鍵合機自動上下料控制系統設計說明書

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1、鍵合機自動上下料控制系統設計摘要鍵合機加工表面的溫度較高，通常都是工作在高溫、重載的危險環境下進行，而以往的鍵合機主要是由人工操作，這樣就會帶來了許多不安全的人為因素，對操作人員得危險性也較大，因此工業機械手的應用就顯得尤其重要。我設計的這套系統采用的自動化控制，用PLC作為主控制器，可以減少了人力資源的浪費，進而減少了各種由人為帶來的不利因素，減輕了操作人員的勞動強度，而且這套系統采用的是伺服控制，它的優勢是可以精確定位，減少人為定位產生的誤差，進而提高勞動生產率。關鍵詞：PLC控制；機械手；伺服控制Bonding machine autotransmitting control syste

2、m designABSTRACTBonding machined surface temperature is higher, workers are usually work in high temperature, overloaded dangerous environment, whereas the bonding machine if the manual operation, which will bring a lot of unsafe man-made factors,for operators personnel risk is the bigger also, so t

3、he application of industrial robots appears especially important. I designed this system of automation control, with the PLC as a main controller, which can reduce the waste of human resources, reduce the various by human bring adverse factors and reduce the labor intensity of operators, This system

4、 is a servo control, and its advantage can accurate positioning, reducing artificial positioning error, and produced improve labor productivity.Key words：PLC control；manipulator；Servo control 目錄1選擇題目的意義和背景62國內外研究現狀73系統機械結構分析83.1 系統運行過程83.1.1 送料工作過程83.1.2 機械手工作過程83.1.3 出料工作過程93.1.4 自動上料93.2 機械手尺寸的設計9

5、3.3 傳動部分的設計93.4 系統支撐架103.5 傳送臺123.6 加熱器133.7 散熱器153.8 機械手174控制系統分析194.1 元器件之間的聯系關系194.1.1 MP2300的特點194.1.2 MP2300的外觀圖204.1.3 連接基本系統的構成214.1.4 系統構成實例214.1.5 連接系統注意事項214.1.6 MP2300模塊一覽224.1.7 MP2300系列型號一覽224.1.8系統構成示意圖244.1.9 連接元器件的選擇254.1.10、系統的連接和接線264.2 元器件的功能及選擇274.2.1 按鈕開關的選擇274.2.2 自動空氣開關的選擇284.

6、2.3 熱繼電器的選擇294.2.4 接觸器的選擇304.2.5 中間繼電器的選擇314.2.6 電動機的選擇324.3 電氣示意圖364.3.1 電氣原理圖364.3.2 總線路開關374.3.3 開關電源保護電路384.3.4 加熱器控制電路384.3.5 伺服驅動器與電機控制電路394.3.6 光電傳感器394.3.7 微動開關405程序編制405.1 MP2300運動控制器40參考文獻431選擇題目的意義和背景在機械工業中，應用機械手的意義十分重大，大概可以分為如下：1.1 以提高生產過程中的自動化程度應用機械手有利于實現材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換以及機器的裝配等的自動化的程度

7、，從而可以提高勞動生產率和降低生產成本。1.2 以改善勞動條件，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合中，用人手直接操作是有危險或根本不可能的，而應用機械手即可部分或全部代替人安全的完成作業，使勞動條件得以改善。在一些簡單、重復，特別是較笨重的操作中，以機械手代替人進行工作，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，并便于有節奏的生產應用機械手代替人進行工作，這是直接減少人力的一個側面，同時由于應用機械手可以連續的工作，這是減少人力的另一個側面。因此，在自動化機床的綜合加工自動線上，目前幾乎都沒有機械手，

8、以減少人力和更準確的控制生產的節拍，便于有節奏的進行工作生產。 綜上所述，有效的應用機械手，是發展機械工業的必然趨勢，因此我設計這套鍵合機自動上下料控制系統應用的便是機械手操作。2國內外研究現狀 工業機械手是近幾十年發展起來的一種高科技自動化生產設備。工業機械手的是工業機器人的一個重要分支。它的特點是可通過編程來完成各種預期的作業任務，在構造和性能上兼有人和機器各自的優點，尤其體現了人的智能和適應性。機械手作業的準確性和各種環境中完成作業的能力，在國民經濟各領域有著廣闊的發展前景。機械手是在機械化，自動化生產過程中發展起來的一種新型裝置。在現代生產過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產線中，機械

9、人的研制和生產已成為高技術鄰域內，迅速發殿起來的一門新興的技術，它更加促進了機械手的發展，使得機械手能更好地實現與機械化和自動化的有機結合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能不斷重復工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉重物的力量比人手力大的特點，因此，機械手已受到許多部門的重視，并越來越廣泛地得到了應用。自動換刀裝置是數控加工中心在工件的一次裝夾中實現多道工序加工不可缺少的裝置, 主要由刀庫、機械手和驅動裝置幾部分組成。機械手和驅動裝置是兩個關鍵部分, 根據驅動裝置的不同, 自動換刀裝置可分為凸輪式、液壓式、齒輪式、連桿式及各種機構復合式, 其中以凸輪式用得較多。發達國家數控加工中心

10、的立式自動換刀機械手主要采用凸輪式, 我國加工中心技術起步較晚, 對自動換刀機械手研究較少。進入20 世紀90 年代后, 北京機床研究所、大連組合機床研究所、濟南第一機床廠、青海機床廠以及陜西省的秦川機床廠都對立式自動換刀機械手進行了研究和開發。迄今為止, 我國制造的加工中心配置的自動換刀機械手大多數是進口的。其主要原因: 一是國內生產的換刀機械手質量較差, 成本也不低; 二是進口換刀機械手價格雖然較高, 但在整個加工中心中所占份額不大。作為加工中心的配套技術, 自動換刀機械手的研究和開發將直接影響到我國自動化生產水平的提高, 從經濟上、技術上考慮都是十分必要的。立式換刀機械手和臥式換刀機械手

11、已得到廣泛應用20 世紀90 年代以來, 數控加工技術得到迅速的普及和發展, 數控機床在制造業得到了越來越廣泛的應用。帶有自動換刀系統的數控加工中心在現代先進制造業中起著愈來愈重要的作用, 它能縮短產品的制造周期, 提高產品的加工精度, 適合柔性加工。加工中心是數控機床中較為復雜的加工設備, 由于其具有多種加工能力而得到廣泛的應用, 其強大的加工能力和效率得益于其配置的自動換刀裝置。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間, 提高生產率, 降低生產成本, 進而提升機床乃至整個生產線的生產力。加工中心自動換刀裝置是實現多工序連續加工的重要裝置, 其結構設計及

12、其控制是實現加工中心設計制造的關鍵。加工中心的換刀過程較為復雜, 動作多, 動作間的相互協調關系多, 因而自動換刀系統性能的好壞直接影響加工效率的高低。3系統機械結構分析系統機械部分的結構如圖3.1所示。大致包括幾個模塊：傳送模塊，加熱模塊，抓取模塊和散熱模塊。在系統運行的過程中，每個模塊都起著重要的作用。一個工件的加工要依次通過以上模塊，而每個模塊對應相應的機械結構都由設計者自己定義。圖3.1 鍵合機自動上下料結構示意圖1電機1 2電機2 3電機34系統支撐架5傳送臺6加熱器7散熱器8機械手抓手9顯示屏3.1 系統運行過程3.1.1 送料工作過程起動系統啟動開關，操作員將6塊工件放在載具上，

13、并將載具放入送料帶上，當光線傳感器檢測到傳送帶上有載具在傳送臺上時，發出信號至運動控制器，運動控制器發出信號使送料帶運行，當載具運行到加熱器內時，加熱器的溫度傳感器檢測工件表面的溫度，并進行預熱到150度，當溫度達到預熱的要求時，載具繼續向前進行，并送出送料信號。3.1.2 機械手工作過程（1） 當工件經過預熱發出送料信號時，進料機械手開始運行并將已預熱好的料取走放到指定的工作臺上進行加工，然后退回原位等待下一個送料信號。（2） 當工件經過一段時間被加工完時，出料機械手將加工好工件的載具從工作臺取走并放到放到出料帶上，然后退回原位等待下一個取料信號。3.1.3 出料工作過程當工件被放在傳送帶上

14、并運行到散熱器時，光電傳感器檢測是否有工件時，當檢測到有工件時，啟動壓縮空氣開始進行散熱，直至下一個光點傳感器發出信號時停止運行，然后發出取料信號。3.1.4 自動上料料車直接推到上料箱內并鎖住，然后料箱開始自動檢測層間有無載具，在有料層等待出料命令等待出料命令，當有命令時，由汽缸或其它機構將載具推出載具由橋接裝置流到送料帶上。備注：載具一個載具上有幾個產品；光電傳感器檢測有無載具及產品，有產品時送料帶自動運行；載具分離當第一個產品同后面的產品靠的很近時，需要將載具分開，否 則機械手沒有下手的地方；預熱有產品時啟動預熱，并恒溫的150度，直到產品取走；料車料車12層，每層放一個載具；料箱出料箱

15、，將料車上的載具，按從上到下的順序一層層取出進料箱， 將加工好的載具，按從下到上的順序一層層推入料箱。3.2 機械手尺寸的設計由于這套系統采用的是雙機械手自動上下料系統，因此機械手抓手的尺寸根據所需要加工工件的尺寸而定，而需加工的工件長203.3mm、寬152.5mm、厚6.4mm，根據已知的尺寸可以確定機械手抓手長度的量程為200248mm,保證機械手抓手可以加緊工件。3.3 傳動部分的設計3.3.1 機械手由三臺伺服電機驅動 電機1控制機械手的前后運動，目的是抓取到工件后可以推出傳送臺，防止撞倒加工臺而照成工件的損壞；電機2控制機械手的上下運動，目的是控制機械手在將工件運送到工作臺的時候可

16、以根據工作臺的高度進行調節（工作臺的高度跟傳送臺的不相等）；電機3控制機械手的左右運動，目的是可以用機械手將工件從傳送臺放置到加工臺上。為了設計的方便，控制方式采用點位控制。通過分別控制三臺電機的正反轉來確定機械手在空間上具體位置。由于三臺電機不是同時控制，因此不存在相互間的干擾，從而增強了整個系統的穩定性。3.3.2 具體傳動環節 電動機1在機械手的結構中為最底端，機械手的抓取部分、電動機2和電動機3都在它之上。他們之間運動的實現都過一塊溜板進行連接，電動機2和電動機3也是同樣經過這樣進行相互的傳動。3.3.3 步進電機 含義：步進電機是一種用脈沖信號進行控制，并將脈沖信號轉換成相應角位移的

17、執行器，。其角位移量與脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比，可以通過改變脈沖頻率來調節電動機的轉速。如果停機后某相的繞組仍保持通電狀態，則還可具有自鎖的能力，電機每轉一周都有固定的步數。步進電動機最大的缺點在于其容易失步，特別是在大負載和速度較高的情況下，失步更容易發生。 分類：步進電機種類繁多，按其運動形式分為旋轉式步進電機和直線式步進電機兩大類；按其工作原理可分為反應式、永磁式和混合式步進電機三類。其中反應式步進電機（VR）結構簡單，生產成本低，步距角小，但動態性能差；永磁式步進電機（PM）出力大，動態性能好，但步距角大；而混合式步進電機（HB）綜合了反應式和永磁式步進電機兩者的優點，步距角

18、小，出力大，動態性能好，是目前性能最高的步進電機，有時也稱其永磁感應子式步進電機。3.4 系統支撐架圖3.2為鍵合機自動上下料控制系統的底部支撐架，其長為2000mm、寬為400mm、高650mm，因考慮其重量的緣故，并未將它做成實體，而是通過焊接將其焊成。這樣既可以減輕重量又可以加強系統整體的承載能力。在支撐架連接的地方多處有鈑金件進行加強，提升抗壓能力。圖3.2 系統支撐架的三視圖圖3.3系統支撐架的正視圖（部分剖視）圖3.4系統支撐架的俯視圖圖3.5系統支撐架的左視圖3.5 傳送臺圖3.6為系統的一個傳送臺，因為系統的進料機械手和出料機械手運動狀態剛好相同，所以系統兩側裝置大致相同。傳送

19、臺的一側齒輪是固定不動的，另一個傳送齒輪裝在一個可以移動的滑塊上，這樣就可以通過調動滑塊的距離控制鏈條的松緊程度。因為工件溫度的溫度要求大約在150o，所以選用了鏈傳送。以至于不會因為溫度太高而燒壞傳送臺。圖3.6 傳送臺的三視圖圖3.7 傳送臺的主視圖圖3.8 傳送臺的左視圖（剖視圖）圖3.9傳送臺的俯視圖3.6 加熱器圖3.10為工件的加熱器，當工件被放在傳送臺上，經過加熱器位置時，溫度傳感器會檢測工件表面的溫度，當溫度未達到150o時，傳感器會傳送信號至PLC控制器，PLC再發送信號至加熱器，傳送鏈停止傳送，工件停在加熱器內，加熱器對工件進行加熱，直至工件表面溫度升至150o時，溫度傳感

20、器發送信號至PLC控制器，PLC再發送信號至加熱器，加熱器停止加熱，傳送鏈繼續傳送。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為系統的散熱器，當工件經過加工之后，機械手將工件抓取到傳送臺上，工件表面的溫度沒有退到所允許的溫度，因此要經過散熱器經過散熱之后才能進行其他加工。當工件被傳送到散熱器時，溫度傳感器檢測工件表面的溫度，當溫度未退溫到所允許的溫度時，溫度傳感器發送信號至PLC，PLC發出信號至傳送臺，傳送鏈停止傳動，當溫度降至所允許的溫度時，溫度傳感器發送信號至PLC，PLC再發送信號至傳送臺，傳送鏈繼

21、續傳送。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 機械手圖3.18為系統的機械手部分，它在系統中分為兩個部分，在進料口的時候主要作用就是負責將已經加熱到150o的工件從傳送臺上運送到加工板上，然后機械手會按照原動作回到初始位置，待工件加工好之后，出料口部分的機械手會將加工后的工件放在出料口的傳送臺上，工件會經過散熱器然后出料。圖3.18機械手的三視圖圖3.19機械手的主視圖圖3.20機械手的左視圖圖3.21機械手的俯視圖3.9 機械手抓手圖3.22為系統的機械手抓手部分。抓手兩邊的擋板可以在220mm248mm之間運動，保

22、證可以有足夠距離夾取工件。圖3.22機械手抓手圖3.23機械手抓手的正視圖圖3.24機械手抓手的俯視圖圖3.25機械手抓手的左視圖4控制系統分析系統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系、元器件的功能和選擇和電氣原理圖。通過對以上內容的詳細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系4.1.1 MP2300的特點MP2300將電源功能、CPU功能、I/O功能以及通訊功能集為一體，是多合一小型機器控制器。由具有機器運動控制與順序控制功能的基本模塊部分和具有I/O及通訊功能的選購件模塊構成。（1）高靈活性通過選購件插槽（3插槽），可自由地選擇選

23、購件模塊，并可構筑與客戶的機器相配套的最佳系統。（2） 高性能通過CPU、運動網絡（MECHATROLINK-II）的提速，控制性能有所提高。MECHATROLINK-II的通信速度：為原來的2.5倍CPU計算速度：為MP930的1.4倍通過MECHATROLINK-II可進行位置、速度、轉矩控制，并實現高精度的同步控制，并實現高精度的同步控制。還可在線切換控制模式，實現復雜的機器動作。通過選擇通訊選購件模塊，可對應各種選項網絡。EthernetDeviceNetPROFIBUS（3） 使用簡便自動判別連接在MECHATROLINK上的裝置，利用可自動設定必須數據的自動配置功能，可大幅地縮短機

24、器的調試時間。利用應用程序變換器，對凝聚了客戶的經驗技術的原軟件資源進行充分利用，可實現系統的升級。4.1.2 MP2300的外觀圖圖4.1MP2300的外觀圖4.1.3 連接基本系統的構成圖4.2連接基本系統的構成4.1.4 系統構成實例圖4.3系統構成實例（注）1.MECHATROLINK-II上最多可連接21臺機器（伺服電機最多為16軸）。2. 通過LI0-01，I/O最多可達32點（輸入16點、輸出16點），通過CPU I/O,I/O最多可達12點（輸入8點、輸出4點）。3. 利用通信模塊，可與 Ethernet、DeviceNet、PROFIBUS、RS-232、RS422/485的

25、開放網絡連接。4. 上述實例中，使用了218IF-01模塊，并將編程工具（MPE720）連接到了Ethernet上，將HMI（人機接口）連接在RS-232上。4.1.5 連接系統注意事項設計使用了MP2300的系統時，需要注意的事項如下所述。1、連接線路時應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，根據需要的伺服單元后再進行選擇。3、若MECHATROLINK-I（4Mbps）對應設備與MECHATROLINK-II(10Mbps)對應設備同時存在，請設定為MECHATROLINK-I（4Mbps）。4、用戶需自備2

26、4V直流電源。5、在通過MECHATROLINK連接伺服的情況下，超程、原點復歸減速LS、外部閂鎖等的信號將連接到伺服單元上。6、蓄電池備份為M寄存器、S寄存器以及跟蹤內存。請務必將程序保存在閃存中。4.1.6 MP2300模塊一覽表4.1MP2300模塊一覽產品名稱類別簡稱型號概要MP2300MP2300主體MP2300JEPMC-MP2300MECHATROLINK-I,MECHATROLINK-II輸入8點、輸出4點選購件模塊輸入輸出信號模塊輸入輸出模塊LI0-01JAPMC-I02300輸入16點、輸出16點（NPN集電極開路輸出）脈沖輸入1點輸入輸出模塊LI0-02JAPMC-I02

27、301輸入16點、輸出16點（PNP集電極開路輸出）脈沖輸入1點通信模塊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4.1.7 MP2300系列型號一覽表4.2MP2300系列型號一覽NO.型號模塊安裝圖1JEPMC-MP2300 基礎模塊2JEPMC-MP23

28、00-Y1基礎部分217IF218IFLIO013JEPMC-MP2300-Y2基礎部分218IFLIO01LIO014RESERVENO.型號模塊安裝圖5JEPMC-MP2300-Y4基礎部分217IF218IFLIO026JEPMC-MP2300-Y5基礎部分218IFLIO02LIO027Reserve8JEPMC-MP2300-Y7基礎部分217IF217IFLIO019JEPMC-MP2300-Y8基礎部分217IFLIO01LIO0110Reserve11JEPMC-MP2300-Y10基礎部分217IF217IFLIO0212JEPMC-MP2300-Y10基礎部分217IFLI

29、O01LI00213Reserve4.1.8系統構成示意圖圖4.4系統構成示意圖4.1.9 連接元器件的選擇（1） 控制器類表4.3控制器類產品名稱型號個數MP2300JEPMC-MP23001218IF-01JAPMC-CM23001MECHATROL電纜JEPMC-W6002-012終端（終端電阻）JEPMC-W60221(2) 編程裝置類表4.4編程裝置類產品名稱型號個數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

30、通過RS-232C或Ethernet可進行編程等。（3） 伺服驅動器類表4.5伺服驅動器類產品名稱型號臺數-III:伺服單元SGDS-01A12A2-III:伺服電機SGMAS-01ACA212電機電纜（3m）JZSP-CSM01-032編碼器電纜JZSP-CSP01-032數字式操作器JUSP-0P05A1(4) 其他所需設備表4.6其他所需設備產品名稱型號臺數DC24C電源電流量在2A以上14.1.10 系統的連接和接線（1） 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（2） MECHATROLINK電纜的連接通過MECHATROLINK電纜連接M

31、P2300與伺服單元。圖4.6MECHATROLINK電纜的連接請將伺服單元的MECHATROLINK站編號設定為1和2。在示范程序中，設定了使站編號為1和2的軸動作的程序。（3） 伺服單元與伺服電機的連接通過電機主電路用電纜與編碼器電纜連接伺服單元與伺服電機。圖4.7 伺服單元與伺服電機的連接4.2 元器件的功能及選擇4.2.1 按鈕開關的選擇按鈕開關通常用作短時接通或斷開小電流控制電路的開關，用于控制電路中發出起動或停止等指令，通過接觸器、繼電器等控制電器接通或斷開主電路。目前按鈕在結構上有多種形式：旋鈕式用手鈕動旋轉進行操作；指示燈式按鈕內可裝入信號燈顯示信號；緊急式裝有蘑菇按鈕帽，以表

32、示緊急操作。因為系統所采用的只有急停操作，其他操作皆是在顯示屏上實現，故選擇緊急式急停按鈕，型號為XB2-BX542急停按鈕，以下是該型號急停按鈕的主要參數。表4.7按鈕開關參數名稱主要參數備注品名按鈕開關顏色紅/綠品牌施耐德開孔尺寸22mm觸點形式一常閉紅色名稱急停按鈕型號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的工業控制電路中，作為磁力起動器、按觸器、繼電器及其它電器線路的控制只用。4.2.2 自動空氣開關的選擇自動開關又稱自動空氣斷路器。自動開關在機床上應用得很廣泛。這是因為自動開關既能接通或分斷正常工作電流，也能自動分斷

33、過載或短路電流，分斷能力大，有欠壓和過載短路保護作用。選擇自動開關應考慮其主要參數：額定電壓、額定電流和允許切斷的極限電流等。自動開關脫扣器的額定電流應等于或大于負載允許的長期平均電流；自動開關的極限分斷能力要大于，至少要等于電路最大短路電流；自動開關脫扣器電流整定應按下面原則：欠電壓脫扣器額定電壓應等于主電路額定電壓；熱脫扣器的額定電流應與被控對象額定電流相等；電磁脫口器的瞬時脫扣整定電流應大于負載正常工作時的尖峰電流；保護電動機時，電磁脫扣器的瞬時脫扣器整定電流為電動機起動電流的1.7倍，因輸入電壓是220V，一般漏電動作電流都是30MA，動作時間為0.1秒，所以選擇32A的就已經足夠，因

34、此選擇的空氣開關型號是TIB1-63。以下該型號空氣開關的主要參數。表4.8空氣開關參數名稱參數備注產品名稱TIB1-63產品類別空氣開關產品簡介TIB1系列小型斷路器適用于線路和電氣設備的過載及短路保護 額定電流32A（16A、63A）額定電壓230V AC（400V）AC額定頻率50Hz（60Hz） 脫扣特性C型（D型） 分斷能力C型 6000A（1-40A），4500A（50-63A）D型 4500A（1-40A）機械壽命20000次接線能力適用25及以下導線 環境溫度-5至40符合標準GB10963，IEC8984.2.3 熱繼電器的選擇熱繼電器主要用于保護電動機的過載，因此選用時必須

35、了解電動機的情況，如工作環境、啟動電流、負載性質、工作制、允許過載能力等。 （1）原則上應使熱繼電器的安秒特性盡可能接近甚至重合電動機的過載特性，或者在電動機的過載特性之下，同時在電動機短時過載和啟動的瞬間，熱繼電器應不受影響(不動作)。 （2）當熱繼電器用于保護長期工作制或間斷長期工作制的電動機時，一般按電動機的額定電流來選用。例如，熱繼電器的整定值可等于0.951.05倍的電動機的額定電流，或者取熱繼電器整定電流的中值等于電動機的額定電流，然后進行調整。 （3）當熱繼電器用于保護反復短時工作制的電動機時，熱繼電器僅有一定范圍的適應性。如果短時間內操作次數很多，就要選用帶速飽和電流互感器的熱

36、繼電器。 （4）對于正反轉和通斷頻繁的特殊工作制電動機，不宜采用熱繼電器作為過載保護裝置，而應使用埋人電動機繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護在一般情況下，可選用亮相結構的熱繼電器；對在電網電壓嚴重不平衡、工作黃精惡劣條件下工作的電動機，可選用三相結構的熱繼電器；對于三角形聯結的電動機，為了實現斷相保護，則可選用帶斷相保護裝置的熱繼電器。以下是所選擇熱繼電器的型號和主要參數：表4-9熱繼電器參數名稱參數備注型號3UA68額定工作電壓32A額定電流熱/熱過載額定頻率50Hz（60Hz）應用范圍熱/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機額定電流高一些，以便來進行保護：1） 電動

37、機負載慣性轉矩非常大，起動時間長。2） 電動機所帶動的設備，不允許任意停電。3） 電動機拖動的為沖擊性負載，如沖床、剪床等設備。4.2.4 接觸器的選擇接觸器用于帶有負載主回路的自動接通或切斷。分直流、交流兩類，機床中應用最多的是交流接觸器。選擇接觸器主要考慮一下技術數據：1） 電源種類：交流或直流。2） 主觸點額定電壓、額定電流。3） 輔助觸點種類、數量及觸點額定電流。4） 電磁線圈的電源種類，頻率和額定電壓。5） 額定操作頻率（次/H），即允許的每小時接通的最多次數。主觸點額定電流，一般根據電動機容量Pd計算觸點電流Ie，即 Ie=Pd*103/KUd （式4.1）式中：K經驗常數，一般取

38、11.4；Pd電動機功率（KW）；Ud電動機額定線電壓（V）；Ie接觸器主觸點電流（A）；Uea線路額定電壓，接觸器觸點額定電壓Ue=Uea將數值代入式4.1，得到：根據以上計算所得參數選取交流接觸器：表4.10交流接觸器參數名稱主要參數品牌系列西門子選型系列3TB型號3TB4422-0XN1額定工作電流32A線圈電壓220V極數三極輔助觸點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，但當控制線路簡單，所用電器不多時，為了節省變壓器，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傳遞與轉換作用，用它可實現多路控制，并可將小功率的控制

39、信號轉換為大容量的觸點動作，以驅動電器執行元件工作。中間繼電器出點多，可以擴充其他電器的控制作用。選用中間繼電器，主要依據控制電路的電壓等級，同時還要考慮觸點的數量、種類及容量滿足控制線路的要求，在電路應用到了9個中間繼電器。以下是所選中間繼電器的型號和主要參數：表4.11中間繼電器參數名稱主要參數產品類別中間繼電器產品型號RMA-4產品系列RAM-4產品品牌臺安觸點形式三開一閉額定電壓220V AC電流性質交流外形小型功率小功率防護特征敞開式直流電阻1（4.2.6 電動機的選擇表4.12是初選電動機的一些參數，根據表中的一些參數進行計算來確定最終的電動機型號。表4.12 初選電動機參數名稱主

40、要參數負載速度15m/min直線運動部分的質量M80kg滾珠絲杠的長度LB0.8m滾珠絲杠的直徑DB0.016m滾珠絲杠的導程PB0.005m聯軸節的質量MC0.3聯軸節的外徑DC0.03m定位次數n40次/min定位長度0.25m定位時間tm1.2s以下電氣停止精度0.01摩擦系數0.2機械效率0.9（90%）速度曲線圖圖4.8電機速度曲線圖循環時間： （式4.2）式中：n定位次數。將數值代入式4.2，得到： （s）在此，假設加速時間與減速時間相同。另外，在濾波器設定（FIL）=0的設定下，整定時間約為。加速時間： （式4.3）式中：tm定位時間，一般是在1.2S以下，（s）； 定位長度，（

41、m）；負載速度，（m/s）。將數值代入式4.3，得到：恒速時間： （式4.4）將數值代入式4.4，得到：轉速負載軸轉速： （式4.5）式中：PB滾珠絲杠的導程，（m）。將數值代入式4.5，得到：電機軸轉速： （式4.6）式中：R減速比。將數值代入式4.6，得到：電機軸的換算轉矩 （式4.7）式中：摩擦系數；M直線運動部分的質量，（kg）；機械效率。將數值代入式4.7，得到：負載轉動慣量直線運動部分： （式4.8）將數值代入式4.8，得到：滾珠絲杠：（式4.9）式中：滾珠絲杠密度，（kg/m3）； 滾珠絲杠的長度，（m）； 滾珠絲杠的直徑，（m）。將數值代入式4.9，得到：聯軸節：（式4.10）

42、式中：Mc聯軸節的質量，（kg）；Dc聯軸節的直徑，（m）。將數值代入式4.10，得到：電機軸換算的負載轉動慣量：（式4.11）將數值代入式4.11，得到：負載運行功率(式4.12)將數值代入式4.12，得到：負載加速功率（式4.13）將數值代入式4.13，得到：伺服電機的初步選型選型條件TL 電機額定轉矩電機額定輸出功率電機額定轉速或最高轉速由選型條件可初步選定伺服單元的容許負載轉動慣量伺服電機SJME-02AMB4伺服單元SJDE-02APA表4.13 伺服電機技術規格名稱參數額定電壓200V 額定電流1.6A額定輸出320（W）額定轉速3000(min-1)最高轉速4500（min-1）

43、額定轉矩0.637()瞬間最大轉矩1.91()電機轉動慣量0.330伺服單元容許負載轉動慣量3電機型號D0103G24010018初步選型的伺服電機的檢查所需啟動轉矩的檢查（式4.14）將數值代入式4.14，得到：因此，可以使用。所需制動轉矩的檢查（式4.15）將數值代入式4.15，得到：因此，可以使用。轉矩有效值的檢查（式4.16）將數值代入式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、伺服單元的容量可以使用。4.3 電氣示意圖4.3.1 電氣原理圖根據控制系統的運動要求設計電氣原理圖，下面是整個系統的電氣原理圖。圖4.9電氣原理圖4.3.2 總線路開關圖4.10總

44、線路開關當220V電壓供電之后，需要用一個限位開關控制系統的通電與斷電。需要通電時，按下SA開關，線路1構成閉合回路，KA線圈通電，使得KA主觸點閉合，線路2構成閉合回路，即線圈KM得電，使得主觸點KM得電，電路通電。4.3.3 開關電源保護電路圖4.11開關電源保護電路系統電氣線路的進線電壓為220V，因此選擇該斷路器的規格也是以220V電壓為標準，并在進線端處接入接地線，斷路器在線路中主要起保護電路作用，如果電壓過高或電流過大，斷路器會馬上斷開，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電路中的加熱過程是同PLC控制實現，當系統通電后，合上斷路器開關，加熱

45、器控制電路通電，加熱器開始正常加熱，當加熱器加熱到150o后， 溫度傳感器會放出信號，傳送到PLC裝置，PLC就會控制加熱器線圈斷開，加熱器就會停止加熱，然后工件會被傳送到加工區。當下一個工件被傳送到加熱器加熱的時候，溫度傳感器會檢測溫度，當溫度未達到150o時，溫度傳感器信號會送到PLC裝置，PLC就會控制加熱器線圈閉合，加熱器就會繼續加熱，直至溫度傳感器檢測到的溫度到達150度。4.3.5 伺服驅動器與電機控制電路圖4.13伺服驅動器與電機控制電路系統運行過程的主要部分是機械手和傳送臺，機械手負責將工件從傳送臺上抓取到加工臺，另外一個機械手再將加工后的工件從加工臺上傳送到傳送臺。因為機械手

46、的抓取動作有三個方向（上下，前進后退，左移右移），因此每個機械手有三個伺服電機，傳送臺采用的也是伺服電機控制，可以達到精確定位。系統開機啟動時PLC通過控制線圈A1進而控制接觸器KM1，當KM1主觸點閉合時，伺服驅動器就會通電，再通過PLC控制每個電機的運動。4.3.6 光電傳感器圖4.14光電傳感器在系統運行過程中多處應用到光電傳感器，在加熱和散熱的過程中，通過光電傳感器可以檢測是否有工件存在。通過直流電源24V給光電傳感器供電。當工件經過光電傳感器時，傳感器發出信號至PLC控制，PLC再發出信號至其他裝置。4.3.7 微動開關圖4.15微動開關（X、Y、Z）系統機械手的操作采用的是伺服電機

47、控制，因此要求精度準確，在電路中加入微動開關（X向、Y向、Z向）。直流電源通入24V電壓供電，當微動開關產生信號時將信號傳送至伺服單元，伺服單元接受信號使線圈KA3（起制動作用）通電，電機就會制動，進而達到精確定位。5程序編制5.1 MP2300運動控制器產品概述： MP2300系列運動控制器強化了高速處理大容量程序的能力、同步控制多軸的性能、高效率編程的操作性，發揮這三項強大功能，可使所有的機械都實現理想的運動。性能特點： （1）高速多軸控制： 為了實現高速復雜的機械動作，程序處理和網絡的高速化是必不可少的，并且大大縮短了設備的生產間隔時間。（2）高同步性能： 無偏差的理想動作，實現多軸完全

48、同步。 （3）良好的操作性： 工程工具MPE720軟件提供了最適合運動控制的編程環境，通過簡單的程序實現復雜的運動控制。 （4）高擴展性： 選配模塊全系列通用，可實現構筑最適合設備的系統。 （5）最適合定位應用： 最適合使用伺服進行運動控制的系統，減輕系統構筑的負擔。適用領域： 半導體行業、金屬加工、紡織、包裝印刷、搬運等5.2 系統程序參考文獻 1.齊占慶.機床電氣控制.復旦大學出版社.2007(2) 2.唐介.電工學.高等教育出版社.2005(2) 3.鄧則名.電器與可編程控制器應用技術.機械工業出版社.2008(3) 4.劉忠偉.液壓與氣壓傳動.化學工業出版社.2005(2) 5.鄧星鐘.機電傳動控制.華中科技大學出版社.2006(4) 6.齊蓉.可編程控制器技術.電子工業出版社.2009 7.丁景紅.數字電子技術及應用.中國電力出版社.2009 8.賈伯年.傳感器技術.高等教育出版社.2007 9.吳灝.電機與機床電氣控制. 人民郵電出版社.2009 10.劉君華.傳感器技術及應用實例.電子工業出版社. 2008 11.Jie Chen.School of Electrical and Information Engineering 12.Ling Zhou.School of Energy and Power Engineering45