机电工程学院机械电子方向课程设计：机电传动单向数控平台设计

机械电子方向
课程设计题目：机电传动单向数控平台设计学院：机电工程学院
班级：机自07-2班
学生姓名：。

学号: 03071004
指导教师：XXCV
目录
第一章前言 (3)
第二章课程设计的目的、内容、要求及具体任务 (3)
第一节课程设计的目的 (3)
第二节课程设计的内容 (4)
第三节课程设计的要求 (4)
第四节课程设计的具体任务 (4)
第三章总体方案设计 (5)
第四章机械部分设计 (6)
第一节滑动导轨的简单选择 (6)
第二节螺旋丝杠的计算 (6)
第三节交流伺服电机的选择 (14)
第五章电气控制系统设计 (15)
第一节电气控制系统设计的基本原则和设计步骤 (15)
第二节PLC控制系统具体设计 (16)
第三节PLC程序：语句表和梯形图 (21)
第六章结束语 (30)
参考文献 (30)
应该改动为：3.1.。

3.2.。

等等不用第几章
第一章前言
现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域的技术革命与改造。

在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备,又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,而数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,其技术范围覆盖很多领域。

X-Y数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、电子元件表面贴装设备等。

模块化的X-Y数控工作台，通常由导轨座、移动滑块、工作、丝杠螺母副，以及伺服电动机等部件构成。

其中伺服电动机做执行元件用来驱动滚珠或螺旋丝杠，丝杠螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X、Y方向的直线移动。

导轨副、丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。

控制系统根据需要，可以选取用标准的工作控制计算机，也可以设计专用的微机控制系统。

第二章课程设计的目的、意义、要求及具体任务
第一节课程设计的目的
通过课程设计培养学生综合运用所学知识和能力、提高分析和解决实际问题能力的一个重要环节，专业课程设计时建立的专业基础课程和专业方向课的基础上的，是学生根据所学课程进行的工程基本训练，课程设计的目的在于：
1、培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控制系统
产品的初步设计工作，并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。

2、培养学生搜索、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具书籍一集编写技术文件的能力、提高计算、绘图等基本能力。

3、培养学生掌握机电产品设计的一半程序和方法，进行工程师基本素质的训练。

4、树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。

第二节课程设计的内容
专业课程设计内容为机电控制系统（典型机电产品）设计，其内容包括机械传动机构和其电气控制系统设计，基本内容如下：
1) 总体方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析材料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案。

针对具体的原理方案进行总体设计，给出机电系统的工作示意图一张。

2) 机械传动系统的设计：通过对动力和传动参数的选择计算，设计机械传动系统，完成机械传动系统装配图一张。

3) 电气控制系统设计：根据控制功能要求，完成电气控制设计，给出电气控制电路原理图一张。

第三节课程设计的要求
课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘的设计图纸上，量化要求如下：
1) 每位同学采用不同方案独立完成；
2) 每位同学独立完成课程设计说明书一份，A4纸30页左右，计算机打印并提交电子稿；
3) 每位同学应完成设计图纸不少于三张，计算机绘图并提交电子稿。

第四节课程设计的具体任务
1) 题目：机电传动单向数控平台设计
2) 方案选择：
电机驱动方式：步进电机
●机械传动方式：螺旋丝杠
●电气控制方式：PLC控制
●功能控制要求：位置控制
3) 主要设计参数：
●单向工作行程：800 mm
●移动负载质量：100kg
●负载移动阻力：100N
●移动速度控制：3m/s
第三章总体方案设计
本次设计所做的机电传动单向数控系统要求工作台沿单一坐标轴方向有精确的运动，可以对其进行速度和位置的控制。

我所设计的是用交流伺服电机直接驱动螺旋丝杠，通过丝杠将电机的转动转换成工作台的直线运动，达到数控平台的工作要求。

但是这里也存在着一些问题，因为此次课程设计要求每位同学都采用不同的方案，所以我们有几个人不得不选用螺旋丝杠，但螺旋丝杠摩擦系数大，造成其传动效率很低，与滚珠丝杠相比，实在不是最优的选择；它的优点可能就是具有自锁功能，但在现实的设计中还是选用滚珠丝杠的较多。

至于对速度和位置的控制，我选用的是PLC控制，由于在学习PLC课程时学的是西门子的PLC，故在此选用西门子S7200系列的产品，通过具体的电路设计和相关计算，可得出S7224即可达到设计要求。

而且本系统选择PLC来作控制器，与其它工控产品相比，有以下优点：
1、PLC控制器适应恶劣环境，抗电磁干扰能力强，能够较好适应井下环境，系统稳定。

2、编程简单、安装简便、调试方便，响应速度快结果简单、组态方便。

3、造价比较便宜，系统扩展方便。

4、维修工作量小、维护方便，且体积小、能耗低。

综上所述，即可得出系统的工作原理图为：
该图可直观的反映出此次设计平台的简单工作原理。

第四章 机械部分设计
第一节 滑动导轨的简易选择
1、已知条件
单向行程长度：l s ＝1000mm ＝1m
移动速度 ：6m/min
负载质量 ：100kg
寿命要求 ：每天开机8h ，一年按300个工作日，寿命5年以上
2、动载荷计算
寿命： 8300512000h h T =⨯⨯=
行程长度寿命：3210h s s n l T T =
其中，n 为每分钟往返次数：63221s V n l =
==⨯次/min 所以：212000601343201000
S km T ⨯⨯⨯⨯== 所设计的平台上共有滑块数M=4，所以每根导轨上使用2个滑块。

故：
3
()H T c a S
w
k F f f f c T f = 查表
c f =0.81，H f =1，T f =1，w f =2，k 为寿命系数，一般取k=50km 。

因为250mg F N M
==，可得： 动载荷
2729a H T c N C === 通过以上计算，我们查阅相关手册，最后选用海宁金贸金属制品有限公司生产的HGH20CA 型矩形直线滑动导轨副， 其摩擦系数f=0.15。

第二节 螺旋丝杠的计算
1、工作载荷F 的计算
通过查阅相关资料，工作载荷Fm 是指丝杠副在驱动工作台时承受的轴向力，也叫做进给牵引力，它包括丝杠的走刀方式及与移动体重力作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力，计算公式如下：
矩形导轨 ： '()m L V C F KF f F F G =+++
燕尾槽导轨; '(2)m
L V C F KF f F F G =+++ 三角形或综合导轨：'
()m L V F KF f F G =++ 其中，L F V F C F 分别为工作台进给方向载荷、垂直载荷和横向载荷（N ）；G 为移动部件的重力；k 和'f 分别为考虑颠覆力矩影响的试验参数和导轨上的摩擦系数，岁导轨形式不同而不同 对于矩形导轨： K=1.1 'f =0.15
对于燕尾导轨：K=1.4 'f =0.2
对于三角形或综合导轨：K=1.15 'f =0.15—0.18
选取梯形导轨 所以：'
()m L V F KF f F G =++ =1.15*100+0.15*100*9.8
= 262
2、动载荷Q 计算
动载荷的计算公式为：
M M Q f F =
其中，L 为丝杠的寿命系数，单位为1×610转,660/10L nT =;
M f 为载荷系数 ，无冲击取1—1.2 一般情况取1.2—1.5
本设计中受轻度冲击，M f 故取=1.1；
T 为使用寿命时间,数控机床，一般取T=15000h;
n 为丝杠转速：/n v s =；
s 为导程； 取s=6mm ，v=6m/min ，故n=1000r/min ；
得66075015000/10675L =⨯⨯=
1.12622528.11Q N =⨯=
根据Q 值对丝杠进行选择，并进行行管计算。

3、滑动螺旋计算
滑动螺旋副工作时主要承受转矩、轴向拉压力，设计时应根据具体工作情况，判定其失效形式，确定相应的计算准则。

滑动螺旋副的主要失效形式是磨损，故螺杆的直径和螺母的高度通常是按耐磨性计算确定的。

传力较大或受冲击载荷的传力螺旋，应校核螺杆危险截面的强度及螺母螺纹牙的剪切和弯曲强度。

对精度要求较高的受压螺杆，因其易产生侧向弯曲，需校核其稳定性。

长径比较大，转速又较高的螺杆，可能发生横向振动，应校核其临界转。

对有自锁要求的螺旋传动，要验算其能否满足自锁条件。

在进行滑动螺旋计算之前，要先选择螺纹，螺纹有梯形、锯齿形、圆形、矩形、三角形
等，各有各的特点，在这里选用比较常用的梯形螺纹，其特点为：牙型角为30度，内外螺纹以锥面贴紧不易松动，与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好；如用剖分螺母，还可以调整间隙。

下面开始计算：
一、耐磨性
(1) 螺杆中径
2
d(mm)
2
d≥
其中，ε为螺纹形式系数(梯形螺纹)，取ε=0.8；
F为轴向力，即为Q；
ψ为螺母长度L与螺杆中径
2
d之比，选整体式螺母，故ψ=1.5；
[]P为许用压强，通过查表选择：
螺杆螺母材料为钢—耐磨铸铁，得[]P=8MPa
故
211.6
d mm
≥=
(2) 公称直径d和螺距P
根据上式算出的
2
d按螺纹的标准基本尺寸系列选取相应的d和P，经查表可选出：公称直径：d=16mm，螺距：p=4mm，取2d=d-0.5*P=14mm
材料选择：丝杠材料45钢(不淬火)加工性能好。

轴颈处可局部热处理淬硬至40—50HRC。

用于一般传动
螺母采用耐磨铸铁？
(3) 导程S
选取线数Z=1，因为螺距P=4mm，故导程S=Z×P=4mm。

(4) 螺母旋合长度L
螺母旋合长度L=ψ2d=1.5×14=21mm。

(5) 旋合圈数m
/m L P ==21/4=5.25
(6) 螺纹工作高度1H
因为是梯形螺纹，所以1H =0.5P=2mm
(7) 螺纹相关参数 ：
341c h H H a ==+=2.25 332d d h =-=11.5 Z=0.25P=1H /2 =1 1max R =0.5c a =0.125 2max R =c a =0.25 42c D d a =+ =16.5 1D d P =-=12 c a --牙顶间隙 牙顶间隙P=1.5, c a =0.15; P=2—5, c a =0.25; P=6--12c a =0.5; P=14—40, c a =1
21/()P F d H m π==2588.11/(3.14×14×2×5.25)=5.6 Mp
(8) 压强校核：
因为[]P P ≤=8，即校核合格，所以说设计正确。

二、验算是否自锁
(1) 螺纹升角()o λ
2arctan(/())arctan(4/(3.1414) 5.2o p d λπ==⨯=
(2) 当量摩擦角()o T φ
arctan T T f φ=
/cos T f f β=
通过查表，可得
滑动摩擦系数（定期润滑）：f =0.10
牙型半角/215o βα==
故 o arctan(0.1/cos15) 5.91o T φ==
(3) 反行程自锁条件
通过以上计算可知：T λφ≤ ，满足自锁条件，故此设计可自锁。

三、螺杆强度
(1) 螺杆传动的转矩T （N ·mm ）
20.5tan()0.52528.1114tan(5.2 5.91)
mm o o T T Fd λφ=+=⨯⨯⨯+ =3475.2N ⋅
(2) 当量应力σ（MPa ）
σ=；因332d d h =-=11.5 故
MPa σ= =31.378(3) 强度条件
因为螺杆材料：45钢调质，故可查表得：
材料屈服极限s σ=340~360MPa ，选360MPa ；
[σ]=0.2~0.33s σ，则[σ]=0.3×360=108MPa ；
所以，32σ≈< [σ]=108 ，校核通过，说明设计正确。

四、螺纹牙强度
(1) 螺纹牙底宽度b(mm)
因为是梯形螺纹，故 b=0.65p=0.65×4=2.6mm
(2) 剪切：剪切应力τ(MPa)
螺杆：3/()F d bm τπ=
=2528.11/(3.14×11.5×2.6×5.25)
=5.13MPa
螺母：/()F dbm τπ=
=2977.57/(3.14×14×2.6×5.25)
=4.2131MPa
强度条件为：[]ττ≤
螺杆为钢，许用剪切应力[]τ=0.6[]σ=64.8MPa
螺母为耐磨铸铁，许用剪切应力[]τ=40MPa
5.13<64.8 4..2131<40Mpa
故校核通过，说明设计正确。

(3) 弯曲：弯曲应力b σ(MPa)
螺杆：2133/()b FH d b m σπ=
=3×2528.11×2/(3.14×11.5×2.6×2.6×5.25)
=11.836 MPa
螺母：213/()b FH d b m σπ=
=3×2528.11×2/(3.14×16×2.6×2.6×5.25)
=8.51 MPa
[]b σ为许用弯曲应力；
螺杆为钢，许用弯曲应力[]b σ=108MPa
螺母为耐磨铸铁，许用弯曲应力[]b σ=50MPa
满足[]b b σσ≤，说明螺纹牙强度足够，设计正确。

五、螺杆的稳定性
(1) 柔度r λ
34/L d λμ=
其中，μ为长度系数：μ=0.5（两端固定）；
L 为螺杆的最大工作长度：L =800mm ；
故 λ=4×0.5×800 /11.5
=139.13
(2) 因螺杆采用非淬火钢 所以43290(/64)()a C a EI F I d l πλπμ<=
=时， 当 λ>90时 4323404(10.00013)C F d πλ=
•+⨯ 故 42340 3.1411.54(10.00013139.13)
C F =⨯⨯+⨯ 10019C F =
(3) 稳定性合格条件
3.96 2.54c m
F F =>-- 证明稳定性合格，设计正确。

六、螺杆的刚度
(1) 轴向载荷F 使每个螺纹导程产生的变形量为F δ（mm/m ）
4
34F Fp Ed δπ= 其中，E 为螺杆材料的弹性模量，查表得：
E=2.07510⨯MPa
故 55442528.1140.35103.14 2.071011.5
F mm δ-⨯⨯==⨯⨯⨯⨯/m (2) 转矩T 使每个螺纹导程产生的变形量T δ（mm/m ）
2
223
16T Tp Gd δπ= 其中，G 为螺杆材料的剪切模量：
G=48.310MPa ⨯
故 24242163475.2448210/3.148.31011.5
T mm m δ-⨯⨯==⨯⨯⨯⨯ (3) 每个螺纹的总变形量δ
F T δδδ=±
因为本设计中轴向载荷F 与运动方向相反，故取“+”，则
45482100.35108210/F T mm m δδδ---=+=⨯+⨯≈⨯
(4) 单位长度变形量∆
4
58210/ 2.110/4
p mm m δ--⨯∆===⨯ 在本设计中，取精度等级为七级，[]5
310/mm m -∆=⨯，故可知 []∆≤∆
螺杆刚度合格，说明设计正确。

七、螺杆的横向振动
(1) 临界转速0n (r/min)
21/2102601000()2i E n L μπρ
= 其中，L 为螺杆两支承间距离 mm ，取L=1200mm
1μ为支承系数(两端固定)：1μ=4.730
ρ为密度：钢的637.810(/)kg mm ρ-=⨯
故 251/202660 4.73 6.251000 2.0710()2 3.1412007.8104780/min
n r -⨯⨯⨯⨯=⨯⨯⨯ =
(2) 工作转速n 的校核？
由以上条件可知：工作转速n=1000r/min ，则
00.83824/min n n r ≤=
满足要求，合格。

八、动力计算
(1) 驱动功率P (KW)
3611
10109550Tn FV P n ηη--=⨯=⨯ 其中，T ：螺纹传动中主动件上的转矩(N ·mm)；
n ：螺纹传动中主动件上的转速 (r/min )；
F ：螺纹传动中移动件的轴向力 (N)；
V ：螺纹传动中移动物件的线速度 (mm/s)；
1η：从动力源到螺旋传动主动件的机械效率；
η：螺旋传动的正行程效率；
而 tan tan 5.2tan()tan(5.2 5.91)
T ληλφ==++ =46.34%
从动力源到螺旋传动主动件之间只有一对轴承和一个联轴器，故
10.97η=×0.98
得：
6
2528.1150100.970.980.4634w P -⨯=
⨯⨯⨯ =287
第三节 步进电机的选择
第五章 电气控制系统设计
第一节电气控制系统设计的基本原则和设计步骤
1、设计的基本原则
在电气控制系统的设计过程中，应遵循以下几个原则：
1) 最大限度满足机床和工艺对电气控制的要求；
2) 在满足控制要求的前提下，设计方案应力求简单、经济和实用，不宜盲目追求自动化和高性能指标；
3) 妥善处理机械与电气的关系。

很多生产机械是采用机电结合控制方式来实现控制要求的，要从工艺要求、制造成本、机械电气结构的复杂性和使用维护等方面协调处理好二者的关系；
4) 把电气系统的安全性和可靠性放在首位，确保使用安全、可靠。

5) 合理的选用电器元件。

2、设计步骤
1) 分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。

2) 确定输入/输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按钮、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。

3）选择PLC
PLC选择包括对PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择等等。

4）分配I/O点并设计PLC外围硬件线路
①分配I/O点
画出PLC的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表，该部分也可在第2步中进行。

②设计PLC外围硬件线路
画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入PLC的控制电路等。

由PLC的I/O 连接图和PLC外围电气线路图组成系统的电气原理图。

到此为止系统的硬件电气线路已经确定。

5) 根据PLC所要完成的任务及应具备的功能，进行PLC程序设计，同时可进行控制台的设计等。

第二节PLC控制系统具体设计
1、控制要求
在本设计中我要做的是数控机床工作台的位置控制，由于工作台的移动速度已给定，根据工作行程的计算可算出单向行程的行走时间，通过PLC的计时器功能，控制其正反转，由可编程控制器通过PTO/PWM控制，输出脉冲和方向控制信号，控制三相交流伺服电机的转速和转向，进而控制工作台的前进和后退，达到对工作台位置的控制。

而且通过选择合适的伺服驱动器和在可编程控制器中把高速计数指令和PTO/PWM控制结合实用实现了闭环控制。

现把步进电机的原理陈述如下：
2、PLC的选择
PLC=Programmable logic Controller，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

现在PLC种类很多，有西
门子、三菱、松下等等，而且每种PLC 都有很多的系列，他们的功能各不相同，以满足不同用户、不同环境的要求。

由于我们在PLC 课程学习时学的是西门子S7200系列的PLC ，故我们对西门子PLC 的性能、特点及使用等比较熟悉，所以我们从西门子PLC 着手选起，最后确定选用S7-224PLC,通过分析，它可以达到工作要求：
1) 功能强弱适当，因为系统对响应速度要求不高，S7-200系列足以满足需要；
2) 结构合理，S7-224具有模块化结构，通过相应模块可以实现控制要求；
3) 可在线编程，其特点是主机和编程器各有一个CPU ，编程器的CPU 可随时处理由键盘输入的各种编程指令；
4) 由于工作环境并不恶劣，S7-224已经可以很好的适应环境了。

3、步进电机专用芯片的选择：
在选择电机时，因为考虑到伺服系统的关系，使用与其配套的PMM8713。

PMM8713是单片CMOS 芯片，用于控制三相和四相步进电机
PMM8723 是表面安装器件，用于控制二相步进电机，是PMM8713的简化设计，价格低于PMM8713
PMM8714是单片CMOS 芯片，用于控制五相步进电机
对于PMM8713，它的基本规格如下：
1） 控制步进电机工作方式：4相输出—1相励，2相励磁，1-2相励磁。

3相输出—1相励，2相励磁，1-2相励磁
2） 电源电压范围 ：418DD V V V =++
3） 输出电流 ：源极或漏极输出电流最小为20mA
4） 抗干扰能力强 ：所有输入端内部都设置施密特电路
5） 两种类型脉冲输入方式 1）2输入端（CW 和CCW 输入方式）
2）1输入端一切换端（CK和U/D输入方式）6）有励磁监视：PMM8713的E脚输出可说明控制器的工作方式
PMM8713的管脚功能如下：
PMM8713的其他相关参数参见参考书及相关手册
4、控制电路设计
机床电气控制系统的电路图如下：
5、程序设计
(1) 输入/输出地址分配
根据控制电路，可得出S7-224在系统中所应用的输入和输出分别为：
输入
I0.0 步进电机启动按钮
I0.1 步进电机停止按钮
输出
Q0.0 步进电机驱动器脉冲输入端
Q0.1 步进电机驱动器方向输入端
(2) 程序框图
①主程序框图：见下页
②PTO/PWM控制框图：见下页
③高速计数程序中的中断程序框图：见下页
④高速计数程序框图：见下页
➢主程序框图：
➢PTO/PWM控制框图：
➢高速计数程序中的中断程序框图：
➢高速计数程序框图：
6、PTO/PWM控制寄存器及相关计算
(1) PTO/PWM控制寄存器
S7-224 有两台PTO/PWM 发生器，建立高速脉冲串或脉宽调节信号波形。

一台发生器指定给数字输出点Q0.0，另一台发生器指定给数字输出点Q0.1。

脉冲串（PTO）功能提供50%占空比的方波输出或指定的脉冲数及指定的周期。

脉宽调制（PWM）功能提供带变量占空比的固定周期输出。

每台PTO/PWM发生器有一个8 位的控制字节，一个不带符号的16位的周期值、一个不带符号的16位的脉宽值和一个不带符号的32位脉冲个数值。

这些值全部存储在特殊内存区域SM的指定位置，一旦设置这些特殊的内存位，选择所需的操作后，执行脉冲输出指令（PLS）即启动操作。

因此，在执行高速脉冲输出指令之前，必须设置好控制寄存器。

在编写程序之前，编程人员必须明确的知道控制寄存器各个位的功能，具体说明见下表(见下页) 。

(2) 相关计算
PMM8713有很多参数，参数的设置值影响电机的转速和旋转编码器的反馈信号，同时决定输入输出接口中脉冲和方向的类型。

由于驱动器的输入输出接口与S7-224连接，而S7-224的I/O为24VDC的单端信号，必须实现驱动器和S7-224输入输出信号类型及电平的匹配。

由于S7-224脉冲输出和和计数器的最高频率均为20KHz，所以Pr44和Pr4B的设定值必须确保在合适的范围内。

伺服驱动器中A相和B相反馈脉冲均为差分信号，而PLC不能直接输入差分信号，必须对信号进行转换，并放大至24VDC信号，信号转换及放大处理。

PTO/PWM控制寄存器各位功能表
电平匹配的问题已通过控制电路设计解决掉了，现在我们做相应计算来解决脉冲的问题：①因为丝杠的导程为6mm，所以丝杠转动一圈是前进6mm，本设计中负载的工作行
程是800mm，故可得出丝杠走完全程需要800/6≈133转；
②为了S7-224和驱动器功率协调，我们就设最高工作频率为10KHZ，此时电机转速为500r/min，由此可算出电机转动一圈需要的脉冲数为10×500×60/10000=300个脉冲，所以完成负载的行动共需300×33=39900个脉冲；
由以上计算就可得出MDDDT5540-003驱动器的设置参数为：
编号参数名称设定值功能说明
Pr40 指令脉冲输入选择0 通过光耦电路输入
Pr41 旋转方向设置0
Pr42 指令脉冲输入方式 3
Pr44 反馈脉冲分倍频分子75 电机每转一圈，编码器反馈的脉冲为
Pr44*4
Pr45 反馈脉冲分倍频分母0
Pr48 指令脉冲分倍频分子0
Pr4B 指令脉冲分倍频分母300 电机每转一圈所需的脉冲数为Pr4B
③110BF003(新)步进电机的启动频率为1.4KHZ，在结合上面的控制参数可作出脉冲频率－时间关系图为：
④包络表参数的计算
由以上脉冲频率－时间关系图可知，交流伺服电机的运动控制分成3段，起动、运行和停止，共需要100200个脉冲。

起动和结束时的频率是0.5KHz，最大脉冲频率是10KHz。

由于包络表中的值需要用周期表示，而不是用频率，因此需要把给定的频率值转换成周期值：
⏹起动和结束是的周期是：710μs
⏹最大频率对应的周期是：100μs
要求加速部分在634个脉冲内达到最大脉冲频率（10KHz），减速部分在1266个脉冲内完成。

PTO发生器用来调整给定段脉冲周期的周期增量为：
周期增量＝（ECT－ICT）/Q
其中，ECT——该段结束周期；
ICT——该段初始周期；
Q——该段脉冲数。

故可计算得出：
加速部分（第一段）的周期增量是－3；
恒速部分（第二段）周期增量是0；
减速部分（第三段）的周期增量是2。

假定包络表存放在从VB500开始的V存储器区，相应的包络表参数如下表所示：
包络表值
7、高速计数器
S7-224 支持6 台高速计数器(HSC0 至HSC5)，可配置为十二种不同的操作模式。

每台计数器对支持此类功能的时钟、方向控制、复原和起始均有专用输入。

对于双相计数器，两个时钟均可按最高速度运行。

在正交模式中，选择一倍或四倍的最高计数速率。

所有的计数器按最高速率运行，而不会相互干扰。

在编写程序之前，编程人员必须明确的知道控制寄存器各个位的功能，具体说明见下面两个表：
(1) 高速计数器的控制字节表
(2) HSC的当前值和预置值表
结合以上两表，由于伺服电机返回A、B 两相正交编码信号，在程序中，使用高速计数器HSC0，工作在模式9，使用内部启动和清零功能，A 相和B 相计数脉冲通过I0.0、I0.1 输入，I0.2 为外部复位。

内存单元中SMD38、SMD42 分别为HSC0 的初始值和预置值，SMB37为HSC0 的控制字节，计数实时值使用地址HSC0，当计数实时值等于预置值时，产生12号中断，可在对应的中断程序中实现特定的功能。

第三节PLC程序：语句表和梯形图
(1) 梯形图
2）语句表
NETWORK1
LD IO.O
O M0.0
AN I0.1
= Q0.0
= M0.0 NETWORK2
LD M0.0
AN M2.0 TON T40 ,+160 NETWORK3
LD M0.0
A T40
= M1.0
= Q0.1 NETWORK4
LD MO.O
A M1.0
TON T41，+160 NETWORK5
LD M0.0
A T41
R Q0.1
= M2.0
程序分析：
利用S7-224 为控制器，实现对Minas A4 伺服电机的闭环控制，功能实现简单，控制精度高，这种方式在打火枪性能测试仪器上使用成功。

对其它伺服电机的控制方法也基本相同，通过适当的信号匹配可控制大功率的伺服电机。

目前，机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、机器人、自动化生产线等行业逐步采用伺服电机取代传统使用的步进电机等驱动设备，以满足工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求，在这些领域大量使用电磁阀和继电器接触器等设备，通过PLC 可实现对伺服电机和其它设备的一体化控制，提高整体的自动化水平。

第六章结束语
整个系统采用闭环控制，为了达到每位同学都选择不同方案的要求，进给系统采用了螺旋丝杠。

伺服系统采用了交流伺服电机通过套筒和圆锥销直接与螺旋丝杠连接驱动丝杠传动，而且丝杠两端装有圆锥滚子轴承，保证其主轴不窜动。

电气控制系统采用西门子S7-224与松下Minas A4系列的伺服驱动器相连，用S7-224PLC的PTO/PWM控制器和高速计数器来实现对三相交流伺服电机正转、反转及转速的控制，系统又采用了光电编码器作为位置检测器，来检测伺服电机的位置，通过对光电编码器反馈信号的处理来达到对工作台位置的控制。

从而完成了课程设计的所有任务。

参考文献
[1] 程志红等，械设计课程上机与设计，东南大学出版社，2006.（重点参考）
[2] 程志红，机械设计，东南大学出版社，2006.
[3] 吴振彪，机电综合设计指导，中国人民大学出版社，2000
[4 长春，姜军生机电一体化合指导2002年。