1、 第 1 页 共 37 页 1 1 引言引言 传统的融化炉 1装料都是由人手动完成的，这不仅增加了工人的劳动强度，还 降低了企业的生产效率和增加了企业的生产成本。随着工业技术的飞速发展，自动 化程度要求越来越高，融化炉的装料实现自动化也是必然的。可编程控制器 PLC 作 为工业自动化的三大支柱之一 2，由于其可靠性高、抗干扰能力强、柔性好、编程 简单、功能完善、扩充方便、组合灵活、体积和重量小、减少了控制系统设计及施 工的工作量等特点，所以 PLC 已经成为工业控制的标准设备。 在本次设计中，主要介绍了三菱 FX2N 系列 316MT-001PLC、CJX2-2510 型接触器 以及步进电机驱
2、动器、M415B 步进电机驱动器的的详细参数、三相异步电动机和步 进电机角度的计算方法以及步进电机驱动器的介绍。 三菱 FX2N 系列 PLC 是小形化，高速度，高性能和所有方面都是 FX 系列中最高 档次的小程序装置，除输入出 1625 点的独立用途外，还可以适用于多个基本组 件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC。特点是系统配置即固定又灵活、编程简单、备有可自由选择、丰富的品种、 令人放心的高性能、高速运算、使用于多种特殊用途、外部机器通讯简单化、共同 的外部设备。 可编程控制器是一种工业计算机 4，但是在使用时，不把它看成是一种计算机， 而是把它
3、看成是一个包含很多开关电器的集合。可编程控制器中有输入继电器、输 出继电器、辅助继电器、定时器等软继电器，它们不是真正的继电器，只是用来描 述可编程控制器的控制功能的一种等效电路。在本次设计中，被控对象是电动机， 但是可编程控制器一般不能直接控制电动机，可编程控制器的直接控制对象是继电 器-接触器，再通过继电器-接触器控制电机的启停 5。 作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转 速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流 6，并与磁场相互作 用产生电磁转矩，实现能量变换。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在 非超载的情
4、况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而 不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设 第 2 页 共 37 页 定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一 步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同 时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为“步距 角“)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为 100%), 所以广泛应用于各 种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这
5、种装置就是步进电机驱 动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制 系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转步距角。所以步进电机的转 速与脉冲信号的频率成正比。所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调 速；控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的； 第 3 页 共 37 页 2 2 系统方案设计系统方案设计 要想将物料准确的装到融化炉中，需要控制的的是带动装料装置运动的各个电 机的转动时间。 本次设计共用到 5 台电动机，通过按钮 SB1 控制其中两台电动机 M1 和 M2 的启 动和停止，M1 和 M2 分别控制两条传送带向装料斗中定量的装料
6、。通过 PLC 控制电 机 M3、M4、M5 的正反转分别控制升降平台升降、装料小车的进退和翻转。其模拟 过程是：按下启动按钮 SB1，电动机 M1 和 M2 分别带动传送带 1 和 2 开始向装料料 斗装料，经过一段时间，料斗装满后，SB1 停止，SB2 启动，电机 M3 控制的升降台 向上升起 5S 后停止，电机 M4 控制的料斗向前运动 4S 后停止，步进电机 M5 控制料 斗转过一定的角度，转动的角度是 40 度，此时料斗中的大部分料已经倒入融化炉 中，由于距离和角度的问题，料斗中的料不可能一次就全部倒进融化炉中，所以必 须重复以上过程。电机 M3 控制的升降台向上升 2S 后停止，电机 M4 控制的料斗向 前运动 2S 后停止，步进电机 M5 控制料斗再次转过一定的角度，转动的角度是 45 度，然后步进电机 M5 停止。此时，融化炉中的料已经全部装进融化炉中。为了完 成下次装料，升降机和料斗必须恢复到起始状态，所以步进电机 M5 反转 85 度后停 止，电机 M4 反转 6S 后停止，电机 M3 反转 7S 后停止，升降台和料斗又恢复到起始
