plc控制的精密直线电动执行器设计(附件)【字数：10503】
摘 要本设计内容主要是使用PLC作为控制器来实现直线电动执行器的工作。电动执行器，广泛应用于各类工业行业机械设备当中。作为控制环节，他能够精准地实现远程控制。本片设计开始时，主要诠释了电动执行器在国内外的发展情况。现今时代发展迅速，对电动执行器的要求也提高了很多。在自动化工业普及的社会我们更需要创新发明来应对时代的变迁。本文针对了系统的机械结构和控制电路进行设计,并对PLC控制器、步进电机、步进电机驱动器、滚珠丝杠、光栅尺和联轴器等分别作出陈述。根据设计要求，对电动机输出转矩、滚珠丝杠校核等一系列部件都做出了相应的计算。主要设计方案为光栅尺输出脉冲，通过PLC控制器的高速计算端口传输给PLC，PLC根据程序来给步进电机驱动器发送指令，步进电机驱动器发送脉冲信号给步进电机使步进电机产生旋转运动，再由滚珠丝杠把旋转运动变成直线运动来达到设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 设计的背景和意义 1
1.2 概述 1
1.2.1 国内发展现状 1
1.2.2 国际状况 2
第二章 总体方案的设计 3
2.1 设计要求 3
2.2 电动执行器的结构及运动的实现 3
2.2.1总体框图 3
2.2.2 执行机构运动与控制的说明 3
第三章 机械结构设计 4
3.1电机型号的确定 4
3.1.1电动机类别选择与阐述。 4
3.1.2步进电机的计算及选型 4
3.1.3步进电机驱动时的必要参数 5
3.1.4步进电机输出轴上转动惯量的计算 5
3.2 滚珠丝杠减速器的设计 5
3.2.1滚珠丝杠选型与计算 6
3.2.2滚珠丝杠副的载荷及转速计算 6
3.3联轴器的选型 6
3.4直线导轨的特点及选用 7
第四章 控制系统设计 10
4.1 控制方案 10
4.2 硬件系统配置 10
4.3 步进电机驱动器的选型 10
4.4 光栅尺的选型 14
4.4.1 光栅尺的工作原理 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
/> 4.4.2 检测与数据处理 15
4.5 PLC控制器的型号选用 15
4.6 光栅尺与PLC的连接 17
4.7 主电路的设计与说明 17
4.8 控制部分程序的设计 18
第五章 总结与展望 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 设计的背景和意义
本研究的目的是设计一种具有实用价值的线性电气装置。主张运用所学的专业知识对电动执行器做出设计，了解电动执行器的大致的基本原理，锻炼机械设计和电路控制的能力，提高自身机电设计能力。
1.2 概述
电动执行器（又叫做电动执行机构）
英文名称：Electronic Actuator。
是很多工业自动化设备中的控制环节。
电动执行器根据不同的需要可以分为：角度控制、线性控制和旋转控制执行器。
角度控制执行器和线性控制执行器很多都是在旋转控制执行器的基础上变换而来的：以旋转控制执行器为基础，加上蜗轮蜗杆配上行星轮减速器来变成范围在0～90°之间的角度控制执行器执行机构；加上丝杆等一些部件组成了线性控制执行器执行机构。
行程范围在090°之间的执行器叫做角度控制执行器，主要用来控制球阀门、旋塞开关、蝶阀和百叶阀门之类的需要进行角度控制的阀门；
行程范围需要超过360o才可以驱使阀门闭合和开启的执行器叫做旋转控制执行器，主要用于控制截止阀门、管夹阀门和隔膜阀门；
线性控制执行器其传出的为力，能够生出位移的变化，大多都在闸子阀门和滑板阀门中使用。
电动执行器拥有者操作快捷、信号输导的速度快、区间也长、比较容易被集中驾驭、敏锐度和精密度高、电气控制仪表便利、安设给线简单等可取之处。但是其复杂的结构使得电动执行器比气动执行器发生故障概率要高很多，它适用于防爆要求不是很高且气源比较短缺的工作环境。
1.2.1 国内发展现状
在中国研究制造电动执行设备还是挺晚的，当时中国主要依赖于国外的有触点的执行设备来发明研究仿制的，慢慢的进行创新发展，到了1970年初，我国逐渐制造出了DDZⅡ型和DDZ－Ⅲ型的产品。
1980年至今，机电技术不断地发展，电动执行器也得到了火速延伸。非接触式DKJ式旋转执行器设备和DKZ式线性执行器设备的市场在中国发展开来。中国最先且只出产过DKJ、DKZ型的电动执行器，这种产品具有简洁的构造、经济使用性比较大，是很多重型国有企业最早使用的设备。
随着工业控制计算机如今的管理发展，在中国仪器仪表专业的整个技术的专业水平不断的提高。在仪器设备中的广泛应用了微电子技术和计算机技术，智能化的水平在大部分设备中开始普及。现在的DKJ式、DKZ式执行器对比之前的设备总体完善了两大非常实用的功能：
1.出产的执行器有智能电子型、室外型、防爆型等，他们可直接由电脑进行驾御。
2.电路的控制结构装在一个小盒子中，这是一个易于维修保护的随插随用的模块。因此，一般DKJ式和DKZ式的可靠性、精密度、承载力度和信号质量的系数大大的上涨了，对环境要求的讲究也大大的减少了。
目前，DKJ式、DKZ式类产品广泛应用于中国。一些公司采用DKJ式和DKZ式来替代设备，但在测验和出产制造的较高控制的要求下，大多数还是依托于价钱更高的海外智能设备。随着种种过程控制渴求的不停上升，电动执行机构一定要提高支配机能，才可以实实在在的拔高自动控制的水准。
1.2.2 国际状况
从1929年第一个电动执行设备由LIMITORQUE公司制作以来，电动执行器的技术水准在世界上进展飞速。1980年左右，海外引进了适合各类现场总线规范的智能执行机构，在机械领域获得了良好的实用成效。由于高科技的快速发展，最新版的智能电动执行设备已在国外发展起来。计算机电子技术和微处理器控制技术在阀控设计应用中得到了普及。此类智能电动执行器功用广阔、简便、靠谱、技术超前。国际上的智能电动执行设备具有以下突出点：
1、智能控制、通讯、智能电动执行设备采用计算机技术和通信技术，达到双向通讯、PID调试、在线主动校准、自校准、自巡诊等技术的渴求，取得了良好的效果。有效的提高了控制水平。
2、新式的机械电子一体化智能执行设备把伺服放大器和执行器结合在一起。该驱动电路采用性能优化的集成模块，构造简洁明了，控制机能良好。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 设计的背景和意义 1
1.2 概述 1
1.2.1 国内发展现状 1
1.2.2 国际状况 2
第二章 总体方案的设计 3
2.1 设计要求 3
2.2 电动执行器的结构及运动的实现 3
2.2.1总体框图 3
2.2.2 执行机构运动与控制的说明 3
第三章 机械结构设计 4
3.1电机型号的确定 4
3.1.1电动机类别选择与阐述。 4
3.1.2步进电机的计算及选型 4
3.1.3步进电机驱动时的必要参数 5
3.1.4步进电机输出轴上转动惯量的计算 5
3.2 滚珠丝杠减速器的设计 5
3.2.1滚珠丝杠选型与计算 6
3.2.2滚珠丝杠副的载荷及转速计算 6
3.3联轴器的选型 6
3.4直线导轨的特点及选用 7
第四章 控制系统设计 10
4.1 控制方案 10
4.2 硬件系统配置 10
4.3 步进电机驱动器的选型 10
4.4 光栅尺的选型 14
4.4.1 光栅尺的工作原理 14
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
/> 4.4.2 检测与数据处理 15
4.5 PLC控制器的型号选用 15
4.6 光栅尺与PLC的连接 17
4.7 主电路的设计与说明 17
4.8 控制部分程序的设计 18
第五章 总结与展望 26
致谢 27
参考文献 28
第一章 绪论
1.1 设计的背景和意义
本研究的目的是设计一种具有实用价值的线性电气装置。主张运用所学的专业知识对电动执行器做出设计，了解电动执行器的大致的基本原理，锻炼机械设计和电路控制的能力，提高自身机电设计能力。
1.2 概述
电动执行器（又叫做电动执行机构）
英文名称：Electronic Actuator。
是很多工业自动化设备中的控制环节。
电动执行器根据不同的需要可以分为：角度控制、线性控制和旋转控制执行器。
角度控制执行器和线性控制执行器很多都是在旋转控制执行器的基础上变换而来的：以旋转控制执行器为基础，加上蜗轮蜗杆配上行星轮减速器来变成范围在0～90°之间的角度控制执行器执行机构；加上丝杆等一些部件组成了线性控制执行器执行机构。
行程范围在090°之间的执行器叫做角度控制执行器，主要用来控制球阀门、旋塞开关、蝶阀和百叶阀门之类的需要进行角度控制的阀门；
行程范围需要超过360o才可以驱使阀门闭合和开启的执行器叫做旋转控制执行器，主要用于控制截止阀门、管夹阀门和隔膜阀门；
线性控制执行器其传出的为力，能够生出位移的变化，大多都在闸子阀门和滑板阀门中使用。
电动执行器拥有者操作快捷、信号输导的速度快、区间也长、比较容易被集中驾驭、敏锐度和精密度高、电气控制仪表便利、安设给线简单等可取之处。但是其复杂的结构使得电动执行器比气动执行器发生故障概率要高很多，它适用于防爆要求不是很高且气源比较短缺的工作环境。
1.2.1 国内发展现状
在中国研究制造电动执行设备还是挺晚的，当时中国主要依赖于国外的有触点的执行设备来发明研究仿制的，慢慢的进行创新发展，到了1970年初，我国逐渐制造出了DDZⅡ型和DDZ－Ⅲ型的产品。
1980年至今，机电技术不断地发展，电动执行器也得到了火速延伸。非接触式DKJ式旋转执行器设备和DKZ式线性执行器设备的市场在中国发展开来。中国最先且只出产过DKJ、DKZ型的电动执行器，这种产品具有简洁的构造、经济使用性比较大，是很多重型国有企业最早使用的设备。
随着工业控制计算机如今的管理发展，在中国仪器仪表专业的整个技术的专业水平不断的提高。在仪器设备中的广泛应用了微电子技术和计算机技术，智能化的水平在大部分设备中开始普及。现在的DKJ式、DKZ式执行器对比之前的设备总体完善了两大非常实用的功能：
1.出产的执行器有智能电子型、室外型、防爆型等，他们可直接由电脑进行驾御。
2.电路的控制结构装在一个小盒子中，这是一个易于维修保护的随插随用的模块。因此，一般DKJ式和DKZ式的可靠性、精密度、承载力度和信号质量的系数大大的上涨了，对环境要求的讲究也大大的减少了。
目前，DKJ式、DKZ式类产品广泛应用于中国。一些公司采用DKJ式和DKZ式来替代设备，但在测验和出产制造的较高控制的要求下，大多数还是依托于价钱更高的海外智能设备。随着种种过程控制渴求的不停上升，电动执行机构一定要提高支配机能，才可以实实在在的拔高自动控制的水准。
1.2.2 国际状况
从1929年第一个电动执行设备由LIMITORQUE公司制作以来，电动执行器的技术水准在世界上进展飞速。1980年左右，海外引进了适合各类现场总线规范的智能执行机构，在机械领域获得了良好的实用成效。由于高科技的快速发展，最新版的智能电动执行设备已在国外发展起来。计算机电子技术和微处理器控制技术在阀控设计应用中得到了普及。此类智能电动执行器功用广阔、简便、靠谱、技术超前。国际上的智能电动执行设备具有以下突出点：
1、智能控制、通讯、智能电动执行设备采用计算机技术和通信技术，达到双向通讯、PID调试、在线主动校准、自校准、自巡诊等技术的渴求，取得了良好的效果。有效的提高了控制水平。
2、新式的机械电子一体化智能执行设备把伺服放大器和执行器结合在一起。该驱动电路采用性能优化的集成模块，构造简洁明了，控制机能良好。
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