伺服电机随动控制系统设计实验报告.doc

伺服电机随动控制系统设计实验报告黄仁志16012119 同组人员：刘宇航一. 实验要求利用实验室小型编程控制器PLC设计一个随动系统。在一旋转圆盘上放一枚硬币，控制XY轴伺服电机使其相连接的传感器探头跟随硬币做圆周运动。旋转圆盘有三相电机驱动，三相电机的驱动由实验室变频器完成。另外，XY轴伺服电机的伺服放大器可以由PLC运动模块控制。其中转速等数据的控制通过触摸屏实现。二. 实验目的 1.掌握PLC的基本编程，熟悉其编程思想 2.了解变频器的使用 3.了解FX3U-20SSC-H运动模块的基本功能 5.了解触摸屏的使用 4.理解伺服系统的结构组成和设计方法。三. 实验原理 本实验主要利用实验箱中的FX3U-64MR/ES-A基本单元，2个MR-J4-10B伺服放大器，一个FX3U-20SSC-H运动控制模块，FR-E720S-0.4K-CHT变频器。FX3U-64MR/ES-A基本单元完成对硬币信号的检测，控制变频器输出电压的频率，控制运动控制模块的控制参数等。运动控制模块主要负责控制两个伺服放大器，变频器的输出电压去控制圆盘的转速。通过硬币信号的检测实时改变运动模块中圆周运动的半径和速度，最终实现传感器探头对硬币的随动。四. 实验器材 1.FX3U-64MR/ES-A基本单元2. FX3U-20SSC-H运动模块3. MR-J4-10B伺服放大器4. HG-KR13J伺服电机5. FR-E720S-0.4K-CHT变频器6. GS2107-WTBD触摸屏。五. 实验设计方案1. 触摸屏设计 GT Designer3 是触摸屏的画面设计软件，可进行工程和画面创建、图形绘制、对象配置和设置、公共设置以及数据传输等，并且集成有 GT Simulator3 仿真软件，具有仿真模拟功能。本实验为了直观显示和操作，设计了一个人机界面，将对变频器的操作以按钮的形式展现给操作者。结合变频器的操作，触摸屏主要实现以下几个功能：1.正转 2.反转 3.高速，中速，低速的选择 4复位 5 输出停止。2. 接近开关的使用原点信号处面板，BN、BK、BU是接近开关的端子。接近开关即对接近它物件有“感知”能力的元件，若磁体物体接近它，则其输出接通。装置内采用的是三线NPN型的，将BN和BU端子与PLC24V、0V相连，BK端子引入PLC的输入端，则当圆盘上金属物件靠近接近开关（大约2mm范围内），则BK端子输出低电平，则PLC即可知道此时的位置。3. 变频器 本实验采用功能强大的三菱通用变频器FR-E700。该变频器为用户控制运行提供两种解决方案：1.从控制面板实施启动停止操作（PU运行） 2.从端子实施启动、停止操作（外部运行）。实验初期我们利用其控制面板进行控制了解其性能以及参数的的影响，经过一系列的接触和积累之后，我们选择外部运行模式。这两种控制模式的切换是通过Pr.79参数的设置来完成的。结合本实验要求，我只需要改变圆盘的转速来演示随动性能，对于变频器的频率变化要求不高。综合考虑，我们最后选择外部运行方式中的“通过开关发出启动指令、频率指令（3速设定）”。其中3速设定的频率具体值由Pr.4Pr.6确定。4. 运动模块 FX3U-20SSC-H运动模块是适用于SSCNET的专用功能模块。20SSC-H能够通过支持SSCNET的伺服放大器完成定位控制。1.支持两轴控制 1个 20SSC-H模块能够控制两轴，能够完成单速定位和单速中断定位，也能进行直线插补和圆弧插补操作 2.使用 SSCNET连接伺服放大器A.20SSC-H直接通过 SSCNET连接伺服放大器（ MR-J3-B).B.通过SSCNET光纤连接20SSC-H和伺服放大器可以减少配线（最远 50m)。本试验中要求XY轴伺服电机控制连接的传感器做圆周运动。该操作完全可以通过FX3U-20SSC-H运动模块控制两个伺服放大器进行圆弧插补操作。为此对于定位模块的使用主要集中在圆弧操作的使用上。通过对运动模块的了解，其圆弧插补功能只能通过定位表实现，为此我们之前必须通过FX Configurator-FP将定位表信息绕写到运动模块中。然后通过PLC启动表操作。但这种方式只能实现固定半径的圆周运动，无法解决随动系统中特殊情况。一般情况则需要通过顺序程序设定定位表参数，由于诸多外界因素，我们只完成了固定半径的圆周运动。特别注意的时，对于运动模块的位置参数中“原点回归自锁”必须合理设置！5. 伺服放大器 MR-J4-10B伺服放大器主要负责对伺服电机的功率驱动，为了配合运动模块，需要对伺服放大器进行参数设置。主要设置“试运行切断开关、控制轴无效开关、轴编号辅助设定开关与轴选择旋转式开关”，使其参数为运动模块相适应。6. PLC程序设计 PLC程序主要完成对于硬币信号的处理，控制变频器，以及启动运动控制模块的表操作实现圆弧插补等。六. 实验接线 实验接线主要涉及电源部分等基本设置，对于调试PLC的开关输入信号可自行指定。伺服系统端子实验箱端子PLC端子功能模块端子电源端子备注伺服轴1L1L轴1L3N轴2L1L轴2L3N轴1L1-L11短接轴1L2-L21短接轴2L1-L11短接轴2L2-L21短接伺服轴1U轴1U伺服轴1V轴1V伺服轴1W轴1W伺服轴1PE轴1PE伺服轴2U轴2U伺服轴2V轴2V伺服轴2W轴2W伺服轴2PE轴2PE轴1DICOM24V+轴1DOCOM0V轴1EM20V轴2DICOM24V+轴2DOCOM0V轴2EM20V变频器RLSN变频调速电机UU变频调速电机VV变频调速电机WWSTR/STF-SD短接FX3U-4DA-ADP V1+-变频器2短接FX3U-4DA-ADP COM1-变频器5短接PLCSW0X10SW1X11SW2X12SW3X13SW4X14SW5X15SW6X16COM0V编码器DC5-24V+24V+DC5-24V+0VA轴X0触摸屏触摸屏电源24V+24V+触摸屏电源0V0V七. 实验结果1. 触摸屏设计经过实验验证，触摸屏设计良好，按钮均能实现相应的控制功能。2. 接近开关的调试按右图接线，将BK接至PLC的输入端X0，将PLC的输出端Y0接至发光二极管，编写调试程序如图所示，运行程序，当接近开关传感器探头远离转盘上的硬币时，发光二极管亮，接近硬币时，发光二极管熄灭。 3. 变频器变频器可以设置为外部运行模式，在此模式下只需要将外部开关连接到相应端子上即可，通过开关的闭合可以控制变频器。PLC与变频器的接线如左图所示，其中STF为启动输入，STR为反转输入，RH,RM，RL分别为高速，中速，低速输入，MRS为输出停止，RES为复位输入，而SD为输入的公共端。在实际调试的过程中，首先需要设置变频器参数Pr.79!相应的PLC控制程序如下图所示.4. 运动模块 本实验对于运动控制模块FX3U-20SSC-H的设置主要通过FX Configurator-FP来完成的。对于运动控制模块的设置主要集中到以下5个方面：位置参数，伺服参数，X轴表操作信息，Y轴表操作信息，XY轴表操作信息。而本试验中主要是对位置参数，伺服参数，以及XY轴表操作信息进行设置。具体设置加下图：a) 位置参数 对于原点回归操作的类型设置，本实验采用设定数据模式，即将伺服电机运动合适位置，启动原点回归命令，此时将所处位置设置为原点。本试验中“OPR interlock setting”设置（原点回归自锁）为有效。则进行表操作之前必须进行原点回归操作！b) 伺服参数 本试验中对于伺服参数的设置主要为其伺服放大器的系列号的设置。确保运动控制模块与伺服放大器的通信正常，能够完成对伺服放大器的控制！c) XY轴表操作信息 本试验中设置的XY轴表操作信息分为7个操作，每个操作的解释如下：0.设置相对位置坐标，接下来出现的位置为相对位置坐标1.线性插补操作2.延时操作3.圆弧插补操作（由于终点位置与起点重合，故插补为整个圆）4.延时操作5.跳转指令，跳转到第3条指令6.结束指令由于跳转指令的存在，传感器看上去就在做连续的圆周运动！5. 伺服放大器 伺服放大器的设置主要集中在轴选择开关和控制轴开关。由于运动控制模块要求其控制的两个伺服放大器的轴号必须不同，因此轴选择开关必须旋转到相应位置。而控制轴设置开关则需要将测试运行切换开关以及控制轴无效开关设置为OFF。而轴号码辅助设置开关则根据相应的轴号进行设置。本试验中将轴号分别设计为0,1.因此轴号码辅助设置开关全为OFF，只需要将相应的轴选择旋转开关设置正确即可！八. PLC程序设计 梯形图中主要实现JOG运行，原点回归操作以及表操作（圆弧插补），停止等。由于表信息已经通过FX Configurator-FP设置完毕，所以启动这些操作只需要设置相应阐述对应为即可。其中JOG操作主要设置BFM #518的 b4，b5位，BFM #618的 b4，b5。分别为X轴正向，反向，Y轴正向，反向操作启动控制位。X轴的启动，停止位分别为BFM #518 b1，b9; Y轴的启动，停止位分别为BFM #618 b1，b9;PLC端口分配如表所示，开关输入器件号地址号功能说明SW0X000原点回归SW1X001X+方向运动SW2X002X-方向运动SW3X003Y+方向运动SW4X004Y-方向运动SW5X005表格操作（圆弧插补）SW6X006停止PLC端口分配 伺服放大器调试接线在梯形图中SW1和SW2互为自锁，SW3和SW4互为自锁。保证JOG运行不会出现错误的指示。 对于原点回归设置，表操作，停止操作的设置则涉及到XY轴的相应位。九. 实验心得用PLC可以直接对伺服电机进行位置和速度控制，无需增加定位模块。 PLC的处理速度高，输出脉冲的频率也很高，而且指令也很简单，在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作。这次的实验对我们组而言不是很轻松，我们组在前两周都比较辛苦，需要重新开始学习PLC我们的实验题目是伺服电机进行位置和速度控制，其实算起来程序