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)解讀

1、天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)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(jí)：組 員： 目錄第 1 章 課程設(shè)計(jì)任務(wù) TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 21.2課題來(lái)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) HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 系統(tǒng)的工作原理 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖（

2、電器原理圖） 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 控制器、驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置 8控制系統(tǒng)的硬件接線圖 11 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程 13上位控制軟件人機(jī)界面（ VC+ ）23 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第三章 參考資料 26第一章 課程設(shè)計(jì)任務(wù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程設(shè)計(jì)課題：第1組題目： 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 1

3、2 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(lái)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(duì)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(shí)去解決實(shí)際問(wèn) 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(shuō)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）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(guò)程。（6）* 開發(fā)出相應(yīng)實(shí)踐項(xiàng)目，并給出

4、指導(dǎo)書3、繪制上位控制軟件人機(jī)界面圖； （VC+）124、考核方式采用口試方式進(jìn)行考核（以小組為單位） ，成績(jī)按百分制評(píng) 定。其中小組分?jǐn)?shù)占 60%，個(gè)人成績(jī)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， 2003課題來(lái)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

5、有效率高、精度高、微給 進(jìn)、使用壽命長(zhǎng)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(cè)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(duì)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。31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

6、 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(duì)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(guò)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(duì) 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(duì)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?；?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)是由三相電

7、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(guò)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(duì)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(hào)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(hào)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(hào)。 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

8、光柵尺主要對(duì)滾珠絲桿的速度、 位置信 息進(jìn)行反饋，讓控制器或者驅(qū)動(dòng)器對(duì)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。41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(duì)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(cè)元件 直接對(duì)滾珠絲桿進(jìn)行位置檢測(cè)， 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：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，

9、并對(duì)電源進(jìn)行合理分 配，以保證控制系統(tǒng)安全可靠地工作， 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(rùn)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51 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(rùn)滑系統(tǒng)等。基于 PMAC2 型運(yùn)動(dòng)控制器的滾珠絲桿運(yùn)

10、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 圖為控制系統(tǒng)主電路，伺服變壓器 TM 將 380V 高壓變?yōu)?220V 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(lái)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(guò)電流保護(hù)， 控制系統(tǒng)可 以通過(guò)控制支路上的接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)支路的通斷電控制。 由于支路中 有接觸器， 因此可以通過(guò)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

11、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(guò)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)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

12、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。16主電氣圖：外部電器接線圖：17控制器、驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置2.3.1 PAMC 簡(jiǎn)介PMAC(programmable multi axes controller )是美國(guó) Delta Tau 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 Motorola DSP 56003 數(shù)字信號(hào)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

13、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(chǎng)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 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 (P

14、C/104 可選USB 或以太網(wǎng)通訊 ) 在板DPRAM 選項(xiàng) 在板 ADC (Option12)32-bit 在板 I/O輸出信號(hào) :模擬量 ( 10V), PWM, 脈沖信號(hào)不同在于外形結(jié)構(gòu)總線接口18控制軸數(shù)和 I/O 能力 pmac 做什么？ 執(zhí)行運(yùn)動(dòng)程序PMAC 某一時(shí)刻執(zhí)行一個(gè)運(yùn)動(dòng) , 執(zhí)行這個(gè)運(yùn)動(dòng)所有的運(yùn)算 PMAC 對(duì)即將的運(yùn)動(dòng)指令提前進(jìn)行運(yùn)算 執(zhí)行 PLC 程序在處理器允許的時(shí)間內(nèi)盡可能快的掃描后臺(tái) PLCPLC用在任何與運(yùn)動(dòng)程序異步的任務(wù)場(chǎng)合Pmac 任務(wù)優(yōu)先級(jí)單字符輸入 / 輸出每個(gè)字符占用 200 納秒 ,最高優(yōu)先級(jí)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

15、省時(shí)無(wú)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?。?40MH z控制信號(hào)形式 DPRAM 選項(xiàng) 在板 I/O 點(diǎn)數(shù) 常用附件： PWM數(shù)

16、字量： 在板： 32IN/OUT+8IN 8 OUT：ACC8F/ACC8S/ACC8E19驅(qū)動(dòng)器參數(shù)：TYPERYC152C3-VVT2INPUTVoltage200-230VPhase3F.L.C9.2AFreq.50or60H zOUTPUTVoltage98vPhase3F.L.C10AFreq.0-2000H zPower1500WSER.No03A329B045G012110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：11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：112系統(tǒng)調(diào)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程步驟1Pmac 調(diào)試軟件的安裝1 、 打開 PEWIN32 PR 的文件夾雙

17、擊安裝圖標(biāo) Install 1 彈出安裝畫面如下：2 、單擊 PEWIN32，彈出安裝畫面；序列號(hào) : S/N:23017701133、 輸入軟件的序列號(hào)，單擊 OK ，彈出安裝畫面；4、 單擊 Next ，彈出安裝畫面1145、 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1157、 單擊 Next 彈出安裝畫面8、 單擊 Next 彈出安裝畫面1169、 單擊Finish ，即安裝完 PEWIN32 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 Tunin

18、g 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(hào)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 rosp40.exe 窗口在單擊 Unzip 將文件解壓到 c:deltatau 下；1173、彈出成功解壓窗口，單擊確定；4 、打開 c:deltatauDisk1, 雙擊 Se