【文章內容簡介】 書，選擇相應的異步電機與其連接。接線端子練好后，調試一下，看異步電機是否能正常工作，如果能，改變變頻器的輸出頻率，觀察異步電機的速度的變化。 變頻器硬件安裝 交流電機驅動器應使用螺釘垂直安裝，放于固定結構體上，請勿倒裝、斜裝、或水平安裝。同時電器運轉時，會產生大量熱量，驅動器安裝應注意通風散熱，以防止電機驅動器的周圍溫度超過規(guī)范值。請勿將各種纖維、紙片、木片或金屬碎塊等異物進入交流電機驅動器或粘附於散熱風扇上，否則可能發(fā)生火災事故。交流電機驅動器的安裝尺寸如圖 16所示。 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 15 圖 16 安裝尺寸圖 變頻器配線 電源一定要連接於交流電機驅動器的主回路電源端子 R/L1,S/L2,T/L3。如果將電源錯誤連接於其它端子，則將損壞交流電機驅動器。另外應確認電源應在銘牌標示的允許電壓 /電流范圍內。通電后如要改變接線，首先應關掉電源，并必須注意回路直接部分濾波電容完成放電需要一定時間。為避免危險，要等待充電指示燈熄滅，再用直流電壓表測試。確認電壓值小于 25Vdc 安全電壓后，才能開始作業(yè)，否則，由于有殘留電壓，電路短路時會發(fā)生火花，所以最好在無電壓條件下進行作業(yè)。 VFDB 交流電機驅動器的標準配線如圖 17 所 示。 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 16 圖 17 VFDB交流電機驅動器的標準配線圖 變頻器參數(shù)設置 依參數(shù)的屬性區(qū)分為 12 個參數(shù)群，使用參數(shù)設定上更容易，在大部分的應用中，使用者可根據(jù)參數(shù)中相關參數(shù)設定，完成啟動前的設定。 12 個參數(shù)群如下所示。 00：用戶參數(shù) 06：保護參數(shù) 01：基本參數(shù) 07：電機參數(shù) 02：操作方式參數(shù) 08：特殊參數(shù) 03：輸出功能參數(shù) 09：通訊參 數(shù) 04：輸入功能參數(shù) 10：回授控制參數(shù) 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 17 05：多段速以及自動程序運轉參數(shù) 11：多組電機控制參數(shù) 結合本次設計，具體參數(shù)設定如下： ? 0100： 50 ? 0101： 50 ? 0102： 220 ? 0103： ? 0200： 00 歐姆龍增量式編碼器 編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置 。 按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。增量式編碼器轉軸旋轉時 ，有相應的脈沖輸出，其計數(shù)起點任意設定，可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。編碼器軸轉一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時，可利用 90 度相位差的 A、 B 兩路信號進行倍頻或更換高分辨率編碼器。 “金”字號試驗臺使用一臺歐姆龍 E6B2CWZ6C1000P/（增量式； 24V； 1000P/R；NPN 開路集電極）編碼器，用于讀取異步電機轉速信號。 編碼器硬件安裝 E6B2CWZ6C 增量式編碼器尺寸如圖 18所示。 圖 18 E6B2CWZ6C尺寸圖 編碼器配線 表 3 編碼器配線 線色 端子名 褐色 電源（ +Vcc） 黑色 輸出 A相 白色 輸出 B相 橙色 輸出 Z相 藍色 0V 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 18 注： 屏蔽線的外芯不能與內部以及外殼連接。 A相、 B相、 Z 相都為同一回路。 通常 GND 要接到 0V，或者請接地。 3 控制任務的實現(xiàn) “金”字號試驗臺主要完成在 PLC 控制下兩臺伺服電機的正、反轉以及聯(lián)動動作的實現(xiàn)，同時由人機界面實現(xiàn)設備的運轉監(jiān)控。設計過程中結合實際情況，加入了交流變頻器以及編碼器。最終實現(xiàn)了由 PLC 根據(jù)編碼器采集的變頻器控制的三相異步電機轉速信號控制兩臺伺服 電機完成實際速度跟隨動作。同時試驗臺也可作為 PLC、變頻器、伺服單獨的試驗臺，實現(xiàn)教學研究。原理如圖 19 所示。 圖 19 “金”字號實驗臺程序流程圖 上述論文中對“金”字號試驗臺用的部分設備單獨做了介紹，以下將分別論述在整個課題研究過程中的主要通信和連接內容，以及控制任務的實現(xiàn)設計。 電源模塊 “金”字號試驗臺共安裝有 DVPEH PLC 一臺， AB 系列伺服驅動器兩臺， VFDB變頻器一臺，根據(jù)供電情況，“金”字號試驗臺需要單項 220V 交流電、三相 380V 交流電以及 24 直流電。其中由 PLC 可以引出 24V 直流電，為了節(jié)約成本，所需的 24V 直流電由此引出。并從實驗室電源處引用其他設備所需電源。 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 19 三相異步電動機與編碼器連接 “金”字號試驗臺使用一臺軸頸 14mm 電機，而編碼器軸頸為 6mm，同時編碼器自帶具有緩沖功能的內徑 6mm的塑料管。為實現(xiàn)電機與編碼器的對接。特到機電系設計制作以個聯(lián)軸器，具體尺寸如圖 20 所示。 圖 20 聯(lián)軸器尺寸圖 PLC 與增量式編碼器連接 EH 系列 PLC 的高速計數(shù)器功能實現(xiàn)編碼器計數(shù)。 EH 機種支持的高速計數(shù)器，C235C240 為程序中斷型高速計數(shù)器，計數(shù)總頻率為 20KHz，單獨使用，計數(shù)頻率可達到 10KHz。 C241~C254 為硬件高速計數(shù)器（ HHSC）， EH機種四個 HHSC（ HHSC03）， HHSC,1脈沖輸入頻率可達 200KHz， HHSC2,3 可達 20KHz（單相或 AB 相均可）， 40EH 機種HHSC0,1,2,3 都可達到 200KHz。其中 C251C254 使用 2 相 2 輸入計數(shù)模式，又稱為 AB相模式，參考模式如表 4所示。 表 4 PLC計數(shù)器模式分配表 輸入 型式 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X10 X11 X12 X13 X14 X15 X16 X17 C251 A B R S C252 A B R S C253 A B R S C254 A B R S A： A相輸入 B： B 相輸入 S：啟動輸入 R：復位輸入 “金”字號實驗臺采用 C251 高速計數(shù)器，連線方式如圖 21 所示。 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 20 圖 21 E6B2CWZ6C增量式編碼器接線圖 硬件高速計數(shù)器的系統(tǒng)架構 （ 1） HHSC03 均設置有由外部輸入的復位（ Reset），啟動（ Start）的信號，同時也可通過內部特 M， M1272/M1274/M1276/M1279 的設置，作為啟動信號。 （ 2）使用高速計數(shù)器，若 R 及 S 的外部控制信號輸入不使用，可以利用M1264/M1266/M1268/M1270 及 M1265/M1267/M1269/M1271 設為 True，將該輸入信號的動作關閉，而其對應的外部輸入可再作為一般輸入點使用。 （ 3）使用特 M作為高速計數(shù)器， START/RESET 控制輸入，動作會受掃描周期影響。 計數(shù)行為模式選擇 EH 的硬件高數(shù)計數(shù)器依計數(shù)模式不 同，以特 D1225D1228 設置，具有以下計數(shù)行為模式如下： 表 5 計數(shù)器模式 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 21 PLC 與伺服驅動器連接 臺達 EH 系列 PLC 與 ASDAAB 系列伺服驅動器搭配接線圖 ASDAAB 系列與 PLC 連線包括歸原點、寸動、加減速時間設定、相對位置定位、絕對位置定位、監(jiān)控脈沖數(shù)。本次畢業(yè)設計最終是要完成伺服電機的速度跟蹤，由 PLC 輸出高速脈沖控制伺服驅動器達到定位。結合伺服驅動器的標準接線方式，最終確定 PLC與伺服驅動器的接線如圖 22所示。 圖 22 PLC與伺服驅動器接線圖 參數(shù) 設定 ? P100=2（脈沖輸入加符號） ? P101=0（內部位置寄存器控制模式 Pt 設定） ? P210=101（ SON 伺服啟動，內定值 DI1） ? P211=104（清楚脈沖計數(shù)功能，接點接于 DI2） ? P215=102（清除異常，接點接于 DI5） ? 其它相關設定： P134,P135,P136（加減速設定） 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 22 人機界面與計算機及 PLC 通信 COM Port 上下載 臺達人機除了可使用 USB 上下載畫面資料外，也提供了使用 COM Port 上下載的功能。在 Screen Editor 中，可由設定模組參 數(shù)選項中選擇要使用 USB 或是 COM Port 上下載畫面資料。 點擊“ Download Port”后，會出現(xiàn) COM Port 選單，可選擇要使用哪個 COM Port接收畫面資料，選擇好之后，人機便會咨詢是否要使用 Bypass 模式，選擇 NO，人機便會開始等待電腦傳送畫面資料，此時按下軟件的下載，便可開始下載畫面資料。 使用 USB 下載資料需要 USB 數(shù)據(jù)線，結合人機界面需設定模組參數(shù)如圖 23 所示。 圖 23 通訊參數(shù)設置 Bypass 模式 透過 Bypass 模式，可以直接將電腦傳送過來的資料由人機 COM 接 收，再由人機另一個 COM 傳送出去。利用此功能，當在做系統(tǒng)規(guī)劃時，便可直接透過人機更新控制器的程序。舉例來說，當人機 COM1 連接 PLC，若在程序規(guī)劃過程中需要更新 PLC 程序，并不伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 23 需要將連接在 COM1 的 PLC 移除，再把 PLC 接到電腦上更新程序?？梢灾苯邮褂?Bypass模式將 PLC程序透過 COM2 傳到人機，再由 COM1 將 PLC 程序下載到 PLC。 點擊“ Download Port”后，會出現(xiàn) COM Port 選單，可選擇要使用哪個 COM Port接收畫面資料，選擇好之后，人機便會咨詢是否要使用 Bypass 模式，選擇 YES,人機便會進入 Bypass 模式。按下 CANCEL 則結束 Bypass 模式。 參數(shù)設定 根據(jù)人機界面技術手冊，“金”字號使用的人機界面需要與 PLC 通訊時需要設定一下通訊參數(shù)，以確保通訊正常。具體參數(shù)參數(shù)如圖 24 所示。 圖 24 參數(shù)設置 4 實驗結果分析 本次設計為伺服電機控制實驗裝置的設計，根據(jù)設計要求分別實現(xiàn)了伺服電機的正、反、雙伺服電機的聯(lián)動以及伺服電機跟隨動作。 首先電機轉速信號的采集是由一臺增量式編碼器完成，采集到的旋轉信號經(jīng) PLC 高數(shù)計算器讀取到內部寄存器，由于 PLC 中有四個硬件高速 計數(shù)器模塊（ HHSC03），他們分別有不同的讀寫 I/O 點，因此在使用過程中需要與程序編程過程機密集合，防止 I/O點的重復使用。 伺服電機運轉模式有速度、位置以及扭矩模式，不同的模式有不同的配線方式以及參數(shù)設置。本次設計主要使用到位置模式，因此配線要嚴格按照位置模式的配線連接。調試過程中出現(xiàn)電機轉速異常、轉向相反以及停轉等現(xiàn)象，注意檢查伺服驅動器的連線和參數(shù)設定是否準確。 PLC 為伺服驅動器提供脈沖信號實現(xiàn)伺服電機的定位和定速。接線過程中一定要確保 Y0、 Y1的準確連接，否則電機可能實現(xiàn)轉向相反或者停轉現(xiàn)象。 人機界面實現(xiàn)對電機轉速和方向的監(jiān)控，主要是通過對 PLC 程序的讀取和修改，因此在對人機界面進行編程過程中，一定注意與 PLC 的正確通信。 同時在“金”字號試驗臺由于設備較多，電源也用到了 380V、 220V 的交流電和 24V直流電，因此注意用電安全，保證接觸良好的同時也要防止信號間的干擾。 伺服電機控制實驗裝置設計 電氣設計 24 5 總結 本次設計為伺服電機控制實驗裝置的設計，主要完成在 PLC 控制下，兩臺伺服電機實現(xiàn)正、反轉及聯(lián)動動作。經(jīng)過將近十四周的努力，最終完成了“金”字號試驗臺的硬件安裝。經(jīng)過調試運行，基本實現(xiàn)畢業(yè)設計所有要求。同時畢業(yè)設計中在“金” 字號試驗臺加入變頻器、三項異步異步電機、編碼器設備。完成畢業(yè)設計的同時，也增加了設計難度，但這并沒有使我感到害怕，反而在設計過程中使我感覺到了我在一些專業(yè)知識上的匱乏，增加我求知的欲望，通過畢業(yè)設計使我對四年來所學的專業(yè)知識進行了系統(tǒng)而全面的總結。但我知道自動化的知識遠不止這些，相信離開學校之后，我將繼續(xù)努力，工作的同時，繼續(xù)學習專業(yè)知識。爭取在自動化專業(yè)有所建樹。 經(jīng)過本次畢業(yè)設計，自己從中學到很多東西，雖然此次設計所用到的設備自己并沒有在課堂上學過，接觸到的都是些新東西，但憑著我對歐姆龍和西門子的了解， 學起臺達 PLC來也很容易上手，這不僅僅是對我學過的專業(yè)知識的一次鞏固，也是對自動化設備的一次直接接觸，了解了自動化設備在工業(yè)中的實際應用和安裝，同時也培養(yǎng)了自己的團隊精神，我和自己的另一個搭檔分工合作，碰到問題共同解決，收到了很好的效果，團隊的力量是強大的，單憑一個人的力量有些事情是做不成的，同時還樹立了自己工作能力的信心，對自己以后學習、生活及工作有非常重要的影響。通過設計，提高了自己的動手能力、全面思考問題的能力以及把握未來自動化技術的發(fā)展方向。當然從本次畢業(yè)設計中自己也從中找出了自己缺點以及優(yōu)點。缺點 是自己眼高手低，遇事想當然，不能熟練靈活得運用專業(yè)知識，思考問題不全面，不能充分的結合實際，相信自己會在以后的工作及生