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1、,主要内容,现代制造与物流控制系统设计,Mechantronics,王权岱 2014.12 群号：434047038,机电一体化系统设计,一、概述基本概念及课程的目的,课程目的 工业设计制造基本知识和基本技能；了解机电一体化系统的构成、生产线布局；具备机电一体化系统的分析与设计能力。,机电一体化系统基本概念 按照机电一体化方法设计出来的机械与电子紧密结合的产品或制造系统。一般由机械主体部分、传感器、信息处理、计算机及电路部分和执行元件等构成。典型产品：数控机床、工业机器人、三坐标测量机等。,采用适当的控制器进行数据采集、处理和控制。主要考虑控制器的选择及其构成电路的选用、接口电路、软件编制；
2、选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑电动机的选择及驱动力矩的计算及控制电动机电路的设计； 精密执行机构的设计。进行力（力矩）、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。提出对电动机驱动和计算机控制要求； 采用传感器进行反馈控制或作为测量敏感元件。,一、概述机电一体系统设计的一般方法,二、物流系统组成及工作原理,自动化物流系统组成示意图,设计说明书具体要求,组成：带式输送机单元、转角机单元、辊筒输送线单元、倍速输送线单元、堆垛机单元、出货台和入货台单元。 基本工作原理：将15kg的工件由原料仓库取出，经过原料检测、处理、粗加工、精加工、装配、成品检测、打包（分别对应G3、G4、G8、
3、G9、G10、G14、G15设置的虚拟工位），最后由堆垛机送入成品库指定单元。 具体工作方式：详见设计指导书。,二、物流系统组成及工作原理,二、物流系统组成及工作原理,运动控制分析举例 出货台：电机M1启动的条件，有物料（G1触发）+带式输送线空闲+堆垛机货叉已缩回；G2触发后不立即停M1（延时3秒）是为了保证将原料完全送到下一个工位（带式输送带）。,二、物流系统组成及工作原理,运动控制分析举例 带式输送线：电机M2启动条件，皮带上有物料（G2被触发），或者工位停止时间到，或者工件到达检测转角机的位置（G5被触发）并且转角机闲（已复位）；M2停止的条件，到达工位（G3、G4被触发），或者到达检
4、测转角机的位置（G5被触发）并且转角机忙（没有复位），或者物料已完全送到转角机I（G6被触发）。,二、物流系统组成及工作原理,运动控制分析举例 货叉单元：动作包括货叉伸缩和微升降。货叉入库：入库台有货伸叉到位后货叉向上托起收叉到位后货叉动作结束，随后向目的地的行走动作由堆垛机完成，到达目的货位并且货格无货时，向目标货位伸叉伸叉到位后货叉下降存货后收叉微升回中位货叉停止，堆垛机返回出库口位置，准备下一次作业。输入：入库台有无货探测，货叉伸出到位限位，货叉回位限位，货位虚实探测（取货），货叉微升上限位，货叉微降下限位。输出：货叉伸缩，升降，出错信号。,二、物流系统组成及工作原理,运动控制分析举例
5、堆垛机：堆垛机的零位：出库口，升降台位于最下位置，作业结束后堆垛机回零位（零位限位开关）。列认址：在巷道货架底部与每个货格相对应都安装有一个固定的认址片，在堆垛机底部安装有光电开关随堆垛机一起运动，每经过一个货格，向控制器发出一个脉冲；层认址类似。到目的货格的前一个货格时开始减速，堆垛机到达目标货位后检测目标货位是否空，入库时目标货位有货发出错信号，货位空存货（由货叉完成）。,二、物流系统组成及工作原理,寻址定位 相对定位：采用对射 式光电传感器。 绝对定位：1) 无线射 频识别技术（Radio Frequency Indentification, RFID), 利用无线电波对 记录媒体进行读
6、写，距离几十厘米至几米；2）激光识别技术：利用激光扫描器识别设置的专门标志来确定其坐标位置。,三、具体要求任务分解,任务1 出库台、带式输送机控制系统设计及软件实现（第1组） 任务2 带式输送机、转角机控制系统设计及软件实现（第2组） 任务3 滚筒式输送机、转角机控制系统设计及软件实现（第3组） 任务4 倍速链输送机、入库台控制系统设计及软件实现（第4组） 任务5 堆垛机水平、升降运行控制系统设计及软件实现（第5组） 任务6 堆垛机货叉伸缩、微升降控制系统设计及软件实现（第6组）,三、具体要求说明书,1. 说明书用16开纸书写或打印。说明书、任务书及相关图装于资料袋并贴上标签。 2. 说明书字
7、数800010000字。 3. 说明书的内容一般应包括（供参考）： 目录 第一章 机电一体化技术的发展及其所带来的影响 第二章 课程设计的目的和要求 第三章 控制系统硬件设计 第四章 程序编制 第五章 相关资料学习、实践小结、个人体会、致谢等。 参考文献,四、进度表,设计时间 2014年12月29日2015年1月18日，共3周 。 进度安排 （1）2014年12月29日31日 机电一体化系统的设计方法、课题来源及现实意义、控制系统流程的分析。 （2）2015年1月1日3日 控制系统相关电器元件的选型。 （3） 2015年1月4日8日 控制系统设计、传感器布局设计及PLC软件学习。 （4）201
8、5年1月9日 16日 控制程序编制及调试、撰写说明书。 （5）2015年1月17日18日 课程设计答辩。,幅面大小根据所设计对象的规模和复杂程度确定 （本次设计：12张A3图）,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,PLC的基本结构,五、相关知识简介电气原理图,PLC的外部接线图,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,对电气原理图的基本要求（以PLC控制） PLC的输入输出接线图表达清楚； PLC输出（中间继电器）触点对
9、接触器线圈的控制表达清楚； 接触器线圈与接触器主触点的关系表达清楚。,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介电气原理图,变频调速 基本原理：,电气原理图要求（变频调速） 如果是变频调速，还要把PLC与变频器的连接关系表达清楚。,电气原理图（主回路）,电气原理图（PLC与变频器接线）,五、相关知识简介电气原理图,五、相关知识简介PLC编程与调试,Step7-Micro/WIN编程工具,五、相关知识简介PLC编程与调试,模拟调试软件PLCSIM,五、相关知识简介运动控制卡,要求：具有C语言编程基础或Windows环境下使用动态链接库 的基础。,（详细内容查阅GT系列运动控制器用户手册和编程手
10、册）,五、相关知识简介运动控制卡,五、相关知识简介运动控制卡,电机控制系统的基本组成,安装步骤,五、相关知识简介运动控制卡,五、相关知识简介运动控制卡,所需做的工作 软件方面：安装驱动程序，编程并在程序里引用程序包，可调用动态链接库里的函数；主程序定义检测控制变量，控制程序，输入输出显示控制等。 硬件方面：控制卡安装，控制器与端子板的连接，驱动器与端子板的连接，驱动器与电机的连接。 电气原理图。,五、相关知识简介运动控制卡,设计步骤 1、总体设计：分析被测参数的形式（电量、非电量、模拟量、数字量等）、被测可控参数的范围、性能指标、系统功能、工作环境、显示、报警要求等。 2、硬件设计：CPU选择
11、；扩展部分设计，包括存储器扩展（ROM/RAM)和接口扩展（8155、8255等）;功能模块设计，包括信号检测模块（A/D）、信号控制模块（D/A）、人机对话功能模块（键盘、显示器）、通讯模块；工艺设计，包括面板、配线、插接件的设计等。 3、软件设计：控制程序设计。程序模块化，流程图，合理分配资源，包括ROM、RAM、定时/计数器、中断源、串口通讯，堆栈的设置，位寻址区的分配（存储标志位、逻辑变量、状态变量）。,五、相关知识简介单片机控制,五、相关知识简介单片机控制,单片机编程调试软件Keil,五、相关知识简介单片机控制,仿真软件,Proteus,五、相关知识简介单片机控制,五、相关知识简介单
12、片机控制,运动控制需做的工作 硬件方面：确定CPU, RAM, ROM, A/D, D/A, 扩展I/O口等硬件, 硬件接线图（proteus），输出驱动电路（光电耦合器，功率放大器等等），电气原理图（包括与变频器的连接）。 软件方面： 输入输出变量的RAM分配，检测控制主程序（初始化、控制程序）、中断服务程序（定时采样、通讯、键盘扫描、显示刷新等）编写。,步进电机的驱动控制由环形分配器和功率放大器组成。,由步进电动机的工作原理，需要控制脉冲必须按一定的顺序分别供给电动机各相，例如三相单拍驱动方式，供给脉冲的顺序为ABCA或ACBA，称为环形脉冲分配。脉冲分配有两种方式：一种是采用硬件环形分配
13、器，另一种是软件脉冲分配，由计算机软件完成。,步进电机的控制方法,五、相关知识简介步进电机控制,A、B、C- A、B、C相输出端；UD 、US-电源端；J3L、 J3r、 J6r、 J6L -分别为控制三拍、六拍工作的正反转控制端；R、R*-复位端，R为三相双三拍复位端，R*为三相六拍复位端；CL、EN-进给脉冲输入端和允许端。,环形分配器专用芯片CH250引脚,五、相关知识简介步进电机控制,硬件环形分配器,五、相关知识简介步进电机控制,通过一个脉冲输入端控制步进的速度；一个输入端控制电动机的转向；并有与步进电动机相数同数目的输出端分别控制电动机的各相。,五、相关知识简介步进电机控制,采用步进
14、电机驱动器，控制器不用考虑脉冲分配，根据速度要求输出所要求频率的脉冲及方向控制信号即可。,步进电机驱动器,五、相关知识简介步进电机控制,软件环形分配器,五、相关知识简介步进电机控制,环形分配表：,软件环形分配器控制流程框图,软件环形分配器：单片机和PLC中通过定时功能实现脉冲分配；再通过光电隔离、功率放大实现电机驱动。,五、相关知识简介步进电机控制,六、参考资料,1. 机电一体化系统设计课程设计指导书 2. 机电一体化原理及应用 3. 自动化立体仓库设计（刘昌祺主编） 4. 现代生产物流作业系统中PLC运动控制技术的应用 5. 电气制图与读图 6. 电工读图 7. 常用自动化控制器手册 8. 电气控制与PLC 9. 单片机在控制系统中的应用 10. 运动控制器与专用控制系统解决方案 11. GT系列运动控制器编程手册 12. GT系列运动控制器用户手册 13. SIMENS S7-200可编程序控制器系统手册 14. 欧姆龙变频器说明书 15. 步进电机说明书,