基于PMAC2型運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)踐設(shè)計(jì)

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書題目：基于PMAC2型運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)運(yùn) 動(dòng)系統(tǒng)實(shí)踐設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師： 陳 益 磊 班 級： 組 員：_ 目 錄第1章 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書.2 1.2課題來源.3 第二章 基于PMAC2型運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲桿運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)踐設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)的工作原理.4 2.2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖（電器原理圖）.5 2.3控制器、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置.8 2.4控制系統(tǒng)的硬件接線圖.11 2.5系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)過程.13 2.6上位控制軟件人機(jī)界面（VC+）.23 第三章 參考資料 .26第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)課題：第1組題

2、目： 基于PARK 9040運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)踐設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)工作日自 2013 年 12 月 日至 2013 年 12 月 日二、同組學(xué)生： 三、課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求（包括課題來源、類型、目的和意義、基本要求、完成時(shí)間、主要參考資料等）：1、目的和意義運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是一門重要的專業(yè)必修課，它具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。為了加深對所學(xué)課程（模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)、電力電子變流技術(shù)等）的理解以及靈活應(yīng)用所學(xué)知識去解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)際系統(tǒng)的能力，特開設(shè)為期一周的課程設(shè)計(jì)。2、具體內(nèi)容寫出設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括：（1）整個(gè)系統(tǒng)的工作原理；（2）控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖(電氣原理圖)

3、；（3）控制器、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置；（4）控制系統(tǒng)的硬件接線圖；（5）給出調(diào)試實(shí)驗(yàn)過程。（6）*開發(fā)出相應(yīng)實(shí)踐項(xiàng)目，并給出指導(dǎo)書3、繪制上位控制軟件人機(jī)界面圖；（VC+）4、考核方式采用口試方式進(jìn)行考核（以小組為單位），成績按百分制評定。其中小組分?jǐn)?shù)占60%，個(gè)人成績占40%（包括口試情況和上交材料內(nèi)容）；5、參考文獻(xiàn)（1）、陳伯時(shí)電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)-運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第3版）機(jī)械工業(yè)出版社，20031.2課題來源 滾珠絲杠是將角位移轉(zhuǎn)化為線位移，或?qū)⒕€位移轉(zhuǎn)化為角位移的理想產(chǎn)品，可以使傳動(dòng)和定位在同一零件上得到實(shí)現(xiàn)。另外，滾珠絲杠不但能作定位，傳動(dòng)零件，還可以起到定位的作用。由于使用滾珠作為其傳遞

4、運(yùn)動(dòng)的媒介，使得滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)變?yōu)闈L動(dòng)運(yùn)動(dòng)，從而大大減少了摩擦作用，提高了傳動(dòng)的效率。滾珠絲杠有效率高、精度高、微給進(jìn)、使用壽命長等特點(diǎn)，因此，它成為了工具機(jī)械和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件。 在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中，滾珠絲桿起了及其重要的作用。它作為數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的傳動(dòng)，定位部件，其精度的高低往往直接決定著數(shù)控機(jī)床的加工精度。由于制造工藝和制造手段的限制，滾珠絲杠制造精度的提高已經(jīng)變得十分困難，所以，高精度的滾珠絲杠檢測手段就成為了補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床加工誤差，提高機(jī)床加工精度的重要方式。另外，出于滿足滾珠絲杠制造商對其出廠產(chǎn)品檢驗(yàn)的需要，設(shè)計(jì)一種高性能的絲桿檢驗(yàn)設(shè)備也是十分必要的。第二章 基于PMAC2型

5、運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠 絲桿運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)踐設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的工作原理 運(yùn)動(dòng)控制通常是指在復(fù)雜條件下，將預(yù)定的控制方案、規(guī)劃指令轉(zhuǎn)變成期望的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。一般表現(xiàn)為直接對電動(dòng)機(jī)的控制，使其完成位置、速度及加速度等實(shí)時(shí)控制過程，使運(yùn)動(dòng)部件按照預(yù)期的軌跡和規(guī)定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成相應(yīng)的動(dòng)作。 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備電動(dòng)機(jī)作為控制對象，以控制器為核心，以電力電子、功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，對被控機(jī)械實(shí)現(xiàn)精確的位置、速度、加速度、轉(zhuǎn)矩或力控制，以及這些被控量的綜合控制。 基于PMAC2型運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲桿運(yùn)

6、動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是由三相電源、變壓器、接觸器等電子設(shè)備和上位計(jì)算機(jī)、PMAC2運(yùn)動(dòng)控制卡型控制器、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)、滾珠絲桿、編碼器、接近開關(guān)以及光柵尺等機(jī)械器件組成的。三相電源380V經(jīng)過變壓器變壓分別給電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制電路供電，接近開關(guān)對工作臺(tái)的行程位置進(jìn)行限位控制；上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)管理、任務(wù)協(xié)調(diào)和人機(jī)交互，運(yùn)動(dòng)控制器的主要任務(wù)是根據(jù)作業(yè)的要求和傳感器件的信號進(jìn)行必要的邏輯數(shù)學(xué)運(yùn)算，將分析、計(jì)算所得出的運(yùn)動(dòng)命令以數(shù)字脈沖信號或模擬量的形式送到驅(qū)動(dòng)器中，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置提供正確的控制信號。驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行功率變換，并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)按照控制指令轉(zhuǎn)動(dòng)，并且?guī)?dòng)滾珠絲桿以一定的精確度運(yùn)動(dòng)；編碼器和光柵尺主要對滾珠

7、絲桿的速度、位置信息進(jìn)行反饋，讓控制器或者驅(qū)動(dòng)器對反饋的信息進(jìn)行比較并發(fā)出糾正命令，保證滾珠絲桿的精確度，進(jìn)而保證工件的精確度。 基于PMAC2型運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲桿運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是全閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用編碼器對滾珠絲桿的運(yùn)行速度進(jìn)行反饋，從而驅(qū)動(dòng)器可以隨時(shí)更正命令參數(shù)使運(yùn)動(dòng)達(dá)到指定的精度；采用光柵尺等檢測元件直接對滾珠絲桿進(jìn)行位置檢測，從而可以消除從電動(dòng)機(jī)到被控單元之間整個(gè)機(jī)械傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)誤差得帶很高的靜態(tài)定位精度。但其缺點(diǎn)是穩(wěn)定性不高，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)整也相當(dāng)復(fù)雜。系統(tǒng)工作原理圖：2.2控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖（電氣原理圖） 電氣控制系統(tǒng)為整個(gè)控制系統(tǒng)提供電源，并對電源進(jìn)行合理分配，以保證控制系統(tǒng)安

8、全可靠地工作，同時(shí)它也是控制系統(tǒng)的執(zhí)行部分。機(jī)床電氣控制部分主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總電源控制、急停、系統(tǒng)冷卻控制、系統(tǒng)潤滑控制、變壓控制、電主軸變頻器開關(guān)控制、伺服電動(dòng)機(jī)上點(diǎn)控制、系統(tǒng)冷卻風(fēng)扇控制、狀態(tài)顯示燈控制、控制方式選擇等功能。主要采用按鈕開關(guān)、斷路器（或空氣開關(guān)）、電磁繼電器、接觸器等機(jī)床電氣元件實(shí)現(xiàn)各種控制功能。電氣控制部分為系統(tǒng)的各部分提供不同的電源，包括24V直流穩(wěn)壓電源用于PLC部分、三相交流220V電壓用于伺服系統(tǒng)、三相交流380V用于電主軸變頻器和冷卻潤滑系統(tǒng)等。基于PMAC2型運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲桿運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的交流伺服系統(tǒng)作為電氣系統(tǒng)的執(zhí)行部分，采用三相四線制為系統(tǒng)提供電源。下圖為

9、控制系統(tǒng)主電路，伺服變壓器TM將380V高壓變?yōu)?20V的低壓，為伺服驅(qū)動(dòng)器提供工作電源，同時(shí)將外電網(wǎng)上的雜波同主電路隔開，以保證伺服驅(qū)動(dòng)器可靠工作。QF2斷路器為變壓器提供電流保護(hù)。接觸器KM1線圈通斷電操作來實(shí)現(xiàn)整個(gè)主電路電源的控制，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。圖中支路有一個(gè)斷路器提供過電流保護(hù)，控制系統(tǒng)可以通過控制支路上的接觸器來實(shí)現(xiàn)對支路的通斷電控制。由于支路中有接觸器，因此可以通過程序?qū)χ窋嚯姞顟B(tài)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。主電路采用TN-C-S接地系統(tǒng)，確保電路用電安全。下圖也包含了電氣控制系統(tǒng)的主控制電路，QF10為控制電路提供短路和過電流保護(hù)。開機(jī)時(shí)按下開機(jī)按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，主觸點(diǎn)

10、閉合，主電路電源接通。當(dāng)開機(jī)按鈕彈起時(shí)接觸器KM1線圈由自身的輔助觸點(diǎn)保持電路的接通，系統(tǒng)交由軟件控制。關(guān)機(jī)時(shí)按下關(guān)機(jī)按鈕SB1，主電路斷電。軟件控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，將中間斷電器KA11線圈使能，其常開觸點(diǎn)閉合，使關(guān)機(jī)按鈕失效，防止由于誤操作關(guān)機(jī)按鈕造成系統(tǒng)突然斷電故障。當(dāng)控制系統(tǒng)可以接受關(guān)機(jī)操作時(shí)，軟件控制系統(tǒng)使中間斷電器KA11線圈禁能，其常開觸點(diǎn)斷開；使關(guān)機(jī)按鈕有效。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)成異常時(shí)，可按下急停按鈕使主電路斷電。在主控制電路中串聯(lián)了兩個(gè)急停按鈕SE1和SE2，將它們分別裝在電控制柜操作面板上和機(jī)床上，以方便操作。主電氣圖：外部電器接線圖：2.3控制器、驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置2.3.1 PAMC簡介 P

11、MAC（programmablemultiaxescontroller）是美國DeltaTau公司九十年代推出的開放式多軸運(yùn)動(dòng)控制器，它提供運(yùn)動(dòng)控制、離散控制、內(nèi)務(wù)處理、同主機(jī)的交互等數(shù)控的基本功能。PMAC內(nèi)部使用了一片MotorolaDSP56003數(shù)字信號處理芯片，它的速度、分辨率、帶寬等指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于一般的控制器。伺服控制包括PID加Notch和速度、加速度前饋控制，其伺服周期單軸可達(dá)60s，二軸聯(lián)動(dòng)為110s。產(chǎn)品的種類可從二軸聯(lián)動(dòng)到三十二軸聯(lián)動(dòng)。甚至連接MACRO現(xiàn)場總線的高速環(huán)網(wǎng)，直接進(jìn)行生產(chǎn)線的聯(lián)動(dòng)控制。與同類產(chǎn)品相比，PMAC的特性給系統(tǒng)集成者和最終用戶提供了更大的柔性。它允許同

12、一控制軟件在三種不同總線（PCXT和AT，VME，STD）上運(yùn)行，由此提供了多平臺(tái)的支持特性。并且每軸可以分別配置成不同的伺服類型和多種反饋類型。 PMAC2 PCI Lite - 4軸脈沖加方向和/或PWM直接輸出控制器。2.3.2 PAMC特點(diǎn)可以脫機(jī)運(yùn)行上位機(jī)控制與主機(jī)總線或者串口通訊(PC/104 可選USB或以太網(wǎng)通訊)在板DPRAM選項(xiàng)在板 ADC (Option12)n 32-bit 在板 I/On 輸出信號:模擬量(±10V), PWM, 脈沖信號 不同在于n 外形結(jié)構(gòu)n 總線接口n 控制軸數(shù)和I/O能力pmac做什么？執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序w PMAC 某一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)運(yùn)動(dòng),

13、 執(zhí)行這個(gè)運(yùn)動(dòng)所有的運(yùn)算w PMAC 對即將的運(yùn)動(dòng)指令提前進(jìn)行運(yùn)算執(zhí)行 PLC 程序w 在處理器允許的時(shí)間內(nèi)盡可能快的掃描后臺(tái)PLC w PLC用在任何與運(yùn)動(dòng)程序異步的任務(wù)場合 Pmac任務(wù)優(yōu)先級單字符輸入/輸出每個(gè)字符占用200納秒,最高優(yōu)先級保證PMA在字符操作時(shí)不會(huì)失去主機(jī)的控制換相更新缺省時(shí)無刷電機(jī)換相周期110微秒(換相操作占用3微秒 ),占用 PMAC運(yùn)算能力的3%伺服環(huán)更新計(jì)算新的指令位置,讀入新的實(shí)際位置,差值計(jì)算輸出,缺省的伺服更新時(shí)間442微秒(更新操作占用3060微秒),占用PMAC運(yùn)算能力7%實(shí)時(shí)中斷(每I8+1個(gè)伺服更新周期)運(yùn)動(dòng)程序準(zhǔn)備(每當(dāng)開始一個(gè)新的運(yùn)動(dòng),設(shè)置一

14、個(gè)內(nèi)部標(biāo)志)使能前臺(tái)PLC0 和 PLCC0 后臺(tái)任務(wù)執(zhí)行PLC和PLCC、通訊響應(yīng)和安全檢查。PAMC2的主要參數(shù): CPU時(shí)鐘（缺?。?40MHz 控制信號形式 ：PWM數(shù)字量 DPRAM選項(xiàng) ： 在板 在板I/O點(diǎn)數(shù) ：32IN/OUT+8IN 8 OUT 常用附件 ：ACC8F/ACC8S/ACC8E驅(qū)動(dòng)器參數(shù)： TYPE RYC152C3-VVT2 INPUT Voltage 200-230V Phase 3 F.L.C 9.2A Freq. 50or60Hz OUTPUT Voltage 98v Phase 3 F.L.C 10A Freq. 0-2000Hz Power 150

15、0W SER.No 03A329B045G012 2.4控制系統(tǒng)的硬件接線圖基于實(shí)驗(yàn)室的滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件接線圖：基于實(shí)驗(yàn)室的滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖：2.5系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)過程步驟1Pmac 調(diào)試軟件的安裝1、 打開PEWIN32 PR的文件夾雙擊安裝圖標(biāo)Install 1彈出安裝畫面如下：2、 單擊PEWIN32 Pro ，彈出安裝畫面；序列號: S/N:23017703、 輸入軟件的序列號，單擊OK，彈出安裝畫面；4、 單擊Next，彈出安裝畫面;5、 單擊Yes，彈出安裝畫面;6、 單擊Browse選擇安裝目錄，在單擊Next彈出安裝畫面;7、 單擊Next彈出安裝畫面;8、

16、單擊Next彈出安裝畫面;9、 單擊Finish，即安裝完P(guān)EWIN32 PRO軟件;10、 如果要繼續(xù)安裝PEWIN32 PRO軟件下其他的軟件包（有：PMAC Plot Pro，PMAC Tuning Pro，P1 Setup32 Pro，P2 Setup32 Pro，Tubro Setup32 Pro，UMAC Config Pro），可以在第一步中重新選擇相應(yīng)的軟件，再逐步向下安裝軟件即可（注：所有軟件的序列號相同）; 11、 重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)；安裝Service Pack4.0（補(bǔ)丁4.0）1、 打開Service Pack4.0的文件夾；2、 雙擊Prosp40, 彈出P rosp4

17、0.exe窗口在單擊Unzip將文件解壓到c:deltatau下；3、 彈出成功解壓窗口，單擊確定；4、 打開c:deltatauDisk1,雙擊Setup5、 彈出安裝向?qū)Т翱?，單擊Next；6、 彈出安裝向?qū)Т翱冢瑔螕鬘ext；7、 彈出安裝向?qū)Т翱?，單擊Next；8、彈出安裝向?qū)Т翱?，單擊Finish完成并重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)；PEWIN32PRO網(wǎng)口通信設(shè)定PEWIN32PRO 調(diào)試軟件介紹發(fā)送在線指令查看電機(jī)狀態(tài)設(shè)置M變量定義Watch窗口添加刪除查詢變量下載，上傳運(yùn)動(dòng)程序和PLC程序步驟4PID調(diào)整打開PMAC Tuning Pro2手動(dòng)調(diào)整PID步驟6坐標(biāo)系及軸定義設(shè)置 簡單運(yùn)動(dòng)程序的編寫（例程）簡單PLC程序的編寫（例程）2.6上位控制軟件人機(jī)界面（VC+） 為了滿足運(yùn)