基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杠运动运动系统实践设计解读

1、天津职业技术师范大学课程设计说明书题目：基于 PMAC2 型运动控制器的滚珠丝杠运动运 动系统实践设计指导老师： 陈 益 磊班 级：组 员： 目录第 1 章 课程设计任务 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 课程设计任务书 21.2课题来源 3第二章 基于 PMAC2 型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统实践 设计 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 系统的工作原理 4 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 控制系统的结构原理图（

2、电器原理图） 5 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 控制器、驱动器参数设置 8控制系统的硬件接线图 11 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 系统调试实验过程 13上位控制软件人机界面（ VC+ ）23 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 第三章 参考资料 26第一章 课程设计任务课程设计任务书课程设计课题：第1组题目： 基于 PARK 9040运动控制器的滚珠丝杠运动系统实践设计 一、课程设计工作日自 2013 年 12 月 日至 2013 年 1

3、2 月 日二、同组学生：三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等） ：1、目的和意义运动控制系统是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。 为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、 电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问 题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。2、具体内容写出设计说明书，内容包括：（1）整个系统的工作原理；（2）控制系统的结构原理图 （电气原理图 ） ；（3）控制器、驱动器参数设置；（4）控制系统的硬件接线图；（5）给出调试实验过程。（6）* 开发出相应实践项目，并给出

4、指导书3、绘制上位控制软件人机界面图； （VC+）124、考核方式采用口试方式进行考核（以小组为单位） ，成绩按百分制评 定。其中小组分数占 60%，个人成绩占 40%（包括口试情况和上交材 料内容）；5、参考文献（1）、陈伯时电力拖动自动控制系统 运动控制系统（第 3 版）机械工业出版社， 2003课题来源 滚珠丝杠是将角位移转化为线位移， 或将线位移转化为角位移的 理想产品，可以使传动和定位在同一零件上得到实现。另外，滚珠丝 杠不但能作定位，传动零件，还可以起到定位的作用。由于使用滚珠 作为其传递运动的媒介， 使得滑动运动变为滚动运动， 从而大大减少 了摩擦作用，提高了传动的效率。滚珠丝杠

5、有效率高、精度高、微给 进、使用寿命长等特点，因此，它成为了工具机械和精密机械上最常 使用的传动元件。在现代数控机床中， 滚珠丝杆起了及其重要的作用。 它作为数控 机床运动系统中的传动， 定位部件， 其精度的高低往往直接决定着数 控机床的加工精度。 由于制造工艺和制造手段的限制， 滚珠丝杠制造 精度的提高已经变得十分困难， 所以，高精度的滚珠丝杠检测手段就 成为了补偿数控机床加工误差， 提高机床加工精度的重要方式。 另外， 出于满足滚珠丝杠制造商对其出厂产品检验的需要， 设计一种高性能 的丝杆检验设备也是十分必要的。31第二章 基于 PMAC2 型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统实践设计2.1

6、 系统的工作原理运动控制通常是指在复杂条件下， 将预定的控制方案、 规划指令 转变成期望的机械运动。 一般表现为直接对电动机的控制， 使其完成 位置、速度及加速度等实时控制过程， 使运动部件按照预期的轨迹和 规定的运动参数完成相应的动作。运动控制系统是以机械运动的驱动设备电动机作为控制对 象，以控制器为核心，以电力电子、功率变换装置为执行机构，在自 动控制理论指导下组成的电气传动控制系统。 这类系统控制电动机的 转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，对被控机械实现精确的位 置、速度、加速度、转矩或力控制，以及这些被控量的综合控制。基于 PMAC2 型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统是由三相电

7、源、变压器、接触器等电子设备和上位计算机、 PMAC2 运动控制卡 型控制器、驱动器、电机、滚珠丝杆、编码器、接近开关以及光栅尺 等机械器件组成的。三相电源 380V 经过变压器变压分别给电动机、 驱动器和控制电路供电，接近开关对工作台的行程位置进行限位控 制；上位计算机进行系统管理、任务协调和人机交互，运动控制器的 主要任务是根据作业的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑数 学运算，将分析、计算所得出的运动命令以数字脉冲信号或模拟量的 形式送到驱动器中， 为电机驱动装置提供正确的控制信号。 驱动器进 行功率变换， 并驱动电动机按照控制指令转动， 并且带动滚珠丝杆以 一定的精确度运动； 编码器和

8、光栅尺主要对滚珠丝杆的速度、 位置信 息进行反馈，让控制器或者驱动器对反馈的信息进行比较并发出纠正 命令，保证滚珠丝杆的精确度，进而保证工件的精确度。41基于 PMAC2 型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统是全闭环控 制系统，采用编码器对滚珠丝杆的运行速度进行反馈， 从而驱动器可 以随时更正命令参数使运动达到指定的精度； 采用光栅尺等检测元件 直接对滚珠丝杆进行位置检测， 从而可以消除从电动机到被控单元之 间整个机械传动链中的传动误差得带很高的静态定位精度。 但其缺点 是稳定性不高，系统设计和调整也相当复杂。系统工作原理图：控制系统的结构原理图（电气原理图）电气控制系统为整个控制系统提供电源，

9、并对电源进行合理分 配，以保证控制系统安全可靠地工作， 同时它也是控制系统的执行部 分。机床电气控制部分主要实现系统总电源控制、急停、系统冷却控 制、系统润滑控制、变压控制、电主轴变频器开关控制、伺服电动机 上点控制、系统冷却风扇控制、状态显示灯控制、控制方式选择等功 能。主要采用按钮开关、断路器（或空气开关） 、电磁继电器、接触 器等机床电气元件实现各种控制功能。 电气控制部分为系统的各部分 提供不同的电源，包括 24V 直流稳压电源用于 PLC 部分、三相交流51 220V 电压用于伺服系统、三相交流 380V 用于电主轴变频器和冷却 润滑系统等。基于 PMAC2 型运动控制器的滚珠丝杆运

10、动运动系统的交流伺服 系统作为电气系统的执行部分， 采用三相四线制为系统提供电源。 下 图为控制系统主电路，伺服变压器 TM 将 380V 高压变为 220V 的低 压，为伺服驱动器提供工作电源， 同时将外电网上的杂波同主电路隔 开，以保证伺服驱动器可靠工作。 QF2 断路器为变压器提供电流保护。 接触器 KM1 线圈通断电操作来实现整个主电路电源的控制，达到自 动控制的目的。 图中支路有一个断路器提供过电流保护， 控制系统可 以通过控制支路上的接触器来实现对支路的通断电控制。 由于支路中 有接触器， 因此可以通过程序对支路断电状态实现自动控制。 主电路 采用 TN-C-S 接地系统，确保电路

11、用电安全。下图也包含了电气控制系统的主控制电路， QF10 为控制电路提 供短路和过电流保护。开机时按下开机按钮 SB2，接触器 KM1 线圈 通电，主触点闭合， 主电路电源接通。 当开机按钮弹起时接触器 KM1 线圈由自身的辅助触点保持电路的接通， 系统交由软件控制。 关机时 按下关机按钮 SB1，主电路断电。软件控制系统启动时，将中间断电 器 KA11 线圈使能，其常开触点闭合，使关机按钮失效，防止由于误 操作关机按钮造成系统突然断电故障。 当控制系统可以接受关机操作 时，软件控制系统使中间断电器 KA11 线圈禁能，其常开触点断开； 使关机按钮有效。当系统发成异常时， 可按下急停按钮使主

12、电路断电。 在主控制电路中串联了两个急停按钮 SE1和 SE2，将它们分别装在电 控制柜操作面板上和机床上，以方便操作。16主电气图：外部电器接线图：17控制器、驱动参数设置2.3.1 PAMC 简介PMAC(programmable multi axes controller )是美国 Delta Tau 公司九 十年代推出的开放式多轴运动控制器，它提供运动控制、 离散控制、 内务处理、 同主机的交互等数控的基本功能。 PMAC 内部 使用了一片 Motorola DSP 56003 数字信号处理芯片，它的速度、 分辨率、带宽等指标远优于一般的控制器。 伺服控制包括 PID 加 Notch

13、和速度、加速度前馈控制，其伺服周期单轴可达 60s，二轴联动为 110s。产品的种类可从二轴联动到三十二轴联动。 甚至连接 MACRO 现场总线的高速环网， 直接进行生产线的联动控制。 与同类产品相比， PMAC 的特性给系 统集成者和最终用户提供了更大的柔性。 它允许同 一控制软件在三种不同总线( PCXT 和 AT，VME ，STD )上运行， 由此提供了多平台的支持特性。 并且每轴可以分别配置成不同的伺服 类型和多种反馈类型。PMAC2 PCI Lite - 4 轴脉冲加方向和 / 或PWM直接输出控制器。2.3.2 PAMC 特点 可以脱机运行 上位机控制 与主机总线或者串口通讯 (P

14、C/104 可选USB 或以太网通讯 ) 在板DPRAM 选项 在板 ADC (Option12)32-bit 在板 I/O输出信号 :模拟量 ( 10V), PWM, 脉冲信号不同在于外形结构总线接口18控制轴数和 I/O 能力 pmac 做什么？ 执行运动程序PMAC 某一时刻执行一个运动 , 执行这个运动所有的运算 PMAC 对即将的运动指令提前进行运算 执行 PLC 程序在处理器允许的时间内尽可能快的扫描后台 PLCPLC用在任何与运动程序异步的任务场合Pmac 任务优先级单字符输入 / 输出每个字符占用 200 纳秒 ,最高优先级保证 PMA在字符操作时不会 失去主机的控制换相更新缺

15、省时无刷电机换相周期 110 微秒（ 换相 操作占用 3微秒 ）, 占用 PMAC运算能力的 3% 伺服环更新计算 新的指令位置 ,读入新的实际位置 , 差值计算输出 ,缺省的伺服更新 时间442 微秒 （更新操作占用 3060 微秒）, 占用PMAC运算能力 7% 实时中断 （每I8+1 个伺服更新周期 ） 运动程序准备 （每当开始 一个新的运动 ,设置一个内部标志 ） 使能前台 PLC0 和 PLCC0 后 台任务执行 PLC和PLCC、通讯响应和安全检查。PAMC2 的主要参数 :CPU 时钟（缺省）： 40MH z控制信号形式 DPRAM 选项 在板 I/O 点数 常用附件： PWM数

16、字量： 在板： 32IN/OUT+8IN 8 OUT：ACC8F/ACC8S/ACC8E19驱动器参数：TYPERYC152C3-VVT2INPUTVoltage200-230VPhase3F.L.C9.2AFreq.50or60H zOUTPUTVoltage98vPhase3F.L.C10AFreq.0-2000H zPower1500WSER.No03A329B045G012110控制系统的硬件接线图基于实验室的滚珠丝杠运动控制系统硬件接线图：11基于实验室的滚珠丝杠运动控制系统硬件结构图：112系统调试实验过程步骤1Pmac 调试软件的安装1 、 打开 PEWIN32 PR 的文件夹双

17、击安装图标 Install 1 弹出安装画面如下：2 、单击 PEWIN32，弹出安装画面；序列号 : S/N:23017701133、 输入软件的序列号，单击 OK ，弹出安装画面；4、 单击 Next ，弹出安装画面1145、 单击 Yes，弹出安装画面6 、 单击 Browse 选择安装目录，在单击 Next 弹出安装画面1157、 单击 Next 弹出安装画面8、 单击 Next 弹出安装画面1169、 单击Finish ，即安装完 PEWIN32 PRO 软件;10、 如果要继续安装 PEWIN32 PRO 软件下其他的软件包(有： PMAC Plot Pro ，PMAC Tunin

18、g Pro ， P1 Setup32 Pro ，P2 Setup32 Pro ， Tubro Setup32 Pro ， UMAC Config Pro )，可以在第一步中重新选择相应的软件，再逐步向下安装软件即可(注：所有软件的 序列号相同) ;11 、 重新启动计算机；安装 Service Pack4.0 （补丁 4.0 ）1 、打开 Service Pack4.0 的文件夹；2 、双击 Prosp40,弹出 P rosp40.exe 窗口在单击 Unzip 将文件解压到 c:deltatau 下；1173、弹出成功解压窗口，单击确定；4 、打开 c:deltatauDisk1, 双击 Se