基于三菱plc、mr-j2伺服驱动及定位单元fx2n-20gm的定位控制系统

基于三菱PLC、MRJ2伺服驱动及定位单元FX2N20GM的定位控制系统（毕业论文）目录摘要3ABSTRACT3第一章绪论411选题背景412发展状况513研究内容5第二章双轴运动控制系统的任务设计与实施621通过“双轴运动控制系统系统”实现特定图形的绘制622任务完成的方案及流程10221组装硬件平台10222设备参数设定10223程序的编写10224程序写入与调试1023A3纸实图（见附录1）10第三章设备介绍与接线1131双轴运动控制系统的硬件总体框架与实物图1132双轴运动控制系统主电路图1333PLC与20GM接线图1434伺服放大器与20GM定位模块接线图17第四章双轴运动控制系统参数设定2841伺服放大器的参数设定28411伺服放大器设定参数的方法28412伺服放大器的相关参数的设定2942FX2N20GM定位模块参数设定32421FX2N20GM定位模块的定位参数的设定33422FX2N20GM定位模块的其他参数的设定3643HMI触摸屏参数设置37第五章软件及编程4051FX2N20GM编程（FXVPS软件）40511FX2N20GM编程定位指令40512FX2N20GM编程软件相关指令的用法54513FX2N20GM范例程序6152PLC设置与编程62521PLC编程软件与电脑的通讯62522PLC程序（范例）6553触摸屏设置与编程66531软件的设置与使用66532触摸屏程序（范例）69附录一PLCI/O点及触摸屏辅助继电器分配表70附录二20GM定位模块程序71附录三触摸屏程序80附录四PLC程序82附录五A3纸作品实图94参考文献95鸣谢95摘要近年来越来越多的小型企业将采用经济、实用的PLC运动控制产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争力。PLC得到快速发展，例如在轨道交通、化工、电力、油田、机床等各行各业都有着广泛的应用。三菱以其丰富的产品型号和较高的性价比而得到消费者的青睐，其学习起来较好入门，编程软件界面和程序操作设计也较符合人们的操作习惯和思维逻辑。本文将介绍基于三菱PLC、MRJ2伺服驱动及定位单元FX2N20GM的定位控制系统，旨在通过学习，了解试验台各个部分的硬件知识、通信连接以及软件参数设置和编程，掌握由人机界面（触摸屏）、三菱FX2NPLC、FX2N20GM、伺服电机驱动器以及驱动电机组成的控制系统实现对伺服电机的运动控制。关键词人机界面；三菱PLC；FX2N20GM定位模块伺服系统；运动控制；ABSTRACTINRECENTYEARS,MOREANDMORESMALLBUSINESSESWILLUSEECONOMICANDPRACTICALPLCMOTIONCONTROLPRODUCTSTOCONTROLTHEPRODUCTIONPROCESS,INORDERTOIMPROVETHEECONOMICEFFICIENCYOFENTERPRISESANDCOMPETITIVENESSPLCTOGETFASTDEVELOPMENT,FOREXAMPLEINTHEORBITTRANSPORTATION,CHEMICALINDUSTRY,ELECTRICPOWER,OILFIELD,MACHINETOOLSAREWIDELYUSEDINALLWALKSOFLIFEMITSUBISHI,WITHITSRICHPRODUCTSTYPEANDHIGHCOSTPERFORMANCEANDGETTHEFAVOUROFCONSUMER,ITSGOODINTRODUCTORYTRAINING,PROGRAMMINGSOFTWAREINTERFACEANDPROGRAMDESIGNISALSOMOREACCORDWITHPEOPLESHABITSOFTHOUGHTANDLOGICOPERATIONTHISARTICLEWILLINTRODUCEBASEDONMITSUBISHIPLCPOSITIONINGUNIT,MRJ2SERVODRIVEANDFX2N20GMPOSITIONINGCONTROLSYSTEM,AIMSTOSTUDY,THEHARDWAREOFEACHPARTOFTHETESTBENCHKNOWLEDGE,COMMUNICATIONLINKSANDPARAMETERSETTINGSANDSOFTWAREPROGRAMMING,MASTERBYTHEMANMACHINEINTERFACETOUCHSCREEN,MITSUBISHIFX2NPLCFX2N20GM,SERVOMOTORDRIVEANDCONTROLOFTHEMOVEMENTCONTROLOFTHESERVOMOTORCONTROLSYSTEMKEYWORDSHUMANCOMPUTERINTERFACEMITSUBISHIPLCFX2N20GMPOSITIONINGMODULESERVOSYSTEMMOTIONCONTROL第一章绪论11选题背景当今社会高精度电气系统和高性能自动控制系统越来越普及。可编程逻辑控制器的使用可以再很大程度上使许多普通电气控制系统难以解决的问题变得相对的简单一些，并增加自动控制系统的稳定性。PLC结合了微型计算机技术与传统继电器技术的优点，它既克服了传统继电器技术不可靠、能耗高的缺点，又兼顾了成本要素，成本远小于工业控制计算机，大大地降低了工业控制的成本。近年来我国工业的自动化程度有了明显提高，特别是在运动控制领域。随着市场竞争的加剧及自动化水平的不断提高，越来越多的小型企业也将采用经济、实用的PLC运动控制产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争力。可见，运动控制产品有很大的应用空间。三菱以其产品型号丰富、性价比较高，学习起来较好入门，编程软件界面和程序操作设计也较符合人们的操作习惯和思维逻辑而得到消费者的青睐。在我国，中小企业众多，三菱为这些中小企业提供的不仅仅是合适的价格，更有运算速度快及扩展模块功能丰富的特点。可以用于多个基本组件间连接，具有出色地模拟控制和定位控制等功能。12发展状况国内外现状我国工业的自动化水平较前些年已经有了显著提高，很多中小企业出于生产效率和成本的考虑，开始应用自动化程度较高的生产线，PLC以其较高的可靠性及其合适的价格成为现代工业生产线上的不二选择。但是我们应该看到我们国家在PLC方面的不足之处，我们国家在PLC的研发方面处于明显的落后地位，而且外国人开发的PLC工具有些不符合中国人的逻辑思维，这导致了PLC的普及受阻，影响到了我们工业现代化的进程。鉴于此国情，我国应该重视科技的研发、创新，打造属于我们自己的品牌。每个大学生也应该积极地为推动国家的工业化进程做出自己的贡献。我国很多中大企业已经使用了先进的PLC控制系统对生产线进行指定控制，但依然有很多小型企业处于落后状态，这不仅取决于PLC生产线本身的成本，还取决于这些小企业有没有能力购买其技术支持。目前的现状是，PLC生产线的维护大多数只能依靠PLC的生产商，这样就给小企业引进现代化的生产线带来了诸多瓶颈。随着竞争的日益加剧，生产效率的提高无疑是至关重要的，引入先进的现代化生产线是当务之急，这就需要大量的智力支撑。因此，对小型PLC自动控制系统的研究课题是有着广泛的实际意义的。中国PLC市场主要厂商为西门子、三菱、欧姆龙、松下、施耐德、ROCKWELL等国际大公司，欧美公司在大中型PLC领域占有绝对优势，可编程控制器技术在发达国家已经进入快速发展的阶段，由于有强劲市场需求的工业自动化控制技术发展迅速、应用广泛，近年来随着运动控制技术的不断进步和完善，可编程控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品已经被越来越多的产业领域接受并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模。日本公司在小型PLC领域占据十分重要的位置，韩国和台湾的公司在小型PLC领域也有一定市场份额，中国大陆PLC厂商的份额几乎可以忽略。出于对这种现状的考虑，国家已经出台工业现代化、农业机械化等相关政策，为发展PLC业务提供了难得的历史机遇。因此，作为一名理工科大学生熟练掌握PLC控制系统的原理，并具有一定的PLC控制程序的编程能力，是一项极具潜力的技能。我国当前经济高速发展，已经一跃成为世界大二大经济体，市场对新设备、新技术的需求越来越大。另外，由于市场竞争的压力，要求运动控制设备向开放式方向发展，在这样的形势下我国可以抓住这一机遇，加大技术投资，培养科技人才，研制出具有自主知识产权的、高可靠性的可编程控制器产品。我想，这样才是真正的提高我国制造生产的自动化程度。13研究内容目前，市面上有关三菱PLC运动控制模块的资料少之又少，给我们的学习带来了很多麻烦。通过学习，我已经初步掌握了了一些简单的运动控制方面的知识，并将其总结为此文，希望此文能给大家带来方便。研究内容主要包括以下几个方面人机界面（触摸屏）对PLC的控制及对定位模块的设置、监控FX2NPLC与定位模块的通讯定位模块（FX2N20GM）与伺服驱动器的连接使用利用整个控制系统实现一些运动控制第二章双轴运动控制系统的任务设计与实施21通过“双轴运动控制系统系统”实现特定图形的绘制211工作台的工作范围脉冲（0,0）脉冲（320000,0）脉冲（0,320000）脉冲（320000,320000）单位是脉冲电子齿轮比是P3/P48912/625丝杆螺距为10MM通过设置电子齿轮参数后，发送10000个脉冲，电机旋转1周，工作台移动10MM。即移动工作台自A点到B点需发送3210000320000个脉冲。32CMAB212确定所要插补的图形212图形插补的实施1在CAD软件建立与工作台相对应的坐标系2插补图形的制作3插补图形坐标的提取在CAD绘图软件利用多段线绘图指令将插补图形所有的点依次连接起来，再激活指令“LIST”即可得到所有点的坐标值（注意连接的先后顺序）。下图为“上”字坐标的提取激活“LIST”指令可得各点坐标值如下图依照上述方法可以得到插补图形的坐标共300余个，由于数量繁多，此处不做一一列举，利用这些坐标，就可以进行下一步VPS软件的编程工作。后文会作详尽介绍。多段线22任务完成的方案及流程221组装硬件平台设备清单1三菱触摸屏GT1150QBBDC（1台）2三菱PLCFX2N32MR（1台）3三菱FX2N20GM定位模块（1台）4三菱伺服放大器MRJ2S70A（2台）5三菱伺服电机（2台）624V电源7工作平台（1块）8TBI滚珠丝杆轨道（2条）9气缸（1个）10笔（1只）11电线若干12开关，继电器若干。13其它辅助设备。222设备参数设定设备参数设定主要设置两个设备的参数，一个是20GM定位模块的参数，另一个是设置伺服放大器的参数。20GM参数主要是设置它的定位参数，包括单位体系，系统单位，最大最小速度，加减速时间，手动点动时间，机械零点，脉冲输出格式，停止模式等参数。伺服放大器的参数主要设置它的运行模式，脉冲指令选择，电子齿轮，输入信号选择等参数。223程序的编写程序编写主要从3方面来进行编写，主程序是用20GM的编程软件进行运动控制的编写，辅助程序是用PLC程序针对工作云台的在运动时的辅助输出，比如控制笔的上下，红灯绿灯的亮灭等。触摸屏程序主要是使得控制更加直观，方便，可视化操作。224程序写入与调试23A3纸实图（见附录五）第三章设备介绍与接线31双轴运动控制系统的硬件总体框架与实物图触摸屏提供可视化操作。20GM定位模块控制两伺服放大器。伺服放大器把接收的信号转化成脉冲发送給伺服电机。伺服电机接收到脉冲后传动，从而使得移动云台运动。PLC控制气缸的上下，从而使得铅笔进行上下移动。实物图PLC20GM定位模块伺服放大器伺服电机（X轴）伺服电机（Y轴）工作台画笔指示灯触摸屏操作面板32双轴运动控制系统主电路图33PLC与20GM接线图局部放大图推杆红灯绿灯34伺服放大器与20GM定位模块接线图端口介绍见后文341、342章节341伺服放大器端口介绍342FX2N20GM定位模块端口介绍接线口介绍1储存板连接器CON12连接接PLC的I/O口CON23连接X轴伺服放大器CON34连接Y轴伺服放大器CON45PLC与20GM的通讯连接35HMI触摸屏硬件介绍电源操作面板接线端口第四章双轴运动控制系统参数设定41伺服放大器的参数设定411伺服放大器设定参数的方法按下SET确定修改（参数修改完成）通过MODE键选择设置参数的范围P0P19P2049P5084利用UP键和DOWN键选择具体的参数（如P19通过SET键确定要修改的参数，当参数被确定时显示器的数字会闪烁数字在闪烁时，可通过UP键和DOWN键来改变参数的大小图41412伺服放大器的相关参数的设定参数NO0设置为“0000”，含义是设为位置控制模式。图42图43参数3，参数4非常重要，关于设置电子齿轮的方法请看43举例当PLC输出10000个脉冲时，工作云台前进1厘米。已知脉冲率（电机转动一圈编码器读到的脉冲数）设为131072（脉冲率要查看编码器，不同的编码器脉冲率不同），丝杆的螺距为1厘米。求电子齿轮的分子，分母。解让工作云台前进一厘米，则意思为让电机转动一周，这可得一下公式3072BA0最后进行化简，A输入到参数3，B输入到参数4参数NO21指令脉冲选择42FX2N20GM定位模块参数设定20GM的相关参数的调整方法有两种，一种是通过自身软件FXVPPSEXE来进行参数设置。另一种是通过PLC与20GM通信的方式进行参数的设置。图44421FX2N20GM定位模块的定位参数的设定本论文先介绍，通过软件设置参数，在后面的程序讲解中会讲到如何用通讯设置。首先打开软件后，点击新建如图421然后选择定位单元型号如图422双击UNITS文，件夹后会弹出如图425图421图422这三个文件夹包含了绝大多数的系统参数。图423图424而其中的“POSITIONING”文件夹中的文件，就是要这是的参数。设置完成后，点击它，会进入下一个参数设置界面。注意一定要记住设置完X轴后要设置Y轴，下面的所有程序都是。图425爬行速度意思是工作云台到达DOG开关后，到达限位开关的速度。图426根据你的需要对参数进行修改。图427因为传感器接的是常闭触点，所以这里一定要设置成常闭。若果按成常开的话会造成20GM错误，显示为XY轴被占用。100000HZ100MM/S图428422FX2N20GM定位模块的其他参数这些参数一般不做修改这里的设置要和伺服放大器的参数NO21脉冲指令选择要相一致。图429图412143HMI触摸屏参数设置触摸屏参数设置用GTDESIQNER3软件来进行设置。这些参数都是根据触摸屏的硬件参数所决定的。本系统是将触摸屏连接到FX2N系列PLC，所以要选择FX系列。触摸屏有RS422和RS232根据实际接线进行选择。汇总第五章软件及编程51FX2N20GM编程（FXVPS软件）511FX2N20GM编程定位指令表51120GM顺控指令表51220GMBFM清单表51320GM特殊辅助继电器（续上）（续上）表515特殊数据寄存器（续上）（续上）512FX2N20GM编程软件相关指令的用法程序开始（一般不用设置）回零程序编写Y轴回零LDM9089M9089Y轴回零结束特殊辅助继电器，当M9089为ON时，通过CJ（跳CJFNC00P0转指令）直接跳到P0，如果M9089为OFF时（不在零点），M9008SETM9008禁止X轴的回零操作，COD28DRVZ只返回到Y轴的零点，COD28DRVZRSTM9008允许X轴的回零操作RSTM9008P0X轴回零LDM9057M9089Y轴回零结束特殊辅助继电器CJFNC00P1跳转SETM9024禁止Y轴的回零操作COD28DRVZCOD28DRVZ只返回到X轴的零点RSTM9024允许Y轴的回零操作P1PLC与20GM通信的辅助继电器（M代码）图5121判断指令跳到子程序输入数字与PLC支路判断的辅助继电器选择常开/常闭图5122图5123子程序标签把现在位置定为零点跳到子程序的指令如P20与跳转指令的代码一样（跳转指令为P20子程序标签也为P20图5124图5125选择计算坐标模式回零指令保存现在的位置作为零点绝对给定一个绝对坐标。增量从一个点到下一个点增加量。图5126图5127每步插补完成的停留时间直线插补回到电气零点回到此前保存的电气零点位置输入停留时间值（如果画直线与直线间的时间过短，则可能造成两直线间形成圆角）图5129图51210整圆的画法圆弧的画法顺时针画法逆时针画法X/Y轴中点坐标I,J中点坐标始终被看作以起点为基准的增量地址它的单位和设定值范围与COD00和COD01的单位和设定值范围相同X/Y的终点坐标，若画整圆，则起点坐标终点坐标相同图51211输入现在位置到下一点位置所需要的增量XY值如果WITH模式被选中则可以增加一个辅助继电器作为与PLC的通信（当直线动作完成后可以发送信号给PLC，当PLC接受到信号后才可以进行下一步）图5128顺时针画法逆时针画法圆弧的半径R圆弧的终点坐标（圆弧末端坐标）图51212513FX2N20GM范例程序“上”字插补程序（ABLA）完整VPS程序及介绍见附录二52PLC设置与编程521PLC编程软件与电脑的通讯本程序用GXWORKER2软件编写。首先先把数据线连接到PLC，然后打开“我的电脑”，打开“设备管理器”查看“端口（COM和LPT）”记住相应的COM号。然后打开GXWORKER2。1点击“连接目标”2双击图5211图52121双击2输入相应的端口。3点击确认图5213计算机与PLC、触摸屏同时通信时的设置此时，用RS232或RS422将触摸屏与PLC相连接，然后用USB数据线连接触摸屏后的端口。1双击2选择USB图5214图5215522PLC程序（范例）完整的PLC程序及介绍见附录四53触摸屏设置与编程531软件的设置与使用本程序用GTDESIQNER3软件设置。第一次输入程序的时候要全部打钩，第二次或以后就只勾选基本画面和公共设置。1点击2点击通讯设置图531图533开关指示灯输入PLC中相应的位元件图534图535输入想在触摸屏显示的文字此处设置字，双字当设置成双字的时候，当显示位数足够多，就会自动显示高位的数值图536图537532触摸屏程序（范例）完整的触摸屏程序及介绍见附录三首页操作页附录一PLCI/