【文章內(nèi)容簡介】 持全部的三菱 FX系列的 PLC，并且具有強大的診斷功能，能更快的查找出故障的原因，并且具有仿真調(diào)試功能，從而大大縮短了調(diào)試程序的時間。 本課題設(shè)計的目的和意義 自動送料系統(tǒng)是當(dāng)今常見的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，因伺服電機有如下各種特點：是控制系統(tǒng)中的執(zhí)行單元，是一種利用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直線位移的執(zhí)行電機。其中伺服電機最大的應(yīng)用是在數(shù)控機床的制造中，因為伺服電機不需要 A/D 轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號 轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認為是理想的數(shù)控機床的執(zhí)行元件。隨著伺服電動機技術(shù)的發(fā)展，伺服電動機已經(jīng)能夠單獨在系統(tǒng)上進行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。由于計算機技術(shù)的發(fā)展，使得伺服電動機獲得了廣泛的應(yīng)用和普及，除了在數(shù)控機床上的應(yīng)用、計算機外圍設(shè)備、鐘表、數(shù)字控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)裝置中得到應(yīng)用。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及伺服電機本身技術(shù)的提高，伺服電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。故自動送料系統(tǒng)伺服控制有很廣泛應(yīng)用價值。 隨著微處理器、伺服電機可在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速， 快速起停、正反 轉(zhuǎn)控制及制動等，這是伺服電動機最突出的優(yōu)點。伺服電機的性能在很大程度上取決于伺服驅(qū)動器，而伺服電機控制系統(tǒng)由伺服電機控制器、驅(qū)動器、系統(tǒng)軟件等幾部分組成，控制系統(tǒng)的每一部分對伺服電機的運行性能息息相關(guān)。 目前比較典型的控制方法是用單片機產(chǎn)生脈沖序列來控制伺服電機。但采用單片機控制 , 不僅要設(shè)計復(fù)雜的控制程序和 I /O 接口電路 , 實現(xiàn)比較麻煩 , 而且對工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境適應(yīng)性差 , 可靠性不高?；?PLC 控制的伺服電機具有設(shè)計簡單、 實現(xiàn)方便、 定位精度高、 參數(shù)設(shè)置靈活等優(yōu)點， 在工業(yè)過程 控制中使用可靠性高，監(jiān)控方便。當(dāng)下已成為當(dāng)代工業(yè)自動化的主要支柱之一。因此用 PLC 來控制伺服電動機也是實際的控制系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，非常有實際價值。 5 第二章 系統(tǒng)控制方案的確定 自動送料系統(tǒng)伺服控制的概述 自動送料系統(tǒng)是常見的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，其可使生產(chǎn)過程的供料、傳送等程序?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)更可以和裝配、包裝等程序結(jié)合以提高生產(chǎn)效率。在自動送料系統(tǒng)的伺服控制中主要研究的對象是對于系統(tǒng)的馬達即伺服電機的控制。 伺服電機是一種將數(shù)字式電脈沖信號轉(zhuǎn)換成（角位移或線位移）的機電元件，它的機械位移與輸入的數(shù)字脈沖 有嚴格的對應(yīng)關(guān)系，即一個脈沖信號可使伺服電機前進一步。 最早的伺服電機問世于 19 世紀 30 年代，早期的伺服電機由于性能較差，沒有得到很好的利用。隨著電子技術(shù)、精密機械加工，特別是數(shù)字計算機的高速發(fā)展和數(shù)字控制系統(tǒng)的需要，使伺服電機獲得了飛速的發(fā)展。目前，伺服電機已經(jīng)在數(shù)控機床、計算機外圍設(shè)備、軋鋼機自動控制、鐘表工業(yè)等方面獲得廣泛的應(yīng)用。由于伺服電機構(gòu)成的開環(huán)數(shù)控機床伺服機構(gòu)。這種開環(huán)控制方式，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)調(diào)試方便，工作可靠，成本較低。 伺服電機的主要優(yōu)點： 直接實現(xiàn)數(shù)字控制。數(shù)字脈沖信號經(jīng)環(huán)形分配器和 功率放大后可直接控制伺服電機，無需任何中間轉(zhuǎn)換，這也使優(yōu)于交直流電動機的地方。 控制性能好。通過改變脈沖頻率可在較寬的范圍內(nèi)實現(xiàn)均勻的調(diào)速，并能快速而方便地起動、反轉(zhuǎn)和制動。 無接觸式。沒有電刷和換向器也式伺服電機的一個關(guān)鍵性的優(yōu)點。 抗干擾能力強。在不僅帶你機的負載能力范圍內(nèi)，步距角不受電壓、負載以及周圍溫度變化等各種干擾的影響，保持運行的精度。 誤差不長期積累。伺服電機每運行一步所轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之間總有一定的誤差，在一轉(zhuǎn)之內(nèi)從某一步到任何一步將會一定的積累誤差，但每轉(zhuǎn)一圈的積累誤 差將為零。 具有自鎖能力（反應(yīng)式）和保持轉(zhuǎn)矩（永磁式）。 6 采用 PLC 的自動送料系統(tǒng)伺服控制的優(yōu)點 從控制方式上看：繼電器控制硬件接線邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能是很困難的；而 PLC 軟接線，只需改變控制程序就可輕易改變邏輯或增加功能。 從工作方式上看：電器控制并行工作，而 PLC 串行工作，不受制約。 從控制速度上看：電器控制速度慢，觸點易抖動；而 PLC 通過半導(dǎo)體來控制，速度很快，無觸點，顧而無抖動一說。 從定時、記數(shù)看：電器控制定時精度不高，容易受環(huán)境溫度變化影響，且無記數(shù)功能 ； PLC 時鐘脈沖由晶振產(chǎn)生，精度高，定時范圍寬；有記數(shù)功能。 從可靠、維護看：電器控制觸點多，會產(chǎn)生機械磨損和電弧燒傷，接線也多，可靠、維護性能差； PLC 無觸點，壽命長，且有自我診斷功能，對程序執(zhí)行的監(jiān)控功能，現(xiàn)場調(diào)試和維護方便。 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 自動送料系統(tǒng)伺服控制設(shè)計與調(diào)試的主要步驟，如下圖所示： 在動送料系統(tǒng)伺服控制的設(shè)計過程中主要要考慮以下幾點： 深入了解和分析自動送料系統(tǒng)伺服控制的工藝條件和控制要求。 確定 I/O 設(shè)備。根據(jù)自動送料系統(tǒng)伺服控制的功能要求，確定系統(tǒng)所需的用戶輸入 、輸出設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有按鈕、選擇開關(guān)等，常用的輸出設(shè)備有指示燈等。 根據(jù) I/O 點數(shù)選擇合適的 PLC 類型。 分配 I/O 點，分配 PLC 的輸入輸出點，編制出輸入輸出分配表或者輸入輸出端子的接線圖。 設(shè)計自動送料系統(tǒng)伺服控制的梯形圖程序，根據(jù)工作要求設(shè)計出周密完整的梯形圖程序，這是整個伺服電機控制系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。 將程序輸入 PLC 進行軟件測試，查找錯誤，使系統(tǒng)程序更加完善。 本系統(tǒng)控制的整體調(diào)試，在 PLC 軟硬件設(shè)計和現(xiàn)場施工完成后，就可以進行整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，調(diào)試種發(fā)現(xiàn)的問題要逐一排除，直至調(diào)試成功。 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)控制要求 確定硬件配 置 確定課題 研究課題內(nèi)容 確定方案 查找資料 設(shè)計電氣原理圖圖 根據(jù)控制要求 編寫程序 錯誤 調(diào)試程序 記錄運行結(jié)果并分析 總結(jié) 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟 8 系統(tǒng)控制方案 系統(tǒng)組成及任務(wù) 本系統(tǒng)使用了 PLC、傳感器、位置控制、伺服控制及氣動等技術(shù)，分成自動供料和自動送料兩個子系統(tǒng)。自動送料子系統(tǒng)由機械手、伺服電動機、功率驅(qū)動器、定位傳感器和傳動輪等組成，它可以將抓取供料系統(tǒng)提供的零件以伺服方式自動送到所需要的固定位置。管式料倉上放置 10 個零件，并且裝有缺料和供料不足檢測傳感器。機械手通過供料系統(tǒng)反饋的信 號抓去物料，然后伺服電機驅(qū)動機械手精確定位于所需位置。供料系統(tǒng)和抓取機械手分別如圖 22 和圖 23 所示。 圖 22 供料系統(tǒng) 圖 23 抓取機械手 9 伺服電動機的轉(zhuǎn)速決定于其輸入信號的脈沖頻率 , 并與頻率同步 , 改變脈沖信號的頻率 , 即可控制其轉(zhuǎn)速。利用 FX1N 的 位置控制指令 FNC158(DRVA)生成指定脈沖數(shù)目的方波 ( 占空比為 50%) 脈沖序列。脈沖數(shù)、脈沖寬度或周期裝入相應(yīng)的控制寄存器。改變脈沖數(shù)量，就可改變伺服電動機旋轉(zhuǎn)的角位移；改變脈沖周期，就可改變控制頻率，以改變伺服電動機的速度。脈沖 信號由 Y0 的輸出脈沖， 方向信號由 Y2 輸出 。 自動送料系統(tǒng)伺服馬達的工作原理 自動送料系統(tǒng)馬達即伺服電動機，其工作原理相是接受控制器或者計算機發(fā)出的脈沖信號而動作，即給一個脈沖信號，伺服電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。伺服電動機其角位移與電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 本設(shè)計將 采用永磁交流伺服系統(tǒng)其中包括永磁同步交流伺服電動機和全數(shù)字交流永磁同步伺服驅(qū)動器兩部分。 伺服系統(tǒng)位置控制模式的特點： 伺服驅(qū)動器輸出到伺服電機的三相電壓波形基本是正弦 波（高次諧波被繞組電感濾除），而不是象步進電機那樣是三相脈沖序列，即使從位置控制器輸入的是脈沖信號。 伺服系統(tǒng) 用作定位控制時，位置指令輸入到位置控制器，速度控制器輸入端前面的電子開關(guān)切換到位置控制器輸出端，同樣，電流控制器輸入端前面的電子開關(guān)切換到速度控制器輸出端。因此， 位置控制模式 下的伺服系統(tǒng)是一個三閉環(huán)控制系統(tǒng)，兩個內(nèi)環(huán)分別是電流環(huán)和速度環(huán)。 由自動控制理論可知，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的快速性、穩(wěn)定性和抗干擾能力。在足夠高的開環(huán)增益下，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差接近為零。 控制伺服電動機最重要的就是要產(chǎn)生符合 要求的控制脈沖。三菱FX1N40MT 型 PLC 本身帶有高速脈沖計數(shù)器和高速脈沖發(fā)生器，其發(fā)出的頻率能夠滿足伺服電動機的要求。但是伺服電動機要求把具有足夠功率和一定頻率的脈沖電壓（電流）按著選定的順序加給控制繞組，而計算機和 PLC 等控制器只能發(fā)出很微弱的脈沖信號，達不到能夠直接驅(qū)動伺服電動機的功率，所以，必 10 須是 PLC 通過驅(qū)動器來控制伺服電動機。其原理圖如圖 24 所示：