毕业论文 基于组态软件的数控机床电气控制系统设计

本科毕业设计（论文）学院机械工程学院专业机械电子工程学生姓名陆俊京班级学号0940206115指导教师李磊江苏科技大学本科毕业设计（论文）二零一三年五月江苏科技大学本科毕业论文基于组态软件的数控机床电气控制系统设计CNCELECTRICALCONTROLSYSTEMDESIGNBASEDONCONFIGURATIONSOFTWARE江苏科技大学本科毕业设计（论文）I江苏科技大学毕业设计（论文）任务书学院名称机械工程学院专业机械电子工程学生姓名陆俊京学号0940206115指导教师李磊职称讲师江苏科技大学本科毕业设计（论文）II毕业设计（论文）题目基于组态软件的数控机床电气控制系统设计一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1提供条件三菱PLC、组态王及相关的软硬件实验条件2设计内容与要求1熟悉和掌握目前数控机床控制系统的基本方法和手段；2基于三菱PLC和组态王完成数控机床电气控制系统设计和相关的硬件选型；3根据实际需求，完成PLC程序编制和相关的控制报警，并基于组态软件实现人机界面环境下的程序调试，实现相应的功能；4相关资料的收集及其外文翻译；5完成毕业论文。江苏科技大学本科毕业设计（论文）III二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1毕业设计论文一份（不少于15万字）；2外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3控制程序及软硬件原理图；三、完成日期及进度自2013年3月1日起至2013年6月9日止进度安排1、31331，查阅资料、调研，完成开题报告；2、41420，熟悉图纸，完成软件的学习；3、42155，模型的建立，分析及优化；4、5566，完成毕业论文；5、6869，毕业答辩。四、同组设计者（若无则留空）江苏科技大学本科毕业设计（论文）IV五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）1刘芬论PLC控制在机床数控系统中的应用河北职业技术学院学报2007年2陆嘉基于PLC的乳化液泵智能监控系统研制西南交通大学2009年3郑凤翼李艳编轻松解读三菱FX2N系列PLC原理与应用北京机械工业出版社2011年4张晓磊宁夏南部山区杏鲍菇菇棚物候远程监控系统研究成都理工大学2009年5张慧便携式农作物茎杆力学特性测试仪的设计与试验山东农业大学2012年6白新庄PLC的选型探讨石油化工自动化2005年7汪晓光，孙晓瑛，王艳月可编程序控制器原理及应用M北京机械工业出版社2006年8韩黎PLC在机床数控系统中的应用与研究西安建筑科技大学2006年9方向明基于PLC的先进控制策略的研究与应用东北大学2008年10聂丹凤煤矿通风机控制系统改造与设计成都理工大学2009年江苏科技大学本科毕业设计（论文）V系教研室主任（签章）年月日学院主管领导（签章）年月日注1、如页面不够可加附页2、以上一四项由指导教师填写江苏科技大学本科毕业设计（论文）VI摘要本文运用三菱FX2N系列PLC对加工中心进行了模拟，根据该加工中心的基本动作以及控制方法，设计了总体方案。硬件方面，对所用到的元器件进行正确的选型；软件方面，根据控制方法设计了硬件电路并编辑了软件顺序功能图,步进梯形图以及触摸屏的界面。同时，使用触摸屏对加工中心控制系统进行了可视化设计和监控。经过调试，实现了加工中心X轴，Y轴以及Z轴方向的手动操作以及加工中心的自动操作，其流程直观的反应在触摸屏上以方便人为的监控。设计过程中，模拟Z轴方向运动的伺服电机是研究重点，对其配套电路，使用方法以及相关控制程序本文也作出了详细说明。该加工中心的电气控制结构合理，提高了系统的可靠性和抗干扰性，并且有利于操作者在可视化的操作界面下，及时地了解现场环境，从而有提高劳动效率。关键词加工中心；控制系统；伺服电机江苏科技大学本科毕业设计（论文）VIIABSTRACTTHISPAPERDESCRIBESTHEUSEOFTHEMITSUBISHIFX2NSERIESPLCTOTHEOVERALLDESIGNOFMACHININGCENTERWEDESIGNTHEOVERALLPROGRAMFORTHEBASICOPERATIONOFTHEMACHININGCENTERANDTHECONTROLMETHODINTERMSOFHARDWARE,WESELECTTHECORRECTCOMPONENTSONTHESOFTWARESIDE,WEDESIGNANDEDITTHEHARDWARECIRCUITRYANDSOFTWARESEQUENTIALFUNCTIONCHARTEDITORACCORDINGTOTHECONTROLMETHOD,STEPLADDER,ANDTHEINTERFACEOFTOUCHSCREENATTHESAMETIME,WECONDUCTAVISUALDESIGNANDMONITORTOCONTROLSYSTEMFORMACHININGCENTERBYUSINGTHETOUCHSCREEN,ACHIEVINGMANUALOPERATIONANDAUTOMATICOPERATIONOFTHEMACHININGCENTERXAXIS,YAXISANDTHEZAXISDIRECTION,ANDBYMONITORINGTHEACTIONINTHEFORMOFINTUITIVERENDERINTHEDESIGNPROCESS,SERVOMOTORISRESEARCHFOCUSTHISARTICLEALSOMAKEADETAILEDDESCRIPTIONFORMATCHINGCIRCUIT,USINGMETHODSANDRELATEDCONTROLPROCEDURESTHISMACHININGCENTERHASRATIONALSTRUCTURE,IMPROVINGTHESYSTEMSRELIABILITYANDROBUSTNESSSOTHATWECANUNDERSTANDTHEONSITEENVIRONMENTTIMELYINTHEOPERATIONINTERFACEWHICHISVISUALIZATION,THUSIMPROVINGTHEEFFICIENCYOFLABORKEYWORDCABLETRAY；WELDER；CONTROLSYSTEM江苏科技大学本科毕业设计（论文）VIII目录第一章绪论111课题背景112数控机床电气控制系统发展现状113PLC、触摸屏控制、伺服电机简介214课题研究内容315本章小结4第二章总体方案设计521控制系统总体方案设计5211常用PLC控制系统简介5212控制系统原理6213硬件接线原理及图纸722各类硬件设备及数据线选型10221主控部分选型10222驱动部分选型10223操作系统部分选型12224辅助控制部分选型12225各部分专用数据线选用13226伺服电机配套设备选型1423本章小结20第三章软件设计31触摸屏软件设计21311编程软件简介21312GT1155简要设置与操作21313设置画面基本属性23314工程画面下载24江苏科技大学本科毕业设计（论文）IX32PLC软件设计26321PLC软件简介26322工程创建及系统环境设计28323FX2N系列可编程序控制器基本指令35324I/O口端口分布3733本章小结38第四章设备调试实现3941触摸屏控制PLC系统方案39411画面按钮的设计39412画面数值输入设计41413画面指示灯设计4342调试硬件明细45421FX2N32MT45422FX2N1PG45423FX2N4AD45424步进电机驱动器SH401245425步进电机57BYG46426伺服驱动器SGDM20ADA47427伺服电机SGMGH20ACA614943PLC编程4944本章小结49结论与展望50致谢52参考文献53附录54江苏科技大学本科毕业设计（论文）0第一章绪论11课题背景数控机床电气控制技术是数控机床的核心技术，是机械加工自动化的基础，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合国力的水平，近年来PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展,它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多1。数控机床加工的精度在机床的生产过程中起到至关重要的作用，这就需要我们对数控机床定位控制系统作出正确的选型和设计。基于PLC和触摸屏的机床控制系统设计可以把PLC与触摸屏很好地结合在一起,组成多功能监视控制系统，用来监视并控制数控机床的进刀,加工，退刀等加工工序及伺服电机的旋转,提高系统的可靠性和抗干扰性，并且有利于操作者在可视化的操作界面下，及时地了解现场环境，方便生产过程的自动化，从而有提高劳动效率。12数控机床电气控制系统发展现状可编程控制器通常简称为PLC,是近年发展迅速的工业控制装置，已广泛应用于工业企业的各个领域3。可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机、通信、联网以及自动控制技术发展起来的新一代工业控制装置。可编程序控制器在我国的发展与应用已有40多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱8，同时，在世界绝大多数数国家中已经成为自动化系统的基本电控装置。它的特点包括容易掌握、控制容易、可靠性高、体积轻巧、价格适中。调查表明，当今世界范围内PLC生产厂家已经达到150多家，品种已经多达300多种。在2000年PLC的销售总额多达86亿美元，占据了工控机市场份额接近一半，PLC将在工控机市场中占有主要地位，并保持继续上升的势头。60年代末PLC引入我国时，使用范围主要是作离散量的控制，起到的作用是将操作接到离散量输出的接触器等，初期也只能实现操作继电器梯形逻辑。而目前PID调节功能已经在新一代的PLC实现，使用范围也从早期的开关量控制延伸到模拟量控制领域，在航天、轻工、冶金、建材等领域已经大规模使用。当然PLC的发展也不是一帆风顺，其它行业工控产品的迅速发展已经江苏科技大学本科毕业设计（论文）1足以挑战PLC，目前，PLC的厂家正在积极改进产品技术以获得足够的市场份额。目前，中国大多数企业已经认识到PLC对于自身发展的重要性，在企业的设备改造和技术更新之中他们积极将PLC以及相关的应用技术融入进去。越来越多的成功范例近几年频繁出现，诸如对于大型机床的电气化改造，PLC在其中的应用得到大规模推广。金堆城钼业公司于2005年3月对5235立式车床和B2016龙门刨床进行电气改造，弃除原来老式继电器和开关按钮控制方式，代之以PLC为核心的数字控制系统，减少了故障维护，提高加工效率与精度，取得良好效益，2005年12月通过金钼集团公司机动处组织有关人员的验收，认为改造后机床性能得到提升，运行稳定可靠，效益显著8。13PLC、触摸屏控制、伺服电机简介PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC主要是由CPU模块、输入模块、输出模块、和编程器组成，同时，它还有一些特殊模块用来完成某些特殊的任务。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造；体积小，重量轻，能耗低的特点。正是因为这些特点，PLC已经广泛应用于所有的工业部门，随着其性价比的不断提高，应用范围也不断扩大。PLC主要应用于以下方面开关量的逻辑控制；模拟量控制；模拟量控制；运动控制；过程控制；数据处理；通信及联网。触摸屏技术是一种新型的人机交互输入方式，与传统的键盘和鼠标输入方式相比，触摸屏输入更直观2。在识别软件的配合下，手写输入这一操作在触摸屏中可以实现。触摸屏的结构比较简单，它由检测部件和触摸屏控制器组成。在手指或其它物体触摸到安装在显示器前端的触摸屏时，触摸屏控制器检测到所触摸的位置并通过接口（如RS232串行口,USB等）将信息送到主机。目前触摸屏已经由单点触屏发展到实现多点触屏了。触摸屏其实就是一个HMI（人机对话界面），内置了江苏科技大学本科毕业设计（论文）2一个相较于通用组态软件来说简单些的局域组态软件。触摸屏包含HMI硬件和相应的专用画面组态软件，一般情况下，不同厂家的HMI硬件使用不同的画面组态软件，连接的主要设备种类是PLC。触摸屏可以视作一体机内置了一款组态软件。伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置5。伺服电机可以精确控制速度的大小，并且能实现精确定位，它的工作方式是将电压信号转化为转矩和转速来驱动控制对象。输入信号控制伺服电机转子转速，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出5。伺服电机可以分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点实现了位置，速度和力矩的闭环控制，步进电机失步的问题在这里被克服；高速性能优越，一般情况下的额定转速可以达到每分钟20003000转；伺服电机的抗过载能力突出，负载在额定转矩三倍的情况下也能被承受，在诸如有瞬间负载波动和快速起动的场合下都能很好的适用；低速运行时步进电机会产生步进运行现象，而伺服电机没有，且运行时平稳，在有高速响应要求的场合下也能适用；在几十毫秒之内电机就可以实现加减速的动态响应；发热和噪音的问题较少。伺服电机的应用领域相当广泛，只要是要有动力源的，而且对精度有要求的一般都可能涉及到伺服电机。如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。14课题研究内容基于PLC和触摸屏的机床控制系统设计1、该系统主要由显示部分和控制部分组成，显示部分由触摸屏实现信号的给定和输出状态的显示，控制部分由PLC完成控制信号的采集和对外输出；2、主要的硬件组成部分有触摸屏、PLC、FX2N1PG、FX2N2AD及伺服电机、步进电机。主要用到的软件为GTDESINGER2、GXDEVELOPER；3、各部分功能A、伺服电机、步进电机分别控制加工中心三坐标的六个方向上的运动；B、触摸屏通过人机界面对控制模块输出电机正反转信号、启停信号并对伺服电机的江苏科技大学本科毕业设计（论文）3工作状态进行显示和报警；C、FX2N1PG为伺服电机驱动器提供脉冲，方向信号，控制伺服电机的运转；D、A/D转换模块将传感器发出的模拟信号转换为数字信号，并通过触摸屏显示输出并作为PLC的控制电机的信号；15本章小结本章重点在于确立研究内容及其背景，对于主要用到的工控产品作了简单的介绍，其中，触摸屏，PLC以及伺服电机是研究重点，对于所用到的软件也作了简单的梳理，在下文会有详细的介绍。江苏科技大学本科毕业设计（论文）4第二章控制系统方案设计21控制系统总体方案设计211常用PLC控制系统简介（1）西门子公司的SIMATICPLC德国的西门子公司的PLC产品，在自动化各个领域都得到广泛应用，有适用于其中机械或各种气候条件的坚固型PLC，有适用于狭小空间具有高处理性能的密集型PLC,还有运行速度极快且有优异的扩展能力的PLC机型，可配置种类繁多的输入/输出模块、智能模块、编程器、软件、过程通讯和显示部件等，因此在逻辑控制、运动控制、过程控制以及工厂全集成自动化得到广泛的应用。SIMATICS5系列PLCS7系列PLCSIMATIC的网络与监控系统2三菱公司的PLC三菱公司是日本生产PLC产品的重要厂家之一，其代表性的我PLC主要有（F,F1,F2系列（FX0，FX1，FX2，FX2N，FX3UC和A系列、QNA系列、Q系列等。F、FX系列是小型PLC，I/O点数最大256点；A系列、QNA系列、Q系列为大中型PLC，具有丰富的网络功能，其I/O点数最大达到8192点。F1、F2和FX2、FX2N系列PLC。A系列PLC。AN系列PLC。Q系列PLC。（3）OMRON公司的PLC欧姆龙公司的SYSMACC系列的PLC产品广泛用于材料处理，食品加工和包装、机械加工、自动化制造和过程控制等行业。欧姆龙公司的PLC有微型、小型、中型和大型四大类十多个型号及相关配套产品。其产品特点突出，一是梯形图与语句表并重配置的指令系统较强，特别是提供功能指令，使用户在使用的方便性及开发复杂控制系统的能力方面都优于欧美小型PLC产品；二是欧姆龙为PLC配置的通信系统便宜、简单、实用，降低了整个PLC网络的造价。微型PLC。小型PLC。中型PLC。大型PLC。选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较满意的产品。输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定的费江苏科技大学本科毕业设计（论文）5用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理的性能价格比6。由于三菱FX2N系列的PLC在小型控制系统中比较占有优势和市场，本次设计也是小型的控制系统，并且我们学习的也是三菱FX2N系列的PLC，所以我们采用我们熟悉的三菱FX2N系列的PLC来控制该系统。而且FX2N还是FX系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器。212控制系统原理控制系统主要分为以下几大部分主控部分、驱动部分、操作系统部分、辅助控制部分。主控部分采用三菱FX2N32MT为主控单元，由其控制步进电机以及伺服电机的正反转运动，对于伺服电机还可以通过编程实现定位与返回的功能。驱动部分采用步进电机以及伺服电机分别模拟X、Y轴与Z轴方向运动，伺服电机实际操作起来难度较大，但是由于其闭环系统，精度远远高于步进电机。辅助控制部分主要采用FX2N4AD以及温度传感器来测定加工环境的温度，实现控制信号的采集，FX2N1PG则用来给伺服电机运转信号。操作系统部分主要采用GT1155QSBDC触摸屏来实现人际互动，完成信号给定和输出状态的显示。数控机床电气控制系统采用PLC为控制系统，控制面板为触摸屏，驱动部分包括步进电机和伺服电机。通过触摸屏操作PLC控制系统来协调这两部分的工作，从而实现数控机床三个方向的运动。控制系统原理图如图21所示江苏科技大学本科毕业设计（论文）6操作系统部分PLCZ轴电机（伺服电机）主控部分（触摸屏）Y轴电机（步进电机）X轴电机（步进电机）辅助控制部分（定位控制模块、A/D转换模块）输出信号数字信号反馈控制信号状态显示输出信号信号反馈图21控制系统原理图213硬件接线原理及图纸接线主要参照VISIO图纸，各硬件标注参照图纸；硬件接线原理图如图22所示，在硬件接线时，一定要注意一个元器件只有一个回路，万不可回路互接。江苏科技大学本科毕业设计（论文）7SH4012驱动器SH4012驱动器GOT1000LNCOM1Y0Y1Y3220VVCCGNDOPTODIRCPVCCGNDOPTODIRCPCOMCOMAABBCOMCOMAABB57BYG型步进电机57BYG型步进电机黑黑白白红红绿绿黄黄蓝蓝5V5V12V12V硬件接线图Y2COMCOM24VDC触摸屏PLCFX2N32MT图22硬件接线图A江苏科技大学本科毕业设计（论文）8LNCOM1Y0Y1Y3硬件接线图Y4S/S24VVINFPCOM0RPCLRCOM1PG0PG0FX2N1PGSGDML1L2L3ALMALMSONPOTNOTALMRST24VPL1PLUS/PULSPL2SIGN/SIGNPL3CLR/CLRSGPC0FX2N32MT0V24VUVWABCDCN1CN2PGMOTOR24V24V24VVVIFG5VFX2N2ADPLC模块定位模块AD模块伺服驱动器伺服马达图22硬件接线图B江苏科技大学本科毕业设计（论文）922各类硬件设备及数据线选型221主控部分选型步进电机需要两组脉冲，实验室所有三菱PLC有FX2N48MR、FX2N32MT以及FX2N64MT,这些无论输入输出点数还是脉冲口都能满足设计要求，这里我们选用三菱FX2N32MT。该型号PLC参数如下，输入输出合计点数32，输入点数16，输出点数16，晶体管输出（无触点、直流负载用）。该型PLC使用注意点如下1请在可编程控制器的外部，构筑紧急停止回路、保护回路、防止正反转等相反动作同时进行的互锁回路、防止机械破损的定位上下限互锁回路等。2当可编程控制器CPU通过看门狗定时器出错等的自诊断功能检测出异常时，所有的输出变为OFF。此外，当发生了可编程控制器CPU不能检测出的输入输出控制部分等的异常时，输出控制有时候会失效。此时，为了确保机械在安全状态下运行，请对外部回路以及结构进行设计。3传感器用供给电源的输出电流，因机型以及扩展模块的有无而不同。发生过载时，除了电压自动下降、可编程控制器的输入不动作以外，所有输出也都变为OFF。此时，为了确保机械在安全状态下运行，请对外部回路以及结构进行设计。4由于输出单元的继电器、晶体管、可控硅等的故障，有时候会导致输出一直接通，或是一直断开。关于与重大事故有关的输出信号，为了确保机械在安全状态下运行，请对外部回路以及结构进行设计。222驱动部分选型1Z轴伺服电机电机选型（由于条件限制，所以选用实验室已有电机进行模拟）电机型号SGMGH20ACA61，电机驱动器型号SGDM20ADASGMGH20ACA61参数如表21所示，SGDM20ADA参数如表22所示江苏科技大学本科毕业设计（论文）10表21SGMGH20ACA6参数明细表规格型号额定功率（W）额定电流（A）额定电压（V）额定转矩（NM）额定转速（MIN1）SGMGH20ACA61800167200115F表22SGDM20ADA参数明细表规格型号主电路电源V）控制电路电源V）最大输出电流（A）最大适用电机容量（W）频率HZSGDM20ADA200230AC200230VAC（单）42200050602X、Y轴步进电机电机选型（由于条件限制，所以选用实验室已有电机进行模拟）电机选型57BYG002，电机驱动器选型SH401257BYG002参数明细如表23所示表2357BYG350CL0601参数明细表规格型号相数步距角（）额定电流（A）定位转矩（KGCM）额定电压（V）重量（KG）57BYG002418060712065SH4012参数明细表如表24所示表24SH4012参数明细表规格型号相数额定电压（V）输出脉电压（A）指令脉冲方式驱动方式控制信号的接线方式保护功能适配电机SH40124724DC5DC单脉冲恒压驱动双端无57BYG系列223操作系统部分选型触摸屏由触摸检测部件和触摸屏控制器组成，触摸检测部件安装在显示器屏幕前面，用于检测用户触摸位置，然后将相关信息传送至触摸屏控制器而触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再传江苏科技大学本科毕业设计（论文）11送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏技术是一种新型的人机交互输入方式，与传统的键盘和鼠标输入方式相比，触摸屏输入更直观。配合识别软件，触摸屏还可以实现手写输入。触摸屏由安装在显示器屏幕前面的检测部件和触摸屏控制器组成。当手指或其它物体触摸安装在显示器前端的触摸屏时，所触摸的位置由触摸屏控制器检测，并通过接口（如RS232串行口,USB等）送到主机。目前触摸屏已经由单点触屏发展到实现多点触屏了。采用的GT1155QSBDC触摸屏为三菱公司的GT1155型号，它可以同时显示256种不同的色彩，灯管寿命较高。如今，人机界面已经成为高级设备控制终端的流行装置，它可以方便地将CPU的内部寄存器和继电器展示出来，并且加以编辑及控制。它使工控设备的操作和控制更加容易，更能体现出现代高科技的便利。人机界面触摸屏（以下简称触摸屏）可以将对外设的CPU内部的参数进行监控。使编制的程序更加直观和方便。224辅助控制部分选型FX2N1PG定位模块（PGU）FX2N1PG可以完成一个独立轴的简单定位，这是通过向伺服或步进电机的驱动放大器提供指定数量的脉冲来实现的。FX2N1PG是作为FX系列可编程控制器的扩展部分配置的，每一个PGU都作为一个特殊的时钟起作用，使用FROM/TO指令并占用占用PLC的8点输入或者输出与PLC进行数据交换。PGU的驱动电源用于输入信号时需要DC24V，由外部电源或者PLC的24V供电，消耗的电流为40MA或更少；输出信号时，需要5到24VDC，消耗的电流35MA或更少；用于内部控制时，需要5VDC,消耗的电流35MA或更少，从PLC通过扩展电缆供电。PGU的指令速度单位可以选择CM/MIN、10DEG/MIN、INCH/MIN。其设定脉冲可以0到999，999，可以选择位置规格或者相对移动规格，可以在脉冲、UM、MDEG、INCHO中选择单位，可设定针对位置数据的倍率。该模块的脉冲输出形式可选择正转FP/反转RP脉冲或脉冲PLS/方向DIR；脉冲输出端子为开集电极晶体管输出DC5到24V，消耗的电流20MA或更少。FX2N1PG外部输入输出规格也有规范的要求，输入ST0P/D0G端子为DC24V7MA，零点信号PG0端子为DC5V到DC24V20MA及以下；输出FP正转/RP反转/CLR清除端子分别为DC5到DC24V20MA及以下。该模块适用的PLC有FX1N、FX2N、FX3U、FX2NC、FX3UC。江苏科技大学本科毕业设计（论文）12A/D转换模块FX2N4AD，FX2N4AD模拟特殊模块有四个输入通道。输入通道接收模拟信号并将其转换成数字量，这称为A/D转换。FX2N4AD最大分辨率是12位。基于电压或电流的输入/输出的选择通过用户配线来完成，可选用的模拟量范围是10V到10VDC（分辨率5MV），并且/或者4到20MA，2020MA（分辨率20A）。FX2N4AD和FX2N主单元之间通过缓冲存储器交换数据，FX2N4AD共有32个缓冲存储器（每个16位）。FX2N4AD占用FX2N扩展总线的8个点。这8点可以分配成输入或输出。FX2N4AD消耗FX2N主单元或有扩展单元5V电源槽30MA的电流。电源指标如下，模拟电路DC24V10，55MA；数字电路DC5V，30MA、2020MA（分辨率20MA）（抗阻250）模拟输入通过双绞屏电缆来接收。电缆应远离电源线或其他可能产生电气干扰的电线。如果输入有电压波动，或在外部接线中有电气干扰，可以接一个平滑电容器（01F到047F，25V）。使用电流输入，互联V和I端子；若电气干扰太多，则连接FG的外壳地端和FX2N4AD的接地端；连接FX2N4AD的接地端与主单元的接地端。可行的话，在主单元使用3级接地；转换速度15M/S通道（常速）6M/S（高速）；电流传感器（60600A），DC12V。225各部分专用数据线选用（1）USBSC09FX（PC/FX2N32MT）如图23所示FX2N32MTPCUSBSC09FX图23PC/FX2N32MT接线图（2）USB数据线（PC/GOT1000）如图24所示24VDCFGGT1155QSBDCPCUSB数据线江苏科技大学本科毕业设计（论文）13图24PC/GOT1000接线图（3）SC09（GOT1000/FX2N32MT）为专用数据线，用于连接触摸屏和控制部分，无特殊说明；可适用型号为三菱FX2N/FX1N/FX1S/FX2NC/FX0N，其自身带指示灯。如图25所示FX2N32MTGT1155QSBDCSCO9图25PLC/GOT1000接线图226伺服电机配套设备选型（1）SGMGH型用编码器电缆型号JZSPCMP0203（编码器侧带有L形插头的电缆）JZSPCMP0303（编码器侧散拉电缆）JZSPCMP0905（只有电缆）江苏科技大学本科毕业设计（论文）14表2520M规格线材配线长度可达20M电缆型号长度LJZSPCMP09055MJZSPCMP091010MJZSPCMP091515MJZSPCMP092020M自制电缆125346HGCD伺服单元侧编码器侧表26编码器插头的连接器针排列针号信号名称导线颜色1PG5V红2PG0V黑345PS空6/PS空江苏科技大学本科毕业设计（论文）15表2717位增量型编码器接线规格针号信号名称导线颜色针号信号名称导线颜色AKBLCPS空MD/PS白/空NEPFRGPG0V黑SHPG5V红TJFG框架地线屏蔽线编码器电缆线材规格AWG222CAWG242P或者AWG162CAWG262P注红黑两根线为粗线，其他两根为细线（2）输入输出信号用电缆CN1用JZSPCKI011自制线缆连接器一共有50个端子，根据自己用到的端子焊线，具体用到的端子详见硬件接线图。江苏科技大学本科毕业设计（论文）16表28CN1电线尺寸项目规格线请使用多股绞合线或多股绞合屏蔽线。适用电线AWG24，26，28，30电缆精整外形16以下（3）伺服单元主电路电线表29主电路电线尺寸外部端子名称端子符号型号SGDM主电路电源输入端子L1，L2HIV35电机接线端子U，V，WHIV35控制电源输入端子L1C，L2CHIV125外接再生电阻连接端子B1，B2HIV20接地端子FGHIV20以上（4）伺服电机主电路用电缆线材表210SGMGH型1500MIN1200V级电线尺寸额定输出18KW三相200VHIV35（5）配线用断路器与保险丝容量表29主电路电线尺寸主电路电源伺服单元容量KWSGDM每台伺服单元的KVA配线用断路器或保险丝的电流容量主电路电源A配线用断路器或保险丝的电流容量控制电路电源A三相200V2020ADA43130153（6）噪音滤波器电磁接触器浪涌抑制器DC电抗器主电路电源SGDM推荐的噪音滤波器型号电磁接触器浪涌抑制器DC电抗器三相200V20ADAFN258L16/07HI15J35ATU25C240X5060（7）伺服电机专用变压器伺服驱动器SGDM20ADA主电路电源L1、L2、L3为三相220V，这和国内经常使用的三相380V有差异，所以我们需要变压器将实验室三相380V转为三相220V，控制电路为单相220V，这样我们只需从三相220上接两根线即为单相220V。型号SG2500VA（SG25KVA）电压三相380V转三相220V江苏科技大学本科毕业设计（论文）17380V220VFGABCABC图26变压器接线示意图（8）电烙铁的使用在进行电缆的焊制时，需要注意电烙铁的使用，电烙铁是最常用的焊接工具，我们使用20W内热式电烙铁。电烙铁要用220V交流电源，使用时要特别注意安全。比如电烙铁插头最好使用三极插头、要使外壳妥善接地等。焊接时，还需要焊锡和助焊剂。为了方便焊接操作常采用尖嘴钳、偏口钳、镊子和小刀等做为辅助工具。应学会正确使用这些工具。焊接前，应对元件引脚或电路板的焊接部位进行焊前处理。做好焊前处理之后，就可正式进行焊接右手持电烙铁。左手用尖嘴钳或镊子夹持元件或导线。焊接前，电烙铁要充分预热。烙铁头刃面上要吃锡，即带上一定量焊锡。将烙铁头刃面紧贴在焊点处。电烙铁与水平面大约成60角。以便于熔化的锡从烙铁头上流到焊点上。烙铁头在焊点处停留的时间控制在23秒钟。抬开烙铁头。左手仍持元件不动。待焊点处的锡冷却凝固后，才可松开左手。用镊子转动引线，确认不松动，然后可用偏口钳剪去多余的引线。焊接时，要保证每个焊点焊接牢固、接触良好。要保证焊接质量，其典型特征是锡点光亮，圆滑而无毛刺，锡量适中。锡和被焊物融合牢固,不应有虚焊和假焊。江苏科技大学本科毕业设计（论文）18（9）伺服系统构成图图27伺服系统构成图江苏科技大学本科毕业设计（论文）1923本章小结本章介绍了总体方案，对所用到的硬件也作了详细的说明，伺服电机的配套硬件选型是设计重点，如断路器，电磁继电器等，这些都需要经过详细的计算，尤其需要注意电缆的制作，在此过程中需要用电烙铁进行焊制。由于条件的限制，伺服电机的配套设备仍有缺失，详细的计算选型也有点粗糙，有待改进。江苏科技大学本科毕业设计（论文）20第三章软件设计31触摸屏软件设计311编程软件简介利用GTDESIGNER2它可以编制触摸屏的控制画面。参考画面的实例是用“GTDESIGNER2”编制。先从产品配送的光盘里找到“人机界面”的内容，然后安装“GTDESIGNER2”软件。安装完毕后运行该软件图31对话框出现上述对话框图31，如果重新设计工程就点击“新建”，如果有已经编辑好的工程，就选择“打开”。以下就新建工程举例。312GT1155简要设置与操作图32电脑触摸屏连接将电脑（PCCOM）和触摸屏的RS232用链接线链接起来即可，插拔电脑串口（PCCOM）的时候要注意如图32所示。江苏科技大学本科毕业设计（论文）211点击“新建”，就出现“新建工程向导”对话窗口。如下图所示。软件下面将对触摸屏的系统、连接和界面进行向导设置。如果“显示新建工程向导”的标志去掉的话，每次新建就不会出现以下画面。（2）点击下一步就进入系统选择设置。图33GOT类型选择在这里可以设置触摸屏的型号，通过下拉列表可以选择支持的触摸屏型号。我们设备配置的是GT1155QSBDC行的，所以只需选择“GT11QC320240”，如图33所示；3点击“下一步”，对GOT型号和颜色进行确认，如果不用更改就单击“下一步”，进入“连接机器设置”。（1）（2）江苏科技大学本科毕业设计（论文）22连接机器设置人机界面触摸屏监控的外设。本实训设置成MELSECFX如图34所示。常用设备注解如下MELSECFX三菱FX系列PLC，MELSECQNA，Q三菱QNA及Q系列PLC，MELSECA三菱A系列PLC，欧姆龙C欧姆龙C系列PLC松下FP松下FP0、FP1系列PLCSIEMENSS7300西门子S7300系列PLCSIEMENSS7200西门子S7200系列PLCFREQROL三菱变频器图34“IF设置”和“通讯驱动程序”通过这项设置，确定外部设备的链接口。如果GOT是通过RS422口对PLC等外设进行通讯的，就将此项设置成“标准RS422”。下一步后,“通讯驱动程序”的设置窗口中，如果选择PLC设备，则此项只有一种驱动程序设置成“MELSECFX”即可。再下一步进行确认。硬件方面的设置结束以后，开始画面切换的设置。定义了基本画面的软元件之后，就可以确认并结束向导的设置。313设置画面基本属性新建了基本画面，就要设置它的属性。首先设置画面的基本属性。画面编号在整个工程中，画面编号是唯一性的，可以通过这个编号对画面进行索引。标题此项画面的名称，帮助编程人员理解和归类，如此项画面的功能主要是主控画面则，编辑“主界面”便于记忆和管理。指定颜色利用此功能设置画面的背景颜色。其中“图样前景色”和“图样背景色”为互相补充。如果“填充图样”选择，则背景主要显示“图样前景色”，如果“填充图样”选择，则背景主要显示“图样背景色”，如图35所示。江苏科技大学本科毕业设计（论文）23图35画面设置314工程画面下载当工程画面编辑完毕后，通过打开菜单栏中的“通讯”“跟GOT的通讯”对话框实现。在标签卡中选择“工程下载GOT”。在“基本画面”里选择需要下载的画面名称，在名称前打勾，选择完毕后点击“下载”按钮，就可以进行下载数据传输，在传输过程中禁止关闭触摸屏电源和移动GOT通讯线。如图37，36所示图36通讯设置江苏科技大学本科毕业设计（论文）24图37画面下载江苏科技大学本科毕业设计（论文）25安装软件启动GTDESINGNER2设定GOT/PC型号进行共通设定设定连接设备制作用户用的画面是否初次使用GOT安装OS和通信驱动程序将制作的用户画面输入到GOT连接GOT和PC,开始使用结束否是开始用USB连接GOT和电脑，给GOT上电图38GOT设计步骤32PLC软件设计321PLC软件简介GXDEVELOPER是三菱通用性较强的编程软件，它能够完成Q系列、QNA系列、A系列（包括运动控制CPU）、FX系列PLC梯形图、指令表、SFC等的编辑7。该编程软件能够将编辑的程序转换成GPPQ、GPPA格式的文档，当选择FX系列时，还能将程序存储为FXGP（DOS）、FXGP（WIN）格式的文档，以实现与FXGP/WINC软件江苏科技大学本科毕业设计（论文）26的文件互换9。EXCEL、WORD等软件编辑的说明性文字以及数据能被该编程软件通过复制、粘贴等一系列简单操作导入程序中，这样，软件的使用和程序的编辑更容易完成。此外，GXDEVELOPER编程软件还具有以下特点（1）操作简便标号编程。用标号编程制作程序的话，在不需要认识软元件的号码的情况下就能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用10。功能块。功能块是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易10，此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序使得顺序输入错误。只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，接着输入简单的命令，登录过的回路模式就能够被读出，我们就能够灵活利用变更软元件了。（2）能够用各种方法和可编程控制器CPU连接经由串行通信口与可编程控制器CPU连接；经由USB接口与可编程控制器CPU连接；经由MELSECNET/10（H）与可编程控制器CPU连接；经由MELSECNET（II）与可编程控制器CPU连接；经由CCLINK与可编程控制器CPU连接；经由ETHERNET与可编程控制器CPU连接；经由计算机接口与可编程控制器CPU连接4；（3）调试功能由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。通过该软件可进行模拟在线调试，不需要与可编程控制器连接4。在帮助菜单中有CPU出错信息、特殊继电器/特殊寄存器的说明等内容，所以对于在线调试过程中发生错误，或者是程序编辑中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下，通过帮助菜单可非常简便的查询到相关信息4。程序编辑过程中发生错误时，软件会提示错误信息或错误原因，所以能大幅度缩短程序编辑的时间4。江苏科技大学本科毕业设计（论文）27分析工艺条件和控制要求选择CPU模块准备外围设备安装软件安装模块连接布线编写系统设计文档编写控制程序调试仿真成功下载运行功能测试评估是否符合控制要求整理相关文档投入使用修改设计否是否是系统选型硬件准备安装模块编写程序调试仿真下载测试整理文档设计完成图312控制系统设计流程图322工程创建及系统环境设计梯形图在编辑时的基本操作步骤和操作的含义FXGP/WINC编程软件类似，但在操作界面和软件的整体功能方面有了很大的提高。在使用GXDEVELOPER编程软件进行梯形图基本功能操作时，可以参考FXGP/WINC编程软件的操作步骤进行编辑。梯形图的创建功能该操作主要是执行梯形图的创建和输入操作，下面就以实例介江苏科技大学本科毕业设计（论文）28绍梯形图创建的方法。创建要求在GXDEVELOPER中创建如图3所示的梯形图。以上方法是采用指令表创建梯形图，除此之外还可以通过工具按钮创建梯形图，操作方法参见三菱公司相关技术资料。1规则线操作按F10，如图313所示。将光标移至梯形图中需要插入规则线的位置。按住鼠标左键并移动到规则线终止位置。规则线删除按F9，如图314所示。将光标移至梯形图中需要删除规则线的位置。按住鼠标左键并移动到规则线终止位置。图313规则线插入操作说明图314规则线删除操作说明江苏科技大学本科毕业设计（论文）292标号程序标号编程简介标号编程是GXDEVELOPER编程软件中新舔的功能。通过标号编程用宏制作顺控程序能够对程序实行标准化，此外能够与实际的程序同样地进行回路制作和监视的操作。标号编程与普通的编程方法相比主要有以下几个优点可根据机器的构成方便地改变其编程元件的配置，从而能够简单地被其他程序使用。即使不明白机器的构成，通过标号也能够编程，当决定了机器的构成以后，通过合理配置标号和实际的编程元件就能够简单地生成程序。只要指定标号分配方法就可以不用在意编程元件/编程元件号码，只用编译操作来自动地分配编程元件。因为使用标号名就能够实行程序的监控调试，所以能够高效率地实行监视。标号程序的编制流程；标号程序的编制只能在QCPU或QNACPU系列PLC中进行，在编制过程中首先需要进行PLC类型指定、标号程序指定、设定变量等操作，具体操作步骤可以参见图315。开始启动GXDEVELOPER软件选择新建工程在PLC系列中指定“QCPU（Q模式）或是QNACPU”指定PLC类型在程序类型中指定“梯形图”“标号程序”进行自动分配软元件的设定任意设定设定局部变量进行全局变量的设定任意设定制作标号程序编译标号程序写入PLC结束图315标号程序编制流程3查找及注释查找/替代江苏科技大学本科毕业设计（论文）30与FXGP/WINC编程软件一样，GXDEVELOPER编程软件也为用户提供了查找功能，相比之下后者的使用更加方便。选择查找功能时可以通过以下两种方式来实现（见图316）通过点选查找/替代下拉菜单选择查找指令；在编辑区单击鼠标右键弹出的快捷工具栏中选择查找指令。此外，该软件还新增了替代功能根据替代功能，这为程序的编辑、修改提供了极大的便利。因为查找功能与FXGP/WINC编程软件的查找功能基本一致，所以，这里着重介绍一下替换功能的使用。（1）通过菜单选择查找指令（2）在编辑区单击鼠标右键弹出的快捷工具栏中选择查找指令图316选择查找指令的两种方式查找/替换菜单中的替换功能根据替换对象不同，可为编程元件替换、指令替换、常开常闭触点互换、字符串替换等。下面介绍常用的几个替换功能。（4）编程元件替换通过该指令的操作可以用一个或连续几个元件把旧元件替换掉，在实际操作过程中，可根据用户的需要或操作习惯对替换点数、查找方向等进行设定，方便使用者操作。操作步骤选择查找/替换菜单中编程元件替换功能，并显示编程元件替换窗口，如图9所示。在旧元件一栏中输入将被替换的元件名。在新元件一栏中输入新的元件名。根据需要可以对查找方向、替换点数、数据类型等进行设置。执行替换操作，可完成全部替换、逐个替换、选择替换。说明替换点数。举例说明当在旧元件一栏中输入“X002”，在新元件一栏中输入“M10”且替换点数设定”为“3”时，执行该操作的结果是“X002”替换为“M10”；“X003”替换为“M11”；“X004”替换为“M12”。此外，设定替换点数时可选择输入的数据为10进制或16江苏科技大学本科毕业设计（论文）31进制的。如图317所示。移动注释/机器名。在替换过程中可以选择注释/机器名不跟随旧元件移动，而是留在原位成为新元件的注释/机器名；当该选项前打勾时，则说明注释/机器名将跟随旧元件移动。查找方向可选择从起始位置开始查找、从光标位置向下查找、在设定的范围内查找。图3