【正文】 27 附錄一 電氣原理圖 ................................................. 27 附錄二 PLC 程序 .................................................... 28 附錄三 實(shí)物圖片 ................................................... 30 南昌航空大學(xué)科技院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 1 基于臺達(dá) PLC 控制伺服定位系統(tǒng)的制作 1 緒 論 當(dāng)今社會在自動化生產(chǎn)過程中控制方式日新月異，實(shí)現(xiàn)相同的功能卻有不同的方法方式。有的利用單片機(jī)結(jié)合伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定位控制；有的利用控制器控制伺服驅(qū)動實(shí)現(xiàn)；有的使用 plc 高速脈沖輸出功能結(jié)合伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；還有的會利用變頻器的多段速控制來實(shí)現(xiàn)定位控制。本文介紹一個(gè)高性價(jià)比的控制定位系統(tǒng)，應(yīng)用臺達(dá) plc的高速脈沖輸出和與臺達(dá)驅(qū)動器通訊的功能來實(shí)現(xiàn)的定位的例子。國外的相關(guān)開發(fā)計(jì)劃和成熟技術(shù)對我國的機(jī)床控制技術(shù)的發(fā)展提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) ,在此同時(shí)也帶給我們機(jī)遇。隨著它在不同領(lǐng)域的快速發(fā)展 ,它在速度控制、位置控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理等方面的應(yīng)用也得到進(jìn)一步的提高。 [1] PLC 有專用的定位控制模塊 ,可以對直線運(yùn)動、圓周運(yùn)動的位置 ,速度和加速度進(jìn)行控制 ,不僅可以實(shí)現(xiàn)單軸也可以控制多軸進(jìn)行位置控制 ,使運(yùn)動控制與順序控制兩種控制方式快速有效地結(jié)合起來 ,廣泛地用于機(jī)械生產(chǎn)，激光切割，機(jī)器人，機(jī)械手，電梯等。伺服系統(tǒng)使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。它有線圈和常開，常閉開關(guān)組成。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。它主要有三種控制方式位置、速度和力矩，實(shí)現(xiàn)高精度的傳動系統(tǒng)定位 伺服電機(jī)：主要任務(wù)是提供動力 接觸器： 接觸器 是利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電氣器件。其工作原理是當(dāng)接觸器線圈得電后，線圈吸合并帶動觸頭動作：原常閉觸頭斷開；原常開觸頭閉合，兩者是聯(lián)動的。 控制器：是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，采用臺達(dá) PLC 控制。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 3 PLC 控制伺服定位系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 由于 PLC 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)是基于控制為前提，并不斷完善， PLC 指令信號處理時(shí)間比較短，速度響應(yīng)快。 PLC 的 I/O 輸入輸出信號均采用光電隔離，使現(xiàn)場的一些外電路與PLC 內(nèi)部電路形成電氣上隔離作用。采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構(gòu)成冗余或有三 CPU 構(gòu)成表決系統(tǒng) ,以及實(shí)現(xiàn)電源模塊冗余、 IO 模塊冗余進(jìn)一步提高性能。 I/O 模塊 PLC 針對不同的現(xiàn)場信號，如： AC 或 DC 電流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；強(qiáng)電或弱電等 ,都有相應(yīng)的 I/O 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的元?dú)馄骷蛲鈬O(shè)備，如：按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)、傳感器及變送器、控制閥等直接相接。想要組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊可以實(shí)現(xiàn)，等等。 PLC 控制器的各個(gè)部件，包括 CPU，電源， I/O 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 ，維修方便 可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。模塊上均有運(yùn)行和故障指示燈，可以很直觀的觀察運(yùn)行情況和查找故障。 邏輯控制 定時(shí)控制 計(jì)數(shù)控制 順序控制 PID 控制 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 近年，隨著經(jīng)濟(jì)全球化、環(huán)境保護(hù)、市場競爭的推動，我國發(fā)動機(jī)業(yè)迅速向開發(fā)智能、高效、節(jié)能、滿足環(huán)保要求的新型內(nèi)燃機(jī)和清潔能源內(nèi)燃機(jī)（天然氣、液化石油氣等替代燃料發(fā)動機(jī)）方向邁進(jìn)，所以發(fā)動機(jī)制造廠紛紛引進(jìn)各種先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，也帶動了國內(nèi)機(jī)床制造業(yè)的提升和發(fā)展，加工中心等數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)及生產(chǎn)數(shù)量逐年增長，自然而然也帶動伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展。近年來隨著 PLC 技術(shù)的不斷發(fā)展，今后的伺服也進(jìn)一步詮 釋 PLC 強(qiáng)大控制功能。 （ 3）應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。它的工藝過程是接收到來傳感器信號及屬性信息后， PLC 給驅(qū)動器指令輸出控制電機(jī)， PLC 檢測到不同位置傳感器反饋信號后， PLC 對伺服驅(qū)動器做出相應(yīng)的控制，伺服驅(qū)動控制伺服電機(jī)進(jìn)行對位，定位，原點(diǎn)回歸。伺服控制系統(tǒng)就是其中的一 部分。 （ 2）制作 I/O 地址分配表。 （ 3）硬件的選擇，即伺服系統(tǒng)、傳感器、 PLC 等重要的元器件?？紤]安全所需保護(hù)措施和各電器元件間的接線。根據(jù)定位系統(tǒng)的需求繪制出系統(tǒng)的工作流程。 （ 7）調(diào)試程序。因此，控制系統(tǒng)的程序必須與現(xiàn)場經(jīng)過反復(fù)調(diào) 試、修改，直至達(dá)到要求為止。 圖 22 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 分析控制要求確定 I / O 點(diǎn)選擇元器件分配 I / O 點(diǎn)繪制流程圖設(shè)計(jì)梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查調(diào)試滿足要求 ？設(shè)計(jì)控制柜現(xiàn)場連接聯(lián)機(jī)調(diào)試滿足要求 ？修改NYNN結(jié)束Y南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 7 3 系統(tǒng)的硬件選型 本系統(tǒng)由 PLC、伺服驅(qū)動器、觸摸屏、光電傳感器等元器件組成，本章主要對系統(tǒng)中元器件進(jìn)行詳細(xì)的介紹。 PLC 的選擇包括： （ 1） I/O 點(diǎn)數(shù)的估算，總輸入輸出（ I/O）點(diǎn)數(shù) =輸入點(diǎn)數(shù) +輸出點(diǎn)數(shù)，預(yù)留 +10%～20% I/O 備用； （ 2）存儲器容量的估算 ，總內(nèi)存容量 =開關(guān)量點(diǎn)數(shù) 10＋模擬量點(diǎn)數(shù) 150； （ 3）控制方式的選擇，包含：運(yùn)算方式、控制方式、通信方式、編程方式、診斷方式、處理速度； （ 4）機(jī)型的選擇，包含： PLC 型號、輸入輸出模塊的選擇、開關(guān)電源的選擇、冗余模塊功能的選擇、再考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性； 因此考慮到輸入輸出點(diǎn)數(shù)和總內(nèi)存容量，選用臺達(dá) EH 系列 PLC 以及其 I/O 擴(kuò)展模塊作為主體控制設(shè)備。 該系列 PLC 有如下特點(diǎn)： （ 1） 優(yōu)異的運(yùn)算效能，內(nèi)部自帶很多輔助指令簡單，效率高 （ 2）簡易通訊功能，直 接可以通過 USB 與 RS232 轉(zhuǎn)接口進(jìn)行下載程序 （ 3）支持運(yùn)動控制和速度控制指令，搭配高速脈沖輸出功能，輕易達(dá)成兩軸同動的控制要求。全新的特殊擴(kuò)展模塊，可大大減少 PLC CPU 與擴(kuò)展模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，從而大大提升效率。 （ 1） DVP32ES200T PLC 簡介 最大 I/O 點(diǎn)數(shù)： 16點(diǎn) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 8 通信部：內(nèi)建 RS232 與 RS485，相容 ModbusASCII/RTU 通信協(xié)議 交流電源，電晶體輸出 伺服電機(jī)的選型 伺服電機(jī)（ servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制 機(jī)械元件 運(yùn)轉(zhuǎn)的動力源。伺服 電機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入 信號 控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，L N +24 V 24G S/S X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X 7 X 8 X 9 X 10 X 11 X 12 X 13 X 14 X 15 X 16 DVP32ES200T UP0 ZP0 Y 0 Y 1 Y 2 Y 3 Y4 Y5 Y 6 Y 7 UP1 ZP1 Y 10 Y 12 Y 13 Y 14 Y 15 Y 16 Y 17 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院 2020 屆學(xué)士學(xué)位論文 9 用作執(zhí) 行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動 電壓 等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。 每種型號電機(jī)的規(guī)格項(xiàng)內(nèi)均有額 定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩及電機(jī)慣量等參數(shù)，各參數(shù)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩及負(fù)載慣量間必定有相關(guān)聯(lián)系存在，選用電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)符合負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動條件要求，如加速度的快慢、機(jī)構(gòu)的重量、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式（水平、垂直、旋轉(zhuǎn)）等；運(yùn)動條件與電機(jī)輸出功率無直接關(guān)系，但是一般電機(jī)輸出功率越高，相對輸出轉(zhuǎn)矩也會越高。慣量越 大時(shí)，需要越大的加速及減速轉(zhuǎn)矩，加速及減速時(shí)間越短時(shí)，也需要越大的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。 （ 2）根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)行要求選用合適的負(fù)載慣量計(jì)算公式，用來計(jì)算機(jī)構(gòu)的負(fù)載慣量。 （ 4）結(jié)合預(yù)選的電機(jī)慣量與負(fù)載慣量，計(jì)算出加、減速轉(zhuǎn)矩。 （ 6）初步選定的電機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 +加 /減速轉(zhuǎn)矩；如果不符合條件要求，必須選用其他型號電機(jī)并用計(jì)算值來驗(yàn)證是否符合設(shè)計(jì)要求。 （ 8）完成選定。本系統(tǒng)中X 軸的伺服電機(jī)為 ASDB0421B2 , Y 軸方向?yàn)?ASDB0421B2 (10)轉(zhuǎn)速與實(shí)際位置的計(jì)算 一分鐘頻率247。磁極對數(shù) =同步轉(zhuǎn)速 比如 6極電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 =3000247。如果電齒輪比為 1， 25 轉(zhuǎn) /秒，所以 PLC 的脈沖發(fā)送頻率就是 2510000 脈沖 /秒（也就是 250K 赫茲）。注意 P的單位是 KW,N 的單位是 R/MIN(RPM),M 的單位是NM