電氣控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試模塊四基于PLC和觸摸屏的伺服電機控制設計課件

1、模塊四 基于PLC和觸摸屏的伺服電機控制設計 本章主要介紹伺服電機及伺服驅(qū)動器的工作原理、結構、接線，伺服驅(qū)動器的參數(shù)設置，通過PLC程序設計掌握伺服電機的實際運用，能夠利用PLC和觸摸屏對伺服電機進行綜合控制。學習目標： 1.了解伺服電機與步進電機的區(qū)別 2.掌握伺服電機和伺服驅(qū)動器的結構 3.掌握伺服電機的參數(shù)設置 4.掌握伺服電機及伺服驅(qū)動器的接線 5.掌握PLC對伺服電機的控制指令 6.能夠利用PLC、觸摸屏對伺服電機進行綜合控制 01三個任務： 項目4.1 伺服電機及伺服驅(qū)動器認知1項目4.2 伺服系統(tǒng)的參數(shù)設置及簡單控制3項目4.3 基于PLC和觸摸屏的伺服系統(tǒng)控制設計2/ 模塊四

2、02項目4.1 伺服電機及伺服驅(qū)動器認知一、項目任務 掌握伺服電機及伺服驅(qū)動器的型號含義，將伺服電機正確安裝在絲杠螺母副的模塊上，按照位置控制模式正確連接伺服驅(qū)動器和PLC。二、項目準備 伺服電機、伺服驅(qū)動器、三菱PLC、電腦、通訊線、接線工具/ 模塊一/ 項目4.103三、項目分析1、伺服驅(qū)動與步進驅(qū)動的區(qū)別 / 項目4.1(1).控制精度不同(2).低頻特性不同(3).矩頻特性不同(4).過載能力不同(5).速度響應性能不同04三、項目分析/ 項目4.12、158GA裝置選用的伺服驅(qū)動和伺服電機圖4-1 臺達的ECMA 系列伺服電機型號說明圖4-2 伺服電機結構概圖05三、項目分析/ 項目

3、4.12、158GA裝置選用的伺服驅(qū)動和伺服電機圖4-3 ASDA-AB系列伺服驅(qū)動器型號說明06三、項目分析/ 項目4.12、158GA裝置選用的伺服驅(qū)動和伺服電機表4-1 ASDA-AB系列伺服驅(qū)動器端子說明 模式名稱模式代號模式碼說明單一模式位置模式（端子輸入）Pt00驅(qū)動器接受位置命令，控制電機至目標位置。位置命令由端子輸入，信號形態(tài)為脈沖。位置模式（內(nèi)部寄存器輸入）Pr01驅(qū)動器接受位置命令，控制電機至目標位置。位置命令可由內(nèi)部寄存器提供（共八組寄存器），可利用DI信號選擇寄存器編號。速度模式S02驅(qū)動器接受速度命令，控制電機至目標轉(zhuǎn)速。速度命令可由內(nèi)部寄存器提供（共三組寄存器），或

4、由外部端子輸入模擬電壓（-10V+10V）。命令的選擇是根據(jù)DI信號來選擇。速度模式（無模擬輸入）Sz04驅(qū)動器接受速度命令，控制電機至目標轉(zhuǎn)速。速度命令僅可由內(nèi)部寄存器提供（共三組寄存器），無法由外部端子提供。命令的選擇是根據(jù)DI信號來選擇。扭矩模式T03驅(qū)動器接受扭矩命令，控制電機至目標扭矩。扭矩命令可由內(nèi)部寄存器提供（共三組寄存器），或由外部端子輸入模擬電壓（-10V+10V）。命令的選擇是根據(jù)DI信號來選擇。扭矩模式（無模擬輸入）Tz05驅(qū)動器接受扭矩命令，控制電機至目標扭矩。扭矩命令僅可由內(nèi)部寄存器提供（共三組寄存器），無法由外部端子提供。命令的選擇是根據(jù)DI信號來選擇。混合模式Pt

5、-S06Pt與S可通過DI信號切換Pt-T07Pt與T可通過DI信號切換Pr-S08Pr與S可通過DI信號切換Pr-T09Pr與T可通過DI信號切換S-T10S與T可通過DI信號切換在本單元中選擇位置控制模式。位置控制模式能夠應用于精密定位的場合，例如產(chǎn)業(yè)機械設備的定位控制。臺達伺服驅(qū)動器的位置控制模式有兩種命令輸入模式：脈沖及端子輸入(Pt)，脈沖及寄存器輸入(Pr)。Pt 的命令是端子輸入的脈沖，Pr 則是根據(jù)參數(shù)（P1-15 P1-30）的內(nèi)容。控制模式設定（P1.01）07三、項目分析/ 項目4.12、158GA裝置選用的伺服驅(qū)動和伺服電機CN1是連接PLC的關鍵端口，為了更有彈性與上

6、位控制器互相溝通，我們提供可任意規(guī)劃的5 組輸出及8 組輸入。 CN1 I/O 連接器端子分布圖及各引腳說明如下：信號名稱PIN No.功能模擬命令（輸入）V_REF20(1) 電機的速度命令-10V +10V，代表-3000 +3000 r/min 的轉(zhuǎn)速命令(預設)，可通過參數(shù)改變對應的范圍。(2) 電機的位置命令-10V +10V，代表-3圈+3圈的位置命令(默認)。T_REF18電機的扭矩命令-10V +10V，代表-100% +100%額定扭矩命令。位置脈沖命令（輸入）PULSE 43 位置脈沖可以用差動（Line Driver，單相最高脈沖頻率500KHz）或集極開路(單相最高脈沖

7、頻率200KHz)方式輸入，命令的形式也可分成三種（正逆轉(zhuǎn)脈沖、脈沖與方向、AB相脈沖），可由參數(shù)P1-00來選擇。/PULSE 41 SIGN 39 /SIGN 37 PULL HI35高速位置脈沖命令(輸入)HPULSE 38 高速位置脈沖，只接受差動(+5V，Line Drive)方式輸入，單相最高脈沖頻率4MHz，命令的形式有三種不同的脈沖方式，AB 相，CW+CCW與脈沖加方向，請參考參數(shù)P1-00/HPULSE 36 HSIGN 42 /HSIGN40位置脈沖命令（輸出）OA 21 將編碼器的A、B、Z信號以差動（Line Driver）方式輸出。/OA22OB 25 /OB23O

8、Z 13 /OZ24OCZ44 編碼器Z相，開集極輸出。各端子說明信號名稱PIN No.功能電源VDD17VDD是驅(qū)動器所提供的+24V電源，用以提供DI與DO信號使用，可承受500mA。COM+ 11COM+是DI與DO的電壓輸入共同端，當電壓使用VDD時，必須將VDD連接至COM+。若不使用VDD時，必須由使用者提供外加電源+12V +24V，此外加電源的正端必須連至OM+，而負端連接至COM-。COM-14GND19VDD電壓的基準是GND。默認DI信號SON9當ON時，伺服環(huán)啟動，電機線圈激磁EMGS30為B接點，必須時常導通（ON），否則驅(qū)動器顯示異警（ALRM）。PL(CCWL)3

9、1正向運轉(zhuǎn)禁止極限，為B接點，必須時常導通（ON），否則驅(qū)動器顯示異警（ALRM）。NL(CWL)32逆向運轉(zhuǎn)禁止極限，為B接點，必須時常導通（ON），否則驅(qū)動器顯示異警（ALRM）。各端子說明11三、項目分析/ 項目4.12、158GA裝置選用的伺服驅(qū)動和伺服電機 位置模式包括Pt 與Pr 兩種，Pt 的命令是端子輸入的脈沖，Pr 則是根據(jù)參數(shù)（P1-15 P1-30）的內(nèi)容。我們選用Pt的模式。CN1的部分接線如圖：12/ The Executives四、項目實施/ 項目4.1 1.利用工具正確連接伺服電機到絲杠上 2.根據(jù)電路圖連接線路 13項目4.2 伺服系統(tǒng)的參數(shù)設置及簡單控制一、項

10、目任務158GA裝置有伺服控制單元及滑塊往返運動機械機構?？刂埔鬄椋喊聪禄卦c按鈕，滑塊可進行回原點運動，原點為接近開關1處，如圖4-8所示?；貧w速度為2000HZ，爬行速度為1000HZ。回原點后，按下啟動按鈕，伺服電機驅(qū)動滑塊以1500HZ的速度前進60mm后停止。從程序中能夠讀取從原點到停止位置的脈沖數(shù)。要求指令脈沖設為1000 pulse/rev。二、項目準備 伺服電機、伺服驅(qū)動器、三菱PLC、電腦、通訊線/ 模塊一/ 項目4.214三、項目分析 1、伺服驅(qū)動器的參數(shù)設置與調(diào)整 （1）面板各部分名稱及功能/ 項目4.215三、項目分析 1、伺服驅(qū)動器的參數(shù)設置與調(diào)整 （2）參數(shù)設定流

11、程/ 項目4.2序號參數(shù)出廠設置功能和含義參數(shù)編號參數(shù)名稱1P0-02LED初始狀態(tài)00顯示電機反饋脈沖數(shù)2P1-00外部脈沖列指令輸入形式設定22：脈沖列+符號3P1-01控制模式及控制命令輸入源設定00位置控制模式（相關代碼Pt）4P1-44電子齒輪比分子（N）1指令脈沖輸入比值設定指令脈沖輸入比值范圍：150NM200 5P1-45電子齒輪比分母（M）16P2-00位置控制比例增益35位置控制增益值加大時，可提升位置應答性及縮小位置控制誤差量。但若設定太大時易產(chǎn)生振動及噪音。7P2-02位置控制前饋增益50位置控制命令平滑變動時，增益值加大可改善位置跟隨誤差量。若位置控制命令不平滑變動時

12、，降低增益值可降低機構的運轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象。8P2-08特殊參數(shù)輸入0重置參數(shù)、開啟強制DO模式等17三、項目分析 1、伺服驅(qū)動器的參數(shù)設置與調(diào)整 （3）位置控制模式下電子齒輪的概念/ 項目4.2 圖中，指令脈沖信號和電機編碼器反饋脈沖信號進入驅(qū)動器后，均通過電子齒輪變換才進行偏差計算。電子齒輪實際是一個分-倍頻器，合理搭配它們的分-倍頻值，可以靈活地設置指令脈沖的行程。 例如電機編碼器反饋脈沖為 2500 pulse/rev。缺省情況下，驅(qū)動器反饋脈沖電子齒輪分-倍頻值為4倍頻。如果希望指令脈沖為400 pulse/rev，那末就應把指令脈沖電子齒輪的分-倍頻值設置為100/4。從而實現(xiàn)PLC每輸

13、出400個脈沖，伺服電機旋轉(zhuǎn)一周。18三、項目分析 1、伺服驅(qū)動器的參數(shù)設置與調(diào)整 （4）位置控制模式下主要參數(shù)設置/ 項目4.219三、項目分析2、原點回歸指令FNC156（ZRN）原點回歸指令主要用于上電時和初始運行時，搜索和記錄原點位置信息。/ 項目4.2由此可見，原點回歸指令要求提供3個源操作數(shù)和1個目標操作數(shù)，源操作數(shù)為：原點回歸開始的速度，爬行速度，指定近點信號輸入。目標操作數(shù)為指定脈沖輸出的Y編號（僅限于Y000或Y001）。原點回歸指令格式如圖4-11所示。 S1:原點回歸速度 S2:爬行速度 S3:近點信號 D:脈沖輸出口編號(僅Y0或Y1)20三、項目分析3、輸入輸出分配/

14、 項目4.2表4-4 輸入輸出分配表4、接線圖 接線圖同項目5.1輸入輸出設備名稱代號輸入點編號設備名稱代號輸出點編號原點接近開關X0脈沖信號PULSE-Y0回原點按鈕SB1X1方向信號SIGN-Y3啟動按鈕SB2X221/ The Executives四、項目實施/ 項目4.2 1.根據(jù)要求設置伺服參數(shù) 2.根據(jù)控制要求編寫PLC程序參數(shù)符號設置值說明P1-002脈沖列+符號P1-0100位置控制模式P1-4410電子齒輪分子P1-451電子齒輪分母P0-026顯示頻率項目4.3 基于PLC和觸摸屏的伺服系統(tǒng)控制設計一、項目任務將指令脈沖設為2000 pulse/rev?；瑝K原點位于接近開關

15、1處(原點在右側(cè))，如圖4-8所示。利用158GA裝置的伺服控制單元及滑塊往返運動機械機構實現(xiàn)：（1）滑塊通過復位按鈕可進行回原點運動；（2）按下啟動按鈕，伺服電機按照第一段速度正向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動滑塊向左移動30mm，之后變速至第二段速度運行，驅(qū)動滑塊再向左移動50mm，之后暫停5秒，然后按照返回速度反向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動滑塊向右回至起始原點，當接近開關1檢測到信號后繼續(xù)進行下一個循環(huán)。第一段速度、第二段速度和返回速度都可通過觸摸屏設定。（3）當按下停止按鈕，伺服電機運行完當前周期后停止。（4）當按下急停按鈕，伺服電機能夠立即停止。（5）啟動按鈕、停止按鈕、急停按鈕、復位按鈕都通過柜門實體按鈕與觸摸屏按鈕實現(xiàn)兩地控制。（6）伺服頻率、滑塊運行距離可在觸摸屏上設置和顯示。（7）觸摸屏開機后，跳出登陸畫面，擁有登陸密碼方可進入（此處各組別人員姓名用工位號，密碼均為123）,否則跳出登陸錯誤畫面。/ 模塊一/ 項目4.32223三、項目分析 1、三菱FX系列PLC的定位控制指令 進行定位控制時，目標位置的指定，可以直接指定目標位置對于原點的坐標值（以帶符號的脈沖數(shù)表示），為絕對驅(qū)動方式，用絕對位置控制指令FNC159（DRVA）實現(xiàn)。絕對位置控制指令的指令格式圖所示。/ 項目4.3 S1:脈沖數(shù) S2:頻率 D1:脈沖輸出地址 (僅能Y0或Y1) D2:方向地址24