基于PROFIBUSDP的伺服驅(qū)動設(shè)計與調(diào)試設(shè)計說明

1、 PAGE24 / NUMPAGES28 學(xué)號 127301137 市職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計題目 基于PROFIBUS DP的伺服驅(qū)動設(shè)計與調(diào)試學(xué)生：專業(yè)班級：學(xué)院 (部)： 電子信息工程學(xué)院校指導(dǎo)教師： （副教授） 校外指導(dǎo)教師： 仲清清（生產(chǎn)部班長） 完成日期： 2015年 5月摘 要：運動控制系統(tǒng)在數(shù)控機床中的應(yīng)用，主要采用永磁同步交流伺服電機運動控制整個系統(tǒng)。此實驗室用的西門子s120進行實驗，伺服驅(qū)動控制器對伺服電機進行控制，用S120控制伺服電機直接進行驅(qū)動，本課題的核心是進行預(yù)定軌道的設(shè)定，這樣的話系統(tǒng)會穩(wěn)定，控制效果比較不錯。伺服控制器PROFIBUS-DP接口的引入，提高了工業(yè)自動

2、化運動控制的水平，使伺服電機在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的通信與控制更為方便、靈活和可靠，實際情況已證明這種控制方式效果好。PROFIBUS-DP總線和伺服控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中應(yīng)用非常廣泛，這為帶PROFIBUS-DP總線接口的伺服控制器提供了廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵字：自動化控制 伺服傳動 S120 PROFIBUS-DPAbstract：The application of motion control system in CNC machine tools, mainly adopts synchronous AC servo motor motion control system of the per

3、manent magnet. The SIEMENS S120 laboratory experiment, the contr-oller to control the servo motor drive, S120 control servo motor dir-ect drive, the core of this topic is the orbit of the set, if such a system will be stable, the control effect is good.Servo controller is the introduction of profibu

4、s-dp interface, raised the level of industrial automation control, servo motor in the industrial control network of communication and control is more convenient, flexible and reliable, good effect in actual situation has proved that this control method.Profibus-dp bus and servo control system is wid

5、ely used in industrial control, for the belt profibus-dp bus interface of servo controller provides a broad application prospect.Keywords: Automatic motion controlservodrive S120 Profibus-dp目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc4191507791.引言 PAGEREF _Toc419150779 h 1HYPERLINK l _Toc4191507802.概述 PAGERE

6、F _Toc419150780 h 2HYPERLINK l _Toc4191507812.1運動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc419150781 h 2HYPERLINK l _Toc4191507822.2西門子的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系 PAGEREF _Toc419150782 h 2HYPERLINK l _Toc4191507832.3 PROFIBUS-DP PAGEREF _Toc419150783 h 3HYPERLINK l _Toc4191507842.4設(shè)計容與工作安排 PAGEREF _Toc419150784 h 4HYPERLINK l _Toc4191507853

7、.設(shè)備的選型 PAGEREF _Toc419150785 h 6HYPERLINK l _Toc4191507863.1 PLC 基本單元 PAGEREF _Toc419150786 h 7HYPERLINK l _Toc4191507873.2控制單元的選型 PAGEREF _Toc419150787 h 8HYPERLINK l _Toc4191507883.3電機選型 PAGEREF _Toc419150788 h 11HYPERLINK l _Toc4191507893.4觸摸屏 PAGEREF _Toc419150789 h 12HYPERLINK l _Toc4191507903.

8、5電氣圖 PAGEREF _Toc419150790 h 14HYPERLINK l _Toc4191507914.軟件系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc419150791 h 16HYPERLINK l _Toc4191507924.1 系統(tǒng)的編程 PAGEREF _Toc419150792 h 16HYPERLINK l _Toc4191507934.2調(diào)試 PAGEREF _Toc419150793 h 18HYPERLINK l _Toc419150794總結(jié) PAGEREF _Toc419150794 h 23HYPERLINK l _Toc419150795致 PAGEREF _T

9、oc419150795 h 24HYPERLINK l _Toc419150801參考文獻： PAGEREF _Toc419150801 h 25引言隨著工業(yè)自動化技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC應(yīng)用領(lǐng)域大大擴展，PLC技術(shù)已經(jīng)成為自動化行業(yè)核心應(yīng)用技術(shù)。西門子S-7300PLC是目前市場占有率極高的大中型PLC，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。其中HYPERLINK :/ eepw .cn/news/listbylabel/label/Profibus-DPProfibus-DP是一種高速(數(shù)據(jù)傳輸速9.6k

10、bit/s-12Mbit/s)經(jīng)濟的設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)，主要用于現(xiàn)場控制器與分散I/O之間的通信，可滿足交直流調(diào)速系 統(tǒng)快速響應(yīng)的時間要求。由于其高可靠性、高性能、實時性好與其獨特的設(shè)計，已被幾乎全部的生產(chǎn)廠商和用戶所接受。伺服電機具有結(jié)構(gòu)緊湊性,比較容易控制,能夠穩(wěn)定運行,反應(yīng)快等優(yōu)越性,越發(fā)成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的一個重要運動控制的操作。在實際控制PROFIBUS-DP被廣泛應(yīng)用運用PROFIBUS總線對伺服的控制具有很重要的現(xiàn)實意義。2概述2.1運動控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀運動控制系統(tǒng)是機械運動的驅(qū)動裝置，電機為控制對象，控制器為核心，與執(zhí)行器，電力電子裝置的電力改造，電氣傳動控制系統(tǒng)的引導(dǎo)下自動控制理論。這

11、種系統(tǒng)來控制電機的轉(zhuǎn)矩，速度和角度，將電能轉(zhuǎn)換成機械能，進行機械運動要求的運動。在電氣時代，汽車已在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著非常重要的作用。不僅在交通運輸，醫(yī)療保健，商業(yè)和辦公，并在家電和消費電子產(chǎn)品，各種電機的廣泛應(yīng)用。從直流到交流電機控制系統(tǒng)，開環(huán)閉環(huán)，從模擬到數(shù)字，是基于網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中PC機和運動控制的伺服控制系統(tǒng)，每個進程的發(fā)展在很大程度上，促進了運動控制系統(tǒng)的發(fā)展。近年來，伺服驅(qū)動控制的產(chǎn)品開始走向了機械類的舞臺上，所以機械了的產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量成為了我們最關(guān)心的問題。因此，近年來許多廠商開始使用通用伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，使得通用伺服驅(qū)動控制產(chǎn)品在之前許多冷門的產(chǎn)業(yè)中逐漸的發(fā)展起來了。2

12、.2西門子的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系一般來說,企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)可以分為三個層次:企業(yè)和車間級和現(xiàn)場級水平。企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)為企業(yè)的高層管理人員,企業(yè)的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù),提高企業(yè)的管理水平。車間級通信網(wǎng)絡(luò)之間的企業(yè)層次和領(lǐng)域之間的水平。它的主要任務(wù)是解決不同的進程之間的通信需要協(xié)調(diào)工作在車間,通信速度可以傳輸大量的數(shù)據(jù)和少量的控制數(shù)據(jù)。西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)主要由AS-I,工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線, ,EIB總線組成。 (1)AS-iASI接口是開放的國際標準EN50295，用于現(xiàn)場級小數(shù)據(jù)量的傳送。(2)EIB歐洲安裝總線是一種特殊的現(xiàn)場總線標準使用在智能建筑領(lǐng)域,具有開放性的特點,可操作性和靈活性?？梢酝ㄟ^編程改變EIB

13、總線智能設(shè)備功能,它不僅可以完成諸如開關(guān)、控制、監(jiān)測等,還可以根據(jù)不同的需求進行組合。 (3)PROFIBUSPROFIBUS總線是一種國際標準IEC61158 111型的一部分,它定義了連續(xù)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的技術(shù)特點。從字段級控制器的串行總線單元分布式數(shù)字可編程網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)應(yīng)用特點,現(xiàn)場總線分為:現(xiàn)場總線,PROFIBUS-FMS - DP和PROFIBUS - PA三個版本兼容?，F(xiàn)場總線不僅適用于工廠自動化和過程自動化,也適用于交通工程、發(fā)電、輸電和配電等。 (4)工業(yè)以太網(wǎng)具有PROFInet是基于IEEE 802.3(以太網(wǎng))強大的區(qū)域單位和網(wǎng)絡(luò),是一個重要的國際標準IEC61158的一部

14、分。PNO具有PRoFInet,是一個全面的現(xiàn)場總線系統(tǒng)垂直整合、開放和一致的解決方案。工廠自動化和企業(yè)信息管理技術(shù)有機地結(jié)合起來,并充分保留了現(xiàn)有開放的現(xiàn)場總線。2.3 PROFIBUS-DP傳統(tǒng)的現(xiàn)場級與車間級與控制系統(tǒng)主要特點之一是，現(xiàn)場級的設(shè)備與控制器之間的連接是一對一的。所謂I/O接線方式，即傳遞420mA或DC24V信號。主要有以下缺點:信息集成能力不強系統(tǒng)不開放，可集成性差，專業(yè)性不強可靠性不易保證可維護性不高由于現(xiàn)場級設(shè)備信息不全，現(xiàn)場級設(shè)備的在線故障診斷，報警，記錄功能不全。另一方面也很難完成現(xiàn)場設(shè)備的遠程參數(shù)設(shè)定，修改等參數(shù)化功能，影響了系統(tǒng)的可維護性。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，

15、結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，和遠程傳輸?shù)拇型ㄐ欧绞皆诠I(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。具有串行通信接口的設(shè)備如果采用了統(tǒng)一的通信協(xié)議，便可以通過一對一雙絞線來實現(xiàn)現(xiàn)場信號的傳輸?；诂F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)使用一根通信電纜，將所有的具有統(tǒng)一的通信協(xié)議通信接口的現(xiàn)場設(shè)備連接，這樣的話，在設(shè)備層傳遞的不再是I/O信號，而是基于現(xiàn)場總線的數(shù)字化通信，由數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成現(xiàn)場級與車間級自動化監(jiān)控與信息集成系統(tǒng)。其具有以下優(yōu)點：增強現(xiàn)場級信息集成的能力開放式，互操作性，互換性，可集成性系統(tǒng)可靠性提高，可維護性好降低了系統(tǒng)與工程成本PROFIBUS由PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-P

16、A三個部分構(gòu)成。其中，PROFIBUS-DP用來分散外設(shè)與控制設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適和用于加工自動化領(lǐng)域；PROFIBUS-FMS適用于紡織，樓宇自動化,PLC和抵押開關(guān)等，適合用于一般自動化；PROFIBUS-PA是過程自動化設(shè)計的總線類型，使用的是擴展的PROFIBUS-DP協(xié)議，還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的PA行規(guī)，適合用于過程自動化。2.4設(shè)計容與工作安排本課題以西門子的先進運動控制系統(tǒng)設(shè)備為平臺，通過上位機軟件對PLC進行編程，并通過伺服驅(qū)動控制器進一步控制伺服電機，利用西門子的軟件，對系統(tǒng)的硬件與軟件進行組態(tài)，并且將觸摸屏添加到系統(tǒng)中，最終實現(xiàn)利用觸摸屏來控制伺服電機?；谥暗南到y(tǒng)組

17、態(tài)，在軟件中進行編程，控制伺服電機的速度、相對運動的速度與位置、絕對運動的速度與位置以與同步運動的速度與速度比，實現(xiàn)了基本的定位功能。本課題的重點是對西門子先進運動控制系統(tǒng)的軟硬件的熟悉，因此前期所花費的時間比較多，在熟悉了軟硬件之后，接下來是對控制對象確定控制方案，在控制方案的選取上，進行了多個方案的比較，最終確定對電機進行相對運動、絕對運動以與同步運動的控制。在程序編寫的時候，軟件方面遇到了一些難題，由于對西門子的編程軟件不是非常的熟悉，編程也花了許多時間，在指導(dǎo)老師的幫助下，解決了編程時遇到的問題與困難，最后實現(xiàn)了課題的研究容。3.設(shè)備選型SINAMICS S120是西門子新一代的驅(qū)動控

18、制系統(tǒng)，它是集V/F、矢量和伺服控制于一體的驅(qū)動系統(tǒng)，多軸資源共享的理念和模塊化的設(shè)計使得它能實現(xiàn)高效而又復(fù)雜的運動控制，其性能遠遠超過同類系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的組成如圖所示。圖3.1 SINAMICS S120驅(qū)動控制系統(tǒng)組成圖圖3.2 SINAMICS S120驅(qū)動控制系統(tǒng)實際圖3.1 PLC 選型PLC選型一般根據(jù)以下幾個方面：合理的結(jié)構(gòu)形式，PLC主要有的是整體式與模塊式這兩種結(jié)構(gòu)形式。模塊式PLC性能好但價格貴，相比整體式PLC性能雖然有所降低但價格實惠，適和用于普通運用，所以這次設(shè)計選用整體式PLC。相應(yīng)功能的要求，小型的PLC的有邏輯運算、計數(shù)、定時等功能對于常規(guī)控制要求完全可以滿足，

19、對于一些簡單的模擬量運用，只需添加A/D、D/A模塊即可，所以選用小型的PLC。響應(yīng)速度要求，PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足它應(yīng)用圍的需求。這次設(shè)計只是普通運用，所以選用常規(guī)PLC。I/O點數(shù)，I/O點數(shù)需根據(jù)實際控制要求并留有一定的余量，點數(shù)過多會浪費，點數(shù)過少會導(dǎo)致系統(tǒng)不能完成控制要求，所以合適的點數(shù)很重要。西門子S7-300系列的PLC 有許多種，本課題選用的是CPU315T-2DP，實物如圖2-1所示。該控制器集成運動控制功能，在西門子傳統(tǒng)的運動控制系統(tǒng)中，采用S7 CPU 加 FM353/354/357-2 定位模塊來實現(xiàn)運動控制。用戶不僅需要

20、花費許多的時間學(xué)習(xí)復(fù)雜的 NC 編程語言， CPU315T-2DP 則講這些功能都集成在了SIMATIC S7-300T-CPU Technology 系統(tǒng)固件中，因此不需要話費大量的時間和精力去解決這些問題，所以本課題選用CPU315T-2DP作為系統(tǒng)的控制器。CPU315T的優(yōu)點有： 具有中等規(guī)模的程序存儲容量和程序框架 對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理能力 集成的PROFINET 接口 組合了MPI/PROFIBUS DP- 主/ 從接口 在PROFINET 上實現(xiàn)基于組件的自動化圖3.3CPU315T-2DP實物圖3.2控制單元選型SINAMICS推動西門子新一代產(chǎn)品,它將逐步取代現(xiàn)

21、有的驅(qū)動系統(tǒng)MASTERDRIVES和SIMODRIVE系列對象,如圖3 - 2。SINAMICS S120 SINAMICS之一驅(qū)動系統(tǒng)具有模塊化設(shè)計,可以提供高性能單引號和雙軸驅(qū)動,和廣泛的工業(yè)應(yīng)用。由于其靈活、高性能、SINAMICS S120軸的驅(qū)動系統(tǒng)和性能需求的數(shù)量不斷增長的應(yīng)用完美的滿足。聯(lián)合國大會模塊和SINAMICS S120可以擴大選擇各種各樣的應(yīng)用程序控制單元(CU)執(zhí)行一個司機操作過程操作和控制功能,并提供一個連接到主機控制器接口。SINAMICS S120有以下模塊:電源模塊為直流母線提供電源；電機模塊逆變器，為電機提供運行電源；交流驅(qū)動器功率模塊其置了電源模塊；直流

22、母線模塊為其他模塊提供穩(wěn)定的直流電源；網(wǎng)側(cè)功率元件模塊例如熔斷器，接觸器，電抗器，濾波器 。圖3.4 SINAMICS S120 驅(qū)動控制器實物圖 = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 電源模塊電源模塊是我們常說的整改或整改/反饋單元,它是三相交流到直流電源模塊,電機,反饋功能模塊也可以直流反饋給電網(wǎng)。根據(jù)是否有反饋功能和反饋模式,電源模塊分為以下三種:基本類型電源模塊:整流單元,但沒有反饋功能。地面上的制動單元可以實現(xiàn)快速制動。BLM是三相交流變成直流,只能依靠制動單元和制動電阻實現(xiàn)制動。這本書分為BLM類型(20千瓦,40千瓦,100千瓦)和閣(200千瓦、250千瓦),閣類型,

23、請參考其他的相關(guān)信息。部冷卻和冷板BLM型兩種類型的書籍,有兩種電源電壓閣:BLM 380 - 480真空吸塵器和480 660 vac。在實際應(yīng)用程序中,BLM必須安裝電網(wǎng)和電力之間的對應(yīng)反應(yīng)堆。智能功率模塊(SLM:智能模塊,也稱為非穩(wěn)壓電源模塊):整流/反饋單元,但直流總線電壓可調(diào)。SLM是三相交流變成直流,直流電源網(wǎng)格,但直流總線電壓不能調(diào)整,所謂的非穩(wěn)壓電源模塊。5千瓦和10 千瓦 SLM,終端X22:2選擇是否需要能量反饋;16千瓦和36千瓦SLM,可以選擇是否需要反饋的能量通過參數(shù)。電力供應(yīng)是不允許返回,也可以連接一個電阻和制動單元實現(xiàn)制動。5千瓦和10 kw SLM由終端控制,

24、而16千瓦和36千瓦的SLM由Drive-CLiQ控制接口,在接口和數(shù)據(jù)交換主要控制單元。SLM的供電電壓380480 v,5-36Kw功率圍。在實際應(yīng)用程序中,必須安裝相應(yīng)的網(wǎng)格和BLM之間動力反應(yīng)堆。36千瓦SLM,我們建議使用過濾器。有功功率模塊(ALM:主動線模塊,也稱為穩(wěn)壓電源模塊):整流/回饋單元,和直流總線電壓可調(diào)。ALM是三相交流變成直流,直流電源網(wǎng)格,和直流母線電壓的閉環(huán)控制,所謂的穩(wěn)壓電源模塊。較BLM和SLM,因為ALM可以調(diào)整直流總線電壓,因此,即使電網(wǎng)電壓波動和ALM整流器可以維護總線電壓的穩(wěn)定。電力供應(yīng)是不允許返回,也可以連接一個電阻和制動單元實現(xiàn)制動。主控制單元通

25、過Drive-CLiQ接口集成在ALM進行控制。這本書ALM類型,供電電壓是380 - 480 v,權(quán)力是16 - 120千瓦。閣ALM類型,當電源電壓380 - 480 v,權(quán)力是132 - 900千瓦,660 - 690 v電源電壓時,電源是560 - 1400千瓦。在實際應(yīng)用程序中,必須安裝相應(yīng)的網(wǎng)格和ALM之間動力反應(yīng)堆。為大于或等于36千瓦ALM,必須使用匹配濾波器?；顒咏涌谀K目標(活躍的接口模塊),目標是安裝在電網(wǎng)和ALM,它集成濾波器,預(yù)充電電壓監(jiān)控電路和電源電路。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 電機模塊 電機模塊就是SINAMICS S120中的逆變單元，它

26、是將540V 或600V 的直流電逆變成三相交流電。目前的電機模塊有兩種類型：書本型和裝機裝柜型。書本型又分為單軸電機模塊和雙軸電機模塊。電機模塊和主控單元之間通過DRIVE-CLIQ 接口，進行快速數(shù)據(jù)交換。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 控制單元 SINAMICS S120 DC/AC 多軸驅(qū)動控制單元即CU320，它是驅(qū)動系統(tǒng)的大腦，負責(zé)控制和協(xié)調(diào)整個驅(qū)動系統(tǒng)中的所有模塊，完成各軸的電流環(huán)、速度環(huán)甚至位置環(huán)的控制，并且同一塊CU320 控制的各軸之間能相互交換數(shù)據(jù)，這一特征廣泛被用作多軸之間的簡單的速度同步。根據(jù)連接外圍I/O 模塊的數(shù)量、軸控制模式、所需的功能以與CF

27、 卡的不同，1 塊CU320 能夠控制軸的數(shù)量也不同。圖3.5 CU320實物圖3.3電機選型西門子伺服電機定子結(jié)構(gòu)基本相似的階段電容式單相異步電動機。交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子通常是由鼠籠式,但為了機械性能與速度的線性圍寬,因此,伺服電機的性能,沒有“旋轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速反應(yīng),與普通汽車相比,大型和小型慣性轉(zhuǎn)子電阻的這兩個特點。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中使用的兩種形式:一是由導(dǎo)電材料的高電阻率的高電阻率的鼠籠式轉(zhuǎn)子;另一個是由鋁合金空心杯轉(zhuǎn)子,杯子壁很薄,只有0.2 - -0.3毫米,以減少磁路的磁阻,空心杯轉(zhuǎn)子定子在固定的地方?？招谋D(zhuǎn)子慣性小,響應(yīng)快,穩(wěn)定運行,所以它被廣泛采用。控制電壓時,定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子

28、沿旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場,在恒定負載的情況下,電機速度控制的大小與電壓變化的電壓相對相位控制,伺服電機將會逆轉(zhuǎn)。根據(jù)以上原則,本文選擇西門子1 fk7系列電機,1 fk7系列電機的永磁同步電動機是非常緊湊的。根據(jù)不同的應(yīng)用程序,您可以自由選擇編碼器。隨著集成變速箱選項和一個廣泛的產(chǎn)品1 fk7系列電機可應(yīng)用于各種場合?？梢詽M足的要求改進機器。1 fk7系列電動機和SINAMICS S120高性能驅(qū)動系統(tǒng)有機地結(jié)合起來,可以實現(xiàn)精確的速度和位置的控制。1 fk7系列電動機只有自然冷卻,沒有外部冷卻系統(tǒng),通過電動機熱表面發(fā)射。1 fk7電機具有較強的過載能力。它具有一些優(yōu)點:高功率密度;廣泛應(yīng)用,完成模

29、型;轉(zhuǎn)子慣量低、高動態(tài)響應(yīng)。西門子1 fk7伺服電機的應(yīng)用圍廣泛，如：機床、輔助軸、機器人和機械手、包裝/塑料和紡織機器和石器加工。圖3.6 伺服電機圖3.7 伺服電機接入PROFIBUS-DP系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖3.4觸摸屏根據(jù)觸摸屏的工作原理和傳輸信息的介質(zhì)，把觸摸屏劃分為四種：紅外掃描觸摸屏，電阻壓力觸摸屏，電容感應(yīng)式觸摸屏，表面聲波式觸摸屏。本課題以西門子TP177B觸摸屏作為人機界面。觸摸屏正視圖和后視圖分別如圖3-5、圖3-6所示。圖3.8 觸摸屏正視圖 多媒體卡插槽 顯示屏/觸摸屏 安裝密封墊 安裝卡件凹槽圖3.9 觸摸屏后視圖 多媒體卡插槽 標牌 DIP 開關(guān) 接口名稱3.5電氣原理圖

30、經(jīng)過前期資料的收集，對SINAMICS S120控制器進行了CAD原理圖的設(shè)計，具體的電路圖如圖3.10- 3.12所示：圖3.10 SINAMICS S120 電源模塊圖圖3.11 SINAMICS S120 主電路圖圖3.12 SINAMICS S120 主電路圖備注：X3:1-820為DI輸入端子排X4:1-16為DO輸入端子排4.軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1 系統(tǒng)編程STEP7 是一個用于對西門子 S7-200系列PLC、S7-300系列PLC、以與S7-400系列PLC創(chuàng)建、測試、維護和編寫程序的工具。它可以讀取PLC的設(shè)備型號和地址信息，可以使得PLC和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行通信。該軟件具有如下

31、特點：（1）統(tǒng)一的Windows開發(fā)環(huán)境:使用Windows環(huán)境下的各種工具能夠同時在不同程序之間進行剪切或粘貼程序語句或者他數(shù)據(jù)，能夠毫不費力的對項目進行設(shè)計以與后期的開發(fā)工作。（2）能在以下工業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)各種各樣的自動化控制任務(wù)：汽車工業(yè)；生產(chǎn)制造工程；過程控制工程；專業(yè)機械制造；通用機械制造；包裝工業(yè)；食品和煙草工業(yè)；塑料加工；（3） 其特點有：* 效率比較高，而且方便，大大減少了成本和時間。* 性能比較高的系統(tǒng)診斷功能，可以使控制器能夠更好地被利用，大大提高了工作的效率。* 可以提供可以組態(tài)的過程，用來減少時間，增加產(chǎn)品的數(shù)量跟質(zhì)量，可以省去大量的故障跟時間。主程序根據(jù)第一章所確定的控制

32、方案，對伺服電機的相對運動、絕對運動與同步運動分別進行編程，程序如下：4.1主程序圖4.2子程序1圖4.3子程序2圖4.4變量地址4.2調(diào)試硬件組態(tài)打開SIMATIC Manager ，選擇新建項目，在創(chuàng)建好的項目中添加一個SIMATIC T Station ,PLC的型號選擇315T-2DP，完成創(chuàng)建后，進行系統(tǒng)的硬件組態(tài)，如圖3-4所示。圖4.5 硬件組態(tài)其中，CP343-1的IP地址就是PLC的地址，為：1。如圖3-5所示。圖4.6 CP343-1地址設(shè)置完成系統(tǒng)的基本硬件組態(tài)后，進行編譯，在沒有錯誤的情況下將組態(tài)下載到CPU中，此時可以看到PLC上的指示燈為綠燈，說明硬件組態(tài)沒有問題。

33、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在SIMATIC中打開NetPro,完成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。PLC與驅(qū)動控制系統(tǒng)之間的通信采用DP通信，進行數(shù)據(jù)的交換。PLC與觸摸屏、上位機之間的通信方式則是以太網(wǎng)通信，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)如圖3-6所示。圖4.7系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中需要添加一個PG/PC，通過一個虛擬的路由，上位機可以對驅(qū)動控制系統(tǒng)進行控制，PG/PC的地址為上位機的地址。驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置在已經(jīng)創(chuàng)建好的項目中打開S120_CU320_2_DP中的Commissioning，如圖3-7所示。圖4.8驅(qū)動系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置在出現(xiàn)的界面中對設(shè)備進行初始化，然后對每一個伺服電機進行組態(tài)，兩個電機的組態(tài)基本一樣，首先對第一個電機即

34、SERVO_02進行組態(tài)，如圖3-8所示。圖4.9 SERVO_02組態(tài)用同樣的方法對第二個電機即SERVO_03進行組態(tài)，如圖3-9所示，完成組態(tài)后將項目下載到驅(qū)動控制器的控制單元中，即CU320，進行基本功能的測試，監(jiān)測通信是否正常，電機是否正常。圖4.10 SERVO_03組態(tài)在軟件的控制面板中可以分別對每個電機進行速度的設(shè)置，這樣可以快速地對電機的正常進行判斷。結(jié)論伺服電機具有結(jié)構(gòu)緊湊性,比較容易控制,能夠穩(wěn)定運行,反應(yīng)快等優(yōu)越性,越發(fā)成為現(xiàn)代工業(yè)自動化的一個重要運動控制的操作。特別是在自動化程度相對較高,并且需要精確控制速度、位置、轉(zhuǎn)矩和其他應(yīng)用程序,被廣泛使用。雖然PROFIBUS-DP不像SERCOS、MACRO、Fire Wire是專門為運動控制而開發(fā)的，但是在實際控制中PROFIBUS-DP被廣泛應(yīng)用，所以運用PROFIBUS總線對伺服的控制具有很重要的現(xiàn)實意義。伺服控制器PROFIBUS-DP接口的引入，提高了工業(yè)自動化運動控制的水平，使伺服電機在工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的通信與控制更為方便、靈活和可靠，實際情況已證明這種控制方式效果好。PROFIBUS-DP總線和伺服控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中應(yīng)用非常廣泛，這為帶PROFIBUS-DP總線接口的伺服控制器提供了廣闊的應(yīng)用前景。致很感我的指導(dǎo)老師