直線滑臺(tái)的交流伺服電機(jī)plc控制及人機(jī)界面設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　直線滑臺(tái)的交流伺服電機(jī)PLC控制及人機(jī)界面設(shè)計(jì)</p><p>　　PLC Control and Human-Computer Interface Design of Linear Slide Platform of AC Servo Motor </p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　在現(xiàn)代化

2、生產(chǎn)中，直線滑臺(tái)的應(yīng)用非常廣泛。在數(shù)控機(jī)床和高精度位置控制中，交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直線滑臺(tái)能夠按照給定的控制任務(wù)，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)速度和位置控制。本課題提出“直線滑臺(tái)的交流伺服電機(jī)PLC控制及人機(jī)界面設(shè)計(jì)”采用交流伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，PLC作為主要控制手段，能實(shí)現(xiàn)直線滑臺(tái)的多種速度下運(yùn)轉(zhuǎn)和準(zhǔn)確的位置定位。采用液晶觸摸屏作為該控制系統(tǒng)的顯示及操作裝置。能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)交流伺服電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)（調(diào)速、啟動(dòng)、停止），適應(yīng)多位置定位和多速變速的切換

3、功能。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握機(jī)電傳動(dòng)控制的分析方法和設(shè)計(jì)方法，結(jié)合PLC、交流伺服電機(jī)的控制技術(shù)及觸摸屏技術(shù)的專業(yè)知識(shí)，能夠獨(dú)立完成該電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直線滑臺(tái) 交流伺服電機(jī) PLC控制 人機(jī)界面設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

4、t;　　In modern production, linear slide sets of very extensive. In the numerical control machine tool and high precision position control, ac servo motor drive straight slippery sets according to the given control to task

5、, accurate speed and position control. This topic proposed "linear slide platform of ac servo motor PLC control and human-computer interface design" adopting ac servo motor as driving element as the main means

6、of control, PLC can realize linear slide platform of multiple speed runnin</p><p>　　Through the graduation design, grasps the electromechanical transmission control methods of analysis and design method, com

7、bining PLC, ac servo motor control technology and touch-screen technology professional knowledge, which can independently the electrical control system design.</p><p>　　Key words: Linear slide sets Ac se

8、rvo motor PLC control Human-computer interface design</p><p><b>　　目　錄</b></p><p>　　摘要………………………………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　Abstract……………………………………………………………

9、………………Ⅱ</p><p>　　緒論……………………………………………………………………………………1</p><p>　　1 PLC的概述…………………………………………………………………………………2</p><p>　　1.1 PLC的定義………………………………………………………………………………2</p><p>　　1.2

10、 PLC的組成………………………………………………………………………………3</p><p>　　1.3 PLC的工作原理…………………………………………………………………………4</p><p>　　1.4 常用PLC介紹……………………………………………………………………………5</p><p>　　2 交流伺服電機(jī)概述……………………………………………

11、………………………8</p><p>　　2.1 交流伺服電機(jī)的基本常識(shí)……………………………………………………8</p><p>　　2.2 交流伺服電機(jī)及其調(diào)速分類和特點(diǎn)…………………………………………………8</p><p>　　2.3 步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較……………………………………………………11</p><p>　

12、　2.4 交流伺服電機(jī)在包裝機(jī)械上的應(yīng)用……………………………………………………13</p><p>　　3 直線滑臺(tái)交流伺服電機(jī)PLC控制原理……………………………………………………15</p><p>　　3.1概述…………………………………………………………………………………………15</p><p>　　3.2 PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)……………………

13、…………………………………………15</p><p>　　3.3 行程控制………………………………………………………………………………16</p><p>　　3.4 進(jìn)給速度控制…………………………………………………………………………17</p><p>　　3.5 進(jìn)給方向控制………………………………………………………………………………17</p>

14、<p>　　3.6 PLC的軟件邏輯控制…………………………………………………………………17</p><p>　　3.7 伺服控制、驅(qū)動(dòng)及接口……………………………………………………………………18</p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………20</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序設(shè)

15、計(jì)語(yǔ)言選擇及其特點(diǎn) ………………………………………………………20</p><p>　　4.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………20</p><p>　　4.3 伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器 …………………………………………………………………………22</p><p>　　4.4 程序的安裝與調(diào)試………………………………………………

16、…………………………23</p><p>　　4.5 人機(jī)界面………………………………………………………………………… 24</p><p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………………………25</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………………26</p><

17、p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………………27</p><p><b>　　緒　論</b></p><p>　　在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī),可使控制速度,位置精度非常準(zhǔn)確。將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把

18、所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。</p><p>　　伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)椋欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或

19、者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。交流伺服電機(jī)較好，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波，直流伺服比較簡(jiǎn)單，便宜。</p><p>　　本文首先介紹了可編程控制器的有關(guān)知識(shí)，包括它的定義、組成、工作原理等，為后面自動(dòng)送料裝車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。第二章是本文的核心部分，首先

20、分析了直線滑臺(tái)的工作流程，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的PLC模塊，給出合理的輸入/輸出分配表，并設(shè)計(jì)PLC外部接線圖。最后設(shè)計(jì)相應(yīng)的梯形圖，并進(jìn)行程序調(diào)試和模擬運(yùn)行。本課題的研究對(duì)自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。</p><p><b>　　1 PLC的概述</b></p><p>　　1.1 PLC的定義</p><p>　　PLC問世以來，

21、盡管時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)NEMA（National Electrical Manufactory Association）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給PC作了如下定義。</p><p>　　PC是一個(gè)數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲(chǔ)存指

22、令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。</p><p>　　可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Log

23、ic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC?！　∫院髧?guó)際電工委員會(huì)(IEC)又先后頒布了PLC標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通過了對(duì)它的定義。　　可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電

24、子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！　】傊删幊炭刂破魇且慌_(tái)計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)。它</p><p>　　1.2 PLC的組

25、成</p><p>　　PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，PLC可編程控制器主要由CPU模塊、存儲(chǔ)器、輸入模塊/輸出模塊、電源、編程器和外部設(shè)備接口組成。</p><p><b>　　(1)CPU模塊</b></p><p>　　CPU模塊又叫中央處理單元或控制器，中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞

26、。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。它主要由微處理器（CPU）和存儲(chǔ)器組成。它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各種內(nèi)部判斷等。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)

27、各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；

28、另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編</p><p><b>　　(2)存儲(chǔ)器</b></p><p>　　PLC的存儲(chǔ)器用來存放程序和數(shù)據(jù)。程序分系統(tǒng)程序和用戶程序。</p><p>　　系統(tǒng)程序是PLC研制者所編的程序，它是決定PLC性能的關(guān)鍵。用戶程序是用戶為解決實(shí)際問題并根據(jù)PLC的指令系統(tǒng)而編制的程序，它通過編程器輸入，經(jīng)CP

29、U存放入用戶程序存儲(chǔ)器。</p><p><b>　　(3)I/O模塊</b></p><p>　　I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類：一類是從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號(hào)；另一類是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的

30、連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)。</p><p>　　可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器， 可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。一些可編程控制器還具有模擬輸出接口，用于需要模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。</p><p><b>　　(4)電源 </b></p><p>　　PLC的電源

31、在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。PLC可編程序控制器一般使用220V交流電源?？删幊绦蚩刂破鲀?nèi)部的直流穩(wěn)壓電源為各模塊內(nèi)的元件提供直流電壓。</p><p><b>　　(5)編程器</b><

32、;/p><p>　　編程器是PLC的外部編程設(shè)備，它是開發(fā)、維護(hù)PLC控制系統(tǒng)的必備設(shè)備。用戶可通過編程器輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。也可以通過專用的編程電纜線將PLC與電腦聯(lián)接起來，并利用編程軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。編程器是專用的，不同型號(hào)的PLC都有自己專用的編程器，不能通過。PLC正常工作時(shí)，不一定需要編程器。因此，多臺(tái)同型號(hào)的PLC可以只配一個(gè)編程器。</p><p&

33、gt;<b>　　(6)外部設(shè)備接口</b></p><p>　　此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀,變頻器等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。</p><p>　　1.3　PLC的工作原理 </p><p>　　作為電器控制裝置，可編程控制器必須接入電路，與主令器件、傳感器件及執(zhí)行器件共同構(gòu)成系統(tǒng)才能承擔(dān)控制任務(wù)?？删幊炭刂破饔袃煞N基

34、本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，可編程序控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。</p><p>　　除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過程中，可編程序控制器還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一次循環(huán)可分為5個(gè)階

35、段（如圖1-1所示）</p><p>　　在內(nèi)部處理階段，可編程序控制器檢查CPU，模塊內(nèi)部的</p><p>　　硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成一些別的內(nèi)部工</p><p><b>　　作。</b></p><p>　　在通信服務(wù)階段，可編程序控制器與別的帶微處理器的智</p><p&g

36、t;　　能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)</p><p>　　容。 　　 圖1-1 PLC內(nèi)部循環(huán)圖</p><p>　　在輸入處理階段，可編程序控制器把所有外部輸入電路的接通/斷開（ON/OFF）</p><p>　　狀態(tài)讀入輸入映像寄存器。</p&g

37、t;<p>　　在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號(hào)的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會(huì)隨之而變，輸入信號(hào)變化了的狀態(tài)只能在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段被讀入。</p><p>　　在輸出處理階段，CPU將輸出映像寄存器的通/斷狀態(tài)傳送到輸出鎖存器。</p><p>　　1.4 常用PLC介紹</p><p>　　西門子S7-200系列可編程控制

38、器介紹：</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列產(chǎn)品具有極高的性能/價(jià)格比。在以下幾方面均有出色的表現(xiàn)：極高的可靠性；極豐富的指令集；易于掌握；便捷的操作；豐富的內(nèi)置集成功能；實(shí)時(shí)特性；強(qiáng)勁的通訊能力；豐富的擴(kuò)展模塊。    S7-2

39、00系列PLC在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。S7-200產(chǎn)品憑借其先進(jìn)性、成熟性和廣泛的適用性在自動(dòng)化產(chǎn)品中受到廣泛的重視，相信此次發(fā)布的新產(chǎn)品一定能夠滿足部分用戶的需求，同時(shí)在自動(dòng)化領(lǐng)域中獲得更廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　OMRON C200H 可編程控制器介紹：</p><p>　　先進(jìn)的、小型化的可編程序控制器.

40、OMRON的可編程序控制器更加小型化。SYSMAC CPM1A的大小僅相當(dāng)于一個(gè)PC卡(對(duì)于10點(diǎn)的機(jī)型來說)，從而使安裝體積大幅度減小，同時(shí)也進(jìn)一步節(jié)省了控制柜的空間。它不僅具備了以往小型PLC所具備的功能，而且還可連接可編程序終端，為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)造了新的環(huán)境。</p><p>　　可連接可編程終端，選用通訊適配器以相應(yīng)的上位Link或高速NT Link與PT之間進(jìn)行高速通訊。</p><p&

41、gt;　　有10點(diǎn)至40點(diǎn)多種CPU單元。CPU單元與擴(kuò)展I/O并用，可完成10點(diǎn)到100點(diǎn)的輸入輸出要求。并有AC和DC兩種電源型號(hào)可選擇。 </p><p>　　匯集了各種先進(jìn)的功能，如高速響應(yīng)功能、高速計(jì)數(shù)功能、中斷功能，還備有2個(gè)模擬量設(shè)定。 </p><p>　　充足的程序容量，具有2048字的用戶程序存儲(chǔ)器和1024字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 </p><p>　

42、　編程環(huán)境與CQM1及SYSMAC A等機(jī)種相同。由于原有SYSMAC支持軟件及編程器都可繼續(xù)使用，故而系統(tǒng)的擴(kuò)展及維護(hù)都可簡(jiǎn)單進(jìn)行[8]。 </p><p>　　松下可編程控制器介紹:</p><p>　　包括FPO，F(xiàn)P1，F(xiàn)P2，F(xiàn)P3，F(xiàn)Pe，F(xiàn)P-X等系列。 </p><p>　　FP-X特點(diǎn)：超高速處理，浮點(diǎn)數(shù)PID運(yùn)算只有32µs，基本指令只

43、需0.32µs， 可快速掃描充裕的程序容量達(dá)到32K步，注釋區(qū)域也可以保證；I/O最多300點(diǎn)；通過8位密碼和禁止上傳功能，有效保護(hù)程序：配備USB端口，可與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單連接。</p><p>　　FPe（晶體管輸出，繼電器輸出）特點(diǎn)：面板式安裝型控制器，電源電壓24VDC， 程序容量2.7K步，運(yùn)算速度0.9μs。 </p><p>　　FP2、FP3、FP10sh系列（輸出

44、類型同上）：最多可控制2048點(diǎn)（使用遠(yuǎn)程I/O），程序容量大16K，30K步，可擴(kuò)展到120K步，CUP運(yùn)行世界最快（1ms/20步，快速起運(yùn)0.1ms以下）。   FPO系列（輸出同上）：世界產(chǎn)品體積最小，掃描周期1ms，選擇點(diǎn)從10到128點(diǎn)。</p><p>　　各種常用PLC詳述請(qǐng)參閱由于慶廣編著清華大學(xué)出版社出版的《可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》。</p><

45、;p>　　三菱FX系列可編程控制器介紹：</p><p>　　FX系列可編程控制器是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外最新，最具特色、最具代表性的微型PLC。特與日本三菱電機(jī)公司研發(fā)的。在FX中，除基本的指令表編程方式外，還可以采用梯形土編程及對(duì)應(yīng)機(jī)械動(dòng)作流程進(jìn)行順序設(shè)計(jì)的SFC順序功能圖編程，而且這些程序可互相轉(zhuǎn)換。在FX系列PLC中設(shè)置了高數(shù)計(jì)數(shù)器，對(duì)來自特定的輸入繼電器的高頻脈沖進(jìn)行中斷處理，擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用領(lǐng)域。其FX2

46、N PLC還可以采用作為擴(kuò)展設(shè)備的硬件計(jì)數(shù)器，可獲取最高50kHz的高速脈沖。</p><p>　　FX系列PLC基于“基本功能、高速處理、便于使用”的研發(fā)理念，使其具有數(shù)據(jù)傳送與比較，四則運(yùn)算與邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)循環(huán)與移動(dòng)等應(yīng)用指令系統(tǒng)。除此之外，還具有輸入輸出刷新、中斷、高速計(jì)數(shù)器比較指令、高速脈沖輸出等告訴處理指令，以及在SFS控制方面，將機(jī)械控制的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作封裝化的狀態(tài)初始化指令等，使功能大大增加。</p

47、><p>　　FX系列PLC在特殊控制方面不但具備模擬量的輸入輸出控制，而且具有定位控制及PID系統(tǒng)控制。在通信方面，能夠方便地與PC計(jì)算機(jī)鏈接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與管理[10]。</p><p>　　2 交流伺服電機(jī)概述</p><p>　　2.1　交流伺服電機(jī)的基本常識(shí)</p><p>　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分

48、。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動(dòng)機(jī)一種兩相的交流電動(dòng)機(jī)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動(dòng)機(jī)很快就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。 通入勵(lì)磁繞組及控制繞組的電流在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個(gè)繞組上所加的電壓反相時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

49、的方向就發(fā)生改變，電機(jī)的方向也發(fā)生改變。 為了在電機(jī)內(nèi)形成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，要求激磁電壓Uj和控制電壓UK之間應(yīng)有90度的相位差，常用的方法有： </p><p>　?。?）利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90度的移相；</p><p>　?。?）利用三相電源的任意線電壓； </p><p>　?。?）采用移相網(wǎng)絡(luò)；</p><p>　?。?

50、）在激磁相中串聯(lián)電容器。</p><p>　　2.2 交流伺服電機(jī)及其調(diào)速分類和特點(diǎn)</p><p>　　長(zhǎng)期以來，在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，一直占據(jù)主導(dǎo)地位的是應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。但直流電動(dòng)機(jī)都存在一些固有的缺點(diǎn)，如電刷和換向器易磨損，需經(jīng)常維護(hù)。換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)的最高速度受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制，而且直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成

51、本高。而交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沒有上述缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。在同樣體積下，交流電動(dòng)機(jī)輸出功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高10﹪～70﹪，此外，交流電動(dòng)機(jī)的容量可比直流電動(dòng)機(jī)造得大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都傾向采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)已有取代直流伺服驅(qū)動(dòng)之勢(shì)。</p><p>　　圖2-1 臺(tái)達(dá)ECMA系列交流伺服電機(jī)</p><p>　?。?

52、）異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)</p><p>　　異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)指的是交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它有三相和單相之分，也有鼠籠式和線繞式，通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比，質(zhì)量輕1/2，價(jià)格僅為直流電動(dòng)機(jī)的1/3。缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵(lì)磁電流。因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。 </p><p>　　這種鼠籠轉(zhuǎn)子的異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱

53、為異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，用IM表示。</p><p>　?。?）同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)</p><p>　　同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)雖較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。它的定子與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，都在定子上裝有對(duì)稱三相繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。其中磁滯式和反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)存在效率低、功率因數(shù)較差、制造容量不大等缺點(diǎn)

54、。數(shù)控機(jī)床中多用永磁式同步電動(dòng)機(jī)。與電磁式相比，永磁式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率較高；缺點(diǎn)是體積大、啟動(dòng)特性欠佳。但永磁式同步電動(dòng)機(jī)采用高剩磁感應(yīng)，高矯頑力的稀土類磁鐵后，可比直流電動(dòng)外形尺寸約小1/2，質(zhì)量減輕60﹪，轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動(dòng)機(jī)的1/5。它與異步電動(dòng)機(jī)相比，由于采用了永磁鐵勵(lì)磁，消除了勵(lì)磁損耗及有關(guān)的雜散損耗，所以效率高。又因?yàn)闆]有電磁式同步電動(dòng)機(jī)所需的集電環(huán)和電刷等，其機(jī)械可靠性與感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)相同，而功率因數(shù)卻

55、大大高于異步電動(dòng)機(jī)，從而使永磁同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)小些。這是因?yàn)樵诘退贂r(shí)，感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)由于功率因數(shù)低，輸出同樣的有功功率時(shí)，它的視在功率卻要大得多，而電動(dòng)機(jī)主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。 </p><p>　?。?）交流伺服電機(jī)的優(yōu)良性能</p><p><b>　　①控制精度高 </b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為

56、1．8。(兩相)或0．72。(五相)，而交流伺服電機(jī)的精度取決于電機(jī)編碼器的精度。以伺服電機(jī)為例，其編碼器為l6位，驅(qū)動(dòng)器每接收2 =65 536個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，其脈沖當(dāng)量為360‘/65 536=0，0055 ；并實(shí)現(xiàn)了位置的閉環(huán)控制．從根本上克服了步進(jìn)電機(jī)的失步問題。</p><p><b>　?、诰仡l特性好 </b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨

57、轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其工作轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到幾百轉(zhuǎn)。而交流伺服電機(jī)在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000r/min或3000r/rain)以內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，在額定轉(zhuǎn)速以E為恒功率輸出。 </p><p><b>　　③具有過載能力 </b></p><p>　　以松下交流伺服電機(jī)為例，有較好的過載能力。</p><p>&l

58、t;b>　　④加速性能好 </b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)空載時(shí)從靜止加速到每分鐘幾百轉(zhuǎn)，需要200—400ms：交流伺服電機(jī)的加速性能較好。</p><p>　　2.3 步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)性能比較</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。

59、隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。</p><p><b>　?。?）控制精度不同</b></p><p>　　兩

60、相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)，其步距角為0.09°；德國(guó)百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.

61、18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角（如果采用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，還可以將其細(xì)分至更小，比如1.8度/512細(xì)分=0.003515625度）。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.03

62、6°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 </p><p><b>　?。?）低頻特性不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，

63、一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 </p>&

64、lt;p><b>　?。?）矩頻特性不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 </p><p><b>　?。?）過載能

65、力不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 </p><

66、;p><b>　?。?）運(yùn)行性能不同</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 </p>

67、<p>　　（6）速度響應(yīng)性能不同</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。 </p><p>　　綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也

68、經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。 </p><p>　　2.4 交流伺服電機(jī)在包裝機(jī)械上的應(yīng)用</p><p>　?。?）在物料計(jì)量方面的應(yīng)用</p><p>　　粉狀物料的計(jì)量，常用螺桿計(jì)量的方式．通過螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)的多少來達(dá)到計(jì)量的目的。為了提高計(jì)量的精度，要求螺桿的轉(zhuǎn)速可調(diào)

69、、位置定位準(zhǔn)確，如果用交流伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)螺桿，利用交流伺服電機(jī)控制精度高、矩頻特性好的優(yōu)點(diǎn)可以達(dá)到快速精確計(jì)量同樣．對(duì)粘稠體物料的計(jì)量，可以采用交流伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)齒輪泵，通過齒輪泵的一對(duì)齒輪的嚙臺(tái)來進(jìn)行計(jì)量。 </p><p>　?。?）在橫封裝置的應(yīng)用</p><p>　　在制袋式自動(dòng)包裝機(jī)械中，橫封裝置是一個(gè)重要的機(jī)構(gòu)，它不僅要求定位準(zhǔn)確，還要求橫向封臺(tái)時(shí)橫封輪的線速度與薄膜供送的速度

70、相等，而且在橫封輪對(duì)滾后，橫封輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)增大，即以較快的速度相分離。 </p><p>　　傳統(tǒng)的方法是通過偏心輪或曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等機(jī)械的方式來實(shí)現(xiàn)的，這樣不僅機(jī)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低，且調(diào)整十分麻煩。如果用交流伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)橫封輪，可以利用交流伺服電機(jī)優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能，通過交流伺服電機(jī)的非恒速運(yùn)動(dòng)來滿足橫向封口的要求，提高工作質(zhì)量和效率。 </p><p>　?。?）在供送物料方面的應(yīng)用</

71、p><p>　　包裝機(jī)械供送物料的工作方式有間歇式和連續(xù)式兩類。 </p><p>　　在間歇式供送物料方式中，如在間歇式制袋包裝機(jī)上，以前，包裝膜的供送多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)間歇拉帶的方式，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整也困難。如果用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)拉帶輪，可以在控制器中事先設(shè)定交流伺服電機(jī)每次運(yùn)行的距離、運(yùn)行的時(shí)間和停頓的時(shí)間，利用交流伺服電機(jī)的優(yōu)良加速和定位性能，達(dá)到準(zhǔn)確控制供送薄膜的長(zhǎng)度的目的。尤其是

72、在具有色標(biāo)糾偏裝置的控制系統(tǒng)中，通過色標(biāo)檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到的偏差信號(hào)，經(jīng)控制器輸送到交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)優(yōu)良的加速性能和控制精度，可以使偏差得到快速準(zhǔn)確的糾正。 </p><p>　　在連續(xù)式供送物料方式中，交流伺服電機(jī)的優(yōu)良加速性能及其過載能力，可以保證連續(xù)勻速的供送物料。</p><p>　　3 直線滑臺(tái)交流伺服電機(jī)PLC控制原理</p><p><b

73、>　　3.1　概述</b></p><p>　　在組合機(jī)床自動(dòng)線中，一般根據(jù)不同的加工精度要求設(shè)置三種滑臺(tái)：⑴液壓滑臺(tái)，用于切削量大，加工精度要求較低的粗加工工序中；⑵機(jī)械滑臺(tái)，用于切削量中等，具有一定加工精度要求的半精加工工序中；⑶數(shù)控滑臺(tái)，用于切削量小，加工精度要求很高的精加工工序中?？删幊炭刂破鳎ê?jiǎn)稱PLC）以其通用性強(qiáng)、可靠性高、編程簡(jiǎn)便易學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)接口安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)

74、控制中。特別是在組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線的控制及CNC機(jī)床的S、T、M功能控制中更顯示出其卓越的性能。PLC控制的伺服電機(jī)開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)應(yīng)用于組合機(jī)床自動(dòng)生產(chǎn)線上的數(shù)控滑臺(tái)控制，這樣可以降低控制系統(tǒng)成本，特別是大型自動(dòng)線中可以使控制系統(tǒng)的成本顯著下降。</p><p>　　3.2 PLC控制的數(shù)控滑臺(tái)結(jié)構(gòu)</p><p>　　系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，控制部分采用PLC，并配以人機(jī)界面進(jìn)行程序參數(shù)修

75、改、設(shè)定，以及運(yùn)行狀態(tài)顯示監(jiān)控，可編程設(shè)置人機(jī)界面的內(nèi)容。</p><p>　　圖3-1 伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　三軸均為全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)，各軸伺服電機(jī)通過連軸器帶動(dòng)滾珠絲杠，以移動(dòng)配有直線導(dǎo)軌的工作臺(tái)和主軸銑頭，其定位準(zhǔn)確，速度快。主軸銑頭由變頻器控制，根據(jù)刀具及工件和進(jìn)給量，來設(shè)置主軸合理的轉(zhuǎn)速，并在程序中設(shè)定它的啟動(dòng)停止。各軸均設(shè)二端極限傳感器和原點(diǎn)傳感器，

76、冷卻和潤(rùn)滑也都有異常檢測(cè)，在報(bào)警燈和人機(jī)界面處顯示報(bào)警信息。為便于調(diào)試和檢修，各項(xiàng)操作均設(shè)手動(dòng)功能，如手動(dòng)各軸快慢移動(dòng)、主軸高低速旋轉(zhuǎn)、切削液及潤(rùn)滑開關(guān)等。此機(jī)床整體雖為半閉環(huán)控制，只要選件、裝配、程序編制及操作合理，精度和穩(wěn)定性還是能滿足使用要求的。</p><p><b>　　3.3 行程控制</b></p><p>　　一般液壓滑臺(tái)和機(jī)械滑臺(tái)的行程控制是利用位

77、置或壓力傳感器（行程開關(guān)/擋鐵）來實(shí)現(xiàn)；而數(shù)控滑臺(tái)的行程則采用數(shù)字控制來實(shí)現(xiàn)。由數(shù)控滑臺(tái)的結(jié)構(gòu)可知，滑臺(tái)的行程正比于伺服電機(jī)的總轉(zhuǎn)角，因此只要控制步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角即可。由步進(jìn)電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖數(shù)量；因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖數(shù)量：</p><p>　　n= DL/d 公式3-1<

78、;/p><p>　　公式3-1中：DL——伺服機(jī)構(gòu)的位移量（mm），d ——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）</p><p>　　3.4 進(jìn)給速度控制</p><p>　　伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率；因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率：</p><p>　　f=V /60d (

79、Hz) 公式3-2</p><p>　　公式3-2中：V ——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度(mm/min)</p><p>　　3.5 進(jìn)給方向控制</p><p>　　進(jìn)給方向控制即伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變伺服電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向；如三相伺服電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-C

80、A-A…時(shí)伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變伺服電機(jī)繞組的通電順序?qū)崿F(xiàn)。</p><p>　　3.6 PLC的軟件邏輯控制</p><p>　　由滑臺(tái)的PLC控制方法可知，應(yīng)使伺服電機(jī)的輸入脈沖總數(shù)和脈沖頻率受到相應(yīng)的控制。因此在控制軟件上

81、設(shè)置一個(gè)脈沖總數(shù)和脈沖頻率可控的脈沖信號(hào)發(fā)生器；對(duì)于頻率較低的控制脈沖，可以利用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成，如圖2所示：</p><p>　　圖3-2 利用PLC中的定時(shí)器構(gòu)成的頻率較低的控制脈沖</p><p>　　脈沖頻率可以通過定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)控制脈沖周期，脈沖總數(shù)控制則可以設(shè)置一脈沖計(jì)數(shù)器C10。當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器C10動(dòng)作切斷脈沖發(fā)生器回路，使其停止工作。伺服機(jī)構(gòu)的步進(jìn)電機(jī)

82、無脈沖輸入時(shí)便停止運(yùn)轉(zhuǎn)，伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)定位。當(dāng)伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移速度要求較高時(shí)，可以用PLC中的高速脈沖發(fā)生器。PLC其高速脈沖的頻率可達(dá)4000～6000Hz。對(duì)于自動(dòng)線上的一般伺服機(jī)構(gòu)，其速度可以充分滿足。</p><p>　　3.7 伺服控制、驅(qū)動(dòng)及接口</p><p>　?。?）伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)由可編程控制器、環(huán)

83、行脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器組成，其結(jié)構(gòu)參見圖1所示。</p><p>　　控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖，通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量，同時(shí)通過編程控制脈沖頻率衽控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度；環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按伺服電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。PLC控制的伺服電機(jī)可以采用軟件環(huán)行分配器，也可以采用如圖1所示的硬件環(huán)行分配器。采用軟件

84、環(huán)環(huán)分配器占用的PLC資源較多，特別是伺服電機(jī)繞組相數(shù)M>4時(shí)，對(duì)于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以充分考慮。采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)，目前市場(chǎng)有多種專用芯片可以選用。一般PLC的輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，而通常的晶體管直流輸出接口的負(fù)載能力僅為十幾～幾十伏特、幾十～幾百毫安。但對(duì)于功率伺服電機(jī)則要求幾十～上百伏特、幾安～十幾安的驅(qū)動(dòng)能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出脈沖進(jìn)行放大。</p

85、><p>　?。?）可編程控制器的接口</p><p>　　如伺服機(jī)構(gòu)采用硬件環(huán)行分配器，則占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)少于5點(diǎn)，一般僅為3點(diǎn)。其中I口占用一點(diǎn)，作為啟動(dòng)控制信號(hào)；O口占用2點(diǎn)，一點(diǎn)作為PLC的脈沖輸出接口，接至伺服系統(tǒng)硬環(huán)的時(shí)鐘脈沖輸入端，另一點(diǎn)作為伺服電機(jī)轉(zhuǎn)向控制信號(hào)，接至硬環(huán)的相序分配控制端。伺服系統(tǒng)采用軟件環(huán)行分配器時(shí)，I口和O口分別多占用一個(gè)點(diǎn)，其接口如圖3所示：<

86、/p><p>　　伺服系統(tǒng)硬環(huán)的相序分配控制端 伺服系統(tǒng)軟件環(huán)行分配控制端</p><p>　　圖3-3 可編程控制器的接口</p><p>　　4 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言選擇及其特點(diǎn)</p><p>　　梯形圖或指令表方式編程對(duì)于一些復(fù)雜的控制過程，尤其

87、是順序控制過程，由于其內(nèi)部的連鎖﹑互動(dòng)關(guān)系及其復(fù)雜，在程序的編制﹑修改和可讀性等方面都存在許多缺陷。所以我選擇了順序功能圖語(yǔ)言。</p><p>　　順序功能圖語(yǔ)言主要由步、有向連線、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換條件（或命令）組成。是直接描述控制系統(tǒng)的控制過程、功能和特性形，是設(shè)計(jì)PLC順序控制程序的一種有力工具。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　根

88、據(jù)控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)軟件流程圖如圖4-1所示：主要包括主程序，子程序。</p><p>　　主程序完成的主要功能有：在通電開始，先將輸出口初始化置零，設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)向，調(diào)用子程序完成伺服電機(jī)的前進(jìn)和后退控制，電機(jī)的啟動(dòng)和停止控制。子程序主要完成高速脈沖串輸出的參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)表的設(shè)置。</p><p>　　圖4-1工件的加工流程圖</p><p><b>　　如

89、圖4-2所示：</b></p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　電機(jī)采用自動(dòng)升降的方式，即電機(jī)先在低頻下啟動(dòng)，然后逐漸升至運(yùn)行頻率。當(dāng)電機(jī)停止時(shí)，先將脈沖信號(hào)的頻率降至啟動(dòng)頻率以下，在停止輸出脈沖。電機(jī)才能不失步地停止。電機(jī)在小于極限啟動(dòng)頻率下正常啟動(dòng)后，控制脈沖在緩慢升高即可正常運(yùn)行。電機(jī)脈沖特性如圖4-3：</p>

90、<p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　4.3 伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　伺服電機(jī)是該系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的精度影響整個(gè)系統(tǒng)的控制精度。選用電機(jī)時(shí)應(yīng)滿足系統(tǒng)的功能要求。同時(shí)根據(jù)電機(jī)參數(shù)計(jì)算所選PLC的脈沖輸出頻率是否滿足步進(jìn)電機(jī)的要求。</p><p>　　控制系統(tǒng)中PLC用來產(chǎn)生控制脈沖;通過PLC編

91、程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量;同時(shí)通過編程控制脈沖頻率——既伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度;環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈沖按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。采用硬件環(huán)行分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省占用PLC的I/O口點(diǎn)數(shù)，目前市場(chǎng)有多種專用芯片可以選用。步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)器將PLC輸出的控制脈沖放大到幾十～上百伏特、幾安～十幾安的驅(qū)動(dòng)能力。一般PLC的輸出接口具有一定的驅(qū)動(dòng)能力，而通常

92、的晶體管直流輸出接口的負(fù)載能力僅為十幾～幾十伏特、幾十～幾百毫安。但對(duì)于功率步進(jìn)電機(jī)則要求幾十～上百伏特、幾安～十幾安的驅(qū)動(dòng)能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出脈沖進(jìn)行放大。進(jìn)給方向控制即步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制。伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向可以通過改變步步進(jìn)電機(jī)各繞組的通電順序來改變其轉(zhuǎn)向;如三相步進(jìn)電機(jī)通電順序?yàn)锳-AB-B-BC-C-CA-A…時(shí)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);當(dāng)繞組按A-AC-C-CB-B-BA-A…順序通電時(shí)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。因此可以通過PLC輸出的方向控制

93、信號(hào)改變硬件環(huán)行分配器的輸出順序來實(shí)現(xiàn)，或經(jīng)編程改變輸出脈沖的順序來改變步</p><p>　　由伺服電機(jī)的工作原理和特性可知步進(jìn)電機(jī)的總轉(zhuǎn)角正比于所輸入的控制脈沖個(gè)數(shù);因此可以根據(jù)伺服機(jī)構(gòu)的位移量確定PLC輸出的脈沖個(gè)數(shù)：</p><p><b>　　公式4-1</b></p><p>　　公式4-1中：Dl——伺服機(jī)構(gòu)的位移量（mm）;&l

94、t;/p><p>　　d——伺服機(jī)構(gòu)的脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）</p><p>　　伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度取決于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于輸入的脈沖頻率;因此可以根據(jù)該工序要求的進(jìn)給速度,確定其PLC輸出的脈沖頻率:</p><p><b>　　公式4-2</b></p><p>　　公式4-2中：Vf——伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)

95、給速度（mm/min）</p><p>　　4.4 程序的安裝與調(diào)試</p><p>　　PLC程序現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試指在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，所有設(shè)備都安裝好后，所有連接線都接好后的實(shí)際調(diào)試，也是PLC程序的最后調(diào)試?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的目的是，調(diào)試通過后，可交給用戶使用，或試運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試參與的人員較多，要組織好，要有調(diào)試大綱。依大綱，按部就班地一步步推進(jìn)。開始調(diào)試時(shí)，設(shè)備可先不運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至了不要帶電。選擇好PLC的

96、類型，根據(jù)PLC外部電氣原理圖，將PLC與實(shí)驗(yàn)板正確接線，經(jīng)檢驗(yàn)無誤后，接通PLC電源，點(diǎn)擊下載，將編譯正確的程序下載至PLC上(程序要確保編譯無錯(cuò)誤，否則無法下載)，打開監(jiān)控，以便觀察程序運(yùn)行中各觸點(diǎn)的開合情況，方便檢查程序錯(cuò)誤，最后將PLC置于運(yùn)行模式，運(yùn)行程序，開始操作。若操作成功后，先把PLC置于停止?fàn)顟B(tài)，關(guān)閉監(jiān)控，再拔PLC電源?？呻S著調(diào)試的進(jìn)展逐步加電、開機(jī)、加載，直到按額定條件運(yùn)轉(zhuǎn)。具體過程大體是: (1)要查接線

97、、核對(duì)地址。要逐點(diǎn)進(jìn)行，要確保正確無誤?？刹粠щ姾藢?duì)，那就是查線，較麻煩。也可帶電查，加上信號(hào)后，看電控系統(tǒng)的動(dòng)作情況是否符合設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　(2)檢查模擬量輸入輸出?？摧斎胼敵瞿K是否正確，工作是否正常。必要時(shí)，還可用標(biāo)準(zhǔn)儀器檢查輸入輸出的精度。</p><p>　　(3)檢查與測(cè)試指示燈。控制面板上如有指示燈，應(yīng)先對(duì)應(yīng)指示燈的顯示進(jìn)行檢查。一方面，查看燈壞了沒有，另一

98、方面檢查邏輯關(guān)系是否正確。指示燈是反映系統(tǒng)工作的一面鏡子，先調(diào)好它，將對(duì)進(jìn)一步調(diào)試提供方便。</p><p>　　(4)檢查手動(dòng)動(dòng)作及手動(dòng)控制邏輯關(guān)系。完成了以上調(diào)試，繼而可進(jìn)行手動(dòng)動(dòng)作及手動(dòng)控制邏輯關(guān)系調(diào)試。要查看各個(gè)手動(dòng)控制的輸出點(diǎn)，是否有相應(yīng)的輸出以及與輸出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，然后再看，各個(gè)手動(dòng)控制是否能夠?qū)崿F(xiàn)。如有問題，立即解決。</p><p>　　(5)半自動(dòng)工作。如系統(tǒng)可自動(dòng)工作，那

99、先調(diào)半自動(dòng)工作能否實(shí)現(xiàn)。調(diào)試時(shí)可一步步推進(jìn)。直至完成整個(gè)控制周期。哪個(gè)步驟或環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就著手解決哪個(gè)步驟或環(huán)節(jié)的問題。</p><p>　　(6)自動(dòng)工作。在完成半自動(dòng)調(diào)試后，可進(jìn)一步調(diào)試自動(dòng)工作。要多觀察幾個(gè)工作循環(huán)，以確保系統(tǒng)能正確無誤地連續(xù)工作。</p><p>　　(7)模擬量調(diào)試、參數(shù)確定。以上調(diào)試的都是邏輯控制的項(xiàng)目。這是系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，首先要調(diào)通的。這些調(diào)試基本完成后，可著手

100、調(diào)試模擬量、脈沖量控制。最主要的是選定合適控制參數(shù)。一般講，這個(gè)過程是比較長(zhǎng)的。要耐心調(diào)，參數(shù)也要作多種選擇，再?gòu)闹羞x出最優(yōu)者。有的PLC，它的PID參數(shù)可通過自整定獲得。但這個(gè)自整定過程，也是需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間才能完成的。</p><p>　　(8)異常條件檢查,完成上述所有調(diào)試，整個(gè)調(diào)試基本也就完成了。但是好再進(jìn)行一些異常條件檢查。看看出現(xiàn)異常情況或一些難以避免的非法操作，是否會(huì)停機(jī)保護(hù)或是報(bào)警提示。</p

101、><p>　　完成上述的工作后，將PLC安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聯(lián)機(jī)總調(diào)試，在調(diào)試過程中將暴露出系統(tǒng)中可能存在的傳感器、執(zhí)行器和硬接線等方面的問題，以及PLC的外部接線圖和梯形圖程序設(shè)計(jì)中的問題，應(yīng)對(duì)出現(xiàn)的問題及時(shí)加以解決。如果調(diào)試達(dá)不到指標(biāo)要求，則對(duì)相應(yīng)硬件和軟件部分作適當(dāng)調(diào)整，通常只需要修改程序就可能達(dá)到調(diào)整的目的。全部調(diào)試通過后，經(jīng)過一段時(shí)間的考驗(yàn)，系統(tǒng)就可以投入實(shí)際的運(yùn)行了。</p><p>

102、;<b>　　4.5 人機(jī)界面</b></p><p>　　利用s7-200的PPI的通訊協(xié)議，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。由PC機(jī)發(fā)出控制命令對(duì)電機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)的控制。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，利用軟件程序，將脈沖頻率轉(zhuǎn)化為速度、脈沖個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)化為距離發(fā)送到PC機(jī)上并顯示出來，進(jìn)行速度、位移的監(jiān)視。</p><p>　　將PLC控制的開環(huán)伺服機(jī)構(gòu)用于某大型生產(chǎn)線的數(shù)控滑臺(tái)，其

103、脈沖當(dāng)量為0.01～0.05mm,進(jìn)給速度為Vf=3～15m/min,完全滿足工藝要求和加工精度要求。證明將PLC脈沖控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于中、小功率牽引設(shè)備中，具有控制簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、成本低等特點(diǎn)，是一種切實(shí)可行的電氣控制方案。如果在系統(tǒng)中加上保護(hù)電路及防干擾措施，還可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本直線滑臺(tái)的交流伺

104、服電機(jī)PLC控制是利用日本三菱系列的編程軟件所編，通過各個(gè)控制信號(hào)來實(shí)現(xiàn)各個(gè)過程的完美配合，以致發(fā)揮PLC的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)針對(duì)直線滑臺(tái)的交流伺服電機(jī)系統(tǒng)，給出了每個(gè)過程的源程序及其說明。此直線滑臺(tái)的交流伺服電機(jī)PLC控制系統(tǒng)，在工業(yè)生產(chǎn)中，控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的連續(xù)性和自動(dòng)化，提高生產(chǎn)率和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。由于轉(zhuǎn)

105、子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0＞1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。2、運(yùn)行范圍較廣。3、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。正常運(yùn)轉(zhuǎn)的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的

106、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線）。交流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率一般是0.1-100W。當(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種</p><p>　　在程序調(diào)試的過程中，本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了PLC的接線簡(jiǎn)單編程直觀擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。調(diào)試結(jié)果表明，在適應(yīng)性準(zhǔn)確性和可靠性方

107、面，此直線滑臺(tái)的交流伺服電機(jī)的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了最初的要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本文完成之際，無論我的設(shè)計(jì)是否能夠真的投入使用，這里面每一個(gè)控件的繪制，每一行語(yǔ)句的調(diào)試，每一段文本的輸入之中都有我辛勤的汗水。幾個(gè)月的設(shè)計(jì)時(shí)間雖然短暫，我卻從中學(xué)到了很多的東西。我由衷地感謝關(guān)懷、教誨、幫助、