67、><p>　　輸出晶體管允許電流0.3A/點(diǎn)（1.2A/COM）</p><p>　　輸出電壓規(guī)格：30VDC</p><p><b>　　最大負(fù)載：9W</b></p><p>　　輸出反應(yīng)時(shí)間：Off→On 20μs On→Off 30μs</p><p>　　基本指令執(zhí)行時(shí)間：數(shù)個(gè)μs

68、</p><p>　　程序語(yǔ)言：指令+梯形圖+SFC</p><p>　　程序容量：3792STEPS</p><p>　　基本順序指令：32個(gè)（含步進(jìn)梯形指令）</p><p><b>　　應(yīng)用指令：100種</b></p><p>　　初始步進(jìn)點(diǎn)：S0～S9</p><p&

69、gt;　　一般步進(jìn)點(diǎn)：118點(diǎn)，S10～S127</p><p>　　輔助繼電器：一般用512+232點(diǎn)（M000～M511+M768～M999）</p><p>　　停電保持用256點(diǎn)（M512～M767）</p><p>　　特殊用280點(diǎn)（M1000～M1279）</p><p>　　定時(shí)器：100ms時(shí)基64點(diǎn)（T0～T63）<

70、/p><p>　　10ms時(shí)基63點(diǎn)（T64～T126，M1028為ON時(shí)）</p><p>　　1ms時(shí)基1點(diǎn)（T127）</p><p>　　計(jì)數(shù)器：一般用112點(diǎn)（C000～C111，16位計(jì)數(shù)器）</p><p>　　停電保持用16點(diǎn)（C112～C127，16位計(jì)數(shù)器）</p><p>　　高速用13點(diǎn)1相5kHz

71、，2相2kHz（C235～C254，全部為停電保持32位計(jì)數(shù)器）</p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器：一般用408點(diǎn)（D000～D407）</p><p>　　停電保持用192點(diǎn)（D408～D599）</p><p>　　特殊用144點(diǎn)（D1000～D1143）</p><p>　　指針/中斷：P64點(diǎn)；I4點(diǎn)（P0～P63/I001、I101、

72、I201、I301）</p><p>　　串聯(lián)通信口：程序?qū)懭?讀出通訊口：RS232</p><p>　　一般功能通訊口：RS485</p><p>　　主機(jī)電源220V AC</p><p>　　2.PLC主機(jī)的組成</p><p><b>　　1、輸入單元</b></p>&

73、lt;p>　　輸入單元由8個(gè)按扭、8個(gè)開(kāi)關(guān)和16個(gè)接插件組成，它們分別與PLC的16個(gè)輸入點(diǎn)相接。改變這些開(kāi)關(guān)或按扭的通斷狀態(tài)，即可對(duì)主機(jī)輸入所需要的開(kāi)關(guān)量。16個(gè)接插件可外接其它直流或開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)。</p><p><b>　　2、輸出單元</b></p><p>　　輸出單元由24個(gè)二極管和24個(gè)接插件組成，它們分別與PLC的24個(gè)輸出點(diǎn)相連。發(fā)光二極管是

74、否發(fā)光，即可表示輸出點(diǎn)的狀態(tài)，使用者可得到主機(jī)的輸出信息。24個(gè)輸出接插件可外接其它需要控制的設(shè)備。輸出單元的4個(gè)地端，分別引出到面板，其中只有C4與3V電源共地。</p><p><b>　　3、電源單元</b></p><p>　　PLC主機(jī)左邊有外接220V/AV的電源插座，作為PLC的工作電源。內(nèi)裝變壓器，輸出3V電源，供二極管使用。另外PLC的24VDC和2

75、4GND已引出到面板，供外接輸入器件（如傳感器）的工作電源用</p><p>　　第三章 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)</p><p>　　3．1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其

76、他附件，如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-1 封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；</p><p>　　7—轉(zhuǎn)子；8—定子繞組；9—機(jī)座；10—后端蓋；11—風(fēng)罩；12—風(fēng)扇</p><p><b>　　1．定子部分 </b>

77、;</p><p>　　定子是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。三相電動(dòng)機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。</p><p><b>　　（1）外殼</b></p><p>　　三相電動(dòng)機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 </p><p>　　機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動(dòng)機(jī)的定子

78、繞組。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機(jī)座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。</p><p>　　端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。</p><p>　　軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動(dòng)，另外起存放潤(rùn)滑油和保護(hù)軸承的作用。

79、</p><p>　　接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。</p><p>　　吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機(jī)座的上端，用來(lái)起吊、搬抬三相電動(dòng)機(jī)。 </p><p><b>　　（2）定子鐵心</b></p><p>　　異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面

80、涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3-2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過(guò)而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來(lái)嵌放定子繞圈。 </p><p>　?。╝）定子鐵心 （b）定子沖片 </p><p>　　圖3-2 定子鐵心及沖片示意圖 </p><p><b>　?。?）

81、定子繞組</b></p><p>　　定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)的電路部分，三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動(dòng)機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動(dòng)機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)

82、律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端分別標(biāo)為U2, V2, W2 。這六個(gè)出線端在接線盒里的排列如圖3-3所示，可以接成星形或三角形。 </p><p>　?。╝）星形連接 （b）三角形連接</p><p>　　圖3-3 定子繞組的聯(lián)結(jié)</p><p><b

83、>　　2．轉(zhuǎn)子部分</b></p><p>　?。?）轉(zhuǎn)子鐵心 是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一方面用來(lái)安放轉(zhuǎn)子繞組。</p><p>　　（2）轉(zhuǎn)子繞組 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　① 繞線形繞組

84、 與定子繞組一樣也是一個(gè)三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過(guò)電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動(dòng)勢(shì)以改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，見(jiàn)圖3-4。 </p><p>　　1—集電環(huán)；2—電刷；3—變阻器 </p><p>　　圖3-4 繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接 </p><

85、p><b>　?、?籠形繞組 </b></p><p>　　在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來(lái)，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖3-5（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖3-5（b）所示。100kW以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。</p><p>　?。╝）銅排轉(zhuǎn)子

86、（b）鑄鋁轉(zhuǎn)子 </p><p>　　圖3-5 籠形轉(zhuǎn)子繞組</p><p><b>　　3．其他部分 </b></p><p>　　其他部分包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來(lái)通風(fēng)冷卻電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm～1.5mm。氣隙太大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率

87、因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場(chǎng)增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動(dòng)性能變差。</p><p>　　3．2 三相交流電機(jī)工作原理 </p><p>　　1．三相交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之所以會(huì)旋轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，是因?yàn)檗D(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。下面來(lái)討論旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。如圖3.6所示，U1U2, V1V2, W

88、1W2為三相定子繞組，在空間彼此相隔120°，接成Y形。三相繞組的首端U1, V1, W1接在三相對(duì)稱電源上，有三相對(duì)稱電流通過(guò)三相繞組。設(shè)電源的相序?yàn)閁, V, W, 的初相角為零，如圖3-6波形圖所示。</p><p>　　圖3.6 三相交流電流波形圖 </p><p><b>　　設(shè)</b></p><p>　　為了分析方便，

89、假設(shè)電流為正值時(shí)，在繞組中從始端流向末端，電流為負(fù)值時(shí)，在繞組中從末端流向首端。 當(dāng) 的瞬間， =0， 為負(fù)值， 為正值，根據(jù)”右手螺旋定則”，三相電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加的結(jié)果，便形成一個(gè)合成磁場(chǎng)，如圖3-7（a）所示，可見(jiàn)此時(shí)的合成磁場(chǎng)是一對(duì)磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。 </p>

90、<p>　　圖3.7 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖 圖3-8</p><p>　　空間120度 對(duì)稱分布的三相繞組通過(guò)三相對(duì)稱的交流電流時(shí)，產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)為極對(duì)數(shù)p=1的空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，每電源周期旋轉(zhuǎn)一周，即兩個(gè)極距；·某相繞組中電流達(dá)到最大值時(shí)，磁極軸線恰好旋轉(zhuǎn)到該相繞組軸線上。</p><p>　　當(dāng) 時(shí)，即經(jīng)過(guò)1/4周期后， 由

91、零變成正的最大值， 仍為負(fù)值， 已變成負(fù)值，如圖3-8（b）所示，這時(shí)合成磁場(chǎng)的方位與 時(shí)相比，已按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)了90°。</p><p>　　應(yīng)用同樣的方法，可以得出如下結(jié)論：當(dāng) 時(shí)，合成磁場(chǎng)就轉(zhuǎn)過(guò)了180°，如圖3-8（c）所示；當(dāng) 時(shí)合成磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)了300°，如圖3-8（d）所示；當(dāng)

92、 時(shí)合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)了360°，即轉(zhuǎn)1周，如圖3-8（a）所示。</p><p>　　由此可見(jiàn)，對(duì)稱三相電流 分別通入對(duì)稱三相繞組U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成磁場(chǎng)，是一個(gè)隨時(shí)間變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。</p><p>　　以上分析的是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一對(duì)磁極時(shí)的情況，當(dāng)定子繞組連接形成的是兩對(duì)磁極時(shí)，運(yùn)用相同的方法可以分析出此時(shí)電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)只轉(zhuǎn)動(dòng)了半

93、圈，即轉(zhuǎn)速減慢了一半。</p><p>　　由此類推，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)（即磁極數(shù)為2p），交流電每變化一個(gè)周期，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就在空間轉(zhuǎn)動(dòng)1/p轉(zhuǎn)。因此，三相電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速n1、定子電流頻率f及磁極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系是</p><p>　　3．3 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理</p><p>　　圖3-9為三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖。 三相交流電通入定子繞

94、組后，便形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速 。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過(guò)。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，且某時(shí)刻為上為北極N下為南極S，如圖3-10所示。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)和電流方向由里向外，用⊙表示；在下半部則由外向里，用⊕表示。 </p><p>　　圖3-9 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

95、 圖3-10</p><p>　　原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以速度n0切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感生電動(dòng)勢(shì)（發(fā)電機(jī)右手定則），在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，使導(dǎo)體受電磁力作用形成電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0方向旋轉(zhuǎn)（電動(dòng)機(jī)左手定則），并從軸上輸出一定大小的機(jī)械功率。(n不能等于n0)特點(diǎn)：·電動(dòng)機(jī)內(nèi)必須有一個(gè)以n0旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。－實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提；電動(dòng)運(yùn)行時(shí)n恒不等于n0（異步）－必要條件n&l

96、t;n0； 建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應(yīng)產(chǎn)生。流過(guò)電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定，如圖3-9所示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)，轉(zhuǎn)速為n。三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n始終不會(huì)加速到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1。因?yàn)橹挥羞@樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間才會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)

97、 ，</p><p>　　且 ，是異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來(lái)。 </p><p><b>　　轉(zhuǎn)差率</b></p><p>　　旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 之差與同步轉(zhuǎn)速n1 之比稱為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s ， 即 , 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本參數(shù)，對(duì)分析和計(jì)算

98、異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及其機(jī)械特性有著重要的意義。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速n 同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，n=0, ； 當(dāng) 時(shí)， ，可知異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在0 和1 之間，即0 ＜s ＜1 。 一般情況下，額定運(yùn)行時(shí)=1% ～5% 。 </p><p><b>　　主要系列 </b><

99、/p><p>　　在三相電動(dòng)機(jī)的外殼上，釘有一塊牌子，叫銘牌。銘牌上注明這臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動(dòng)機(jī)的重要依據(jù)，銘牌的主要內(nèi)容如下。</p><p><b>　　1．型號(hào)</b></p><p>　　國(guó)產(chǎn)中小型三相電動(dòng)機(jī)型號(hào)的系列為Y系列，是按國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，它是以

100、電機(jī)中心高度為依據(jù)編制型號(hào)譜的，如</p><p>　　Y-200L2-6 </p><p>　　中、小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見(jiàn)表3-11和表3-12。 </p><p>　　表3-11 小型異步三相電動(dòng)機(jī)</p><p>　　表3-12 中型異步三相電動(dòng)機(jī)</p><p>　　中、

101、小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見(jiàn)表3-11和表3-12。 </p><p><b>　　2．額定功率</b></p><p>　　額定功率是指在滿載運(yùn)行時(shí)三相電動(dòng)機(jī)軸上所輸出的額定機(jī)械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。</p><p><b>　　3．額定電壓</b></p>

102、;<p>　　額定電壓是指接到電動(dòng)機(jī)繞組上的線電壓，用UN表示。三相電動(dòng)機(jī)要求所接的電源電壓值的變動(dòng)一般不應(yīng)超過(guò)額定電壓的±5%。電壓過(guò)高，電動(dòng)機(jī)容易燒毀；電壓過(guò)低，電動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)，即使啟動(dòng)后電動(dòng)機(jī)也可能帶不動(dòng)負(fù)載，容易燒壞。</p><p><b>　　4．額定電流</b></p><p>　　額定電流是指三相電動(dòng)機(jī)在額定電源電壓下，輸出額定

103、功率時(shí)，流入定子繞組的線電流，用IN表示，以安（A）為單位。若超過(guò)額定電流過(guò)載運(yùn)行，三相電動(dòng)機(jī)就會(huì)過(guò)熱乃至燒毀。</p><p>　　三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式</p><p>　　式中 ——額定功率因數(shù)</p><p><b>　　——額定效率</b></p><p><

104、;b>　　5．額定頻率</b></p><p>　　額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接的交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，用fN表示。我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電源頻率為50Hz。</p><p><b>　　6．額定轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　額定轉(zhuǎn)速表示三相電動(dòng)機(jī)在額定工作情況下運(yùn)行時(shí)每分鐘的轉(zhuǎn)速，用nN表示，一般是略小于對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n1。如

105、n1=1 500r/min，則nN =1 440r/min。</p><p><b>　　7．絕緣等級(jí)</b></p><p>　　絕緣等級(jí)是指三相電動(dòng)機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。三相電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)和最高允許溫度參見(jiàn)表8.1。</p><p><b>　　8．定額</b></p

106、><p>　　定額是指三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時(shí)間，分為連續(xù)、短時(shí)、周期斷續(xù)三種。</p><p><b>　　1）連續(xù)</b></p><p>　　連續(xù)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)的溫升可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫升的工作方式</p><p><b>　　2）短時(shí)</b>&

107、lt;/p><p>　　短時(shí)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停機(jī)時(shí)間很長(zhǎng)，使電動(dòng)機(jī)的溫升可以降到零的工作方式。</p><p><b>　?。?）周期斷續(xù)</b></p><p>　　周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)間很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升達(dá)不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時(shí)間也很短，使電動(dòng)機(jī)的溫升

108、降不到零，工作周期小于10min的工作方式。 </p><p><b>　　9．接法</b></p><p>　　三相電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接方法有星形（Y）和三角形（△）兩種。定子繞組的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法，否則會(huì)損壞三相電動(dòng)機(jī)。</p><p><b>　　10．防護(hù)等級(jí)</b></p>

109、<p>　　防護(hù)等級(jí)表示三相電動(dòng)機(jī)外殼的防護(hù)等級(jí)，其中IP是防護(hù)等級(jí)標(biāo)志符號(hào)，其后面的兩位數(shù)字分別表示電機(jī)防固體和防水能力。數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)，如IP44中第一位數(shù)字“4”表示電機(jī)能防止直徑或厚度大于1毫米的固體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)殼。第二位數(shù)字“4”表示能承受任何方向的濺水。</p><p>　　3．3 機(jī)械手電機(jī)的選用</p><p>　　Y2系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎、造

110、型美觀、噪音低、振動(dòng)小、絕緣等級(jí)高等特點(diǎn)，產(chǎn)品現(xiàn)已達(dá)到九十年代國(guó)際先進(jìn)水平，是Y系列電機(jī)的更新產(chǎn)品。外殼防護(hù)等級(jí)IP54，它具有良好的起動(dòng)性能和運(yùn)行性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，維修方便等特點(diǎn)，電機(jī)采用E級(jí)或B級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí)為IP44，冷卻方式為ICO141，額定頻率為50Hz，額定電壓為380V。</p><p>　　豎軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)承載整個(gè)機(jī)械手的所有負(fù)載，需要功率較大，而機(jī)械手主要用于生產(chǎn)線夾持較輕便物體，綜

111、合考慮，豎軸選用Y2-63M2-2，功率250W，可滿足生產(chǎn)需要。</p><p>　　橫軸主要驅(qū)動(dòng)橫臂的左右運(yùn)動(dòng)，承載重量較小，選用Y2-63M1-2，功率180W，即可滿足生產(chǎn)需要。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)3主要用來(lái)控制機(jī)械手抓的加緊和放松，所承載負(fù)載最小，因此可選用</p><p>　　Y2-63M1-4，功率120W。</p><p&

112、gt;<b>　　第四章 變頻器</b></p><p>　　變頻技術(shù)是應(yīng)交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速的需要而誕生的。20世紀(jì)60年代以后，電力電子器件經(jīng)歷了SCR(晶閘管)、GTO(門極可關(guān)斷晶閘管)、BJT(雙極型功率晶體管)、MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)、SIT(靜電感應(yīng)晶體管)、SITH(靜電感應(yīng)晶閘管)、MGT(MOS控制晶體管)、MCT(MOS控制晶閘管)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管