1、毕业论文开题报告 电气工程及其自动化 基于步进电机在定位控制系统的应用设计（ FX2N） 一、课题研究意义及现状 随着电子信息技术的发展，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度手段的需求不断升级。运行可靠、精度高、抗干扰性强的机械生产设备更得到厂家的青睐。数控技术的出现使传统机械制造工业提升改造和实现工业自动化、集成化发展。随着现代数控技术的广泛发展，如何提高数控定位的准确性和抗干扰性等已成为了我们需要解决的问题。 为了使系统运行可靠、精度高，定位控制系统的选择十分重要。我们现在常用的数控机 床定位系统主要是步进系统，它可以通过专用计算机、逻辑电路、单片机、 FPGA 和可编
2、程控制器（ PLC）等进行驱动控制。 PLC 是专为工业环境设计的一种工业设计计算机，采用面向用户的指令，编程方便。因此 PLC 驱动步进电机实现定位控制，硬件电路设计简单、方便、快捷，编程时只需熟悉使用PLC 的指令即可。因此利用 PLC 技术可以很方便的实现对电机速度和位置的控制。 步进电动机是一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或者线位移的数模转换元件。每当输入一个脉冲，它就相应的运行一步。尽管每走一步的步距角存在一定误差，然而旋转一周后其 累积误差为零。步进电机的动态响应快，控制性能好，通过改变输入脉冲的顺序就能方便地改变其旋转方向。这些特点使步进电机与其他电机有很大的差别。因此，在庞大
3、的电动机家族中，占有不可替代的位置。 结合本课题我们选择 PLC 控制步进电机的定位系统，使用 PLC 主控单元通过步进电机驱动器直接控制步进电机，用软件代替硬件控制，系统控制输入指令采用人机界面触摸屏来实现。不仅具有操作简单、运行稳定、定位精确和抗干扰强等优点，而且提高了控制系统的可靠性。 二、课题研究的主要内容和预期目标 研究步进电机在定位控制中应用，完成 设计数控钻孔机床的电气控制系统。根据设计任务设计的系统能通过实验模拟，达到设计设计要求，并控制系统运行可靠、定位精度高、抗干扰性强。 1）设计目标 了解当前国内外数控钻孔的研究与其产品市场；熟悉步进电机和 PLC 技术等，为将来从事机电
4、设备控制研发、制造及经营等方面工作打下基础。 研究定位控制系统，完成样机的电气系统原理图和控制程序。 2）毕业设计的具体内容 1、了解机械加工工艺，学习液压传动原理，编写工艺流程图； 2、以步进电机驱动丝杆实现定位，完成三菱 FX2N PLC定位控制系统的硬件设计； 3、编写自动加 工线控制系统控制程序； 4、利用触摸屏实现系统参数调整和显示，并设计完成控制菜单。 三、课题研究的方法及措施 本课题研究的是步进电机在定位系统中的应用，主要以数控钻孔机床的电气控制系统的设计为主。 设计原理：采用两台步进电机进行定位控制，分别为分度步进电机和工进步进电机。采用夹紧液压缸对工件进行夹紧或松开的控制，减
5、小定位误差。 通过变频电机带动钻头对工件进行钻 孔，并控制钻孔的深浅度。 系统设计原理如下所示： 以下为各分部件的作用： 分度步进电机：分度步进电机由 PLC 高速 脉冲输出口通过步进电机驱动器控制，控制工件的正反旋转运动 ,实现工件孔位置的定位。 工进步进电机：控制钻头水平运动的电动机，由 PLC 高速脉冲输出口跟一个普通输出口控制其运动和正反转，通过钻头的前进和后退实现了钻头的定位。 液压泵电机：液压泵电动机，用接触器控制正反转，拖动油泵供给液压装置压力油 ,以实现工件的夹紧和放松，以减少定位误差。 变频电机控制：是控制钻头转动快慢的电机，用按触器控制其正转，热继电器作为分度电动机的过载及
6、断相保护。 总体来说，该系统的运行流程为先通过液压缸松开和夹紧将工件固定，再通过钻头工 进和钻头快退对工工件进行打孔。然后液压缸松开，分度步进电机转一个孔位，最后工进步进电机退，这样一个循环就完成，如此重复。 其中，工件夹紧组件通过液压缸控制将加工工件夹紧，并随分度齿轮旋转。分度机构中分度步进电机按指令脉冲驱动分度齿轮旋转，使加工件转过一定角度，并锁定钻孔位置。工进步进电机根据指令脉冲驱动钻头轴向进给或快退以确定孔深，变频电机驱动钻头旋转速度。 本系统的控制系统组成如图所示，主要有 PLC，步进驱动器，变频电机，步进电机，电磁阀，人机界面。 控制系统组成框图 其中可编程序控制器（ PLC）作为
7、中央处理单元由于其运算速度高， 指令丰富，功能强大，可靠性高，抗干扰能力强而广泛应用于各种工业控制场合。本系统选用了三菱 FX2N 型 是三菱 PLC 是 FX 家族中最先进的系列。具有高速处理及可扩展大量满足单个需要的特殊功能模块等特点 。对于 PLC 的输入输出指令控制由 PLC 的人机界面来实现，通过触摸屏和 PLC 结合使用 ,可以在触摸屏中直接设定目标的工进，分度位移等参数 , 并可实时监控工作状态，并利用运算帮助 PLC 处理复杂的运算功能，配合通讯指令，可以自行撰写通讯协议 ，透过 COM port 与特定系统相接。 本课题采用上海木田有限责任公司生产的型号为 57BYGHY80
8、3-09 感应式两相步进电机和型号为2BH02M16 步进电机驱动器 四、课题研究进度计划 毕业设计期限：自 2010 年 10 月 20 号至 2011年 5月 2号 2010.10.20-2010.11.13 学习步进电机工作原理和液压传动知识； 2010.11.13-2010.12.3 查阅资料，写出文献综述，完成外文资料翻译，完成开题报告； 2010.12.5-2011. 3.16 完成 PLC 和步进电机组成控制系统 的硬件设计和软件调试；并撰写毕业论文初稿； 2011.3.17-2011.5.2 完善与修改毕业论文，设计作品完善，准备答辩用的 PPT，准备答辩，提交所有电子材料；
9、五、参考文献 1 张兴国 .可编程序控制器技术及应用 M.北京：中国电力出版社， 2006， 9. 2 阮友德 .PLC、变频器、触摸屏综合应用实训 M.北京：中国电力出版社， 2009， 1. PLC（ FX2N） 驱动器 步进 电动机 人机界面 变频器 变频 电动机 电磁阀 3 胡少平 .伺服控制器与 PLC在轮胎钢丝挤出联动线上的应用 J.电工技术， 2006， 9. 4 席小东 .PLC和伺服系统在高速管材剪切装置 中的应用 J.塑料， 2003， 1. 5 张顺星，张玉洁 .一种 PLC控 制的步进电机定位系统 的实现方法 EB/OL.2011-1-21. http:/ 6 厉 虹 .伺服技术 M.北京：国防工业出版社， 2008， 1. 7 史敬灼 .步进电动机伺服控制技术 M.北京：科学出版社， 2006,7. 8 徐振宇，莫鸿强，田联房 .基于 PC104 的步进电机运动控制系统 J.电机与控制 应用， 2010， 37（ 10） :32 -35. 9 褚春景 .三菱可编程控制器的变频器通信指令 J.电工技术， 2010,3:26-27. 10朱贺，惠晶 .基于伺服系统的高精度冲齿机的研究 J.电工技术， 2010,6： 38-40. 11 李东 .步进电机伺服系统在数控立式铣床中的应用 J.电机技术， 2010,2.
