基于PLC的两轴进给控制系统设计3最终修改稿

1、基于PLC的两轴进给控制系统设计整个系统由伺服交流电机，伺服驱动器，PLC, FX2N-20GM组成。基本原理如下图。X 独限拉原酊歪阿族田关_|i I VH电机员用倪津位正限他一三一川母住可编辑范本交流伺服电机选择交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。交流伺服电机有精度高，适应性好，高速性能好等优点1最高转速快速行程的电机转速必织严格限制在电机的最商 牯速之内.孑N £ X 】0(I)式中A1 -h,电机腑左转速. r*n n2

2、 H控划电机轴上的负载嘤量7餐情录同限制在露5楮电机惭国之内6如果超 过2. 5信也可以使加，但调族范阳梅时时常散 埒公地1MJ.w X 2 5 > Jj (匹配条件) (2)式中电中谶盘.kg m:A-转揆创电机轴上的比我惯他kg*/Jk芥旋转一件找动性星*g 1 mJtu -各旋沛件用速度.nid/s料一舁仃缓运此件的成比皿V；着支犍运动件的速度g八A1 快速行程中电机转速，Mn in 心工作台(或刀架)快速行程速魔, m/m hi系统传动比,i- N iui次miP蛭生.螺跳1” mm1加油迪E才超知.U好速产中卜看定力理田户何鼎既原出超"：G： 园部 而管是线件加速i&

3、#163;品位"I 郝"日叁 用FM公二计。其中hr与以飘匹配哈史翦*功鼐髯的大 一出.kjC * mr一一焦城卷国大利即Mn极£评?时iM注时间立檐uir< -快母仃祀时咕抑制电机油上的模粕-*mk包服也及的用遴慝E4A在iF常状态上匚作状态搓荷扣铮应不超过电机 酒定扣矩的80%.F*t X 加% 与E,14)式中"由机前定扣始.a *mTz 一工作状基载荷扭矩,Nm21£.之一近旬*三回CU3LK*中5连续过载时间谆事过掾附间应限制在电机战定时间之内.也是. r.若小干/则轲君对此痂城行检会.71. H Tjfr式中 门E茂疗过我时间

4、内皿 r - - |匕也曲出4找时肛Em丁,取决于操作模式.其美系如图Lr*,- (j A)Ia(5)螺格项目X W1Y岫镂却j方同亘线宜线直线工作台支捋心共水平水平亚互珏杆立铃/EEdO34-0梃杆长jQinm1OOO700700丝杆Q9eew3减速七111机出助口核的移动峋度品外及600700iSOQ际滋阳加枷辰纪收自1OO1OO10饮速进逸闱*mm - min-: )-UXK>4000-4000查资料获得的数控铳床参数表上图。转速计算N=4*2/8*10*10*10*1=1000r/min之轴6藕侬呈IF分为雁臂色费和苴级移N力仪 蒙图量*计算.工I线移切负宜恒星 J7的计算女口公

5、式 (> 所/- w* < NO 和C 1 ：上C +， 表示J加皇，包先N 辆力口夏尚栋9物质坦和标淮阳力口物J麦 中f用也不U*衣泰名车净稻h共大<bcj山衣1软彳导。丁丁= £600-1-1。)8右5 £ kgvm= > , 阮奉专专1截悭班 上外 国】珪杵即口联钿骼的旋车专电造 »<由千 N 知白与f可后展电机ETO迂替家用同步卅传泣？ 所以XI畜若(卜克较靠k智善台,施华专闺量工整本F以铁为+才 年4g 画I杓三讦圻一 讦堂，方免去文口公式 <2 > 所示才其咋】, q*w东科样注g鸵< kg/em3>

6、;= £也不国 柱长反蒙 Q 衣本网柱红用。工轴二 J N = kx7.8x.QTx7U x 4=13.7 内】32C k耳-um*.N 加口珏菽,僮电。 入=J f "j =6,63+13.7=20.35C k:g'cm2 >分茅 5 S x v-其中，J”表示电机窗饮（情制动M 丁ix表示 忌大用矩.二者的取值可由于期查出二TtJ表示非平衡扭矩.nr根据移动物质量:计算, 共计算方法如公式<4）：T _ <叫一WQ 8 AS口 2/1。九加力其中.Wf表示伊载质飞力1g 我示配重的质片 "冢动系统皴率：起 重力加速陵*N袖的非平衡相得

7、，再gG - O) x 9 + Sx R2 x IO* x3. 14=工61< IV-m >*7> 表示愿擦担知，E 根甥移动物倭的质量和摩 擦系数计算.此时驱动系统的效率为 1.计算方法 如公式（力所示工N轴的摩榛扔班: 77=三工土挈？二土" <5> 2x10 n-rj其中7为摩擦系数，此处取do2ne 0.02x610x9.8x8TV = 一2>: IO3 3.14x 疾日矢口 n弟由邛rm真、产篌j扭斯利t屋惨打1关巨守+H关数 相之 后. E分另I垂小 3 种型号电4TLF¥jLlj建递FN mj举 敏 心 并在我 3 +侬审判

8、定口HA&QZ _ 2。.、。+ 之0.3>X -* J P5 ,S X <O,K X 25 .5 7,1 O_ 15 ) = 5.35<ms>&j & r<20.35 + V2 =50 x 2000Tf A i oorv * i - ，一-"95 .3 x (0.8 x 4N 7.61 Q. I 5>= 7149 Cem).上2DOZ*/+ 3>X*OQ* OS .5 X (6 8 X 50- 1 7-&1 O,13> =IO1 < ms > «正书状态F, H柞状态战何拙矩感M一

9、顿过 电机领定转覆的 8O%< HA N 奈步U 电期为,杏史加 TQ. 即土 X8O%m=Z7s如果知迨贽菽fn短 tv 和最大负教愤量比 z>, nr77e=7l xZ>%c<5>N钿仔J手工戏用用uj衣h共为TH*和拄1矩汨座分 为典巨:之和多7Y=Twrkk =7.石 1+0.15=7/76< Z-m >经上面计算校核，我们决定选用三菱HC-SFS 301交流伺服电动机，其规格如下MIIK/隰刈1 K Slti| “T1M -：，山lK.SIN2UMhAirji4J 1,山安；IJFE 、di'KItiLUrUN-JlWWiMIU)IN

10、：HjWI；H朋1成天番曲八I" |将lOGA/IJi总町A/IH:9tiOA/IHI QU 1Vli事 1 r vl!1山 % 菰L研以曲海,kVA m.”£1身UV1.7bti新/嘛'照小KW此解1.22.0和0i1.013小；*l|N FMH.12IIJ>l!9JZH.h2：i.7W7JtiHJT 必：N*nM-4HR 誓力修14.4JI.k陶iu由I DODZODOi».人/f.IWO12fmsono把许喃词正战'MEV1田1：M11:M50,-*；自仲拍 犷（j*电化*立qHER44ciHl.KEi-125. S莉定 LiifJA)

11、5. V11Iti*atiyfei人心而知ixjZlWj£BU94Hi«13懂力制动 fciWMW 外制电1可和蟹114UZ<B1O1B4次54UtiMLIU»E-U ：ftllV |3-.一，»£>MMJUI2 JlUJll )7MMM27UMH4W gM )一.MH4CM量:：JiJi.ft¥)zza-ilriuHlU.MftRKJD 幽 A1U )7JU川2250书Hill丁V21«4'HfchfMl)MRR1KI gW)tt-lJI'.哪 |施皿冬r ：XHn-*k|Hr eWJD岸上口；

12、42声5/5)ilijd萍叫1OH .；IH 1；6Ji / E;l ：<7 (15,7 ;w.d工r总功率：3kw转速：1000r/min工作状态扭矩：28.6N*m电机惯量：100kg*cm2负载惯量：111kg*cm2时间特性 250ms由上计算有数据与电动机校核1000r/min<=1000r/min;7.76N*m<28.6N*m;20.35kg*cm2<100kg*cm2;100ms<250ms ;满足要求.PLC选型PLC选型的关键主要是能满足基本控制功能和容量，并考虑维护的方便性、备件的通用性、系统可扩展性以及能满足特殊功能要求等。这里采用三菱FX

13、2N-48MT ,它是FX系列中先进的微型PLC,具有高速、高性能的特性，一条基本指令运算时间为0. 08uS, 一条应用指令运算时间约为 1. 52100 "s,输入点和输出点均为 24点，满足输入输出。要求，有 一定余量便于拓展，备用。输出点采用晶体管输出以获得快速性。伺服驱动器选型mi- |.>r.r巾睥电网用”|其登特HI tl)m坨州曲3013hMU放心解nMK畔IWaVH2111 VII皿VH电动机为三菱 HC-SFS 301根据上图官方资料伺服驱动器选型为：MR-JS2-350A如下为 MR-JS2-350A可驱动电机表 三菱HC-SFS 301在列,对应电机一览

14、idV1 KJ-KFSKMU5J K'U，"H#团 I2iIJIJBZV23X*ZJHHI皆型小MBTO7373W 73auu1311, HUI, IS2, aKA 1式< 2UU4l底队1二11品：»|. :U!E. 3W2Q-IWOE7009CCE如下为伺服电机驱动器端子功能表CN1端子说明杆寸5写书林褥号irn;«wVU2INIa朴a*IU)初，用AjfflJ电时降UNTWr由就弊帆SA草度E达到后崎闾班拊AW*押NTI晡时WNT：叩交哂“岫C1P编牝刖心认力匕祗JI跳：手画削剂hlBR应事制的醺陋HIM百1Z讨力KAEI*珅止出嫄咻5钟擀凰息

15、。LZHLOT帮职费1A痴厂H小漏的嘴词VC；百清就夜桁全IAR模蝴心料泸很相1"怕帕M前如般M11.中蜘邪时上I3LA怅*赭旌中职W必TT：百世耻异VTMI眸内部，明心曝#tr?« bs护人3出通杯CJTC依1命也就.八ii解即1”峰UCLS V也瓯IPiULi!g就我说W；2TWMR-JS2-350A运行控制分为位置控制模式和内部速度控制模式。位置控制模式：由外部输入脉冲信号及正反转信号。内部速度控制模式由外部输入正反转信号，转速为伺服驱动器内部设定。控制模式选择：由 LOP控制端设定。参数设置伺服驱动器的功能及运行方式通过参数设置，具体参数的设置及说明可参见伺服驱 动

16、器使用说明书。三菱FX2N-20GM 硬件与编程三菱FX2N-20GM （简称20GM）是一种小型智能化定位单元，其完备的功能完全可以与大中型PLC定位模块媲美。拥有完善的扩展接口（如图 1所示），允许用户使用步进电机 或伺服电机，并通过驱动单元来实现双轴的定位控制。20GM采用FX-VPS-E专用软件编制控制程序。流程图窗口由可视化的各种彩色符号块组成，用“有向连线”连接，具有形象、直观、简洁、易用的特点。双击对应的指令符号块即出现“参数设置”的形象化对话框，可以方便地进行操作。FX2N-20GM 统称定位单元，是输出脉冲序列的专用单元，模块的输出脉冲数、脉冲频率可调，通过步进驱动器或伺服器

17、控制。FX2N-20GM 配有一种专用定位语言指令和顺序语言基本指令和应用指令进行编制位置控制程序，能够同时控制两个坐标轴，并可实现线性/ 圆弧插补功能，位置控制功能。设置参数方式:定位参数（参数0） ：确定定位控制的单位、速度等I/O 控制参数（参数 30） ： 确定与定位单元I/O 端口相关的内容，如规定程序号的方法等系统参数（参数100） ：确定程序的存储器大小、文件寄存器的数目等。编程方式:一是采用专用指令代码（cod）编制定位程序，或可称为“主任务定位程序”。二是利用逻辑运算和逻辑功能指令编制的顺序控制程序，编写定位程序使用 SWOD5-FXVPS-E 软件（ 1 ）行号（ 2）程序

18、号程序号被赋给每一个定位程序，操作目的不同的程序所分配的程序号也不相同。可以通过一个数字开关或可编程序控制器来指定要执行的程序使用定位编程序时可以直接引用FX2N-20GM 的特殊辅助继电器和特殊数据继电器名称使用 PLC 控制 FX2N-20GM 时要使用缓冲存储器（BFM）使用SWOD5-FXVPS-E 软件编流程图程运行FXVPS-E 软件1 .画加工流程图2 .设置监控位置坐标3 .将定位器开关放在MENU, 传送流程图到定位器中,将开关放在Auto 中 ,接通 START 运行流程图 ,4 .编制用可编程序控制器（PLC）进行通信FX2N-20GM 定位单元被连接到FX2N 系列 P

19、LC 可编程序控制器上后,就可以设定诸如位移操作速度之类的定位数据还可以监控当前位置本部分解释说明了用可编程序控制器进行通FROM/TO 指信来执行这些操作.通过定位单元内部的缓冲存储器来使用可编程序控制器的令就可以与可编程序控制器进行通信.下面这个示意图显示了可编程序控制器和定位单元之间的通信FX不加系列可痂理存捽制霹犷联电缆用序柠制舞的E-20Tp 41人外嗣单元 |电脑，P可编辑范本FROM指令把BFM中的内容读到可编程序控制器中，TO指令把可编程序 BFM中缓冲存储缓冲存砧器号BFM粒0 （同出2柯b黑轴人21 （Y轴）和至7 （子任务）的每个位的分配情况如下:bl5 b11b6 b7

20、 b6 b& b I b3 bZ bl W）连续格桂16 &命令窗母复位KVSR1J击口返回命令01模 武关闭停止开始单上#20和#2的bl3到随都没有定义-#27子任务只有b（h bl, b2和b7定的了“ I . 图显示了 #2。（同步2轴，工轴入#21 d轴）和#27 （子任务）中的位分出情猊4为了保证定位精度，执行同零操作（即同机械原点）是必要的。运动轴同零的过程是：20GM接收到l亓1零命令后。按参数指定的网零速度和回零方向做零位返同移动，当接收到近点 信号时，减速至爬行速度。同时零点信号计数开始，达到参数指定的数日时停机。这里需要 指的是程序巾既有同机械零点义有回电

21、气原点，两者有所不同。y轴电气原点是为了使用户在方便的位置上料而设定的，两z轴的电气原点是为了校正机械误差。根据以上器件选型，查看相关硬件说明书。和接线图。可以得到电气原理图。双轴伺服控制系统电气原理图DQGiI；I.吼我4.+ -M5居卜七J 网” SWT)r-uxRVXiL41Y h，vcrb：OGU/：'此PLC程序将 PLC的 M10-M25对应至U BFM#20 , M30-M45 对应至U BFM#21 M40-M47 对应至U BFM#27命令分配表如下M22开始 X 轴 M11 Y 轴单步 X轴 M10 Y轴 M20 停止 X轴 M12 Y轴 零点返回 X 轴 M14

22、Y 轴 M2421其中.BFM20用于设班同步2轴和X轴的运动方式， BFM21用于设置Z轴的运动方式。我ffj需要编写相关的程序并从PLC 发送至20GM 的蝮冲区中，具悻程序流程图如6所示.首先要通过用户输入的按钮组合判新工作模式,从而产生两个分支，分别是两辆 联动模式和单轴动作模式.后在不同的工作模式下开始加工基本启停，加减速，正反转试验，PLC梯形图输入程序如下MCR NOLMC： NO rvf too:MC WO MEOO< M15 M25 <Ml4 < M34 < MIG KO6C M35C M341M36对应的的指令表如下图。LDM8000TOK1 K20

23、 K4M10K1TOK1 K20 K4M30K1MCR. T4O Cezd0LDX0101m就112NFS3备即划图4ANIX0.185OUTrcnoEMPF1m就12em就1£8OUTveil1ULDmoo11ANDYV0912HCnoMl的15LD就141KOUT楠151?OUT糊18LDX01619OUT胤420oinM34213规1522OLTTU1623OLH相凳24MCRM0LDYDDO27mrcni2SMCMOMl叩91LD戕1432OUT曲33LD夜IE34OUTMU35LDX016炭 S1UPC-FSGP/1IU-C - LOTHTLULP"：指令表二立伴

24、底）编辑 工具 查找 视图世）PLC遥控 监控/测试妞）选项 回同向圄itw周口向回国国画国回n国邰 OUT37MCRHO3 aENC40NOP程序校验无误，运行仿真结果符合要求。运行与仿真，插补功能试验。由于没有人机界面，现在将一段直线插补程序，圆弧插补程序输入PLC的ROM运行，以验证系统的正确性与可行性。直线插补的流程与参数设置如图 2所示；圆弧插补的流程与参数设置如图 3所示。me图2图3其中. 寄存船 00100 存彳诸阅题 X 袖方 I句的终点坐标佰，00 102中存付因I邺 V 轨I 方向的终点坐标狙.1>D1 (>4中存储阿邨的半 径伯,中存储运行的速度伯门有在器

25、DD1O8 存储直线 X 铺方向的终点坐标俏. 3D 1 1 O存储直线 V 钠方向的终点坐标侑口 这四俏:的写入通过 PLC 的 TC>指令来实现.MSH 口K-tiKXLKlJILEiK4IF?IGWKDKlinrKOMDKiniE班-M*忖*用片。KawK-W-pmjK11OgKO心iPLC的参数写入程序。仿真结果图。元器件清单 ：FX2N-48MT PLC 1台 低压短路开关QF, 带灯常开按钮 SB 7个 带灯常闭按钮 SB 2个 接触器KM 10个 继电器KA 2个 交流伺服电机M 2台 交流伺服驱动器 2台 FX2N-20GM 1 台 4mm2 6mm2电线若I如下为三菱官

26、方 MR-JS2-350A接线图实例,和2州广tit 13)V,d中卡Clio品.f.8££心，小升后夜利里零或挂*1B 学川町*3,y立遇坤*4-91JK.晔碘，vlrA trTW/干，WU南党信用其后春同鬓曲大状 厢 J25 - K一唱打山M朋槽Qt *好项智MIK 及陶*ffS 士独匹号*1为 十】如Wtif-iWfi hl心地骼I供it7j广，附在徒工伸.与“基y他小：立.即总算u修。釉E号Nd,工时RHK1看有修|9小遇；，注也!£山,事：雌阳大鼻7例科：；电口嗖a益田电EK-25KlaiL生用启修票悬簿一f 1»国FiBfi15峭邛n1-JS

27、Li1-,7 a侬一二4上里乃:，31小飞:4山国何早；口 '-i-'«_# -4 A一”H1 点彳'LIP3泮二L* q 3 n刘LSIEBFHE.根据官方MR-JS2-350A伺服驱动器连接图资料FX2N-20GM连接图资料。做出如下接线图。从FX2N-20GM硬件手册上找到的端子功能说明表。FXsn-20GM埔写功能，应用连接器针鼬WCQN1)1X0通用输入通i:!裕敷，这匕斜脚”被分所端数手开关的漳人.代烤讦F命令.手动肺冲发生龈，诙对位置5郎） 依初数曲,游进耀成号）当讲 个参收仪汽的SiTEP峋入4】平时.优选择了 步处模式,程宇的执行根据开始命的

28、5nr 缝唉到卜.一行。直到当前行他令浦京.步道提作 才无妓口12XI13X214)5*】6X517X6】料X75¥111¥2?¥3则用瞬田他吩敏，运些包脚可战分配利数字开关数字交 换晌埼国T准符伯”,林码*维非他置CA11S 校以州工制信号等：3167¥7KG删3 口小IiSVIiIJ Y从用服城大飘装收MBIIK力L送表则探H：内备 L1经完点上CUN32, 12COM2SVEDY和SVLISIb fr( J CN如门 的合世瑞匚内3 cm 13CLR输出偏空il数爆冲除信号CtJ!N34Cth13CLR信号6轴）公共蜡C<JW3CM 1t-P

29、if.向鹿粘脉冲输;H了，«Tm isV I N1于利好的心海输入（叵*'+ 21V J工*班39, LSOM5；和酉佶号。轴1，公共班ICsr j当连搐rm划村电源卜M旭如珞信V 3门同ST2OJN3 cm I11SVIIN D从同邨成大器推收17£定他完成3信号1 3PC； 口隹败专点京号C<F4 314Oftl 1TXiO （斯辆公篦湍OJN3 cm 116RI1坛向曲“脉冲HHHCXJW32C3 T2当日摧IXM刎5V电狙上时的短路侑4ST1和5T2J斛12, 12OhtfiSVWJY和占VEW 信号Ct轴1： 伯公姓端4 nC4W7CI.R信号 C

30、辆 的公汽端y<tA19卜下和巾佶“n.轴；公认跳1(ST3当连懂 ran处心Y 电廉 厂时的6路frr号菖丁？柿sri14COM8闻口侑号A轴力公八湍20ST4 1f连接例八,电源上Hi的力路尔封STS和FM系列定位JGilJ承当F心一20GM连接到斓一12伺服生机，川郸0中儿 同卜节喊1 接地DCK"一中"-*ur 一wtr* w,h.1 00一 + J 一上一 上M一.-j-一COM11席g三T2,11i5 Tm1JT工ZRNn3rwnuJHVS、&POOG_5,LSFJ.J-SR1flJ1Cl近接以便仁波井孤岫常急停止再生茎项自动感ffiLlift F

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32、1ShBJtb、QRPt>峙,匕CLRj33G&Mat*H*19ST2/4Mitsubishi5 $l 24V卜通耀加人CMIA-T-千印十人M用则可造1_二电缝)00002XXXXLIMPIBPtbH4OP.14tUPC'11com aChilAppsnID厂“2gqCR%JQ51Jcentja *期,F C18MMcniib3VCD书口朗，I HiZRINX372X3.rSFWDRV15K3CX376QEX3T-干7枚冲*崎 人AA72 Rx - BE72-工y -典ENr，白as F /EfYic - E3才1 - ,-EN71 - y 1!t31表工X1M利媚1寸配，FX?”20GL1富.电土骨n而、1& ir 1上网r =3CN中声更嵯*i利b相胤#1讣都紧说伸上MHtcnk向j|.反:，n比/力肘y对定位手元提供I可通电量WR-J 口苴伺服的大圈<EYMCTW.3a8N3C0W4 *1当楼测免制自置时屋接定位单显.*2(. MA, CMB, 口2川C、？ J!仃木扑力晌形状,如里在 椅时