伺服電機控制實驗裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　伺服電機控制實驗裝置設(shè)計</p><p><b>　　—電氣設(shè)計</b></p><p><b>　　自動化專業(yè) </b></p><p>　　[摘 要] 本設(shè)計主要內(nèi)容為設(shè)計制作“金”字號伺服控制實驗臺。以伺服電機、伺服電機驅(qū)動器為核心元件，通過伺服驅(qū)動器設(shè)定出伺服電機所需的各項參量，以達(dá)到控制

2、要求。采用臺達(dá)ASD-A0421-AB系列驅(qū)動器，伺服電機為ECMA-C30604ES，并通過臺達(dá)DVP40ES00T2系列PLC給出多種控制信號，在實驗平臺上完成伺服電機對異步電機速度的跟隨、正反轉(zhuǎn)等動作，實現(xiàn)雙伺服電機的聯(lián)動。盡可能體現(xiàn)出伺服電機在執(zhí)行控制中的各項特性、優(yōu)點。同時在試驗臺上實現(xiàn)DOP-AE系列人機界面的監(jiān)控。</p><p>　　[關(guān)鍵詞] 伺服電機；伺服驅(qū)動器；可編程控制器；變頻器；編碼器&

3、lt;/p><p>　　The Design of Servo Motor Control Experiment Device</p><p>　　—The Design of Electrical System</p><p>　　Automation Specialty WANG Wei </p><p>　　Abstract: The d

4、esign is aim to make Teaching Experiments Device “JIN”. Based on the device, the system regards the servo motor and servo motor drive as the core components .Though setting some parameters in the Servo drive, it can atta

5、in the control requirement. Using DELTA ASD-A0421 drive and servo motor ECMA-C30604ES, it can achieve double servo motor follow, positive and negative action ect, it can also achieve the linkage of the double servo motor

6、 in the device. It can reflect the characteri</p><p>　　Key words: Servo motor；Servo drive；PLC；Frequency converters；Ncoder</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1&l

7、t;/b></p><p>　　1.1 課題研究的意義1</p><p>　　1.2 課題研究涉及的國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3 課題研究的目的1</p><p>　　2 課題研究的硬件設(shè)計2</p><p>　　2.1 Delta伺服驅(qū)動器、伺服電機2</p><

8、p>　　2.1.1 伺服硬件安裝2</p><p>　　2.1.2 周邊裝置配線3</p><p>　　2.1.3 單項電源接線3</p><p>　　2.1.4 CN I/O接線器端子Layout4</p><p>　　2.1.5 脈沖命令輸入接線4</p><p>　　2.1.6 標(biāo)準(zhǔn)模式接線方式

9、5</p><p>　　2.1.7 伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置8</p><p>　　2.2 可編程控制器PLC9</p><p>　　2.2.1 DVP-40EH系列PLC硬件安裝9</p><p>　　2.2.2 DVP-40EH系列PLC配線連接10</p><p>　　2.2.3 WPLSoft軟件11<

10、;/p><p>　　2.2.4 參數(shù)設(shè)置12</p><p>　　2.3 人機界面監(jiān)控12</p><p>　　2.3.1 人機界面硬件安裝13</p><p>　　2.3.2 ScreenEditor軟件13</p><p>　　2.4 DeltaVFD-B系列變頻器14</p><p>

11、;　　2.4.1 變頻器硬件安裝14</p><p>　　2.4.2 變頻器配線15</p><p>　　2.4.3 變頻器參數(shù)設(shè)置16</p><p>　　2.5 歐姆龍增量式編碼器17</p><p>　　2.5.1 編碼器硬件安裝17</p><p>　　2.5.2 編碼器配線17</p>

12、<p>　　3 控制任務(wù)的實現(xiàn)18</p><p>　　3.1 電源模塊18</p><p>　　3.2 三相異步電動機與編碼器連接19</p><p>　　3.3 PLC與增量式編碼器連接19</p><p>　　3.3.1 硬件高速計數(shù)器的系統(tǒng)架構(gòu)20</p><p>　　3.3.2 計數(shù)行

13、為模式選擇20</p><p>　　3.4 PLC與伺服驅(qū)動器連接21</p><p>　　3.4.1 臺達(dá)EH系列PLC與ASDA-AB系列伺服驅(qū)動器搭配接線圖21</p><p>　　3.4.2 參數(shù)設(shè)定21</p><p>　　3.5人機界面與計算機及PLC通信22</p><p>　　3.5.1 CO

14、M Port上下載22</p><p>　　3.5.2 Bypass模式22</p><p>　　3.5.3 參數(shù)設(shè)定23</p><p>　　4 實驗結(jié)果分析23</p><p><b>　　5 總結(jié)24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b>

15、</p><p>　　附錄一：實驗臺回路接線圖26</p><p>　　附錄二：“金”字號實驗臺27</p><p>　　附錄三：“金”字號實驗臺正視圖28</p><p>　　附錄四：“金”字號實驗臺上視圖29</p><p>　　附錄五：“金”字號實驗臺側(cè)視圖30</p><p>

16、<b>　　致謝31</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義</p><p>　　現(xiàn)代伺服控制電機系統(tǒng)技術(shù)融合了電機、計算機、電力電子、自動控制、精密機械、新材料和新科技等多種高新技術(shù)，是現(xiàn)代武器裝備、工業(yè)自動化、辦公自動化和家庭生活自動化等不可缺少的重要技術(shù)。&

17、lt;/p><p>　　微控制技術(shù)、功率電子技術(shù)，材料技術(shù)和電機控制理論的發(fā)展使傳動技術(shù)由直流傳動逐步過渡到交流傳動。相應(yīng)地，伺服技術(shù)的研究重點由直流伺服技術(shù)轉(zhuǎn)向交流伺服技術(shù)。伺服電機不同于一般的變頻調(diào)速電機，它除了實現(xiàn)調(diào)速功能外，還要實現(xiàn)位置、加速度、轉(zhuǎn)矩的控制，而且動態(tài)特性也常常高于一般的變頻調(diào)速電機。</p><p>　　完成“金”字號試驗臺主要以伺服電機的跟隨以及正、反轉(zhuǎn)等簡單的動作實

18、現(xiàn)為目標(biāo)，以掌握自動化控制工程設(shè)計能力和安裝調(diào)試能力為目的。完成畢業(yè)設(shè)計的同時，也填補實驗室缺少伺服教學(xué)研究試驗臺的空白。</p><p>　　1.2 課題研究涉及的國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　在國內(nèi)，伺服電機在工農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用越來越廣泛，同時隨著近些年的國內(nèi)出現(xiàn)的航空熱和對軍事高度機動化的要求，對傳動和運動控制都提出了更高的要求，因此伺服系統(tǒng)的研究需要也逐漸凸顯出來。在國外伺服

19、控制不僅應(yīng)用于普通的工業(yè)和農(nóng)業(yè)醫(yī)療等，在衛(wèi)星和導(dǎo)彈的準(zhǔn)確定位方面也起著越來越重要的作用，這種新型的控制系統(tǒng)已悄然改變著國外的生產(chǎn)的模式[1]。</p><p>　　我們國家的伺服控制系統(tǒng)的研究較國外晚一些，但是臺達(dá)公司也推出了一些比較好的伺服控制系統(tǒng)。但跟國外還是有差距的，主要體現(xiàn)在控制的精度上，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，國內(nèi)設(shè)備對控制精度的要求越來越高，現(xiàn)成的控制系統(tǒng)仍有許多需要改進和完善的地方，因此要不斷地改進和技

20、術(shù)革新。</p><p>　　1.3 課題研究的目的</p><p>　　作為高等院校，是自動化新技術(shù)和新設(shè)備的研究和應(yīng)用的先行者，所以很多高校已經(jīng)開始伺服控制技術(shù)的研制和學(xué)科建設(shè)。而自主研制伺服控制實驗裝置則是具有產(chǎn)學(xué)研究性質(zhì)的學(xué)科建設(shè)方式。</p><p>　　通過這次設(shè)計使自己對伺服控制進行更加深入的學(xué)習(xí)；以及了解伺服控制在PLC程序中如何實現(xiàn)的；并將控制效果

21、在實驗設(shè)備上進行驗證，切實看見控制的效果；同時對在本次設(shè)計過程中應(yīng)用到的人機界面、變頻器、三相異步電動機、編碼器等有一定的了解，為以后學(xué)習(xí)自動化奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　2 課題研究的硬件設(shè)計</p><p>　　2.1 Delta伺服驅(qū)動器、伺服電機</p><p>　　ADSA-AB系列為開放性（open type）伺服驅(qū)動器，本驅(qū)動器利用精密的反饋控制

22、及結(jié)合高速運算能力的數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP），控制IGBT產(chǎn)生精確的電流輸出，用來驅(qū)動三項永磁式同步交流伺服電機（PMSM）達(dá)到精確定位。</p><p>　　ECMA系列伺服馬達(dá)支持低、中、高三種慣量，可解決客戶在不同扭力應(yīng)用上的需求。支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus通訊讀寫，可與臺達(dá)PLC, HMI構(gòu)成通訊控制架構(gòu)。本系列可適用于各種機械加工行業(yè)或產(chǎn)業(yè)機械。多用于機械加工

23、中心的刀庫控制，分度裝配系統(tǒng)、封口機、剪床機、送料機、雕刻機、車床、高速卷繞機、檢測機、切割機、PCB點膠機、成型機等。</p><p>　　“金”字號試驗臺使用兩臺型號均為ASD-A0421-AB（AC Servo Drive A系列；額定輸出功率：400W；輸入電壓及相數(shù)：220V單項；編碼器分辨率：2500ppr；支持ECMA電機機種）伺服驅(qū)動器。選用10A斷路器，20A保險絲。 兩臺型號為ECMA-C30

24、604ES（電子換相式交流伺服電機；額定電壓及轉(zhuǎn)速：220/3000rpm；感應(yīng)形態(tài)：2500ppr；電機框架尺寸：60mm；額定輸出功率：200W；鍵槽無剎車無油封；標(biāo)準(zhǔn)軸頸）電機。</p><p>　　2.1.1 伺服硬件安裝</p><p>　　安裝方向必須依規(guī)定，否則會造成故障原因。為了使冷卻循環(huán)效果良好，安裝交流伺服驅(qū)動器時，其上下左右與相鄰的物品和擋板必須保持足夠的空間，否則會

25、造成故障原因。交流伺服驅(qū)動器在安裝時其排氣孔不可封住，也不可傾倒放置，否則會造成故障。安裝示意如圖1所示。</p><p><b>　　圖1 安裝示意圖</b></p><p>　　為了使散熱風(fēng)扇能夠有比較低風(fēng)阻有效的散熱，請使用者遵守一臺與多臺交流伺服驅(qū)動器安裝的距離建議。</p><p>　　2.1.2 周邊裝置配線</p>

26、<p><b>　　安裝注意事項：</b></p><p>　?。?）檢查R、S、T與L1、L2的電源和接線是否正確。</p><p>　?。?）確認(rèn)伺服電機輸出U、V、W端子相序接線是否正確，接線電機可能不轉(zhuǎn)或亂轉(zhuǎn)。</p><p>　?。?）使用外部回生電阻，需要P、D端開始，外部回生電阻應(yīng)接于P、C端，若使用內(nèi)部電阻時，則需將P

27、、D端短路且P、C端開路。</p><p>　　（4）異警或緊急停止時，利用ALARM或者是WARM輸出將電磁接觸器（MC）斷電，以切斷伺服驅(qū)動器電源。周邊裝置接線如圖2所示。</p><p>　　圖2 周邊裝置接線圖</p><p>　　2.1.3 單項電源接線</p><p>　　伺服驅(qū)動器電源接線法分為單項和三相兩種，單項僅容許用于1.

28、5KW及以下機種，圖中，Power ON為a接點，OFF與Alarm Processing為b接點。1MC/x為電磁接觸器線圈，1MC/a為斷電保持，1MC為主回路電源接點?！敖稹弊痔栐囼炁_采用單項電源接線法，如圖3所示。</p><p>　　圖3 單項電源接線法（400W及以下適用）</p><p>　　2.1.4 CN I/O接線器端子Layout</p><p&g

29、t;　　CN1接線器（公）背面接線端如圖4所示。</p><p>　　圖4 CN1接線器（公）背面接線端</p><p>　　2.1.5 脈沖命令輸入接線</p><p>　　在“金”字號實驗臺具體連接方式如圖5所示。</p><p>　　圖5 PLC與伺服驅(qū)動器脈沖連接圖</p><p>　　2.1.6 標(biāo)準(zhǔn)模式接線

30、方式</p><p>　　伺服驅(qū)動器標(biāo)準(zhǔn)接線有位置（Pt）模式、位置（Pr）模式、速度模式、扭矩模式?？梢允顾欧姍C在不同的模式下接受相應(yīng)的命令，以完成精確的定速，定位。</p><p>　　位置控制模式一般是通過外部輸入的脈沖的頻率來確定轉(zhuǎn)動速度的大小，通過脈沖的個數(shù)來確定轉(zhuǎn)動的角度，也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由于位置模式可以對速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一

31、般應(yīng)用于定位裝置。位置模式標(biāo)準(zhǔn)接線如圖6、7所示。</p><p>　　圖6位置（Pt）模式標(biāo)準(zhǔn)接線</p><p>　　圖7 位置（Pr）模式標(biāo)準(zhǔn)接線</p><p>　　速度控制模式是通過模擬量的輸入或脈沖的頻率都進行轉(zhuǎn)動速度的控制，在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制時速度模式也可以進行定位，但必須把電機的位置信號或直接負(fù)載的位置信號給上位反饋以做運算用。位置模式

32、也支持直接負(fù)載外環(huán)檢測位置信號，此時的電機軸端的編碼器只檢測電機轉(zhuǎn)速，位置信號就由直接的最終負(fù)載端的檢測裝置來提供了，這樣的優(yōu)點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加整個系統(tǒng)的定位精度。速度模式標(biāo)準(zhǔn)接線如圖8所示。</p><p>　　圖8 速度模式標(biāo)準(zhǔn)接線</p><p>　　轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小，具體表現(xiàn)為例如10V對應(yīng)5

33、Nm的話，當(dāng)外部模擬量設(shè)定為5V時電機軸輸出為2.5Nm:如果電機軸負(fù)載低于2.5Nm時電機正轉(zhuǎn)，外部負(fù)載等于2.5Nm時電機不轉(zhuǎn)，大于2.5Nm時電機反轉(zhuǎn)（通常在有重力負(fù)載情況下產(chǎn)生）?？梢酝ㄟ^即時的改變模擬量的設(shè)定來改變設(shè)定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應(yīng)的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。應(yīng)用主要在對材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中，例如饒線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞的半徑的變化隨時更改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變

34、化而改變。扭矩模式標(biāo)準(zhǔn)接線圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 扭矩模式標(biāo)準(zhǔn)接線</p><p>　　2.1.7 伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　參數(shù)定義分為下列五大群組，通訊地址分別由群組字符及二參數(shù)字符的十六位組合而成，參數(shù)群組定義如下(金字號實驗臺伺服驅(qū)動器實際參數(shù)設(shè)置見3.3.2)：</p><p>　　P0-xx 監(jiān)控參

35、數(shù)</p><p>　　P1-xx 基本參數(shù)</p><p>　　P2-xx 擴展參數(shù)</p><p>　　P3-xx 通訊參數(shù)</p><p>　　P4-xx 診斷參數(shù)</p><p>　　2.2 可編程控制器PLC</p><p>　　可編程控制器也叫工控機，（即：工業(yè)控制計算機）是家庭計算

36、機的上位計算機，也叫PLC機。定義是PLC是一種數(shù)字操作系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計的。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。按輸出接線分PLC有繼電器輸出、晶閘管輸出、晶體管輸出3種形式。鑒于“金”字號試驗臺目的在于進行伺服控制設(shè)計，特選用臺達(dá)EH（晶體管）PLC。</p><p>　　DVP-40EHOOTS系列為高速精密定位主機；

37、主機點數(shù)：40；最大I/O點數(shù)：512點；程序容量：16KSteps；指令執(zhí)行速度：0.24"S（基本指令）；通訊端口：內(nèi)置RS－232與RS－485，兼容MODBUSASCII/RTU通訊協(xié)議；數(shù)據(jù)存儲器：10000字符；檔案存儲器：10000字符；高速脈沖輸出：20與32點數(shù)機種支持2點200kHz(YO,Y2);40點數(shù)機種支持2組AB相200kHz脈沖輸出（Y0，Y1）（Y2，Y3），與2點200kHz脈沖輸出（Y4，

38、Y6）；內(nèi)置四組硬件高速計數(shù)器；應(yīng)用范圍：高速三軸伺服焊接機﹑高速裁板機﹑棒材送料機﹑生產(chǎn)線分散監(jiān)控系統(tǒng)等。</p><p>　　2.2.1 DVP-40EH系列PLC硬件安裝</p><p>　　DIN鋁軌的安裝方法</p><p>　　適合35mm的DIN鋁軌，主機欲掛于鋁軌上時，先將PLC下方的固定塑料片壓入，再將PLC由上方掛上再往下壓即可。欲取下PLC時，

39、PLC底部下的固定塑料片，以起子插入凹槽，向上撐開即可，該固定機構(gòu)塑料片為保持型，當(dāng)所有的固定片撐開后，再將PLC往外取出。</p><p><b>　　直接鎖螺絲方式</b></p><p>　　請依產(chǎn)品外型尺寸并使用M4螺絲。PLC具體尺寸如圖10所示。</p><p>　　圖10 EH40PLC尺寸圖</p><p&g

40、t;　　PLC安裝時，請裝配與封閉的控制箱內(nèi)，應(yīng)保持四周各有不少于50mm的空間，以確保PLC散熱能正常。</p><p>　　2.2.2 DVP-40EH系列PLC配線連接</p><p>　?。?）電源端輸入配線</p><p>　　DVP-EH系列PLC電源輸入為交流輸入，在使用上應(yīng)注意下列事項：</p><p>　　① 交流電源輸入電

41、壓，范圍寬度（100VAC~240VAC），電源請接于L、N兩端，如果將AC110V或220V接至+24V端或輸入端，將造成PLC嚴(yán)重?fù)p壞，請使用者特別注意。</p><p>　?、?主機及I/O擴展機得交流電源輸入時請同時作ON或OFF的動作。</p><p>　?、?主機的接地端使用1.6mm以上的電線接地。</p><p>　?、?當(dāng)停電時間低于10ms時，P

42、LC不受影響繼續(xù)運行，當(dāng)停電時間過長或電源電壓下降將使PLC停止運行，輸出全部OFF，當(dāng)電源回復(fù)正常時，PLC也自動回復(fù)運行。（PLC內(nèi)部具有停電保持的輔助繼電器及內(nèi)存器，使用者在作程序設(shè)計規(guī)劃時應(yīng)特別注意使用）。</p><p>　　電源接線端如圖11所示。</p><p><b>　　圖11 電源接線圖</b></p><p><b&

43、gt;　　（2）輸入點配線</b></p><p>　　輸入點信號為直流電源DC輸入，接點如圖12所示。</p><p>　　圖12 輸入點配線圖</p><p><b>　?。?）輸出點配線</b></p><p>　　DVP系列PLC晶體管輸出模塊如圖13所示。</p><p>&

44、lt;b>　　圖13輸出點配線圖</b></p><p>　?、?直流電源供應(yīng)； ② 緊急停止； ③ 電路回路保護用保險絲； ④ 空端子；</p><p>　　⑤ 因晶體管模塊輸出均為開集極輸出（Open Collector），若Y0設(shè)置為脈沖串輸出（使用PLSY指令），為確保晶體管模塊能夠動作正常，其輸出提升電阻，必須維持輸出電流大于0.1A。</p>

45、<p>　?、?因晶體管模塊輸出均為開集極輸出（Open Collector），若Y0設(shè)置為脈沖串輸出（使用PLSY指令），為確保晶體管模塊能夠動作正常，其輸出提升電阻，必須維持輸出電流大于0.1A。</p><p>　?、?互斥輸出：利用外部電路形成互鎖，配合PLC內(nèi)部程序，確保任何異常突發(fā)狀況發(fā)生時，均有安全的保護措施。</p><p>　　2.2.3 WPLSoft軟件

46、</p><p>　　WPLSoft為臺達(dá)電子-可編程序控制器DVP系列在WINDOWS操作系統(tǒng)環(huán)境下所使用之程序編程軟件。WPLSoft除了一般PLC程序的規(guī)劃及WINDOWS的一般編輯功能（例如：剪切、粘貼、復(fù)制、多窗口……）外，另提供多種中/英文批注編輯及其它便利功能（例如：寄存器編輯、設(shè)定、文件讀取、存盤及各接點圖標(biāo)監(jiān)測與設(shè)定等等…）。安裝要求如表1所示。</p><p>　　表1

47、 WPLSoft安裝要求</p><p><b>　　2.2.4參數(shù)設(shè)置</b></p><p>　　根據(jù)PLC技術(shù)手冊，PLC通訊參數(shù)需要按照一下內(nèi)容設(shè)定，確保PLC的通訊正常，具體參數(shù)如圖14所示。</p><p>　　圖14 PLC通訊參數(shù)設(shè)置</p><p><b>　　2.3人機界面監(jiān)控</b&

48、gt;</p><p>　　人機界面（Human–Machine Interaction，簡稱HMI），是人與計算機之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，是計算機系統(tǒng)的重要組成部分。是指人和機器在信息交換和功能上接觸或互相影響的領(lǐng)域或稱界面所說人機結(jié)合面，信息交換，功能接觸或互相影響，指人和機器的硬接觸和軟觸，此結(jié)合面不僅包括點線面的直接接觸，還包括遠(yuǎn)距離的信息傳遞與控制的作用空間。人機結(jié)合面是人機系統(tǒng)中的中心一環(huán)

49、節(jié)，主要由安全工程學(xué)的分支學(xué)科安全人機工程學(xué)去研究和提出解決的依據(jù)，并過安全工程設(shè)備工程學(xué)，安全管理工程學(xué)以及安全系統(tǒng)工程學(xué)去研究具體的解決方法手段措施安全人機學(xué)。它實現(xiàn)信息的內(nèi)部形式與人類可以接受形式之間的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　凡參與人機信息交流的領(lǐng)域都存在著人機界面。現(xiàn)在大量運用在工業(yè)與商業(yè)上，簡單的區(qū)分為“輸入”（Input）與“輸出”（Ouput）兩種，輸入指的是由人來進行機械或設(shè)備的操作，如把手、

50、開關(guān)、門、指令(命令)的下達(dá)或保養(yǎng)維護等，而輸出指的是由機械或設(shè)備發(fā)出來的通知，如故障、警告、操作說明提示等，好的人機接口會幫助使用者更簡單、更正確、更迅速的操作機械，也能使機械發(fā)揮最大的效能并延長使用壽命，而目前市面上所指的人機接口則多界狹義的指在軟件人性化的操作接口上。</p><p>　　“金”字號試驗臺使用一臺型號為DOP-A57BSTD（機種：臺達(dá)A系列；面板尺寸：5.7吋顯示器；面板類型：8色灰度藍(lán)白

51、STN；控制界面：觸控面板；電源：DC+24V）觸摸屏</p><p>　　2.3.1人機界面硬件安裝</p><p>　　人機界面的安裝如圖15所示。</p><p>　　圖15 人機界面安裝尺寸</p><p>　　2.3.2 ScreenEditor軟件</p><p>　　人機界面編輯軟件Screen Edit

52、or提供方便好用的模擬功能，使用者可于人及程序的設(shè)計過程中，先行于電腦端進行程序模擬動作與除錯。而在人機軟件里提供兩種模擬功能，分別為離線模擬與線上模擬。當(dāng)使用者編輯與編譯完人機的程序后，直接使用電腦（不連接控制器）進行模擬人機畫面動作是否正確。當(dāng)使用者編輯與編輯完人機的程序后，直接使用電腦連接控制器，先行模擬人機動作是否正確。Screen Editor軟件安裝要求如表2所示。</p><p>　　表2 Scre

53、enEditor軟件安裝要求</p><p>　　2.4 DeltaVFD-B系列變頻器</p><p>　　變頻器的英文譯名是VFD（Variable-frequency Drive），變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素、過流/過壓/過載保護等功能。</p><

54、p>　　VFD-B系列變頻器為臺達(dá)高機能，是新一代高功能無感測向量型交流電機驅(qū)動器。具有功能齊全、調(diào)速精度高、穩(wěn)定性好及可應(yīng)用范圍廣等特點?？蓮V泛應(yīng)用于建筑、石化、冶金、鋼鐵、能源、電力、樓宇、環(huán)保等國民經(jīng)濟各行各業(yè)。本設(shè)計使用一臺型號為VFD007B43A（VFD-B系列；1HP；適用最大電機0.75KW；輸入電壓：230V3-PHASE；A版本）變頻器。</p><p>　　臺達(dá)變頻器跟PLC一樣有不同

55、的系列，在使用時要選用適合自己設(shè)計要求的產(chǎn)品，我此次設(shè)計使用的是VFD-B系列的。在使用時要仔細(xì)看它的配線圖，不要接錯線，不然會燒壞變頻器。下面我簡單的對幾個重要的端子介紹一下：R,S,T(R/L1，S/L2，T/L3)為商用電源輸入端，根據(jù)你的需要接電源。U,V,W（U/T1，V/T2，W/T3）為交流電機驅(qū)動器輸出與感應(yīng)電動機接續(xù)。P1，P2為功率改善DC電抗器連接端，安裝時請將短路片拆除，P-B,P2/B1-B2，剎車電阻連接端子

56、，請依選用表選購，P2-N,P2/B1-N剎車制動模組選擇端。常用的控制端子為：FWD（正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)-停止指令），REV（反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)-停止指令），JOG（寸動運轉(zhuǎn)-停止指令），EF（外部異常輸入），TRG（外部計數(shù)輸入）[6]。認(rèn)真閱讀說明書，選擇相應(yīng)的異步電機與其連接。接線端子練好后，調(diào)試一下，看異步電機是否能正常工作，如果能，改變變頻器的輸出頻率，觀察異步電機的速度的變化。</p><p>　　2.4.1變頻器硬件

57、安裝</p><p>　　交流電機驅(qū)動器應(yīng)使用螺釘垂直安裝，放于固定結(jié)構(gòu)體上，請勿倒裝、斜裝、或水平安裝。同時電器運轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生大量熱量，驅(qū)動器安裝應(yīng)注意通風(fēng)散熱，以防止電機驅(qū)動器的周圍溫度超過規(guī)范值。請勿將各種纖維、紙片、木片或金屬碎塊等異物進入交流電機驅(qū)動器或粘附於散熱風(fēng)扇上，否則可能發(fā)生火災(zāi)事故。交流電機驅(qū)動器的安裝尺寸如圖16所示。</p><p><b>　　圖16 安

58、裝尺寸圖</b></p><p>　　2.4.2變頻器配線</p><p>　　電源一定要連接於交流電機驅(qū)動器的主回路電源端子R/L1,S/L2,T/L3。如果將電源錯誤連接於其它端子，則將損壞交流電機驅(qū)動器。另外應(yīng)確認(rèn)電源應(yīng)在銘牌標(biāo)示的允許電壓/電流范圍內(nèi)。通電后如要改變接線，首先應(yīng)關(guān)掉電源，并必須注意回路直接部分濾波電容完成放電需要一定時間。為避免危險，要等待充電指示燈熄滅

59、，再用直流電壓表測試。確認(rèn)電壓值小于25Vdc安全電壓后，才能開始作業(yè)，否則，由于有殘留電壓，電路短路時會發(fā)生火花，所以最好在無電壓條件下進行作業(yè)。VFD-B交流電機驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)配線如圖17所示。</p><p>　　圖17 VFD-B交流電機驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)配線圖</p><p>　　2.4.3變頻器參數(shù)設(shè)置</p><p>　　依參數(shù)的屬性區(qū)分為12個參數(shù)群，使用參

60、數(shù)設(shè)定上更容易，在大部分的應(yīng)用中，使用者可根據(jù)參數(shù)中相關(guān)參數(shù)設(shè)定，完成啟動前的設(shè)定。12個參數(shù)群如下所示。</p><p>　　00：用戶參數(shù) 06：保護參數(shù)</p><p>　　01：基本參數(shù) 07：電機參數(shù)</p><p>　　02：操作方式參數(shù)

61、 08：特殊參數(shù)</p><p>　　03：輸出功能參數(shù) 09：通訊參數(shù)</p><p>　　04：輸入功能參數(shù) 10：回授控制參數(shù)</p><p>　　05：多段速以及自動程序運轉(zhuǎn)參數(shù) 11：多組電機控制參數(shù)</p><p>　　結(jié)合本次設(shè)計，具體參數(shù)設(shè)定如下：<

62、;/p><p><b>　　01-00：50</b></p><p><b>　　01-01：50</b></p><p><b>　　01-02：220</b></p><p><b>　　01-03：0.1</b></p><p>

63、<b>　　02-00：00</b></p><p>　　2.5歐姆龍增量式編碼器</p><p>　　編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，有相應(yīng)的脈沖輸出，其計數(shù)起點任意設(shè)定，可實現(xiàn)多圈

64、無限累加和測量。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖，脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時，可利用90度相位差的A、B兩路信號進行倍頻或更換高分辨率編碼器。</p><p>　　“金”字號試驗臺使用一臺歐姆龍E6B2-CWZ6C1000P/R0.5M（增量式；24V；1000P/R；NPN開路集電極）編碼器，用于讀取異步電機轉(zhuǎn)速信號。</p><p>　　2.5.1編碼器硬件安裝<

65、;/p><p>　　E6B2-CWZ6C增量式編碼器尺寸如圖18所示。</p><p>　　圖18 E6B2-CWZ6C尺寸圖</p><p>　　2.5.2編碼器配線</p><p><b>　　表3 編碼器配線</b></p><p>　　注：1、屏蔽線的外芯不能與內(nèi)部以及外殼連接。</p&

66、gt;<p>　　2、A相、B相、Z相都為同一回路。</p><p>　　3、通常GND要接到0V，或者請接地。</p><p><b>　　3控制任務(wù)的實現(xiàn)</b></p><p>　　“金”字號試驗臺主要完成在PLC控制下兩臺伺服電機的正、反轉(zhuǎn)以及聯(lián)動動作的實現(xiàn)，同時由人機界面實現(xiàn)設(shè)備的運轉(zhuǎn)監(jiān)控。設(shè)計過程中結(jié)合實際情況，加入了

67、交流變頻器以及編碼器。最終實現(xiàn)了由PLC根據(jù)編碼器采集的變頻器控制的三相異步電機轉(zhuǎn)速信號控制兩臺伺服電機完成實際速度跟隨動作。同時試驗臺也可作為PLC、變頻器、伺服單獨的試驗臺，實現(xiàn)教學(xué)研究。原理如圖19所示。</p><p>　　圖19 “金”字號實驗臺程序流程圖</p><p>　　上述論文中對“金”字號試驗臺用的部分設(shè)備單獨做了介紹，以下將分別論述在整個課題研究過程中的主要通信和連接

68、內(nèi)容，以及控制任務(wù)的實現(xiàn)設(shè)計。</p><p><b>　　3.1 電源模塊</b></p><p>　　“金”字號試驗臺共安裝有DVP-EH PLC一臺，AB系列伺服驅(qū)動器兩臺，VFD-B變頻器一臺，根據(jù)供電情況，“金”字號試驗臺需要單項220V交流電、三相380V交流電以及24直流電。其中由PLC可以引出24V直流電，為了節(jié)約成本，所需的24V直流電由此引出。并從

69、實驗室電源處引用其他設(shè)備所需電源。</p><p>　　3.2三相異步電動機與編碼器連接</p><p>　　“金”字號試驗臺使用一臺軸頸14mm電機，而編碼器軸頸為6mm，同時編碼器自帶具有緩沖功能的內(nèi)徑6mm的塑料管。為實現(xiàn)電機與編碼器的對接。特到機電系設(shè)計制作以個聯(lián)軸器，具體尺寸如圖20所示。</p><p>　　圖20 聯(lián)軸器尺寸圖</p>&

70、lt;p>　　3.3 PLC與增量式編碼器連接</p><p>　　EH系列PLC的高速計數(shù)器功能實現(xiàn)編碼器計數(shù)。EH機種支持的高速計數(shù)器，C235-C240為程序中斷型高速計數(shù)器，計數(shù)總頻率為20KHz，單獨使用，計數(shù)頻率可達(dá)到10KHz。C241~C254為硬件高速計數(shù)器（HHSC），EH機種四個HHSC（HHSC0-3），HHSC,1脈沖輸入頻率可達(dá)200KHz，HHSC2,3可達(dá)20KHz（單相或A

71、B相均可），40EH機種HHSC0,1,2,3都可達(dá)到200KHz。其中C251-C254使用2相2輸入計數(shù)模式，又稱為AB相模式，參考模式如表4所示。</p><p>　　表4 PLC計數(shù)器模式分配表</p><p>　　A：A相輸入 B：B相輸入 S：啟動輸入 R：復(fù)位輸入</p><p>　　“金”字號實驗臺采用C251高速計數(shù)器，連線方式如

72、圖21所示。</p><p>　　圖21 E6B2-CWZ6C增量式編碼器接線圖</p><p>　　3.3.1 硬件高速計數(shù)器的系統(tǒng)架構(gòu)</p><p>　　（1）HHSC0-3均設(shè)置有由外部輸入的復(fù)位（Reset），啟動（Start）的信號，同時也可通過內(nèi)部特M，M1272/M1274/M1276/M1279的設(shè)置，作為啟動信號。</p><

73、p>　?。?）使用高速計數(shù)器，若R及S的外部控制信號輸入不使用，可以利用M1264/M1266/M1268/M1270及M1265/M1267/M1269/M1271設(shè)為True，將該輸入信號的動作關(guān)閉，而其對應(yīng)的外部輸入可再作為一般輸入點使用。</p><p>　?。?）使用特M作為高速計數(shù)器，START/RESET控制輸入，動作會受掃描周期影響。</p><p>　　3.3.2計

74、數(shù)行為模式選擇</p><p>　　EH的硬件高數(shù)計數(shù)器依計數(shù)模式不同，以特D1225-D1228設(shè)置，具有以下計數(shù)行為模式如下：</p><p><b>　　表5 計數(shù)器模式</b></p><p>　　3.4 PLC與伺服驅(qū)動器連接</p><p>　　3.4.1 臺達(dá)EH系列PLC與ASDA-AB系列伺服驅(qū)動器搭配

75、接線圖</p><p>　　ASDA-AB系列與PLC連線包括歸原點、寸動、加減速時間設(shè)定、相對位置定位、絕對位置定位、監(jiān)控脈沖數(shù)。本次畢業(yè)設(shè)計最終是要完成伺服電機的速度跟蹤，由PLC輸出高速脈沖控制伺服驅(qū)動器達(dá)到定位。結(jié)合伺服驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)接線方式，最終確定PLC與伺服驅(qū)動器的接線如圖22所示。</p><p>　　圖22 PLC與伺服驅(qū)動器接線圖</p><p>

76、<b>　　3.4.2參數(shù)設(shè)定</b></p><p>　　P1-00=2（脈沖輸入加符號）</p><p>　　P1-01=0（內(nèi)部位置寄存器控制模式Pt設(shè)定）</p><p>　　P2-10=101（SON伺服啟動，內(nèi)定值DI1）</p><p>　　P2-11=104（清楚脈沖計數(shù)功能，接點接于DI2）</p

77、><p>　　P2-15=102（清除異常，接點接于DI5）</p><p>　　其它相關(guān)設(shè)定：P1-34,P1-35,P1-36（加減速設(shè)定）</p><p>　　3.5人機界面與計算機及PLC通信</p><p>　　3.5.1 COM Port上下載</p><p>　　臺達(dá)人機除了可使用USB上下載畫面資料外，也提

78、供了使用COM Port上下載的功能。在Screen Editor中，可由設(shè)定模組參數(shù)選項中選擇要使用USB或是COM Port上下載畫面資料。</p><p>　　點擊“Download Port”后，會出現(xiàn)COM Port選單，可選擇要使用哪個COM Port接收畫面資料，選擇好之后，人機便會咨詢是否要使用Bypass模式，選擇NO，人機便會開始等待電腦傳送畫面資料，此時按下軟件的下載，便可開始下載畫面資料。

79、</p><p>　　使用USB下載資料需要USB數(shù)據(jù)線，結(jié)合人機界面需設(shè)定模組參數(shù)如圖23所示。</p><p>　　圖23 通訊參數(shù)設(shè)置</p><p>　　3.5.2 Bypass模式</p><p>　　透過Bypass模式，可以直接將電腦傳送過來的資料由人機COM接收，再由人機另一個COM傳送出去。利用此功能，當(dāng)在做系統(tǒng)規(guī)劃時，便可

80、直接透過人機更新控制器的程序。舉例來說，當(dāng)人機COM1連接PLC，若在程序規(guī)劃過程中需要更新PLC程序，并不需要將連接在COM1的PLC移除，再把PLC接到電腦上更新程序?？梢灾苯邮褂肂ypass模式將PLC程序透過COM2傳到人機，再由COM1將PLC程序下載到PLC。</p><p>　　點擊“Download Port”后，會出現(xiàn)COM Port選單，可選擇要使用哪個COM Port接收畫面資料，選擇好之后

81、，人機便會咨詢是否要使用Bypass模式，選擇YES,人機便會進入Bypass模式。按下CANCEL則結(jié)束Bypass模式。</p><p>　　3.5.3 參數(shù)設(shè)定</p><p>　　根據(jù)人機界面技術(shù)手冊，“金”字號使用的人機界面需要與PLC通訊時需要設(shè)定一下通訊參數(shù)，以確保通訊正常。具體參數(shù)參數(shù)如圖24所示。</p><p><b>　　圖24 參數(shù)

82、設(shè)置</b></p><p><b>　　4實驗結(jié)果分析</b></p><p>　　本次設(shè)計為伺服電機控制實驗裝置的設(shè)計，根據(jù)設(shè)計要求分別實現(xiàn)了伺服電機的正、反、雙伺服電機的聯(lián)動以及伺服電機跟隨動作。</p><p>　　首先電機轉(zhuǎn)速信號的采集是由一臺增量式編碼器完成，采集到的旋轉(zhuǎn)信號經(jīng)PLC高數(shù)計算器讀取到內(nèi)部寄存器，由于PLC

83、中有四個硬件高速計數(shù)器模塊（HHSC0-3），他們分別有不同的讀寫I/O點，因此在使用過程中需要與程序編程過程機密集合，防止I/O點的重復(fù)使用。</p><p>　　伺服電機運轉(zhuǎn)模式有速度、位置以及扭矩模式，不同的模式有不同的配線方式以及參數(shù)設(shè)置。本次設(shè)計主要使用到位置模式，因此配線要嚴(yán)格按照位置模式的配線連接。調(diào)試過程中出現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速異常、轉(zhuǎn)向相反以及停轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，注意檢查伺服驅(qū)動器的連線和參數(shù)設(shè)定是否準(zhǔn)確。PLC

84、為伺服驅(qū)動器提供脈沖信號實現(xiàn)伺服電機的定位和定速。接線過程中一定要確保Y0、Y1的準(zhǔn)確連接，否則電機可能實現(xiàn)轉(zhuǎn)向相反或者停轉(zhuǎn)現(xiàn)象。</p><p>　　人機界面實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)速和方向的監(jiān)控，主要是通過對PLC程序的讀取和修改，因此在對人機界面進行編程過程中，一定注意與PLC的正確通信。</p><p>　　同時在“金”字號試驗臺由于設(shè)備較多，電源也用到了380V、220V的交流電和24V直流

85、電，因此注意用電安全，保證接觸良好的同時也要防止信號間的干擾。</p><p><b>　　5總結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計為伺服電機控制實驗裝置的設(shè)計，主要完成在PLC控制下，兩臺伺服電機實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)及聯(lián)動動作。經(jīng)過將近十四周的努力，最終完成了“金”字號試驗臺的硬件安裝。經(jīng)過調(diào)試運行，基本實現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計所有要求。同時畢業(yè)設(shè)計中在“金”字號試驗臺加入變頻器、

86、三項異步異步電機、編碼器設(shè)備。完成畢業(yè)設(shè)計的同時，也增加了設(shè)計難度，但這并沒有使我感到害怕，反而在設(shè)計過程中使我感覺到了我在一些專業(yè)知識上的匱乏，增加我求知的欲望，通過畢業(yè)設(shè)計使我對四年來所學(xué)的專業(yè)知識進行了系統(tǒng)而全面的總結(jié)。但我知道自動化的知識遠(yuǎn)不止這些，相信離開學(xué)校之后，我將繼續(xù)努力，工作的同時，繼續(xù)學(xué)習(xí)專業(yè)知識。爭取在自動化專業(yè)有所建樹。</p><p>　　經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計，自己從中學(xué)到很多東西，雖然此次

87、設(shè)計所用到的設(shè)備自己并沒有在課堂上學(xué)過，接觸到的都是些新東西，但憑著我對歐姆龍和西門子的了解，學(xué)起臺達(dá)PLC來也很容易上手，這不僅僅是對我學(xué)過的專業(yè)知識的一次鞏固，也是對自動化設(shè)備的一次直接接觸，了解了自動化設(shè)備在工業(yè)中的實際應(yīng)用和安裝，同時也培養(yǎng)了自己的團隊精神，我和自己的另一個搭檔分工合作，碰到問題共同解決，收到了很好的效果，團隊的力量是強大的，單憑一個人的力量有些事情是做不成的，同時還樹立了自己工作能力的信心，對自己以后學(xué)習(xí)、生活

88、及工作有非常重要的影響。通過設(shè)計，提高了自己的動手能力、全面思考問題的能力以及把握未來自動化技術(shù)的發(fā)展方向。當(dāng)然從本次畢業(yè)設(shè)計中自己也從中找出了自己缺點以及優(yōu)點。缺點是自己眼高手低，遇事想當(dāng)然，不能熟練靈活得運用專業(yè)知識，思考問題不全面，不能充分的結(jié)合實際，相信自己會在以后的工作及生活中漸漸的彌補自身缺點，并發(fā)揮自己的優(yōu)點。此外，在本次畢業(yè)設(shè)計中，得到了學(xué)校自動化教研室的老師以及同專業(yè)和電子系同學(xué)的幫助，在此一同表示感謝。</p&

89、gt;<p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]鄧秋香，使鵬舉.觸摸屏的原理和應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社 2007.3</p><p>　　[2]胡崇岳.旋轉(zhuǎn)編碼器的原理和應(yīng)用[J].上海:上海多普機電,2007.</p><p>　　[3]張培仁，孫力.伺服驅(qū)動器的應(yīng)用介紹[M].北京：清華大學(xué)

90、出版社，2007.</p><p>　　[4]王　輝.觸摸屏通信協(xié)議設(shè)置[J].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2007 </p><p>　　[5]劉立仁.PLC的發(fā)展與應(yīng)用實例[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998. [6]Y.Kawakami,TJam.Newdesign Methodof Decoupling Control Systemfor Vector </p><

91、p>　　ControledInductionMotor.Kawabata,2004</p><p>　　[7]D.Vaes,W.souverijins,J.Decuyper,J.Swevers,P.Sas.Decouplingfeedbackcontrolforimprovedmultivari-ablevibrationtestrigtracking.ProceedingsofISMA2002</p

92、><p>　　[8]王敏強.伺服電機驅(qū)動器技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003</p><p>　　[9]王明生，聶靖浩.伺服電機的原理與應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　[10]王愛玲，葉明生.伺服電機與異步電機的區(qū)別介紹[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2003</p><p>　　[11]ASDA-

93、AB伺服驅(qū)動器應(yīng)用技術(shù)手冊2007.3</p><p>　　[12]DVP PLC應(yīng)用技術(shù)手冊【硬件篇】 2007.3</p><p>　　[13]DVP PLC應(yīng)用技術(shù)手冊【程序篇】 2007.3</p><p>　　[14]DOP系列人機界面使用手冊2006.6</p><p>　　[15]VFD-B高機能、向量控制交流電機驅(qū)動器使用手冊

94、2007.3</p><p>　　附錄一：實驗臺回路接線圖</p><p>　　附錄二：“金”字號實驗臺</p><p>　　附錄三：“金”字號實驗臺正視圖</p><p>　　附錄四：“金”字號實驗臺上視圖</p><p>　　附錄五：“金”字號實驗臺側(cè)視圖</p><p><b>