PLC與電機(jī)控制技術(shù)

1、PLC與電機(jī)控制技術(shù) 第六組: 指導(dǎo)教師：高曉霞組長：崔明陽組員：馬立業(yè) 穆建軍 張?zhí)炖?張美山 小組分工：程序設(shè)計(jì)：張美山 穆建軍接 線：崔明陽 調(diào) 試：張?zhí)炖譝ord編寫：馬立業(yè) 2011年12月12日項(xiàng)目八:行車機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)【項(xiàng)目功能】 本站的功能是完成向輸送輥床站(2號站)輸送汽車模型，系統(tǒng)分為機(jī)械抓手和直線位移位置精確控制兩部分，系統(tǒng)上電后，先執(zhí)行回原點(diǎn)操作，當(dāng)?shù)竭_(dá)原點(diǎn)位置后，若系統(tǒng)啟動(dòng)，上料站物料臺（1號站）檢測傳感器檢測到有汽車模型時(shí)，機(jī)械抓手抓取汽車模型按設(shè)定的距離送往輸送滾床站，輥床輸送站傳感器檢測到有物料信號時(shí)，機(jī)械抓手返回原點(diǎn)，等待執(zhí)行下一周期動(dòng)作；采用單片機(jī)控制的顯示模

2、塊可精確顯示伺服移動(dòng)的距離、步進(jìn)電機(jī)所走步數(shù)等。行車機(jī)械手站的組成:步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)渦輪蝸桿減速箱齒輪齒條平行氣夾限位開關(guān)滾絲杠直線導(dǎo)軌工業(yè)鋁型材1、步進(jìn)電機(jī)：用來驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)氣動(dòng)手爪上下移動(dòng)。根據(jù)PLC發(fā)出的脈沖數(shù)量實(shí)現(xiàn)升降精確定位。2、伺服電機(jī)：用來驅(qū)動(dòng)渦輪蝸桿減速機(jī)帶動(dòng)齒輪在齒條上旋轉(zhuǎn)，達(dá)到行車左右移動(dòng)的功能。根據(jù)PLC發(fā)出的脈沖數(shù)量實(shí)現(xiàn)行車精確定位。3、限位開關(guān)：用于行車左右移動(dòng)限位，提升上下運(yùn)動(dòng)限位。當(dāng)碰到限位開關(guān)后，運(yùn)動(dòng)停止同時(shí)給PLC發(fā)出一個(gè)限位信號?！局R點(diǎn)和技能點(diǎn)】1、工業(yè)用步進(jìn)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。2、西門子PLC對步進(jìn)電機(jī)的控制方法3、掌握步進(jìn)電機(jī)與步進(jìn)、伺服電

3、機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接線方法以及PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接線方法。4、掌握PLC高頻脈沖的控制方法5、伺服電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理6、西門子PLC對伺服電機(jī)的控制方法7、具有利用PLC實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)機(jī)。伺服電機(jī)位置控制的能力【項(xiàng)目知識準(zhǔn)備】一、步進(jìn)機(jī)的分類、基本結(jié)構(gòu)和工作原理（一）定義：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般電動(dòng)機(jī)是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是一步一步進(jìn)行的。每輸入一個(gè)脈沖電信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。通過改變脈沖頻率和數(shù)量，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速和控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移大小，具有較高的定位精度，其最小步距角可達(dá)0.75，轉(zhuǎn)動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)反應(yīng)靈敏、可靠。在開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用（二）

4、步進(jìn)機(jī)的分類 永磁式步進(jìn)電機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 混合式步進(jìn)電機(jī)1、永磁式步進(jìn)電機(jī)： 特點(diǎn)：（1）一般為二相， （2）轉(zhuǎn)矩和體積較小， （3）步進(jìn)角一般為7.5或15。2、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：特點(diǎn)：（1）一般為三相， （2）可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出， （3）步距角一般為1.5， （4）噪聲和振動(dòng)很大。3、混合式步進(jìn)電機(jī)：混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)：（1）它又分為兩相和五相。 （2）兩相步距角一般為1.8，而五相步距角一般為0.72。(三)步進(jìn)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理1、三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理定子：定子的每對極上都繞有一對繞組，構(gòu)成一相繞組，共三相稱為A、B、C三相。在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開有齒分度

5、相同的小齒，采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，當(dāng)A相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對應(yīng)時(shí)，B相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯(cuò)開1/3齒距，C相則錯(cuò)開2/3齒距。如圖所示 結(jié)論：（1）電機(jī)的位置由繞組通電的次數(shù)（脈沖 數(shù)）有關(guān)；（2）步進(jìn)機(jī)的速度與繞組的通電頻率有關(guān) ；（3）步進(jìn)機(jī)的方向由繞組 通電的順序決定2、步進(jìn)機(jī)的基本參數(shù)（1）電機(jī)固有步距角：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)。常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。PLC直接控制步進(jìn)電機(jī) 使用PLC直接控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可使用PLC產(chǎn)生

6、控制步進(jìn)電機(jī)所需要的各種時(shí)序的脈沖。例如三相步進(jìn)電機(jī)可采用三種工作方式：三相單三拍三相雙三拍三相單六拍 二、西門子PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)（一）步進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)器特點(diǎn)：（1）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用超大規(guī)模的硬件集成電路，具有高度的抗干擾性以及快速的響應(yīng)性，不易出現(xiàn)死機(jī)或丟步現(xiàn)象。（2）使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)，可以不考慮各相的時(shí)序問題（由驅(qū)動(dòng)器處理），只要考慮輸出脈沖的頻率（控制驅(qū)動(dòng)器PUL端），以及步進(jìn)電機(jī)的方向（控制驅(qū)動(dòng)器的DIR端）。（3）使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器時(shí)，往往需要較高頻率的脈沖。（二）PLC高頻脈沖輸出的控制過程（CPU313C2DP）1、PLC高頻脈沖輸出通道（1）數(shù)量：3

7、個(gè)（2）位置：位于CPU 313C2DP集成數(shù)字量輸出點(diǎn)首 位字節(jié)的最低三位：Q124.0、Q124.1、Q124.2注意：1)這三位在通常情況下可以作為普通的數(shù)字量輸出點(diǎn)來使用。2)在需要高頻脈沖輸出時(shí)，可通過硬件設(shè)置將這三位作為高頻脈沖輸出通道來使用。通道號為0通道、1通道、2通道。（地址用戶可根據(jù)需要自行修改，通道號為固定值，用戶不能自行修改）3)每個(gè)通道都可輸出最高頻率為2.5kHz（周期為0.4ms）的高頻脈沖4）每個(gè)通道都有自己的硬件控制門：0通道：I124.2；1通道：I124.5；2通道：I125.0修改地址后:0通道：I0.2；1通道：I0.5；2通道：I1.01）硬件設(shè)置計(jì)

8、數(shù)器屬性：通道：0、1、2工作模式：五種。要在通道中產(chǎn)生高頻脈沖，必須選擇最后一種工作模式：脈寬調(diào)制簡述：作為高頻脈沖輸出時(shí)，最大頻率為2.5kHz；進(jìn)行高速計(jì)數(shù)或頻率測量時(shí)，最大頻率可達(dá)30kHz。設(shè)置脈沖參數(shù)（脈寬調(diào)制選項(xiàng)卡）輸出格式： 每密爾：輸出格式取值范圍01000; S7模擬量值：輸出格式取值范圍027648注意：輸出格式的取值在調(diào)用SFB49時(shí)設(shè)置，這一設(shè)置的取值會影響到輸出脈沖的占空比。時(shí)基：（1ms、0.1ms） 用戶可根據(jù)需要選擇合適的時(shí)基。一般要產(chǎn)生較高頻率的脈沖，可選擇較短的時(shí)基（0.1ms）.接通延時(shí)時(shí)間值：當(dāng)控制條件成立時(shí)，對應(yīng)通道將延時(shí)指定時(shí)間后輸出高頻脈沖。延時(shí)

9、時(shí)間設(shè)置值時(shí)基（取值范圍065535）周期：指定輸出脈沖的周期。周期設(shè)置值時(shí)基（465535）最小脈沖寬度：輸出脈沖的最小脈寬取值范圍為2周期/2注意：在指定了最小脈沖寬度后，應(yīng)保證根據(jù)占空比計(jì)算出來的高電平時(shí)間不小于最小脈 沖寬度，否則脈沖將不能正常輸出?？刂泼}沖參數(shù)CHANNEL：通道號，數(shù)據(jù)類型為整數(shù)，此參數(shù)指定啟用的通道號。SW_EN：軟件控制門，數(shù)據(jù)類型為BOOLSW_EN為1時(shí)，高頻脈沖輸出；SW_EN為0時(shí)，高頻脈沖停止輸出OUTPVAL：輸出值設(shè)置，用來設(shè)置占空比。占空比設(shè)置方法：輸出形式為每密爾，則此項(xiàng)的取值范圍為01000，輸出脈沖高電平時(shí)間長度為：脈寬（OUTPVAL/1

10、000）*周期修改脈沖參數(shù)：JOBREQ：作業(yè)操作信號。 作用：可修改硬件設(shè)置時(shí)指定指定的某些參數(shù)（延時(shí)時(shí)間、周期等）。JOBREQ端的狀態(tài) 由0變?yōu)?時(shí)，將進(jìn)行作業(yè)操作功能 ，具體事件由作業(yè)ID和作業(yè)值決定。JOBID：作業(yè)號作用：作業(yè)號決定了具體的作業(yè)事件作業(yè)號設(shè)置作用W161修改脈沖周期W162修改延時(shí)時(shí)間W1681讀取周期三、伺服電機(jī)（一）定義：伺服電機(jī)的功能是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度輸出，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常作為執(zhí)行元件，所以又稱為控制電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。（二）分類：直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)（三）伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理1、結(jié)構(gòu)：定子和轉(zhuǎn)子（1）定子：定子上裝有兩

11、個(gè)空間位置互差90度的兩相繞組，工作時(shí)勵(lì)磁繞組與交流勵(lì)磁電源相連，控 制繞組加控制信號電壓。（2）轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子有籠形和杯形兩種2、工作原理： 交流伺服電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uc。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動(dòng)機(jī)很快就會轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 通入勵(lì)磁繞組及控制繞組的電流在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個(gè)繞組上所加的電壓反相時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場的方向就發(fā)生改變，電機(jī)的方向也發(fā)生改變。 為了在電機(jī)內(nèi)形成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場，要求激磁電壓Uf和控制電壓Uc之間應(yīng)有90度的相位差 (四)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器1、伺服：伺服就是一個(gè)提供閉環(huán)反饋信號來控

12、制位置和轉(zhuǎn)速，2、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：接收電機(jī)編碼器的反饋信號，并和指令脈沖進(jìn)行比較，從而構(gòu)成了一個(gè)位置的半閉環(huán)控制，使被控系統(tǒng)工作在設(shè)定狀態(tài) 速度反饋負(fù)載工作臺運(yùn)動(dòng)控制器伺服放大器0 to 10VDC 位置環(huán)速度環(huán)編碼器絲杠減速器電機(jī)電源【項(xiàng)目內(nèi)容】控制要求：1、當(dāng)氣爪不在初始位置時(shí)，黃燈以1HZ頻率閃爍；按下復(fù)位按鈕（SB4）復(fù)位時(shí)，黃燈常亮；復(fù)位完成回到初始位置時(shí)，綠燈以1HZ頻率閃爍；按下啟動(dòng)按鈕（SB5）后，綠燈常亮，可以開始工作。2、當(dāng)行車在初始位置時(shí)，若1號站有車，則氣爪向下抓取車，碰到下限行程開關(guān)時(shí)停止，延時(shí)5秒氣爪向上至上限位。3、當(dāng)2號站有滑橇?xí)r，行車向左移動(dòng)至左限位時(shí)停止左移

13、，氣爪向下移動(dòng)至中限位時(shí)停止，延時(shí)5秒后，氣爪向上移動(dòng)至上限位時(shí)，行車向右移動(dòng)至初始位置。如果2號站沒滑橇，機(jī)械手裝置在2號站上方等待。4、當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，行車停止運(yùn)行紅燈亮。硬件說明：1、行車左限位X1： I1.2（17）2、行車右限位X2：I1.3（18）3、行車上限位X4：I1.4（20）4、行車中限位X5：I1.5（21）5、行車下限位X3：I1.6（19）6、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)切換（103） 步進(jìn)電機(jī)：Q0.00 伺服電機(jī)：Q0.017、行車機(jī)械手站脈沖信號PUL：Q0.2（104）8、行車機(jī)械手站方向信號DIR：Q0.3（105）Q0.3=0 伺服向右運(yùn)動(dòng)；步進(jìn)機(jī)向下運(yùn)動(dòng)Q0.3=1 伺服向左運(yùn)動(dòng)；步進(jìn)機(jī)向上運(yùn)動(dòng)PLC的I/O分配1、輸入點(diǎn)分配