电气控制系统安装与调试模块四基于PLC和触摸屏的伺服电机控制设计课件.ppt

1、模块四 基于PLC和触摸屏的伺服电机控制设计 本章主要介绍伺服电机及伺服驱动器的工作原理、结构、接线，伺服驱动器的参数设置，通过PLC程序设计掌握伺服电机的实际运用，能够利用PLC和触摸屏对伺服电机进行综合控制。学习目标：1.了解伺服电机与步进电机的区别 2.掌握伺服电机和伺服驱动器的结构 3.掌握伺服电机的参数设置 4.掌握伺服电机及伺服驱动器的接线 5.掌握PLC对伺服电机的控制指令 6.能够利用PLC、触摸屏对伺服电机进行综合控制 01三个任务：项目4.1 伺服电机及伺服驱动器认知1项目4.2 伺服系统的参数设置及简单控制3项目4.3 基于PLC和触摸屏的伺服系统控制设计2/模块四02项

2、目4.1 伺服电机及伺服驱动器认知一、项目任务 掌握伺服电机及伺服驱动器的型号含义，将伺服电机正确安装在丝杠螺母副的模块上，按照位置控制模式正确连接伺服驱动器和PLC。二、项目准备 伺服电机、伺服驱动器、三菱PLC、电脑、通讯线、接线工具/模块一/项目4.103三、项目分析1、伺服驱动与步进驱动的区别 /项目4.1(1).控制精度不同(2).低频特性不同(3).矩频特性不同(4).过载能力不同(5).速度响应性能不同04三、项目分析/项目4.12、158GA装置选用的伺服驱动和伺服电机图4-1 台达的ECMA 系列伺服电机型号说明图4-2 伺服电机结构概图05三、项目分析/项目4.12、158

3、GA装置选用的伺服驱动和伺服电机图4-3 ASDA-AB系列伺服驱动器型号说明06三、项目分析/项目4.12、158GA装置选用的伺服驱动和伺服电机表4-1 ASDA-AB系列伺服驱动器端子说明 模式名称模式名称模式模式代号代号模式码模式码说明说明单一模式位置模式（端子输入）Pt00驱动器接受位置命令，控制电机至目标位置。位置命令由端子输入，信号形态为脉冲。位置模式（内部寄存器输入）Pr01驱动器接受位置命令，控制电机至目标位置。位置命令可由內部寄存器提供（共八组寄存器），可利用DI信号选择寄存器编号。速度模式S02驱动器接受速度命令，控制电机至目标转速。速度命令可由內部寄存器提供（共三组寄存

4、器），或由外部端子输入模拟电压（-10V+10V）。命令的选择是根据DI信号来选择。速度模式（无模拟输入）Sz04驱动器接受速度命令，控制电机至目标转速。速度命令仅可由內部寄存器提供（共三组寄存器），无法由外部端子提供。命令的选择是根据DI信号来选择。扭矩模式T03驱动器接受扭矩命令，控制电机至目标扭矩。扭矩命令可由內部寄存器提供（共三组寄存器），或由外部端子输入模拟电压（-10V+10V）。命令的选择是根据DI信号来选择。扭矩模式（无模拟输入）Tz05驱动器接受扭矩命令，控制电机至目标扭矩。扭矩命令仅可由內部寄存器提供（共三组寄存器），无法由外部端子提供。命令的选择是根据DI信号来选择。混合

5、模式Pt-S06Pt与S可通过DI信号切换Pt-T07Pt与T可通过DI信号切换Pr-S08Pr与S可通过DI信号切换Pr-T09Pr与T可通过DI信号切换S-T10S与T可通过DI信号切换在本单元中选择位置控制模式。位置控制模式能够应用于精密定位的场合，例如产业机械设备的定位控制。台达伺服驱动器的位置控制模式有两种命令输入模式：脉冲及端子输入(Pt)，脉冲及寄存器输入(Pr)。Pt 的命令是端子输入的脉冲，Pr 则是根据参数（P1-15 P1-30）的内容。控制模式设定（P1.01）07三、项目分析/项目4.12、158GA装置选用的伺服驱动和伺服电机CN1是连接PLC的关键端口，为了更有弹

6、性与上位控制器互相沟通，我们提供可任意规划的5 组输出及8 组输入。CN1 I/O 连接器端子分布图及各引脚说明如下：信号名称信号名称PIN No.PIN No.功能功能模拟命令（输入）V_REF20(1)电机的速度命令-10V +10V，代表-3000 +3000 r/min 的转速命令(预设)，可通过参数改变对应的范围。(2)电机的位置命令-10V +10V，代表-3圈+3圈的位置命令(默认)。T_REF18电机的扭矩命令-10V +10V，代表-100%+100%额定扭矩命令。位置脉冲命令（输入）PULSE 43 位置脉冲可以用差动（Line Driver，单相最高脉冲频率500KHz）

7、或集极开路(单相最高脉冲频率200KHz)方式输入，命令的形式也可分成三种（正逆转脉冲、脉冲与方向、AB相脉冲），可由参数P1-00来选择。/PULSE 41 SIGN 39/SIGN 37 PULL HI 35高速位置脉冲命令(输入)HPULSE 38 高速位置脉冲，只接受差动(+5V，Line Drive)方式输入，单相最高脉冲频率4MHz，命令的形式有三种不同的脉冲方式，AB 相，CW+CCW与脉冲加方向，请参考参数P1-00/HPULSE 36 HSIGN 42/HSIGN40位置脉冲命令（输出）OA 21 将编码器的A、B、Z信号以差动（Line Driver）方式输出。/OA22O

8、B 25/OB23OZ 13/OZ24OCZ44 编码器Z相，开集极输出。各端子说明信号名称信号名称PIN No.PIN No.功能功能电源VDD17VDD是驱动器所提供的+24V电源，用以提供DI与DO信号使用，可承受500mA。COM+11COM+是DI与DO的电压输入共同端，当电压使用VDD时，必须将VDD连接至COM+。若不使用VDD时，必须由使用者提供外加电源+12V +24V，此外加电源的正端必须连至OM+，而负端连接至COM-。COM-14GND19VDD电压的基准是GND。默 认 D I信号SON9当ON时，伺服环启动，电机线圈激磁EMGS30为B接点，必须时常导通（ON），否

9、则驱动器显示异警（ALRM）。PL(CCWL)31正向运转禁止极限，为B接点，必须时常导通（ON），否则驱动器显示异警（ALRM）。NL(CWL)32逆向运转禁止极限，为B接点，必须时常导通（ON），否则驱动器显示异警（ALRM）。各端子说明11三、项目分析/项目4.12、158GA装置选用的伺服驱动和伺服电机 位置模式包括Pt 与Pr 两种，Pt 的命令是端子输入的脉冲，Pr 则是根据参数（P1-15 P1-30）的内容。我们选用Pt的模式。CN1的部分接线如图：12/The Executives四、项目实施/项目4.11.利用工具正确连接伺服电机到丝杠上2.根据电路图连接线路13项目4.2

10、 伺服系统的参数设置及简单控制一、项目任务158GA装置有伺服控制单元及滑块往返运动机械机构。控制要求为：按下回原点按钮，滑块可进行回原点运动，原点为接近开关1处，如图4-8所示。回归速度为2000HZ，爬行速度为1000HZ。回原点后，按下启动按钮，伺服电机驱动滑块以1500HZ的速度前进60mm后停止。从程序中能够读取从原点到停止位置的脉冲数。要求指令脉冲设为1000 pulse/rev。二、项目准备 伺服电机、伺服驱动器、三菱PLC、电脑、通讯线/模块一/项目4.214三、项目分析 1、伺服驱动器的参数设置与调整（1）面板各部分名称及功能/项目4.215三、项目分析 1、伺服驱动器的参数

11、设置与调整 （2）参数设定流程/项目4.2序号序号参数参数出厂出厂设置设置功能和含义功能和含义参数编号参数编号参数名称参数名称1P0-02LED初始状态00显示电机反馈脉冲数2P1-00外部脉冲列指令输入形式设定22：脉冲列+符号3P1-01控制模式及控制命令输入源设定00位置控制模式（相关代码Pt）4P1-44电子齿轮比分子（N）1指令脉冲输入比值设定指令脉冲输入比值范围：150NM200 5P1-45电子齿轮比分母（M）16P2-00位置控制比例增益35位置控制增益值加大时，可提升位置应答性及缩小位置控制误差量。但若设定太大时易产生振动及噪音。7P2-02位置控制前馈增益50位置控制命令平

12、滑变动时，增益值加大可改善位置跟随误差量。若位置控制命令不平滑变动时，降低增益值可降低机构的运转振动现象。8P2-08特殊参数输入0重置参数、开启强制DO模式等17三、项目分析 1、伺服驱动器的参数设置与调整 （3）位置控制模式下电子齿轮的概念/项目4.2 图中，指令脉冲信号和电机编码器反馈脉冲信号进入驱动器后，均通过电子齿轮变换才进行偏差计算。电子齿轮实际是一个分-倍频器，合理搭配它们的分-倍频值，可以灵活地设置指令脉冲的行程。例如电机编码器反馈脉冲为 2500 pulse/rev。缺省情况下，驱动器反馈脉冲电子齿轮分-倍频值为4倍频。如果希望指令脉冲为400 pulse/rev，那末就应把

13、指令脉冲电子齿轮的分-倍频值设置为100/4。从而实现PLC每输出400个脉冲，伺服电机旋转一周。18三、项目分析 1、伺服驱动器的参数设置与调整 （4）位置控制模式下主要参数设置/项目4.219三、项目分析2、原点回归指令FNC156（ZRN）原点回归指令主要用于上电时和初始运行时，搜索和记录原点位置信息。/项目4.2由此可见，原点回归指令要求提供3个源操作数和1个目标操作数，源操作数为：原点回归开始的速度，爬行速度，指定近点信号输入。目标操作数为指定脉冲输出的Y编号（仅限于Y000或Y001）。原点回归指令格式如图4-11所示。S1:原点回归速度 S2:爬行速度 S3:近点信号 D:脉冲输

14、出口编号(仅Y0或Y1)20三、项目分析3、输入输出分配/项目4.2表4-4 输入输出分配表4、接线图 接线图同项目5.1输入输入输出输出设备名称代号输入点编号设备名称代号输出点编号原点接近开关X0脉冲信号PULSE-Y0回原点按钮SB1X1方向信号SIGN-Y3启动按钮SB2X221/The Executives四、项目实施/项目4.2 1.根据要求设置伺服参数 2.根据控制要求编写PLC程序参数符号参数符号设置值设置值说明说明P1-002脉冲列+符号P1-0100位置控制模式P1-4410电子齿轮分子P1-451电子齿轮分母P0-026显示频率项目4.3 基于PLC和触摸屏的伺服系统控制设

15、计一、项目任务将指令脉冲设为2000 pulse/rev。滑块原点位于接近开关1处(原点在右侧)，如图4-8所示。利用158GA装置的伺服控制单元及滑块往返运动机械机构实现：（1）滑块通过复位按钮可进行回原点运动；（2）按下启动按钮，伺服电机按照第一段速度正向转动，驱动滑块向左移动30mm，之后变速至第二段速度运行，驱动滑块再向左移动50mm，之后暂停5秒，然后按照返回速度反向转动，驱动滑块向右回至起始原点，当接近开关1检测到信号后继续进行下一个循环。第一段速度、第二段速度和返回速度都可通过触摸屏设定。（3）当按下停止按钮，伺服电机运行完当前周期后停止。（4）当按下急停按钮，伺服电机能够立即停

16、止。（5）启动按钮、停止按钮、急停按钮、复位按钮都通过柜门实体按钮与触摸屏按钮实现两地控制。（6）伺服频率、滑块运行距离可在触摸屏上设置和显示。（7）触摸屏开机后，跳出登陆画面，拥有登陆密码方可进入（此处各组别人员姓名用工位号，密码均为123）,否则跳出登陆错误画面。/模块一/项目4.32223三、项目分析 1、三菱FX系列PLC的定位控制指令 进行定位控制时，目标位置的指定，可以直接指定目标位置对于原点的坐标值（以带符号的脉冲数表示），为绝对驱动方式，用绝对位置控制指令FNC159（DRVA）实现。绝对位置控制指令的指令格式图所示。/项目4.3 S1:脉冲数 S2:频率 D1:脉冲输出地址(仅能Y0或Y1)D2:方向地址24三、项目分析2.输入输出分配/项目4.3表4-5 输入输出分配表输入输入输出输出设备名称代号输入点编号设备名称代号输出点编号原点接近开关X0脉冲信号PULSE-Y0启动按钮SB1X3/M0方向信号SIGN-Y3停止按钮SB2X4/M1急停按钮SB3X5/M2复位按钮SB4X6/M3第一段速D0移动距离D6第二段速D2返回速度D425三、项目分析3.接线图/项目4.326/The Executives四、项目实施/项目4.3 1、根据接线图连接线路 2、触摸屏参考画面 3、根据控制要求设计PLC程序