自动往返运料小车控制系统设计(4)

河南机电高等专科学校毕业设计论文

3.4 步进电机的选型

步进电机是将电脉冲信号转换为相应角位移或直线位移的一种特殊电动机。其工作方式是每输入一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度，由于运动形式是步进的，因此称为步进电机。

(1)步进电机转矩的选择

步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。当然，有着本质的区别。步进电动机的物理结构，完全不同于交流、直流电机，电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小(即所要带动物体的扭力大小)，来选择哪种型号的电机。大致说来，扭力在0.8N.m以下，选择20、28、35、39、42(电机的机身直径或方度，单位：mm);扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。扭力在几个N.m或更大的情况下，就要选择86、110、130等规格的步进电机。

(2)步过电机转速的选择

对于电机的转速也要特别考虑。因为，电机的输出转矩，与转速成反比。就是说，步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大)，在高速旋转状态的转矩(1000转/分--9000转)就很小了。当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。

(3)步进电机空载起动频率的选择

步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右(或更高)，通常需要“加速启动”。如果需要直接启动达到高速运转，最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。

(4)步进电机的相数选择

步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。大多数场合，使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。

(5)针对步进电机使用环境来选择

特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。例如水下机器人，就需要放水电机。对于特种用途的电机，就要针对性选择了。

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由于本文中的自动小车是安装在仓库之中，所运送的物料也比较大而且重，也就是说负载较大，需要选择大力矩的电机，所以本文中选择的电机是规格为130的步进电机，以满足现实的工作要求。

本文中选择的电机型号为130mm三相步进电机，具体型号为SS5401C40A，详细参数如下：

图3-3 步进电机的型号与参数

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第4章 控制系统的软件实现

4.1 PLC软件开发工具介绍

STEP7-Micro/WIN32西门子编程软件是基于Windows的应用软件，它是西门子公司专门为S7-200系列可编程控制器而设计开发，是西门子PLC用户不可缺少的开发工具。目前STEP7-Micro/WIN32编程软件已经升级到了4.0版本。 4.1.1 硬件连接及软件的安装

1、硬件连接

为了实现PLC与计算机之间的通信，西门子公司为用户提供了两种硬件连接方式：一种是通过PC/PPI 电缆直接连接，另一种是通过带有MPI电缆的通信处理器连接。 典型的单主机与PLC直接连接如图7—1所示，它不需要其他的硬件设备，方法是把PC/PPI电缆的PC端连接到计算机的RS-232通信口（一般是COM1），把PC/PPI电缆的PPI端连接到PLC的RS-485通信口即可。 2、软件的安装

（1）系统要求

STEP7-Micro/WIN32软件安装包是基于Windows的应用软件，4.0版本的软件安装与运行需要Windows2000/SP3或WindowsXP操作系统。 （2）软件安装

STEP7-Micro/WIN32软件的安装很简单， 将光盘插入光盘驱动器系统自动进入安装向导（或在光盘目录里双击setup，则进入安装向导），按照安装向导完成软件的安装。软件程序安装路径可使用默认子目录，也可以使用“浏览”按钮弹出的对话框中任意选择或新建一个新子目录。

首次运行STEP7-Micro/WIN32软件时系统默认语言为英语，可根据需要修改编程语言。如将英语改为中文，其具体操作如下：运行STEP7-Micro/WIN32编程软件，在主界面执行菜单Tools→Options→General选项，然后在对话框中选择为Chinese即可将English改为中文。

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图4—1典型的主机与PLC直接连接

4.1.2 STEP7-Micro/WIN32软件的窗口组件 1、基本功能

STEP7-Micro/WIN32的基本功能是协助用户完成应用程序的开发，同时它具有设置PLC参数、加密和运行监视等功能。

编程软件在联机工作方式（PLC与计算机相连）可以实现用户程序的输入、编辑、上载、下载运行，通讯测试及实时监视等功能。在离线条件下，也可以实现用户程序的输入、编辑、编译等功能。

2、主界面

启动STEP7-Micro/WIN32编程软件，其主要界面外观如图2所示。 主界面一般可分为以下6个区域：菜单栏（包含8个主菜单项）、工具栏（快捷按钮）、浏览栏（快捷操作窗口）、指令树(快捷操作窗口)、输出窗口和用户窗口（可同时或分别打开图中的5个用户窗口）。除菜单栏外，用户可根据需要决定其他窗口的取舍和样式的设置。

4.2程序流程

在整个程序流程中，运料小车在自动化生产线上运动的控制过程如下：初始状态小车停在初始位置，按启动按钮，系统检测料仓是否有料，料仓有料，小车开始装料；20秒后装料结束，小车左行，碰到行程开关2后，小车停止，开始卸料，30秒后卸料完成，小车右行，碰到行开关1后小车停下装料，20S后装料完成，左行卸料，如此循环，相应的状态有对应的指示灯显示。如图4-1：

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图4—1 自动运料小车程序流程

系统能够及时监控站点的发货指令，监控小车的状态，所处位置，运行速度，运行路径，能够控制站点的放料和闭合过程。PLC负责对单站的控制，小车状态的控制，MCGS负责收集数据，并监控实时动态，能够对小车的运行历史数据和轨迹进行分析，并可以通过发送指令的方式对系统进行控制，当系统出现故障时进行报警。

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