鍵合機(jī)自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明書

PAGE1鍵合機(jī)自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要鍵合機(jī)加工表面的溫度較高，通常都是工作在高溫、重載的危險(xiǎn)環(huán)境下進(jìn)行，而以往的鍵合機(jī)主要是由人工操作，這樣就會(huì)帶來(lái)了許多不安全的人為因素，對(duì)操作人員得危險(xiǎn)性也較大，因此工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用就顯得尤其重要。我設(shè)計(jì)的這套系統(tǒng)采用的自動(dòng)化控制，用PLC作為主控制器，可以減少了人力資源的浪費(fèi)，進(jìn)而減少了各種由人為帶來(lái)的不利因素，減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且這套系統(tǒng)采用的是伺服控制，它的優(yōu)勢(shì)是可以精確定位，減少人為定位產(chǎn)生的誤差，進(jìn)而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。關(guān)鍵詞：PLC控制；機(jī)械手；伺服控制BondingmachineautotransmittingcontrolsystemdesignABSTRACTBondingmachinedsurfacetemperatureishigher,workersareusuallyworkinhightemperature,overloadeddangerousenvironment,whereasthebondingmachineifthemanualoperation,whichwillbringalotofunsafeman-madefactors,foroperatorspersonnelriskisthebiggeralso,sotheapplicationofindustrialrobotsappearsespeciallyimportant.Idesignedthissystemofautomationcontrol,withthePLCasamaincontroller,whichcanreducethewasteofhumanresources,reducethevariousbyhumanbringadversefactorsandreducethelaborintensityofoperators,Thissystemisaservocontrol,anditsadvantagecanaccuratepositioning,reducingartificialpositioningerror,andproducedimprovelaborproductivity.Keywords：PLCcontrol；manipulator；Servocontrol目錄TOC\o"1-3"\h\u224791選擇題目的意義和背景 6298382國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7189543系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)分析 8158963.1系統(tǒng)運(yùn)行過程 8238983.1.1送料工作過程 8170263.1.2機(jī)械手工作過程 8273143.1.3出料工作過程 9189073.1.4自動(dòng)上料 9187273.2機(jī)械手尺寸的設(shè)計(jì) 9187173.3傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 948933.4系統(tǒng)支撐架 10197513.5傳送臺(tái) 12137833.6加熱器 13231793.7散熱器 1598793.8機(jī)械手 17206524控制系統(tǒng)分析 19127214.1元器件之間的聯(lián)系關(guān)系 1948734.1.1MP2300的特點(diǎn) 19151634.1.2MP2300的外觀圖 2045204.1.3連接基本系統(tǒng)的構(gòu)成 21179884.1.4系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)例 21209834.1.5連接系統(tǒng)注意事項(xiàng) 21324394.1.6MP2300模塊一覽 22255064.1.7MP2300系列型號(hào)一覽 2290384.1.8系統(tǒng)構(gòu)成示意圖 24187344.1.9連接元器件的選擇 25226074.1.10、系統(tǒng)的連接和接線 26231314.2元器件的功能及選擇 27288934.2.1按鈕開關(guān)的選擇 2757814.2.2自動(dòng)空氣開關(guān)的選擇 28276854.2.3熱繼電器的選擇 29204824.2.4接觸器的選擇 3032524.2.5中間繼電器的選擇 3171514.2.6電動(dòng)機(jī)的選擇 32255274.3電氣示意圖 3670794.3.1電氣原理圖 36140644.3.2總線路開關(guān) 3722954.3.3開關(guān)電源保護(hù)電路 3881054.3.4加熱器控制電路 3830584.3.5伺服驅(qū)動(dòng)器與電機(jī)控制電路 39291644.3.6光電傳感器 39193754.3.7微動(dòng)開關(guān) 40140215程序編制 40312535.1MP2300運(yùn)動(dòng)控制器 406497參考文獻(xiàn) 431選擇題目的意義和背景在機(jī)械工業(yè)中，應(yīng)用機(jī)械手的意義十分重大，大概可以分為如下：1.1以提高生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化程度

應(yīng)用機(jī)械手有利于實(shí)現(xiàn)材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機(jī)器的裝配等的自動(dòng)化的程度，從而可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。1.2以改善勞動(dòng)條件，避免人身事故

在高溫、高壓、低溫、低壓、有灰塵、噪聲、臭味、有放射性或有其他毒性污染以及工作空間狹窄的場(chǎng)合中，用人手直接操作是有危險(xiǎn)或根本不可能的，而應(yīng)用機(jī)械手即可部分或全部代替人安全的完成作業(yè)，使勞動(dòng)條件得以改善。

在一些簡(jiǎn)單、重復(fù)，特別是較笨重的操作中，以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，可以避免由于操作疲勞或疏忽而造成的人身事故。1.3可以減輕人力，并便于有節(jié)奏的生產(chǎn)

應(yīng)用機(jī)械手代替人進(jìn)行工作，這是直接減少人力的一個(gè)側(cè)面，同時(shí)由于應(yīng)用機(jī)械手可以連續(xù)的工作，這是減少人力的另一個(gè)側(cè)面。因此，在自動(dòng)化機(jī)床的綜合加工自動(dòng)線上，目前幾乎都沒有機(jī)械手，以減少人力和更準(zhǔn)確的控制生產(chǎn)的節(jié)拍，便于有節(jié)奏的進(jìn)行工作生產(chǎn)。

綜上所述，有效的應(yīng)用機(jī)械手，是發(fā)展機(jī)械工業(yè)的必然趨勢(shì)，因此我設(shè)計(jì)這套鍵合機(jī)自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)應(yīng)用的便是機(jī)械手操作。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。工業(yè)機(jī)械手的是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)重要分支。它的特點(diǎn)是可通過編程來(lái)完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器各自的優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的智能和適應(yīng)性。機(jī)械手作業(yè)的準(zhǔn)確性和各種環(huán)境中完成作業(yè)的能力，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。

機(jī)械手是在機(jī)械化，自動(dòng)化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來(lái)的一種新型裝置。在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機(jī)械手被廣泛的運(yùn)用于自動(dòng)生產(chǎn)線中，機(jī)械人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)鄰域內(nèi)，迅速發(fā)殿起來(lái)的一門新興的技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn)與機(jī)械化和自動(dòng)化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復(fù)工作和勞動(dòng)，不知疲勞，不怕危險(xiǎn)，抓舉重物的力量比人手力大的特點(diǎn)，因此，機(jī)械手已受到許多部門的重視，并越來(lái)越廣泛地得到了應(yīng)用。

自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控加工中心在工件的一次裝夾中實(shí)現(xiàn)多道工序加工不可缺少的裝置,主要由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分組成。機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置是兩個(gè)關(guān)鍵部分,根據(jù)驅(qū)動(dòng)裝置的不同,自動(dòng)換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機(jī)構(gòu)復(fù)合式,其中以凸輪式用得較多。發(fā)達(dá)國(guó)家數(shù)控加工中心的立式自動(dòng)換刀機(jī)械手主要采用凸輪式,我國(guó)加工中心技術(shù)起步較晚,對(duì)自動(dòng)換刀機(jī)械手研究較少。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后,北京機(jī)床研究所、大連組合機(jī)床研究所、濟(jì)南第一機(jī)床廠、青海機(jī)床廠以及陜西省的秦川機(jī)床廠都對(duì)立式自動(dòng)換刀機(jī)械手進(jìn)行了研究和開發(fā)。迄今為止,我國(guó)制造的加工中心配置的自動(dòng)換刀機(jī)械手大多數(shù)是進(jìn)口的。其主要原因:一是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的換刀機(jī)械手質(zhì)量較差,成本也不低;二是進(jìn)口換刀機(jī)械手價(jià)格雖然較高,但在整個(gè)加工中心中所占份額不大。作為加工中心的配套技術(shù),自動(dòng)換刀機(jī)械手的研究和開發(fā)將直接影響到我國(guó)自動(dòng)化生產(chǎn)水平的提高,從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。

立式換刀機(jī)械手和臥式換刀機(jī)械手已得到廣泛應(yīng)用20世紀(jì)90年代以來(lái),數(shù)控加工技術(shù)得到迅速的普及和發(fā)展,數(shù)控機(jī)床在制造業(yè)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的數(shù)控加工中心在現(xiàn)代先進(jìn)制造業(yè)中起著愈來(lái)愈重要的作用,它能縮短產(chǎn)品的制造周期,提高產(chǎn)品的加工精度,適合柔性加工。加工中心是數(shù)控機(jī)床中較為復(fù)雜的加工設(shè)備,由于其具有多種加工能力而得到廣泛的應(yīng)用,其強(qiáng)大的加工能力和效率得益于其配置的自動(dòng)換刀裝置。換刀裝置作為加工中心的重要組成部分,其主要作用在于減少加工過程中的非切削時(shí)間,提高生產(chǎn)率,降低生產(chǎn)成本,進(jìn)而提升機(jī)床乃至整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。加工中心自動(dòng)換刀裝置是實(shí)現(xiàn)多工序連續(xù)加工的重要裝置,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其控制是實(shí)現(xiàn)加工中心設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵。加工中心的換刀過程較為復(fù)雜,動(dòng)作多,動(dòng)作間的相互協(xié)調(diào)關(guān)系多,因而自動(dòng)換刀系統(tǒng)性能的好壞直接影響加工效率的高低。3系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。大致包括幾個(gè)模塊：傳送模塊，加熱模塊，抓取模塊和散熱模塊。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，每個(gè)模塊都起著重要的作用。一個(gè)工件的加工要依次通過以上模塊，而每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)都由設(shè)計(jì)者自己定義。圖3.1鍵合機(jī)自動(dòng)上下料結(jié)構(gòu)示意圖1—電機(jī)12—電機(jī)23—電機(jī)3 4—系統(tǒng)支撐架 5—傳送臺(tái) 6—加熱器 7—散熱器 8—機(jī)械手抓手 9—顯示屏 3.1系統(tǒng)運(yùn)行過程3.1.1送料工作過程起動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)，操作員將6塊工件放在載具上，并將載具放入送料帶上，當(dāng)光線傳感器檢測(cè)到傳送帶上有載具在傳送臺(tái)上時(shí)，發(fā)出信號(hào)至運(yùn)動(dòng)控制器，運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)出信號(hào)使送料帶運(yùn)行，當(dāng)載具運(yùn)行到加熱器內(nèi)時(shí)，加熱器的溫度傳感器檢測(cè)工件表面的溫度，并進(jìn)行預(yù)熱到150度，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)熱的要求時(shí)，載具繼續(xù)向前進(jìn)行，并送出送料信號(hào)。3.1.2機(jī)械手工作過程當(dāng)工件經(jīng)過預(yù)熱發(fā)出送料信號(hào)時(shí)，進(jìn)料機(jī)械手開始運(yùn)行并將已預(yù)熱好的料取走放到指定的工作臺(tái)上進(jìn)行加工，然后退回原位等待下一個(gè)送料信號(hào)。當(dāng)工件經(jīng)過一段時(shí)間被加工完時(shí)，出料機(jī)械手將加工好工件的載具從工作臺(tái)取走并放到放到出料帶上，然后退回原位等待下一個(gè)取料信號(hào)。3.1.3出料工作過程當(dāng)工件被放在傳送帶上并運(yùn)行到散熱器時(shí)，光電傳感器檢測(cè)是否有工件時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到有工件時(shí)，啟動(dòng)壓縮空氣開始進(jìn)行散熱，直至下一個(gè)光點(diǎn)傳感器發(fā)出信號(hào)時(shí)停止運(yùn)行，然后發(fā)出取料信號(hào)。3.1.4自動(dòng)上料料車直接推到上料箱內(nèi)并鎖住，然后料箱開始自動(dòng)檢測(cè)層間有無(wú)載具，在有料層等待出料命令等待出料命令，當(dāng)有命令時(shí)，由汽缸或其它機(jī)構(gòu)將載具推出載具由橋接裝置流到送料帶上。備注：載具——一個(gè)載具上有幾個(gè)產(chǎn)品；光電傳感器——檢測(cè)有無(wú)載具及產(chǎn)品，有產(chǎn)品時(shí)送料帶自動(dòng)運(yùn)行；載具分離——當(dāng)?shù)谝粋€(gè)產(chǎn)品同后面的產(chǎn)品靠的很近時(shí)，需要將載具分開，否 則機(jī)械手沒有下手的地方；預(yù)熱——有產(chǎn)品時(shí)啟動(dòng)預(yù)熱，并恒溫的150度，直到產(chǎn)品取走；料車——料車12層，每層放一個(gè)載具；料箱——出料箱，將料車上的載具，按從上到下的順序一層層取出進(jìn)料箱， 將加工好的載具，按從下到上的順序一層層推入料箱。3.2機(jī)械手尺寸的設(shè)計(jì)由于這套系統(tǒng)采用的是雙機(jī)械手自動(dòng)上下料系統(tǒng)，因此機(jī)械手抓手的尺寸根據(jù)所需要加工工件的尺寸而定，而需加工的工件長(zhǎng)203.3mm、寬152.5mm、厚6.4mm，根據(jù)已知的尺寸可以確定機(jī)械手抓手長(zhǎng)度的量程為200～248mm,保證機(jī)械手抓手可以加緊工件。3.3傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)3.3.1機(jī)械手由三臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1控制機(jī)械手的前后運(yùn)動(dòng)，目的是抓取到工件后可以推出傳送臺(tái)，防止撞倒加工臺(tái)而照成工件的損壞；電機(jī)2控制機(jī)械手的上下運(yùn)動(dòng)，目的是控制機(jī)械手在將工件運(yùn)送到工作臺(tái)的時(shí)候可以根據(jù)工作臺(tái)的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)（工作臺(tái)的高度跟傳送臺(tái)的不相等）；電機(jī)3控制機(jī)械手的左右運(yùn)動(dòng)，目的是可以用機(jī)械手將工件從傳送臺(tái)放置到加工臺(tái)上。為了設(shè)計(jì)的方便，控制方式采用點(diǎn)位控制。通過分別控制三臺(tái)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)確定機(jī)械手在空間上具體位置。由于三臺(tái)電機(jī)不是同時(shí)控制，因此不存在相互間的干擾，從而增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.3.2具體傳動(dòng)環(huán)節(jié)電動(dòng)機(jī)1在機(jī)械手的結(jié)構(gòu)中為最底端，機(jī)械手的抓取部分、電動(dòng)機(jī)2和電動(dòng)機(jī)3都在它之上。他們之間運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)都過一塊溜板進(jìn)行連接，電動(dòng)機(jī)2和電動(dòng)機(jī)3也是同樣經(jīng)過這樣進(jìn)行相互的傳動(dòng)。3.3.3步進(jìn)電機(jī)含義：步進(jìn)電機(jī)是一種用脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，并將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的執(zhí)行器，。其角位移量與脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，可以通過改變脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。如果停機(jī)后某相的繞組仍保持通電狀態(tài)，則還可具有自鎖的能力，電機(jī)每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大的缺點(diǎn)在于其容易失步，特別是在大負(fù)載和速度較高的情況下，失步更容易發(fā)生。分類：步進(jìn)電機(jī)種類繁多，按其運(yùn)動(dòng)形式分為旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)和直線式步進(jìn)電機(jī)兩大類；按其工作原理可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式步進(jìn)電機(jī)三類。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角小，但動(dòng)態(tài)性能差；永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）出力大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大；而混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）綜合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電機(jī)，有時(shí)也稱其永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)。3.4系統(tǒng)支撐架圖3.2為鍵合機(jī)自動(dòng)上下料控制系統(tǒng)的底部支撐架，其長(zhǎng)為2000mm、寬為400mm、高650mm，因考慮其重量的緣故，并未將它做成實(shí)體，而是通過焊接將其焊成。這樣既可以減輕重量又可以加強(qiáng)系統(tǒng)整體的承載能力。在支撐架連接的地方多處有鈑金件進(jìn)行加強(qiáng)，提升抗壓能力。圖3.2系統(tǒng)支撐架的三視圖圖3.3 系統(tǒng)支撐架的正視圖（部分剖視）圖3.4 系統(tǒng)支撐架的俯視圖圖3.5 系統(tǒng)支撐架的左視圖3.5傳送臺(tái)圖3.6為系統(tǒng)的一個(gè)傳送臺(tái)，因?yàn)橄到y(tǒng)的進(jìn)料機(jī)械手和出料機(jī)械手運(yùn)動(dòng)狀態(tài)剛好相同，所以系統(tǒng)兩側(cè)裝置大致相同。傳送臺(tái)的一側(cè)齒輪是固定不動(dòng)的，另一個(gè)傳送齒輪裝在一個(gè)可以移動(dòng)的滑塊上，這樣就可以通過調(diào)動(dòng)滑塊的距離控制鏈條的松緊程度。因?yàn)楣ぜ囟鹊臏囟纫蟠蠹s在150o，所以選用了鏈傳送。以至于不會(huì)因?yàn)闇囟忍叨鵁龎膫魉团_(tái)。圖3.6傳送臺(tái)的三視圖圖3.7傳送臺(tái)的主視圖圖3.8傳送臺(tái)的左視圖（剖視圖）圖3.9 傳送臺(tái)的俯視圖3.6加熱器圖3.10為工件的加熱器，當(dāng)工件被放在傳送臺(tái)上，經(jīng)過加熱器位置時(shí)，溫度傳感器會(huì)檢測(cè)工件表面的溫度，當(dāng)溫度未達(dá)到150o時(shí)，傳感器會(huì)傳送信號(hào)至PLC控制器，PLC再發(fā)送信號(hào)至加熱器，傳送鏈停止傳送，工件停在加熱器內(nèi)，加熱器對(duì)工件進(jìn)行加熱，直至工件表面溫度升至150o時(shí)，溫度傳感器發(fā)送信號(hào)至PLC控制器，PLC再發(fā)送信號(hào)至加熱器，加熱器停止加熱，傳送鏈繼續(xù)傳送。圖3.10 加熱器的三視圖圖3.11 加熱器的右視圖圖3.12 加熱器的主視圖（剖視圖）圖3.13 加熱器的俯視圖3.7散熱器圖3.14為系統(tǒng)的散熱器，當(dāng)工件經(jīng)過加工之后，機(jī)械手將工件抓取到傳送臺(tái)上，工件表面的溫度沒有退到所允許的溫度，因此要經(jīng)過散熱器經(jīng)過散熱之后才能進(jìn)行其他加工。當(dāng)工件被傳送到散熱器時(shí)，溫度傳感器檢測(cè)工件表面的溫度，當(dāng)溫度未退溫到所允許的溫度時(shí)，溫度傳感器發(fā)送信號(hào)至PLC，PLC發(fā)出信號(hào)至傳送臺(tái)，傳送鏈停止傳動(dòng)，當(dāng)溫度降至所允許的溫度時(shí)，溫度傳感器發(fā)送信號(hào)至PLC，PLC再發(fā)送信號(hào)至傳送臺(tái)，傳送鏈繼續(xù)傳送。圖3.14 散熱器的三視圖圖3.15 散熱器的主視圖圖3.16 散熱器的左視圖（剖視圖）圖3.17 散熱器的俯視圖3.8機(jī)械手圖3.18為系統(tǒng)的機(jī)械手部分，它在系統(tǒng)中分為兩個(gè)部分，在進(jìn)料口的時(shí)候主要作用就是負(fù)責(zé)將已經(jīng)加熱到150o的工件從傳送臺(tái)上運(yùn)送到加工板上，然后機(jī)械手會(huì)按照原動(dòng)作回到初始位置，待工件加工好之后，出料口部分的機(jī)械手會(huì)將加工后的工件放在出料口的傳送臺(tái)上，工件會(huì)經(jīng)過散熱器然后出料。圖3.18 機(jī)械手的三視圖圖3.19 機(jī)械手的主視圖圖3.20 機(jī)械手的左視圖圖3.21 機(jī)械手的俯視圖3.9機(jī)械手抓手圖3.22為系統(tǒng)的機(jī)械手抓手部分。抓手兩邊的擋板可以在220mm~248mm之間運(yùn)動(dòng)，保證可以有足夠距離夾取工件。圖3.22 機(jī)械手抓手圖3.23 機(jī)械手抓手的正視圖圖3.24 機(jī)械手抓手的俯視圖 圖3.25 機(jī)械手抓手的左視圖4控制系統(tǒng)分析系統(tǒng)控制部分的分析主要是電氣原理和電路的分析，主要包括元器件之間的連接關(guān)系、元器件的功能和選擇和電氣原理圖。通過對(duì)以上內(nèi)容的詳細(xì)分析最終確定電器原理圖和元器件的選擇。4.1元器件之間的連接關(guān)系4.1.1MP2300的特點(diǎn)MP2300將電源功能、CPU功能、I/O功能以及通訊功能集為一體，是多合一小型機(jī)器控制器。由具有機(jī)器運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能的基本模塊部分和具有I/O及通訊功能的選購(gòu)件模塊構(gòu)成。（1）高靈活性通過選購(gòu)件插槽（3插槽），可自由地選擇選購(gòu)件模塊，并可構(gòu)筑與客戶的機(jī)器相配套的最佳系統(tǒng)。高性能通過CPU、運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（MECHATROLINK-II）的提速，控制性能有所提高。MECHATROLINK-II的通信速度：為原來(lái)的2.5倍CPU計(jì)算速度：為MP930的1.4倍通過MECHATROLINK-II可進(jìn)行位置、速度、轉(zhuǎn)矩控制，并實(shí)現(xiàn)高精度的同步控制，并實(shí)現(xiàn)高精度的同步控制。還可在線切換控制模式，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)器動(dòng)作。通過選擇通訊選購(gòu)件模塊，可對(duì)應(yīng)各種選項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)。EthernetDeviceNetPROFIBUS使用簡(jiǎn)便自動(dòng)判別連接在MECHATROLINK上的裝置，利用可自動(dòng)設(shè)定必須數(shù)據(jù)的自動(dòng)配置功能，可大幅地縮短機(jī)器的調(diào)試時(shí)間。利用應(yīng)用程序變換器，對(duì)凝聚了客戶的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)的原軟件資源進(jìn)行充分利用，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)。4.1.2MP2300的外觀圖圖4.1 MP2300的外觀圖4.1.3連接基本系統(tǒng)的構(gòu)成圖4.2 連接基本系統(tǒng)的構(gòu)成4.1.4系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)例圖4.3 系統(tǒng)構(gòu)成實(shí)例（注） 1.MECHATROLINK-II上最多可連接21臺(tái)機(jī)器（伺服電機(jī)最多為16軸）。通過LI0-01，I/O最多可達(dá)32點(diǎn)（輸入16點(diǎn)、輸出16點(diǎn)），通過CPU I/O,I/O最多可達(dá)12點(diǎn)（輸入8點(diǎn)、輸出4點(diǎn)）。利用通信模塊，可與Ethernet、DeviceNet、PROFIBUS、RS-232、 RS422/485的開放網(wǎng)絡(luò)連接。上述實(shí)例中，使用了218IF-01模塊，并將編程工具（MPE720）連接到 了Ethernet上，將HMI（人機(jī)接口）連接在RS-232上。4.1.5連接系統(tǒng)注意事項(xiàng)設(shè)計(jì)使用了MP2300的系統(tǒng)時(shí)，需要注意的事項(xiàng)如下所述。1、連接線路時(shí)應(yīng)選用指定的連接電纜或連接器。2、可連接的伺服單元因MECHATROLINK-I和MECHATROLINK-II有所不同，根據(jù)需要的伺服單元后再進(jìn)行選擇。3、若MECHATROLINK-I（4Mbps）對(duì)應(yīng)設(shè)備與MECHATROLINK-II(10Mbps)對(duì)應(yīng)設(shè)備同時(shí)存在，請(qǐng)?jiān)O(shè)定為MECHATROLINK-I（4Mbps）。4、用戶需自備24V直流電源。5、在通過MECHATROLINK連接伺服的情況下，超程、原點(diǎn)復(fù)歸減速LS、外部閂鎖等的信號(hào)將連接到伺服單元上。6、蓄電池備份為M寄存器、S寄存器以及跟蹤內(nèi)存。請(qǐng)務(wù)必將程序保存在閃存中。4.1.6MP2300模塊一覽表4.1 MP2300模塊一覽產(chǎn)品名稱類別簡(jiǎn)稱型號(hào)概要MP2300MP2300主體MP2300JEPMC-MP2300MECHATROLINK-I,MECHATROLINK-II輸入8點(diǎn)、輸出4點(diǎn)選購(gòu)件模塊輸入輸出信號(hào)模塊輸入輸出模塊LI0-01JAPMC-I02300輸入16點(diǎn)、輸出16點(diǎn)（NPN集電極開路輸出）脈沖輸入1點(diǎn)輸入輸出模塊LI0-02JAPMC-I02301輸入16點(diǎn)、輸出16點(diǎn)（PNP集電極開路輸出）脈沖輸入1點(diǎn)通信模塊Ethernet通信模塊218IF-01JAPMC-CM2300RS-232/Ethernet通信通用序列通信模塊217IF-01JAPMC-CM2310RS-232/RS422通信DeviceNet通信模塊260IF-01JAPMC-CM2320RS-232/DeviceNet通信PROFIBUS通信模塊261IF-01JAPMC-CM2330RS-232/PROFIBUS通信4.1.7MP2300系列型號(hào)一覽表4.2 MP2300系列型號(hào)一覽NO.型號(hào)模塊安裝圖1JEPMC-MP2300基礎(chǔ)模塊2JEPMC-MP2300-Y1基礎(chǔ)部分217IF218IFLIO013JEPMC-MP2300-Y2基礎(chǔ)部分218IFLIO01LIO014RESERVENO.型號(hào)模塊安裝圖5JEPMC-MP2300-Y4基礎(chǔ)部分217IF218IFLIO026JEPMC-MP2300-Y5基礎(chǔ)部分218IFLIO02LIO027Reserve8JEPMC-MP2300-Y7基礎(chǔ)部分217IF217IFLIO019JEPMC-MP2300-Y8基礎(chǔ)部分217IFLIO01LIO0110Reserve11JEPMC-MP2300-Y10基礎(chǔ)部分217IF217IFLIO0212JEPMC-MP2300-Y10基礎(chǔ)部分217IFLIO01LI00213Reserve4.1.8系統(tǒng)構(gòu)成示意圖圖4.4 系統(tǒng)構(gòu)成示意圖4.1.9連接元器件的選擇控制器類表4.3 控制器類產(chǎn)品名稱型號(hào)個(gè)數(shù)MP2300JEPMC-MP23001218IF-01JAPMC-CM23001MECHATROL電纜JEPMC-W6002-012終端（終端電阻）JEPMC-W60221編程裝置類表4.4 編程裝置類產(chǎn)品名稱型號(hào)個(gè)數(shù)MPE720CPMC-MPE720(Ver.4.41以上)1PP電纜（RS-232C連接用）JEPMC-W5311-031PP電纜（Ethernet連接用）市售品交叉接線型LAN連接纜1PC主體市售品1 （注）MP2300通過RS-232C或Ethernet可進(jìn)行編程等。伺服驅(qū)動(dòng)器類表4.5 伺服驅(qū)動(dòng)器類產(chǎn)品名稱型號(hào)臺(tái)數(shù)-III:伺服單元SGDS-01A12A2-III:伺服電機(jī)SGMAS-01ACA212電機(jī)電纜（3m）JZSP-CSM01-032編碼器電纜JZSP-CSP01-032數(shù)字式操作器JUSP-0P05A1其他所需設(shè)備表4.6 其他所需設(shè)備產(chǎn)品名稱型號(hào)臺(tái)數(shù)DC24C電源電流量在2A以上14.1.10系統(tǒng)的連接和接線與“編程裝置”的連接用PP電纜連接“編程裝置”與218IF-01模塊。圖4.5 連接圖MECHATROLINK電纜的連接通過MECHATROLINK電纜連接MP2300與伺服單元。圖4.6 MECHATROLINK電纜的連接請(qǐng)將伺服單元的MECHATROLINK站編號(hào)設(shè)定為1和2。在示范程序中，設(shè)定了使站編號(hào)為1和2的軸動(dòng)作的程序。伺服單元與伺服電機(jī)的連接通過電機(jī)主電路用電纜與編碼器電纜連接伺服單元與伺服電機(jī)。圖4.7伺服單元與伺服電機(jī)的連接4.2元器件的功能及選擇4.2.1按鈕開關(guān)的選擇按鈕開關(guān)通常用作短時(shí)接通或斷開小電流控制電路的開關(guān)，用于控制電路中發(fā)出起動(dòng)或停止等指令，通過接觸器、繼電器等控制電器接通或斷開主電路。目前按鈕在結(jié)構(gòu)上有多種形式：旋鈕式——用手鈕動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行操作；指示燈式——按鈕內(nèi)可裝入信號(hào)燈顯示信號(hào)；緊急式——裝有蘑菇按鈕帽，以表示緊急操作。因?yàn)橄到y(tǒng)所采用的只有急停操作，其他操作皆是在顯示屏上實(shí)現(xiàn)，故選擇緊急式急停按鈕，型號(hào)為XB2-BX542急停按鈕，以下是該型號(hào)急停按鈕的主要參數(shù)。表4.7 按鈕開關(guān)參數(shù)名稱主要參數(shù)備注品名按鈕開關(guān)顏色紅/綠品牌施耐德開孔尺寸Φ22mm觸點(diǎn)形式一常閉紅色名稱急停按鈕型號(hào)XB2-BS542概述XB2系列按鈕用于交流50HZ或60HZ，額定工作電壓至660V及直流電壓至440V的工業(yè)控制電路中，作為磁力起動(dòng)器、按觸器、繼電器及其它電器線路的控制只用。4.2.2自動(dòng)空氣開關(guān)的選擇自動(dòng)開關(guān)又稱自動(dòng)空氣斷路器。自動(dòng)開關(guān)在機(jī)床上應(yīng)用得很廣泛。這是因?yàn)樽詣?dòng)開關(guān)既能接通或分?jǐn)嗾９ぷ麟娏?，也能自?dòng)分?jǐn)噙^載或短路電流，分?jǐn)嗄芰Υ?，有欠壓和過載短路保護(hù)作用。選擇自動(dòng)開關(guān)應(yīng)考慮其主要參數(shù)：額定電壓、額定電流和允許切斷的極限電流等。自動(dòng)開關(guān)脫扣器的額定電流應(yīng)等于或大于負(fù)載允許的長(zhǎng)期平均電流；自動(dòng)開關(guān)的極限分?jǐn)嗄芰σ笥?，至少要等于電路最大短路電流；自?dòng)開關(guān)脫扣器電流整定應(yīng)按下面原則：欠電壓脫扣器額定電壓應(yīng)等于主電路額定電壓；熱脫扣器的額定電流應(yīng)與被控對(duì)象額定電流相等；電磁脫口器的瞬時(shí)脫扣整定電流應(yīng)大于負(fù)載正常工作時(shí)的尖峰電流；保護(hù)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電磁脫扣器的瞬時(shí)脫扣器整定電流為電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的1.7倍，因輸入電壓是220V，一般漏電動(dòng)作電流都是30MA，動(dòng)作時(shí)間為0.1秒，所以選擇32A的就已經(jīng)足夠，因此選擇的空氣開關(guān)型號(hào)是TIB1-63。以下該型號(hào)空氣開關(guān)的主要參數(shù)。表4.8 空氣開關(guān)參數(shù)名稱參數(shù)備注產(chǎn)品名稱TIB1-63產(chǎn)品類別空氣開關(guān)產(chǎn)品簡(jiǎn)介TIB1系列小型斷路器適用于線路和電氣設(shè)備的過載及短路保護(hù)額定電流32A（16A、63A）額定電壓230VAC（400V）AC額定頻率50Hz（60Hz）脫扣特性C型（D型）分?jǐn)嗄芰型6000A（1-40A），4500A（50-63A）D型4500A（1-40A）機(jī)械壽命20000次接線能力適用25㎜2及以下導(dǎo)線

環(huán)境溫度-5℃至40℃符合標(biāo)準(zhǔn)GB10963，IEC898

4.2.3熱繼電器的選擇熱繼電器主要用于保護(hù)電動(dòng)機(jī)的過載，因此選用時(shí)必須了解電動(dòng)機(jī)的情況，如工作環(huán)境、啟動(dòng)電流、負(fù)載性質(zhì)、工作制、允許過載能力等。

（1）原則上應(yīng)使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動(dòng)機(jī)的過載特性，或者在電動(dòng)機(jī)的過載特性之下，同時(shí)在電動(dòng)機(jī)短時(shí)過載和啟動(dòng)的瞬間，熱繼電器應(yīng)不受影響(不動(dòng)作)。

（2）當(dāng)熱繼電器用于保護(hù)長(zhǎng)期工作制或間斷長(zhǎng)期工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，一般按電動(dòng)機(jī)的額定電流來(lái)選用。例如，熱繼電器的整定值可等于0.95~1.05倍的電動(dòng)機(jī)的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動(dòng)機(jī)的額定電流，然后進(jìn)行調(diào)整。

（3）當(dāng)熱繼電器用于保護(hù)反復(fù)短時(shí)工作制的電動(dòng)機(jī)時(shí)，熱繼電器僅有一定范圍的適應(yīng)性。如果短時(shí)間內(nèi)操作次數(shù)很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱繼電器。

（4）對(duì)于正反轉(zhuǎn)和通斷頻繁的特殊工作制電動(dòng)機(jī)，不宜采用熱繼電器作為過載保護(hù)裝置，而應(yīng)使用埋人電動(dòng)機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來(lái)保護(hù)在一般情況下，可選用亮相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；對(duì)在電網(wǎng)電壓嚴(yán)重不平衡、工作黃精惡劣條件下工作的電動(dòng)機(jī)，可選用三相結(jié)構(gòu)的熱繼電器；對(duì)于三角形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)，為了實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)，則可選用帶斷相保護(hù)裝置的熱繼電器。以下是所選擇熱繼電器的型號(hào)和主要參數(shù)：表4-9 熱繼電器參數(shù)名稱參數(shù)備注型號(hào)3UA68額定工作電壓32A額定電流熱/熱過載額定頻率50Hz（60Hz）應(yīng)用范圍熱/熱過載如遇到下列情況，選擇的熱繼電器元件的整定電流要比電動(dòng)機(jī)額定電流高一些，以便來(lái)進(jìn)行保護(hù)：電動(dòng)機(jī)負(fù)載慣性轉(zhuǎn)矩非常大，起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。電動(dòng)機(jī)所帶動(dòng)的設(shè)備，不允許任意停電。電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的為沖擊性負(fù)載，如沖床、剪床等設(shè)備。4.2.4接觸器的選擇接觸器用于帶有負(fù)載主回路的自動(dòng)接通或切斷。分直流、交流兩類，機(jī)床中應(yīng)用最多的是交流接觸器。選擇接觸器主要考慮一下技術(shù)數(shù)據(jù)：電源種類：交流或直流。主觸點(diǎn)額定電壓、額定電流。輔助觸點(diǎn)種類、數(shù)量及觸點(diǎn)額定電流。電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。額定操作頻率（次/H），即允許的每小時(shí)接通的最多次數(shù)。主觸點(diǎn)額定電流，一般根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量Pd計(jì)算觸點(diǎn)電流Ie，即Ie>=Pd*103/KUd （式4.1）式中： K—經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，一般取1～1.4；Pd—電動(dòng)機(jī)功率（KW）；Ud—電動(dòng)機(jī)額定線電壓（V）；Ie—接觸器主觸點(diǎn)電流（A）；Uea—線路額定電壓，接觸器觸點(diǎn)額定電壓Ue>=Uea將數(shù)值代入式4.1，得到：根據(jù)以上計(jì)算所得參數(shù)選取交流接觸器：表4.10 交流接觸器參數(shù) 名稱主要參數(shù)品牌系列西門子選型系列3TB型號(hào)3TB4422-0XN1額定工作電流32A線圈電壓220V極數(shù)三極輔助觸點(diǎn)二開二閉線圈電壓頻率50Hz接觸器線圈電壓一般從安全考慮，可選低一些，但當(dāng)控制線路簡(jiǎn)單，所用電器不多時(shí)，為了節(jié)省變壓器，可選用380V、220V。4.2.5中間繼電器的選擇中間繼電器主要在電路中起信號(hào)傳遞與轉(zhuǎn)換作用，用它可實(shí)現(xiàn)多路控制，并可將小功率的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為大容量的觸點(diǎn)動(dòng)作，以驅(qū)動(dòng)電器執(zhí)行元件工作。中間繼電器出點(diǎn)多，可以擴(kuò)充其他電器的控制作用。選用中間繼電器，主要依據(jù)控制電路的電壓等級(jí)，同時(shí)還要考慮觸點(diǎn)的數(shù)量、種類及容量滿足控制線路的要求，在電路應(yīng)用到了9個(gè)中間繼電器。以下是所選中間繼電器的型號(hào)和主要參數(shù)：表4.11 中間繼電器參數(shù) 名稱主要參數(shù)產(chǎn)品類別中間繼電器產(chǎn)品型號(hào)RMA-4產(chǎn)品系列RAM-4產(chǎn)品品牌臺(tái)安觸點(diǎn)形式三開一閉額定電壓220VAC電流性質(zhì)交流外形小型功率小功率防護(hù)特征敞開式直流電阻1（4.2.6電動(dòng)機(jī)的選擇表4.12是初選電動(dòng)機(jī)的一些參數(shù)，根據(jù)表中的一些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算來(lái)確定最終的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。表4.12初選電動(dòng)機(jī)參數(shù)名稱主要參數(shù)負(fù)載速度15m/min直線運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量M80kg滾珠絲杠的長(zhǎng)度LB0.8m滾珠絲杠的直徑DB0.016m滾珠絲杠的導(dǎo)程PB0.005m聯(lián)軸節(jié)的質(zhì)量MC0.3㎏聯(lián)軸節(jié)的外徑DC0.03m定位次數(shù)n40次/min定位長(zhǎng)度0.25m定位時(shí)間tm1.2s以下電氣停止精度δ±0.01㎜摩擦系數(shù)μ0.2機(jī)械效率η0.9（90%）速度曲線圖圖4.8 電機(jī)速度曲線圖 循環(huán)時(shí)間： （式4.2）式中：n——定位次數(shù)。將數(shù)值代入式4.2，得到：（s）在此，假設(shè)加速時(shí)間與減速時(shí)間相同。另外，在濾波器設(shè)定（FIL）=0的設(shè)定下，整定時(shí)間約為。加速時(shí)間： （式4.3）式中：tm——定位時(shí)間，一般是在1.2S以下，（s）；——定位長(zhǎng)度，（m）；——負(fù)載速度，（m/s）。將數(shù)值代入式4.3，得到：恒速時(shí)間： （式4.4）將數(shù)值代入式4.4，得到：轉(zhuǎn)速負(fù)載軸轉(zhuǎn)速 ： （式4.5）式中：PB——滾珠絲杠的導(dǎo)程，（m）。將數(shù)值代入式4.5，得到：電機(jī)軸轉(zhuǎn)速 ： （式4.6）式中：R——減速比。將數(shù)值代入式4.6，得到：電機(jī)軸的換算轉(zhuǎn)矩 （式4.7）式中： μ——摩擦系數(shù)；M——直線運(yùn)動(dòng)部分的質(zhì)量，（kg）；——機(jī)械效率。將數(shù)值代入式4.7，得到：負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量直線運(yùn)動(dòng)部分： （式4.8）將數(shù)值代入式4.8，得到：滾珠絲杠： （式4.9）式中：——滾珠絲杠密度，（kg/m3）；——滾珠絲杠的長(zhǎng)度，（m）；——滾珠絲杠的直徑，（m）。將數(shù)值代入式4.9，得到：聯(lián)軸節(jié)： （式4.10）式中： Mc——聯(lián)軸節(jié)的質(zhì)量，（kg）；Dc——聯(lián)軸節(jié)的直徑，（m）。將數(shù)值代入式4.10，得到：電機(jī)軸換算的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： （式4.11）將數(shù)值代入式4.11，得到：負(fù)載運(yùn)行功率 (式4.12)將數(shù)值代入式4.12，得到：負(fù)載加速功率 （式4.13）將數(shù)值代入式4.13，得到：伺服電機(jī)的初步選型選型條件 TL電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電機(jī)額定輸出功率電機(jī)額定轉(zhuǎn)速或最高轉(zhuǎn)速由選型條件可初步選定伺服單元的容許負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量伺服電機(jī)SJME-02AMB4伺服單元SJDE-02APA<伺服電機(jī)、伺服單元的技術(shù)規(guī)格>表4.13伺服電機(jī)技術(shù)規(guī)格 名稱參數(shù)額定電壓200V額定電流 1.6A額定輸出320（W）額定轉(zhuǎn)速3000(min-1)最高轉(zhuǎn)速4500（min-1）額定轉(zhuǎn)矩0.637()瞬間最大轉(zhuǎn)矩1.91()電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.330伺服單元容許負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3電機(jī)型號(hào)D0103G24010018初步選型的伺服電機(jī)的檢查所需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的檢查 （式4.14）將數(shù)值代入式4.14，得到： 因此，可以使用。所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的檢查 （式4.15）將數(shù)值代入式4.15，得到： 因此，可以使用。轉(zhuǎn)矩有效值的檢查 （式4.16）將數(shù)值代入式4.16，得到：因此，可以使用。通過以上檢查，可知初步選型的伺服電機(jī)、伺服單元的容量可以使用。4.3電氣示意圖4.3.1電氣原理圖根據(jù)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)要求設(shè)計(jì)電氣原理圖，下面是整個(gè)系統(tǒng)的電氣原理圖。圖4.9 電氣原理圖4.3.2總線路開關(guān)圖4.10 總線路開關(guān)當(dāng)220V電壓供電之后，需要用一個(gè)限位開關(guān)控制系統(tǒng)的通電與斷電。需要通電時(shí)，按下SA開關(guān)，線路1構(gòu)成閉合回路，KA線圈通電，使得KA主觸點(diǎn)閉合，線路2構(gòu)成閉合回路，即線圈KM得電，使得主觸點(diǎn)KM得電，電路通電。4.3.3開關(guān)電源保護(hù)電路圖4.11 開關(guān)電源保護(hù)電路系統(tǒng)電氣線路的進(jìn)線電壓為220V，因此選擇該斷路器的規(guī)格也是以220V電壓為標(biāo)準(zhǔn)，并在進(jìn)線端處接入接地線，斷路器在線路中主要起保護(hù)電路作用，如果電壓過高或電流過大，斷路器會(huì)馬上斷開，防止電路的元器件燒壞。4.3.4加熱器控制電路圖4.12 加熱器控制電路系統(tǒng)電路中的加熱過程是同PLC控制實(shí)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)通電后，合上斷路器開關(guān)，加熱器控制電路通電，加熱器開始正常加熱，當(dāng)加熱器加熱到15