基于PLC變頻器觸摸屏的伺服運(yùn)動控制的設(shè)計說明

1、 PAGE28 / NUMPAGES32化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文設(shè)計題目：基于PLC的伺服系統(tǒng)的運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計 姓 名： 迪 所在系部： 自動控制系 班級名稱： 電氣化1021 學(xué) 號： 1003150102 指導(dǎo)老師：嚴(yán)金云 2013年 4 月摘要本文采用運(yùn)動控制系統(tǒng)，完成三菱電機(jī)杯競賽的關(guān)于伺服電機(jī)如何實現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動控制系統(tǒng)。運(yùn)動控制模型包括：安裝臺面、XY伺服軸、旋轉(zhuǎn)工作盤三大部分。運(yùn)動控制 (Motion Control)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,實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動精確的位置控制、速度控制加速度控制、轉(zhuǎn)矩或力的控制。該系統(tǒng)由兩工位運(yùn)動控制系統(tǒng)組

2、成：2套伺服放大器與伺服電機(jī)、QD75系統(tǒng)模塊、變頻器、三菱可編程序控制器、觸摸屏等組成。通過個人計算機(jī)與PLC通訊輸入運(yùn)行程序，設(shè)定運(yùn)行參數(shù)后，QD75P2系統(tǒng)模塊控制伺服放大器的輸出，之后伺服放大器給伺服電機(jī)輸出信號，伺服電機(jī)反饋信號到伺服放大器，從而驅(qū)動跟蹤圓盤上的磁珠轉(zhuǎn)動；負(fù)載圓盤是通過變頻器控制的三相異步電動機(jī)控制運(yùn)行速度。工作盤是由交流變頻控制，工作盤上可用雙面膠固定多個磁鋼（）；圖中上端為XY十字工作臺（伺服電機(jī)控制），考慮到機(jī)械強(qiáng)度的問題，Y軸有兩個平行軸固定，其中左側(cè)的為主動驅(qū)動軸，右側(cè)為從動軸；X軸平面裝有霍爾傳感器；上方為旋轉(zhuǎn)工作臺，工作盤由交流電機(jī)（電機(jī)的速度由變頻器控

3、制）帶著轉(zhuǎn)動工作時，在工作盤放入磁鋼，當(dāng)工作盤轉(zhuǎn)動時，X軸上部安裝的傳感器須一直能夠?qū)?yīng)到磁鋼（XY軸隨動，傳感器保持檢測到磁鋼而不脫開）。構(gòu)建“PLC+伺服放大器+伺服電機(jī)+觸摸屏”的運(yùn)動控制系統(tǒng)。 電氣運(yùn)動控制是由電力拖動發(fā)展而來的,電力拖動或電氣傳動是對以電動機(jī)為對象的控制系統(tǒng)的通稱。從電力拖動開始,經(jīng)歷四十多年的發(fā)展過程,現(xiàn)代運(yùn)動控制已成為一個以控制理論為基礎(chǔ)，涵蓋電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)（電力電子器件、電力電子線路）、微電子技術(shù)、傳感器檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、微計算機(jī)技術(shù)和計算機(jī)仿真和輔助制造（CAM）技術(shù)等許多學(xué)科 ,且多種不同學(xué)科交叉應(yīng)用的控制技術(shù)。運(yùn)動控制系統(tǒng)多種多

4、樣,但從基本結(jié)構(gòu)上看,一個典型的現(xiàn)代運(yùn)動控制系統(tǒng)的硬件主要由上位計算機(jī)、運(yùn)動控制器、功率驅(qū)動裝置、電動機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器反饋檢測裝置等部分組成。其中的運(yùn)動控制器是指以中央邏輯控制單元為核心,以傳感器為信號敏感元件,以電機(jī)或動力裝置和執(zhí)行單元為控制對象的一種控制裝置它的主要任務(wù)是根據(jù)運(yùn)動控制的的邏輯、數(shù)學(xué)運(yùn)算,為電機(jī)或其它動力和執(zhí)行裝置提供正確的控制信號。關(guān)鍵詞：伺服電機(jī)；系統(tǒng)；控制目錄第一章 緒論 11.1伺服系統(tǒng)的研究背景與意義 1.2 私服系統(tǒng)的發(fā)展 1.3 伺服系統(tǒng)的國外研究現(xiàn)狀 1.4課題研究目的第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 52.1 系統(tǒng)總體設(shè)計 2.2 各功能模塊概述2.2.1.三菱

5、可編程控制器PLC2.2.2.三菱觸摸屏GOT2.2.3.三菱QD75系統(tǒng)模塊2.2.4.三菱變頻器FR-E7002.2.5.三菱伺服放大器+伺服電機(jī)2.2.6.三菱DA轉(zhuǎn)換模塊第三章系統(tǒng)的設(shè)計.83.1.系統(tǒng)硬件構(gòu)建3.2.系統(tǒng)軟件設(shè)計3.2.1工作流程圖3.2.2主要軟元件配置3.2.3程序分析與設(shè)計3.3.變頻器的配置參數(shù)3.4.伺服系統(tǒng)的配置參數(shù)3.5.觸摸屏的編制第四章系統(tǒng)調(diào)試 23第五章總結(jié)24附錄.25參考文獻(xiàn).27第一章 緒論1.1 伺服系統(tǒng)的研究意義伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)或給定值任意變化的自動控制系統(tǒng)，是控制理論、電力電子技術(shù)、電機(jī)技術(shù)

6、、微電子技術(shù)、檢測技術(shù)等學(xué)科相互發(fā)展融合的產(chǎn)物，是自動化學(xué)科與工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重要的分支。在機(jī)械制造行業(yè)、冶金工業(yè)，交通運(yùn)輸以與軍事上都得到了廣泛的應(yīng)用。伺服系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)對控制命令的快速跟蹤和響應(yīng)，所以伺服控制系統(tǒng)可以認(rèn)為是隨動控制系統(tǒng)，既可以是轉(zhuǎn)速的隨動控制，也可以是位置的隨動控制。在廣義的角度上看，電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)也可以認(rèn)為是伺服控制的一種，只不過在調(diào)速系統(tǒng)中，強(qiáng)調(diào)的被調(diào)量是電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，更加有效的實現(xiàn)功率變換。而伺服系統(tǒng)則強(qiáng)調(diào)忠實跟蹤給定信號，即按控制器發(fā)出的控制命令而動作，并產(chǎn)生足夠的力或力矩，使被驅(qū)動的機(jī)械獲得期望的運(yùn)動速度和位姿。伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓伺服到電氣伺服的過程。在電氣伺服系

7、統(tǒng)中，按驅(qū)動裝置的執(zhí)行元件電動機(jī)類型來分，通常分為直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)兩大類。六十年代以后，特別是七十年代以來，隨著電力電子學(xué)、微電子學(xué)、傳感技術(shù)、永磁技術(shù)和控制理論的驚人發(fā)展，尤其是先進(jìn)控制策略的成功應(yīng)用，交流伺服系統(tǒng)的研究和應(yīng)用取得了舉世矚目的發(fā)展，己具備良好的技術(shù)性能，其動、靜態(tài)特性已完全可與直流伺服系統(tǒng)相媲美，交流伺服系統(tǒng)取代直流伺服系統(tǒng)己成定局。其流永磁同步電機(jī) (PMSM)又以其結(jié)構(gòu)簡單、氣隙磁密高、功率密度大、轉(zhuǎn)動慣量小的優(yōu)點(diǎn)，成為研究的熱點(diǎn)。和直流電機(jī)相比，交流永磁同步電機(jī)沒有直流電機(jī)的換向器和電刷等缺點(diǎn)，和其他類型交流電動機(jī)相比，它由于沒有勵磁電流，因而功率因數(shù)高，力矩

8、慣量比大，定子電流和定子電阻損耗減小，且轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、控制性能好。現(xiàn)已廣泛用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、超大規(guī)模集成電路制造、柔性制造系統(tǒng)、載人宇宙飛船、電動工具以與家用電器等高科技領(lǐng)域。另一方面，高速數(shù)字信號處理芯片(DSP) 的快速發(fā)展也對伺服系統(tǒng)的發(fā)展起到了推動作用。DSP強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度使得先進(jìn)的控制技術(shù)如矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制等得以實現(xiàn)。并且DSP芯片部集成了A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字輸入/輸出、串口通信、電機(jī)控制PWM信號輸出等接口，使得伺服系統(tǒng)硬件設(shè)計更加靈活、簡易。鑒于以上情況，本文對基于DSP的永磁同步伺服電機(jī)的速度伺服系統(tǒng)進(jìn)行了研究。對交流伺服系統(tǒng)的深入研究，對于我國制造業(yè)

9、，國防工業(yè)，空間技術(shù)的發(fā)展，縮小與世界先進(jìn)國家的差距，能源節(jié)約都有著重要的意義。1.2 伺服系統(tǒng)的發(fā)展電機(jī)控制系統(tǒng)按照驅(qū)動電機(jī)的類型主要分為直流傳動系統(tǒng)和交流傳動系統(tǒng)。在70年代直流伺服電機(jī)己經(jīng)實用化了，在各類機(jī)電一體化產(chǎn)品中，大量使用著各種結(jié)構(gòu)的直流伺服電動機(jī)。傳統(tǒng)直流電動機(jī)采用的是機(jī)械式換向且存在電刷，使其在應(yīng)用過程中面臨著以下一些難以克服的缺點(diǎn): (1）維護(hù)工作量大、維護(hù)成本高； (2) 使用壽命短、可靠性低； (3) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、轉(zhuǎn)動慣量大、響應(yīng)速度慢； (4) 易對其它設(shè)備產(chǎn)生干擾、現(xiàn)場環(huán)境適應(yīng)能力差； 從而極限制了其在高精度、高性能要求的伺服驅(qū)動場合的應(yīng)用。而交流傳動系統(tǒng)的執(zhí)

10、行機(jī)構(gòu)一般采用感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)，特別是鼠籠型異步電動機(jī)一直是傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、效率較高，但存在著散熱和參數(shù)容易波動等問題。感應(yīng)式異步伺服電動機(jī)制造容易、價格低，不需要特殊維護(hù)。但控制上采用矢量變換控制，因而系統(tǒng)比較復(fù)雜。轉(zhuǎn)子電阻隨溫度變化而影響磁場定向的準(zhǔn)確性。同時，低速運(yùn)行時發(fā)熱比較嚴(yán)重，而低速運(yùn)行又往往是機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)經(jīng)常所處的運(yùn)行狀態(tài)。這種類型的交流伺服系統(tǒng)容易進(jìn)行弱磁控制，實現(xiàn)高速運(yùn)行，這是一個顯著的特點(diǎn)。在交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展初期，感應(yīng)式異步電動機(jī)交流伺服系統(tǒng)曾一度得到發(fā)展和應(yīng)用，但由于存在上述一些問題，這種系統(tǒng)在機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)驅(qū)動中并未得到普遍

11、的應(yīng)用。 與感應(yīng)電機(jī)相比，由于永磁同步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、效率高、功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)矩電流比高、轉(zhuǎn)動慣量低、易于散熱與維護(hù)保養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)特別是隨著永磁材料價格的下降、材料磁性能的提高，以與新型永磁材料的出現(xiàn)，在中小功率、高精度、高可靠性、寬調(diào)速圍的伺服系統(tǒng)中以永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)是越來越多，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步推廣，尤其在航空、航大、數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人等場合已獲得廣泛的應(yīng)用。1.3 伺服系統(tǒng)的國外發(fā)展現(xiàn)狀以前對永磁同步電機(jī)的研究由于條件的限制主要停留在固定頻率下對電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制研究，主要針對是電機(jī)速度穩(wěn)定以后的一些特性的研究以與在起動過程中的變化性能研究。同步電機(jī)起動時是通過對三相繞組

12、供電產(chǎn)生磁場從而先提供了轉(zhuǎn)矩來對轉(zhuǎn)子實現(xiàn)加速，并且逐漸將轉(zhuǎn)子速度與輸入的電壓頻率同步，從而實現(xiàn)了電機(jī)的同步旋轉(zhuǎn)。1980年以后隨著逆變器的發(fā)展壯大，國外的一些科研工作者把目光投向利用逆變器對永磁同步電機(jī)的控制。逆變器供電的永磁同步電機(jī)與直接起動的永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)基本一樣，但在大多數(shù)情況下無阻尼繞組。在逆變器供電情況下，永磁同步電機(jī)的原有特性將會受到影響，其穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性與恒定頻率下的永磁同步電機(jī)相比有不同的特點(diǎn)。隨著對永磁同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)性能要求的不斷提高，需要設(shè)計出高效率、高力矩慣量比、高能量密度的永磁同步電機(jī)，G.R.Slemon等人針對調(diào)速系統(tǒng)快速動態(tài)性能和高效率的要求，提出了現(xiàn)代

13、永磁同步電機(jī)的設(shè)計方法。80年代以來，國外很多大公司，如美國的AE公司、德國的西門子公司、科爾摩根公司，日本的富士通、松下、安川等對交流伺服控制器作了深入的研究，并推出一系列的產(chǎn)品，和國相比領(lǐng)先一步并占據(jù)多年的交流伺服驅(qū)動市場。為了打破這種局面，而后在我國的各個大學(xué)與研究所加強(qiáng)對這方面的研發(fā)和投入，以華中科技大學(xué)為首的高校、以機(jī)床研究所、中科院自動化研究所為主的國家高科技研究所等也逐步開始研究伺服驅(qū)動控制器，而且小有成果，適時地推出我們自主研發(fā)的交流伺服系統(tǒng)，這樣才徹底打破了堅冰，結(jié)束了外國公司一統(tǒng)天下的局面。但是在國畢竟伺服驅(qū)動仍然是一個難題，也只有少數(shù)有能力單位才能開發(fā)以正弦波為反電動勢的

14、永磁伺服系統(tǒng)而且只能做成小功率級的，不能滿足大型工業(yè)控制的要求，很多高科技企業(yè)由于多種原因的制約，其生產(chǎn)地東西是以無刷直流伺服系統(tǒng)為主，定位在低端用戶上，可靠性較差，并不能完全滿足要求。在技術(shù)壁壘的妨礙下，我國當(dāng)時在高性能、大功率、高精度的正弦波PMSM電機(jī)伺服系統(tǒng)研發(fā)方面顯得很蒼白，無法和日本，德國，美國的大公司相競爭，從而導(dǎo)致國大型性能高的永磁伺服市場被這些公司占據(jù)。這樣看來，盡管取得了一些成績，但是我國伺服控制器的研發(fā)與設(shè)計還在起步階段，和外國先進(jìn)技術(shù)廠商和集團(tuán)企業(yè)里還有很大的差距，尤其是在控制算法需要更多人的努力，一些先進(jìn)技矢量控制方法還落后很多，以至于控制效率不高。在這里，就需要國從

15、事這方面開發(fā)的技術(shù)骨干能夠加倍努力，奮勇前進(jìn)，為集體為國家在交流伺服驅(qū)動的領(lǐng)域里打下中國人的印記，最終在世界伺服控制的領(lǐng)域占據(jù)一席之地。1.4課題研究目的加強(qiáng)當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新意識、合作精神、實踐能力培養(yǎng)，是當(dāng)前高等教育教學(xué)改革的重要容之一。以競賽為載體，推動大學(xué)生的課外科技活動，將對深入開展高等學(xué)校教學(xué)改革，促進(jìn)學(xué)生基礎(chǔ)知識教育與綜合能力培養(yǎng)、理論與實踐的有機(jī)結(jié)合等方面起到積極地推動作用。為此，三菱電機(jī)自動化(中國)與中國各高校合作共同發(fā)起，每年開展一次面向高校在校學(xué)生(包括本科生、研究生和高職生)的科技競賽活動“三菱電機(jī)自動化杯”大學(xué)生自動化大賽，為優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造條件。作為全球自動化領(lǐng)域

16、的領(lǐng)導(dǎo)廠商，三菱電機(jī)以其優(yōu)秀的自動化產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)于全球各行業(yè)用戶。在中國，三菱電機(jī)是最早進(jìn)入的國際品牌之一，三菱電機(jī)的自動化產(chǎn)品正廣泛應(yīng)用于中國的各行各業(yè)。如今，成千上萬的三菱PLC、變頻器、伺服、CNC、網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)、低壓電器等產(chǎn)品在中國工業(yè)的各個領(lǐng)域運(yùn)行良好，為中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。本次自動化系統(tǒng)應(yīng)用競賽，旨在促進(jìn)大學(xué)生工程應(yīng)用能力的提高；激發(fā)當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)工程技術(shù)的興趣；培養(yǎng)創(chuàng)新能力、協(xié)作精神；提高自我管理能力、溝通技巧；體現(xiàn)“學(xué)以致用”的理念；考核學(xué)生的實際制作與調(diào)試技能；加強(qiáng)校際交流、校企合作。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計方案2.1伺服系統(tǒng)的總體設(shè)計整個系統(tǒng)應(yīng)該包含系統(tǒng)組成、設(shè)計、

17、調(diào)試、總結(jié)等部分。系統(tǒng)組成部分要包含整個控制系統(tǒng)中所用到的各個設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計部分需包含系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、變頻器的配置參數(shù)、伺服系統(tǒng)的配置參數(shù)以與觸摸屏的編制。實現(xiàn)過程：通過個人計算機(jī)與PLC通訊輸入運(yùn)行程序，設(shè)定運(yùn)行參數(shù)后，QD75P2系統(tǒng)模塊控制伺服放大器的輸出，之后伺服放大器給伺服電機(jī)輸出信號，伺服電機(jī)反饋信號到伺服放大器，從而驅(qū)動跟蹤圓盤上的磁珠轉(zhuǎn)動；負(fù)載圓盤是通過變頻器控制的三相異步電動機(jī)控制運(yùn)行速度。工作盤是由交流變頻控制，工作盤上可用雙面膠固定多個磁鋼（）；圖中上端為XY十字工作臺（伺服電機(jī)控制），考慮到機(jī)械強(qiáng)度的問題，Y軸有兩個平行軸固定，其中左側(cè)的為主動驅(qū)動軸，右側(cè)為從動

18、軸；X軸平面裝有霍爾傳感器；上方為旋轉(zhuǎn)工作臺，工作盤由交流電機(jī)（電機(jī)的速度由變頻器控制）帶著轉(zhuǎn)動工作時，在工作盤放入磁鋼，當(dāng)工作盤轉(zhuǎn)動時，X軸上部安裝的傳感器須一直能夠?qū)?yīng)到磁鋼（XY軸隨動，傳感器保持檢測到磁鋼而不脫開）。構(gòu)建“PLC+伺服放大器+伺服電機(jī)+觸摸屏”的運(yùn)動控制系統(tǒng)。2.2各功能模塊概述2.2.1 可編程控制器PLC三菱機(jī)公司推出的大型PLC,CPU類型有基本型CPU，高性能型CPU，過程控制CPU,運(yùn)動控制CPU, 冗余CPU等。可以滿足各種復(fù)雜的控制需求。三菱電機(jī)中G事業(yè)的快速發(fā)展，為了更好地滿足國用戶對三菱PLCQ系列產(chǎn)品高性能、低成本的要求，三菱電機(jī)自動化特推出經(jīng)濟(jì)型Q

19、UTE SET型PLC，即一款以自帶64點(diǎn)高密度混合單元的5槽Q00JCOU SET；另一款自帶2塊16點(diǎn)開關(guān)量輸入與2塊16點(diǎn)開關(guān)量輸出的8槽Q00JCPU-S8 SET，其性能指標(biāo)與Q00J完全兼容，也完全支持GX-Developer等軟件，故具有極佳的性價比。它具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)，易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎，系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護(hù)方便，改造容易，體積小，重量輕，能耗底等特點(diǎn)。使用的與Q系列的CPU連接的軟件是：GX-Developer。HMI-觸摸屏GOT三菱觸摸屏是三菱電機(jī)自動化產(chǎn)品中重要的產(chǎn)品線。電子微電技術(shù)飛速發(fā)展，工程師到現(xiàn)場作業(yè)人員對人機(jī)

20、交互的要求日益提高。觸摸屏從一般通用機(jī)械到大型復(fù)雜的控制系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。三菱觸摸屏以其高性能，適中的價格應(yīng)和了中G工控行業(yè)的需要，在國得到了廣泛的應(yīng)用。三菱觸摸屏產(chǎn)品在中G得到了不斷的發(fā)展。今年在中G地區(qū)與全球同步推出了性能更高，世界圍技術(shù)領(lǐng)先的新型人機(jī)界面GT1000系列。 F900系列三菱觸摸屏:是三菱電機(jī)公司推出小型高性能觸摸屏，體積小巧性能可靠，在小型機(jī)械電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 A900系列三菱觸摸屏:有256色，16色，8色等多種機(jī)型，供不同需要的用戶選擇。顯示效果出眾，有良好的通訊兼容性。深受中G用戶喜愛。GOT1000系列:是三菱電機(jī)公司最新隆重推出新一代人機(jī)界面產(chǎn)品。

21、顯示運(yùn)算通訊，綜合性能的高速化性能全面提升。GOT1000又分為GT15系列和GT11系列兩個系列。其中GT15為高性能機(jī)型，GT11為基本功能機(jī)型。它們均采用64位處理器，置有USB接口。對應(yīng)GOT1000系列的畫面設(shè)計軟件為GT Designer2 Version2軟件。在本次方案設(shè)計中采用三菱公司GT1155-QSBD-C，一個帶觸摸屏的彩色（液晶）顯示器，可以自由布置各種顯示與控制器件，方便明了，不僅取代了常規(guī)主令控制器件，省去PLC的輸入輸出點(diǎn)連接，實現(xiàn)人機(jī)對話，而且具有界面外觀新穎，在應(yīng)用中還可以進(jìn)行多屏畫面的切換，展現(xiàn)各種圖案和信息量。2.2.3 QD75系統(tǒng)模塊變頻器交流變頻調(diào)

22、速日益完善，調(diào)速方便簡單成為電機(jī)調(diào)速主流。三菱變頻器以其高性能，適中的價格應(yīng)和了中G工控行業(yè)的需要，在國得到了廣泛的應(yīng)用。節(jié)能的需要為三菱變頻器的應(yīng)用帶來了巨大的契機(jī)，三菱變頻驅(qū)動產(chǎn)品在中G得到了更大的發(fā)展。三菱變頻器主要有以下幾個系列：FR-S500系列變頻器:三菱電機(jī)公司推出的簡單易用型變頻器，廣泛就用于一般調(diào)速場合?？梢蕴峁㏑S-485通信功能。具有極高的性價比。 FR-E500系列三菱變頻器:一款小型高性能通用型變頻器，采用磁通矢量控制可以實現(xiàn)1HZ運(yùn)行150%轉(zhuǎn)距輸出，置RS-485通信接口，柔性PWM實現(xiàn)低噪音運(yùn)行。FR-A700系列三菱變頻器:三菱電機(jī)公司推出的新一代多功能重負(fù)載

23、用變頻器。發(fā)揮無傳感器矢量控制最高性能，采用了長壽命設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)功能更加豐富，支持支持CC-LINK通訊（選件）SSCNET（選件）RS-485通訊與各種主要網(wǎng)絡(luò)（Device-Net,Profibus-DP）。在本次方案中采用三菱公司FR-E700，控制負(fù)載圓盤的運(yùn)行速度，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng)、調(diào)速圍寬等。2.2.5 伺服系統(tǒng)系統(tǒng)由個人計算機(jī)、可編程控制器、伺服電機(jī)、伺服放大器構(gòu)成，通過計算機(jī)對PLC進(jìn)行控制，由PLC輸入信號給伺服放大器進(jìn)一步實現(xiàn)對伺服電機(jī)的控制，從而達(dá)到運(yùn)動控制的目的。2.2.6 D/A轉(zhuǎn)換模塊將來自可編程控制器的數(shù)值轉(zhuǎn)換成模擬量值（電壓）并輸出的模擬量特殊功能模塊。本次所

24、用的是Q00J-Q62DAN。第三章系統(tǒng)設(shè)計3.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)建根據(jù)本次創(chuàng)新大賽的要求，始終本著滿足安全、可靠的基本控制原則完成設(shè)計。系統(tǒng)模型（見下圖3-1所示）圖3-1 系統(tǒng)模型2）主電路圖系統(tǒng)控制裝置主電路如圖3-2所示。圖3-2 運(yùn)動控制裝置電氣原理圖系統(tǒng)的電氣控制接線圖（如圖3-3所示）。圖3-3整個系統(tǒng)的電氣控制接線圖c.電氣布置圖圖3-4 電氣布置圖3. 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計1）軟件設(shè)計主要是程序的編制。在編寫程序之前，必須新建工程，如圖4-5所示。圖3-5創(chuàng)建新工程新工程創(chuàng)建完成后，GX軟件I/O參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊參數(shù)PLC參數(shù)I/O分配，根據(jù)控制臺上的PLC模塊選擇PLC“類型”然后根據(jù)

25、點(diǎn)數(shù)寫“起始XY”。如圖2-6所示：圖3-6 GX軟件I/O參數(shù)設(shè)置2）D/A轉(zhuǎn)換模塊的主要性能參數(shù)設(shè)定見表3-1：表3-1：D/A轉(zhuǎn)換模塊的主要性能參數(shù)項目參數(shù)備注電壓輸入電流輸入輸入點(diǎn)數(shù)2通道通道輸入方式必須一致輸入要求DC -10V10VDC 4-20mA輸入超限會報錯輸入極限D(zhuǎn)C -12V12VDC 21mAI/O點(diǎn)數(shù)2點(diǎn)編程指令TO另外，D/A模塊的編寫程序時，對于參數(shù)設(shè)置應(yīng)在GX Developer軟中加以設(shè)置，如圖3-7所示：圖3-7 D/A參數(shù)設(shè)置3.2.1 系統(tǒng)工作流程圖1) 如圖3-8所示是運(yùn)動控制顯示系統(tǒng)正常運(yùn)行時的流程圖。圖3-8工作流程圖3.2.2 PLC系統(tǒng)編程主要

26、軟元件配置見表3-2。表3-2： 主要軟元件配置模塊編號軟元件地址作用備注1SM400PLC準(zhǔn)備就緒2X0QD75準(zhǔn)備就緒3X1同步標(biāo)志4X20正轉(zhuǎn)5 X21反轉(zhuǎn)6X23復(fù)位6X24緊急停止7X28伺服電機(jī)運(yùn)動方向：上8X29伺服電機(jī)運(yùn)動方向：下9X2A伺服電機(jī)運(yùn)動方向：左10X2B伺服電機(jī)運(yùn)動方向：右11Y4軸一停止12Y5軸二停止 程序分析與設(shè)計工作程序共分為六大塊：a.程序初始化QD75模塊在0通道，PLC的CPU先向QD75發(fā)送Y0信號，表示PLC準(zhǔn)備PLC完成，然后QD75反饋信號X0、X1表明QD75準(zhǔn)備就緒和同步完成。中間通過緊急停止Y24的常閉按鈕，輸出Y40、Y41兩個繼電器

27、。表明軟件和硬件全部準(zhǔn)備完成。 b.速度選擇通過X25、X26、X27三個開關(guān)選擇低速、中速、高速寫入到速度存儲D60中，后面通過M550把D60中的數(shù)據(jù)寫入K1518、K1618兩個軸的jog速度。在通過D61顯示在觸摸屏上對應(yīng)的軸一軸二的速度。 c.復(fù)位操作上面中間繼電器Y40、Y41的狀態(tài)為ON，通過觸摸屏復(fù)位開關(guān)使得X23為ON，然后置M550為ON，把QD75的復(fù)位指令9001寫入D32、D42執(zhí)行機(jī)械原點(diǎn)回歸，通過QD75專用指令ZP.PSTRT1、ZP.PSTRT2運(yùn)行“u0”通道中D30、D40中存儲的9001步驟指令，從而PLC成功把信號發(fā)給伺服放大器，伺服放大器控制伺服電機(jī)

28、機(jī)械原點(diǎn)復(fù)位，當(dāng)復(fù)位完成后M100、M190的狀態(tài)全部置ON，繼續(xù)下面步驟。后面速度寫入、速度顯示都得以執(zhí)行。同樣的方法運(yùn)行QD75的步驟1，使伺服系統(tǒng)運(yùn)行到圓上的一點(diǎn)。 d.運(yùn)行監(jiān)視與顯示為了更好的監(jiān)視伺服電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，我們從H0通道中的K800、K900中讀取出兩個電機(jī)所在的坐標(biāo)。并將其除以一萬方便顯示。為了更加方便的控制電機(jī)系統(tǒng)，還設(shè)置了手動控制，可以通過外部手動調(diào)節(jié)，也可以當(dāng)自動出錯后，通過手動控制。 e.三相異步電動機(jī)控制圓盤的運(yùn)行系統(tǒng)的圓盤是由三相異步電動機(jī)控制，會出現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種情況。我隊就加入了正反轉(zhuǎn)程序，通過X20、X21兩個開關(guān)來分別置位M15、M16為ON,M15、M

29、16形成互鎖。M15為ON后，把2寫入到D22中，再用QD75的專用指令ZP.PSTRT1 u0 D20 M20，軸一運(yùn)行第二個步驟，軸二在GX-Configurtor qp中設(shè)定成差補(bǔ)，輔助軸一運(yùn)行軌跡為圓。正轉(zhuǎn)完成后M20為ON，復(fù)位M15、M16。方便再一次正反轉(zhuǎn)。后面加上了緊急停止按鈕，在緊急停止可是使得電機(jī)在運(yùn)行中立即停止，以保護(hù)人身與設(shè)備的安全，而停止按鈕X22是停止下面將程序要運(yùn)行的動作。整個伺服系統(tǒng)中在觸摸屏中有Y44做為運(yùn)行指示燈。f.數(shù)模轉(zhuǎn)換首先是PLC的數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出-10V10V電壓調(diào)節(jié)變頻器的輸出，從而改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)速；然后是輸出的-10V10V電壓調(diào)節(jié)變頻器

30、的輸出，從而改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。通過TO H6 K0 H0 K1指令往DA模塊中的X0中寫入0，允許DA模塊進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。而置Y69為ON是允許DA模塊允許輸出電壓。向D71中寫入變換的數(shù)據(jù)，然后通過指令TO H6 K1 D71 K2把D71的數(shù)據(jù)變成電壓信號，從ch1通道輸出到變頻器2,、5接口。3.3變頻器的配置參數(shù)見表3-3.表3-3 變頻器的配置參數(shù)運(yùn)行之前所需設(shè)定的參數(shù)參數(shù)編號名稱圍設(shè)定值Pr0轉(zhuǎn)矩提升030%0Pr1上限頻率0120H120Pr2下限頻率0120 H0Pr3基準(zhǔn)頻率0400 H50Pr4高速0400 H80Pr5中速0400 H50Pr6低速0400 H

31、10Pr7加速時間036001Pr8減速時間036001Pr9電子過電流保護(hù)0500 0.05Pr79操作模式選擇0、1、2、3、4、6、72Pr125端子2設(shè)定增益0400 H50Pr 126端子4設(shè)定增益0400 H50Pr 160用戶參數(shù)讀取選擇0、1、99990D/A模塊輸出數(shù)字顯示參數(shù)設(shè)定Pr73模擬量輸入選擇0、1、10、1110（010V且極性可逆）Pr184RES端子功能選擇054（AU信號接通）C5端子4設(shè)定偏置頻率0400H0HC6端子4設(shè)定偏置03000HC7端子4設(shè)定增益03000H3.4. 伺服系統(tǒng)的配置參數(shù)見表3-4表3-4 伺服系統(tǒng)的配置參數(shù)3.5 觸摸屏GOT編

32、制本次制作中，首先用操作監(jiān)控畫面的軟件（GT Desinger2）制作GOT的畫面；然后將制作的監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)下載到GOT中；然后與PLC CPU連接運(yùn)行，開始進(jìn)行運(yùn)動控制。本系統(tǒng)采用PLC與觸摸屏的傳送路徑接口是RS232。編制觸摸屏?xí)r，應(yīng)該設(shè)定系統(tǒng)環(huán)境，設(shè)定型號，確定畫面的定格，如下圖3-9與圖3-10所示圖3-9 設(shè)定系統(tǒng)環(huán)境 圖 3-10設(shè)定畫面圖 例：M0為主站中軟元件所以其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置為其他站，網(wǎng)路號為0，站號為0。如圖4-11所示：圖3-11 觸摸屏通訊參數(shù)設(shè)置GOT觸摸屏主界面圖如3-12：3-12 系統(tǒng)系統(tǒng)主界面第四章系統(tǒng)調(diào)試1、調(diào)試準(zhǔn)備線路連接完成,系統(tǒng)程序已經(jīng)編制結(jié)束,準(zhǔn)備

33、好調(diào)試所用工具見表4-1。表4-1 調(diào)試工具表序號工具名稱型號數(shù)量1筆記本電腦戴爾、22USB電纜SC-09(USB)13Q-PLC編程電纜QC30R214HMI編程電纜GT09-C30USB-5P12、硬件調(diào)試a.通電前檢查：對照原理圖，確認(rèn)全部低壓與高壓控制回路間無不正確的連接；確認(rèn)全部PLC的輸出無“短路”現(xiàn)象；檢查設(shè)備電源輸入，并確認(rèn)與電氣控制原理圖設(shè)計要求相符。b.通電檢查：首先將PLC運(yùn)行開關(guān)置“STOP”，并確認(rèn)電氣控制系統(tǒng)的全部斷路器均置于“OFF”；合上總電源開關(guān)，（按照電氣控制原理圖）依次檢測各線路連接點(diǎn)的電壓，確認(rèn)符合原理圖要求；確認(rèn)全部輸入信號的電源電壓已經(jīng)符合PLC輸

34、入信號的要求。c.PLC輸入輸出信號的連接檢查：確認(rèn)全部輸入、輸出點(diǎn)外部無短路，且輸出點(diǎn)的外部電源電壓已經(jīng)符合PLC對應(yīng)輸出信號的要求，通過軟件對PLC輸出進(jìn)行強(qiáng)制ON/OFF，檢查輸出端連接的執(zhí)行元件動作情況。3、軟件調(diào)試a.檢查PLC部程序，確認(rèn)輸入程序正確；b.接通PLC電源，將PLC運(yùn)行開關(guān)置于“RUN”，使PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；c.通過GT軟件檢查觸摸屏畫面設(shè)置是否符合要求，檢查部參數(shù)設(shè)置是否正確；d.合上系統(tǒng)的電源開關(guān)，檢查系統(tǒng)各組成單元是否有報錯信息。第五章總結(jié)為了實現(xiàn)系統(tǒng)的快速響應(yīng)和靈活性。1、我們選擇了一臺三菱Q00J系列的PLC，并根據(jù)電氣系統(tǒng)控制接線在網(wǎng)孔板上展示出電路。元

35、件盡量布置嚴(yán)格按電氣規(guī)要求完成。工作臺上的交流電源連接線分置線槽是為了減少對信號線的干擾，元器件的金屬外殼也可靠接地了。2、根據(jù)任務(wù)編寫系統(tǒng)的PLC控制程序，繪制觸摸屏操作界面圖，配置正確的通信，確保整個系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)一致工作。3、通過三菱GX Developer軟件和GT Designer2畫面編制軟件，分別設(shè)計PLC和GOT的程序，最終實現(xiàn)在觸摸屏界面上的理想控制。使其能夠按照具體要現(xiàn)伺服系統(tǒng)，可以通過觸摸屏上的按鈕進(jìn)行系統(tǒng)控制，可以有效的控制伺服系統(tǒng)顯示。最終實現(xiàn)任務(wù)并將結(jié)果通過觸摸屏完美的展示出來，圓滿完成任務(wù)。附錄：主要設(shè)備與元器件清單附表1：主要元器件清單一覽表序號標(biāo)準(zhǔn)代號名稱類別型

36、號每臺件數(shù)規(guī)格1CPUAQ12PHCPU12主基板AQ38B-E13電源模塊AQ61P14QPLC存儲卡 1MAQ2MEM-1MBS15數(shù)字量輸入模塊AQX4116數(shù)字量輸出模塊AQY41P17系統(tǒng)模塊AQD75P218數(shù)字量輸入/輸出模塊用插頭AA6CON139U1U2伺服放大器AMR-J3-10A210伺服放大器CN1插頭AMR-J3-J3CN1211伺服電機(jī)AHF-KP13212編碼器電纜AMR-J3-ENCBL2M-A2-L213動力電纜AMR-PWS1CBL2M-A2-L214軟件AGX -Configurator-QP115QPLC編程電纜A116QF1電源開關(guān)BC65N-C20A

37、/2P1額定電流20A17GB1開關(guān)型穩(wěn)壓電源BDR-120-241AC220V/DC24V 5A18QF2斷路器BC65N-C06A/1P1額定電流6A/10A20KA1KA2直流繼電器帶座BMY4NJ/DC24V221SQ1SQ6磁簧開關(guān)CGH-KB-1.56一長開、一長閉出線長1.5m22終端固定件CGD623接地形接線端子CJ42-2.5D524電源端子CTG-COM20125聚錄乙烯軟銅線CBVR/500V30m40m20m20m0.3MM2藍(lán)色0.3MM2白色0.75MM2紅色1.5MM 2黃綠色226SA1帶燈選擇按鈕BLA42(S)XD2-10/24V27SB1帶燈按鈕BLA42(B)PD-11/DC24V G28ES1帶燈緊停按鈕BLA42(B