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PLC控制伺服电机准确定位的方法.rar

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    PLC 控制 伺服 电机 准确 定位 方法
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    毕业设计(论文)题目 基于台达 PLC 控制伺服定位系统的制作系 别 信息工程系专业名称 自动化班级学号 108202225学生姓名 王定雪指导教师 李海燕二 O 一四 年 五 月 学士学位论文原创性声明本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名: 日期:导师签名: 日期:基于台达 PLC 控制伺服定位系统的制作学生姓名:王定雪 班级:1082022指导老师:李海燕摘 要 : 本 设 计 思 路 是 通 过 PLC 与 驱 动 器 通 讯 并 实 现 系 统 定 位 , 对 伺 服 电 机 的 控制 方 式 为 位 置 控 制 方 式 , PLC 对 驱 动 器 输 出 ‘脉 冲 +方 向 ’指 令 。 基 于 PLC 具有 强 大 的 控 制 功 能 , 此 定 位 系 统 的 控 制 器 采 用 PLC, 平 台 由 X/Y 两个方向台达伺 服 电 机构组 成 。伺 服 电 机 是 本 定 位 系 统 中 的 重 要 设 备 , 它 能 够 为 伺 服 定 位 系 统提 供 重 要 的 动 力 ; 其 中 通 过 PLC 输 出 的 脉 冲 多 少 与 电 机 转 速 , 齿 比 大 小 进 行 计算 , 实 现 平 台 绝 对 定 位 。 本 系 统 还 采 用 光 电 传 感 器 功 能 检 测 实 际 位 置 进 行 反 馈 给控 制 器 , 并 实 现 原 点 回 归 , 绝 对 定 位 , 点 动 调 整 等 功 能 。人 机 界 面 , 主要是为了更好的便于人员操作 也是 系 统 与 用 户 之 间 进 行 信 息 交换 的 媒 介 , 以 画 面 显 示 实 现 信 息 的 内 部 形 式 与 人 类 可 以 接 受 形 式 之 间 的 转 换 。 人机 界 面 可以对现场设备进行监控和控制,及时采集系统信息,发现并处理故障,保证系统良好的运行, 是自动化生产的必然发展方向。关 键 词 : 自 动 化 伺 服 PLC 人 机 界 面 定 位 指 导 老 师 签 名 :Design of Delta PLC control servo positioning system based on Name: Wang Ding Xue Class: 1082022Supervisor: Li Hai YanABSTRACT: The idea is to design and implement communication systems positioned by the PLC and the drive to control the servo motor position control mode, PLC outputs to drive 'Pulse + direction' command. PLC-based control with powerful features, the positioning system controller with PLC control, the platform consists of two axes (X / Y) Delta servo mechanism. The positioning servo motor system is an important device, it can provide an important impetus for the servo positioning system; pulse motor speed is calculated by PLC outputs which achieve the platform location. The system also uses a photoelectric sensor function to detect the actual position feedback to the controller, and to achieve zero return, absolute positioning, inching adjustment and other functions.Man-machine interface, the system and user interaction and information exchange between the media, which implements the information within the acceptable forms of the human form of conversion between. Man-machine interface field devices can be monitored and timely information collection system to identify and deal with failure to ensure the system is running well, is the inevitable development of automated production.Keywords: Automation servo PLC man-machine interface positioningSignature of Supervisor :目 录1 绪 论1.1 本课题的目的和意义 ................................................11.2 伺服定位系统的概述 ................................................21.3 国内外研究现状 ....................................................31.4 本课题的研究内容 ..................................................42 定位系统控制方案的设计2.1 系统的控制方案 ....................................................52.2 系统设计的思路 ....................................................53 系统的硬件选型3.1 PLC 选型 ..........................................................73.2 伺服电机的选型 ....................................................83.3 伺服驱动器的选型 .................................................103.4 HMI 的选型 .......................................................113.5 传感器的选用 .....................................................133.6 电气原理控制图设计 ...............................................164 PLC 软件程序的设计4.1 WPLSoft 2.37 介绍 ................................................184.2 编程语言介绍 .....................................................184.3 PLC 程序分析 .....................................................184.4 PLC 程序调试 .....................................................195 HMI 程序设计5.1 HMI 程序的画面 ...................................................216 结论参考文献 ................................................25致谢词 ..................................................26附 录 ...................................................27附录一 电气原理图 ..................................................27附录二 PLC 程序 ....................................................28附录三 实物图片 ....................................................30南昌航空大学科技院 2014 届学士学位论文0基于台达 PLC 控制伺服定位系统的制作1 绪 论当今社会在自动化生产过程中控制方式日新月异,实现相同的功能却有不同的方法方式。像如今的很多数控车床,激光设备上都要使用定位控制,它的实现方式也有很多。有的利用单片机结合伺服系统实现定位控制;有的利用控制器控制伺服驱动实现;有的使用 plc 高速脉冲输出功能结合伺服系统实现;还有的会利用变频器的多段速控制来实现定位控制。这些不同的控制系统方式的实现各有各的特点,成本也各有差异,于是针对不同的设备有对精度和响应速度的不同要求,选择合适的控制系统和最优的性价比就非常必要。本文介绍一个高性价比的控制定位系统,应用台达 plc 的高速脉冲输出和与台达驱动器通讯的功能来实现的定位的例子。1.1 本课题的目的和意义一. 项目背景 我国是一个机床生产和应用大国,但数控控制技术的应用水平和对定位精度控制还不高,严重的制约着我国制造业,生产业的进一步发展。国外的相关开发计划和成熟技术对我国的机床控制技术的发展提出了严峻的挑战,在此同时也带给我们机遇。 从这几年来看,PLC 在工业自动控制领域应用的发展是蒸蒸日上,在控制效果、装配周期和硬件的成本等各个方面表现出来的综合优势是其他工控产品难以超越的。随着它在不同领域的快速发展,它在速度控制、位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也得到进一步的提高。对平台的实际设计和客户需求,不仅要提高车床加工的精度,对其定位控制系统装置的选择也显得非常重要。[1] PLC 有专用的定位控制模块,可以对直线运动、圆周运动的位置,速度和加速度进行控制,不仅可以实现单轴也可以控制多轴进行位置控制,使运动控制与顺序控制两种控制方式快速有效地结合起来,广泛地用于机械生产,激光切割,机器人,机械手,电梯等。南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文11.2 伺服定位系统的概述1.2.1 伺服定位系统的组成伺服系统(servomechanism)又称随动系统,是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。伺服系统使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。在很多情况下,伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或位移速度、加速度的反馈控制系统,其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角) 。伺服定位系统基本由以下部分组成:继电器:继电器是一种电控元件。它有线圈和常开,常闭开关组成。广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中,是最重要的控制元件之一通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。伺服驱动器:是用来控制伺服电机的,通过与 PLC 指令实现控制电机转动,属于伺服系统的一部分,高精度的定位系统可以用到它。它主要有三种控制方式位置、速度和力矩,实现高精度的传动系统定位伺服电机:主要任务是提供动力接触器:接触器是利用线圈流过电流产生磁场,使触头闭合,以达到控制负载的电气器件。接触器由电磁模块(铁心,静铁心,电磁线圈)触头模块(常开触头和常闭触头)和灭弧装置组成。其工作原理是当接触器线圈得电后,线圈吸合并带动触头动作:原常闭触头断开;原常开触头闭合,两者是联动的。当线圈断电时,线圈吸合消失,衔铁在释放弹簧的作用下释放,使触头恢复上电前的状态,也就是最原始状态。控制器:是整个系统的大脑,采用台达 PLC 控制。人机界面:监控整个系统。南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文21.2.2 PLC 控制伺服定位系统的优点1.实时性 由于 PLC 产品设计和开发是基于控制为前提,并不断完善,PLC 指令信号处理时间比较短,速度响应快。就是因为有信号处理和程序运行的速度,PLC 经常用于各个领域大、中、小型工业控制项目。2.高可靠性 PLC 的 I/O 输入输出信号均采用光电隔离,使现场的一些外电路与PLC 内部电路形成电气上隔离作用。输入端自带 R-C 滤波器,滤波时间常数一般为10~20ms。采用性能优良的开关电源。具有良好的自诊断功能,一旦电源或其他软件,硬件发生异常情况,PLC CPU 立即采取有效措施,以防止故障扩大。大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余或有三 CPU 构成表决系统,以及实现电源模块冗余、IO模块冗余进一步提高性能。3.系统配置简单灵活 控制器 产品种类很多,规模可分大、中、小 I/O 模块种类丰富,可根据客户实现不同功能要求不同,而进行自由灵活的配置。 4.丰富的 I/O 模块 PLC 针对不同的现场信号,如:AC 或 DC 电流;开关量或模拟量;电压或电流;脉冲或电位;强电或弱电等,都有相应的 I/O 模块与工业现场的元气器件或外围设备,如:按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、控制阀等直接相接。此外为了方便性能操作,它还有多种人-机接口模块;想要组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块可以实现,等等。5.PLC 系统采用模块化结构 为了适应各种不同工业控制需要,除了组合式的小型控制器以外,绝大多数 PLC 均采用模块化结构。PLC 控制器的各个部件,包括CPU,电源,I/O 等均采用模块化设计,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。6.价格优势 质优价廉,性价比高。 7.安装简单,维修方便 可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种外围设备与 PLC 相应的 I/O 口连接,即可投入运行实现功能。模块上均有运行和故障指示灯,可以很直观的观察运行情况和查找故障。由于采用模块化结构,如果出现故障可以及时更换故障模块使系统迅速恢复运行。 8.控制器实现的功能 逻辑控制 定时控制 计数控制 顺序控制 PID 控制 南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文31.3 国内外研究现状近年,随着经济全球化、环境保护、市场竞争的推动,我国发动机业迅速向开发智能、高效、节能、满足环保要求的新型内燃机和清洁能源内燃机(天然气、液化石油气等替代燃料发动机)方向迈进,所以发动机制造厂纷纷引进各种先进的生产设备,也带动了国内机床制造业的提升和发展,加工中心等数控机床生产企业及生产数量逐年增长,自然而然也带动伺服控制系统的发展。未来 PLC 控制伺服的发展趋势主要表现为:(1)自动化程度要求不断提高。近年来随着 PLC 技术的不断发展,今后的伺服也进一步诠释 PLC 强大控制功能。(2)现如今精密切割的不断提高,伺服定位系统精度要求也不断提高才能满足现今生产需求。(3)应用领域越来越广泛。1.4 本课题的研究内容课题的主要任务是利用台达 DVP 系列 PLC 来控制伺服定位系统的定位。它的工艺过程是接收到来传感器信号及属性信息后,PLC 给驱动器指令输出控制电机,PLC检测到不同位置传感器反馈信号后,PLC 对伺服驱动器做出相应的控制,伺服驱动控制伺服电机进行对位,定位,原点回归。主要内容如下:第一章扼要地介绍了伺服定位系统的概述、特点与背景;第二章伺服定位系统的控制方案;第三章介绍了组成系统的主要硬件的选型,例如 PLC、伺服驱动,电机等选型第四章介绍本系统 PLC 程序的设计;第五章讲解了 HMI 软件显示画面的设计;第六章结论南昌航空大学科技学院 2014 届学士学位论文42 定位系统控制方案的设计本系统方案的设计主要来源于这次毕设课题的要求和当今社会的背景,随着不断提高的现代化工业生产的发展,气动技术、液压技术、传感器技术、PLC 技术、网络及通讯技术等多种技术的紧密结合而形成的机电液一体化、机电气一体化、机电光一体化的自动化控制技术的应用在工业生产中正起着越来越重要的作用。伺服控制系统就是其中的一部分。2.1 系统的控制方案本系统思路是由图如下所示:图 2-1-1 伺服定位演示系统2.2 系统设计的思路基于上述思路,定位系统的设计过程中主要考虑以下几点:(1)分析课题的思路,对课题进行需求分析,提出定位系统的设计方案。(2)制作 I/O 地址分配表。根据定位系统功能所需要求,确定定位系统 PLC 所需的输入和输出点。(3)硬件的选择,即伺服系统、传感器、PLC 等重要的元器件。(4)绘制电气原理图。考虑安全所需保护措施和各电器元件间的接线。(5)绘制程序流程图。根据定位系统的需求绘制出系统的工作流程。
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