基于台达PLC控制伺服定位系统制作论文终结版要点.pdf

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1、毕业设计（论文） 题目基于台达 PLC控制伺服定位系统的制作 系别信息工程系 专业名称自动化 班级学号 108202225 学生姓名王定雪 指导教师李海燕 二 O 一四年 五 月 学士学位论文原创性声明 本人声明， 所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中 特别加以标注引用的内容外， 本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究 成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献 的个人和集体， 均已在文中以明确方式表明。 本人完全意识到本声明的法律后果由本 人承担。 作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、

2、使用学位论文的规定， 同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授 权南昌航空大学科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名：日期： 导师签名：日期： 基于台达 PLC控制伺服定位系统的制作 学生姓名： 王定雪班级： 1082022 指导老师： 李海燕 摘要：本设计思路是通过PLC 与驱动器通讯并实现系统定位，对伺服电机的 控制方式为位置控制方式，PLC 对驱动器输出脉冲+方向指令。基于PLC 具有强大的控制功能，此定位系统的控制器采用PLC ，平台由 X/Y

3、两个方向台达 伺服电机构组成。伺服电机是本定位系统中的重要设备，它能够为伺服定位系 统提供重要的动力；其中通过PLC输出的脉冲多少与电机转速，齿比大小进行 计算，实现平台绝对定位。本系统还采用光电传感器功能检测实际位置进行反 馈给控制器，并实现原点回归，绝对定位，点动调整等功能。 人机界面，主要是为了更好的便于人员操作也是系统与用户之间进行信息 交换的媒介，以画面显示实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转 换。人机界面可以对现场设备进行监控和控制，及时采集系统信息，发现并处理故 障，保证系统良好的运行，是自动化生产的必然发展方向。 关键词： 自动化伺服 PLC 人机界面定位 指导老师签名

4、： Design of Delta PLC control servo positioning system based on Name:Wang Ding Xue Class:1082022 Supervisor:Li Hai Yan ABSTRACT: The idea is to design and implement communication systems positioned by the PLC and the drive to control the servo motor position control mode, PLC outputs to drive Pulse

5、+ direction command. PLC-based control with powerful features, the positioning system controller with PLC control, the platform consists of two axes (X / Y) Delta servo mechanism. The positioning servo motor system is an important device, it can provide an important impetus for the servo positioning

6、 system; pulse motor speed is calculated by PLC outputs which achieve the platform location. The system also uses a photoelectric sensor function to detect the actual position feedback to the controller, and to achieve zero return, absolute positioning, inching adjustment and other functions. Man-ma

7、chine interface, the system and user interaction and information exchange between the media, which implements the information within the acceptable forms of the human form of conversion between. Man-machine interface field devices can be monitored and timely information collection system to identify

8、 and deal with failure to ensure the system is running well, is the inevitable development of automated production. Keywords: Automation servo PLC man-machine interface positioning Signature of Supervisor : 目录 1 绪 论 1.1 本课题的目的和意义 . 1 1.2 伺服定位系统的概述 . 2 1.3 国内外研究现状 . 4 1.4 本课题的研究内容 . 4 2 定位系统控制方案的设计 2

9、.1 系统的控制方案 . 5 2.2 系统设计的思路 . 5 3 系统的硬件选型 3.1 PLC选型 7 3.2 伺服电机的选型 . 8 3.3 伺服驱动器的选型 10 3.4 HMI的选型 . 12 3.5 传感器的选用 13 3.6 电气原理控制图设计 16 4 PLC 软件程序的设计 4.1 WPLSoft 2.37介绍 18 4.2 编程语言介绍 18 4.3 PLC程序分析 . 18 4.4 PLC程序调试 . 19 5 HMI 程序设计 5.1 HMI程序的画面 . 21 6 结论 参考文献 . 25 致谢词 . 26 附 录 27 附录一 电气原理图 . 27 附录二 PLC 程

10、序 28 附录三 实物图片 . 30 南昌航空大学科技院2014 届学士学位论文 1 基于台达 PLC 控制伺服定位系统的制作 1 绪 论 当今社会在自动化生产过程中控制方式日新月异，实现相同的功能却有不同的方 法方式。像如今的很多数控车床， 激光设备上都要使用定位控制，它的实现方式也有 很多。有的利用单片机结合伺服系统实现定位控制；有的利用控制器控制伺服驱动实 现；有的使用 plc 高速脉冲输出功能结合伺服系统实现；还有的会利用变频器的多段 速控制来实现定位控制。 这些不同的控制系统方式的实现各有各的特点，成本也各有 差异，于是针对不同的设备有对精度和响应速度的不同要求，选择合适的控制系统和

11、 最优的性价比就非常必要。本文介绍一个高性价比的控制定位系统，应用台达plc 的高速脉冲输出和与台达驱动器通讯的功能来实现的定位的例子。 1.1 本课题的目的和意义 一. 项目背景 我国是一个机床生产和应用大国,但数控控制技术的应用水平和对定位精度控制 还不高 ,严重的制约着我国制造业，生产业的进一步发展。国外的相关开发计划和成 熟技术对我国的机床控制技术的发展提出了严峻的挑战,在此同时也带给我们机遇。 从这几年来看 ,PLC 在工业自动控制领域应用的发展是蒸蒸日上,在控制效果、装 配周期和硬件的成本等各个方面表现出来的综合优势是其他工控产品难以超越的。随 着它在不同领域的快速发展,它在速度控

12、制、位置控制、过程控制、数据处理等方面 的应用也得到进一步的提高。对平台的实际设计和客户需求,不仅要提高车床加工的 精度,对其定位控制系统装置的选择也显得非常重要。1 PLC 有专用的定位控制模块 ,可以对直线运动、圆周运动的位置,速度和加速度进 行控制 ,不仅可以实现单轴也可以控制多轴进行位置控制,使运动控制与顺序控制两种 控制方式快速有效地结合起来,广泛地用于机械生产，激光切割，机器人，机械手， 电梯等。 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 2 1.2 伺服定位系统的概述 1.2.1 伺服定位系统的组成 伺服系统（ servomechanism ）又称随动系统，是用来精确地跟随或

13、复现某个过程 的反馈控制系统。 伺服系统使物体的位置、 方位、状态等输出被控量能够跟随输入目 标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对 功率进行放大、 变换与调控等处理， 使驱动装置输出的力矩、 速度和位置控制非常灵 活方便。在很多情况下，伺服系统专指被控制量（系统的输出量）是机械位移或位移 速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移（或转角）准确地跟踪输 入的位移（或转角）。 伺服定位系统基本由以下部分组成： 继电器：继电器是一种电控元件。它有线圈和常开，常闭开关组成。广泛应用于 遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控

14、制元件 之一通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种 “自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 伺服驱动器： 是用来控制伺服电机的， 通过与 PLC指令实现控制电机转动， 属于 伺服系统的一部分， 高精度的定位系统可以用到它。它主要有三种控制方式位置、 速 度和力矩，实现高精度的传动系统定位 伺服电机：主要任务是提供动力 接触器：接触器是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合， 以达到控制负载的 电气器件。接触器由电磁模块（铁心，静铁心，电磁线圈）触头模块（常开触头和常 闭触头）和灭弧装置组成。 其工作原理是当接触器线圈得电后，线圈吸合并带动

15、触头 动作：原常闭触头断开；原常开触头闭合，两者是联动的。当线圈断电时，线圈吸合 消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放， 使触头恢复上电前的状态， 也就是最原始状态。 控制器：是整个系统的大脑，采用台达PLC控制。 人机界面：监控整个系统。 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 3 1.2.2 PLC 控制伺服定位系统的优点 1. 实时性 由于 PLC 产品设计和开发是基于控制为前提，并不断完善， PLC 指令 信号处理时间比较短，速度响应快。就是因为有信号处理和程序运行的速度，PLC 经常用于各个领域大、中、小型工业控制项目。 2. 高可靠性PLC 的 I/O 输入输出信号均采用光电隔离

16、，使现场的一些外电路与 PLC内部电路形成电气上隔离作用。输入端自带R-C 滤波器，滤波时间常数一般为 1020ms 。采用性能优良的开关电源。 具有良好的自诊断功能， 一旦电源或其他软件， 硬件发生异常情况， PLC CPU 立即采取有效措施， 以防止故障扩大。 大型 PLC还可 以采用由双 CPU构成冗余或有三CPU 构成表决系统 , 以及实现电源模块冗余、IO 模 块冗余进一步提高性能。 3. 系统配置简单灵活控制器产品种类很多，规模可分大、中、小I/O 模块种 类丰富，可根据客户实现不同功能要求不同，而进行自由灵活的配置。 4. 丰富的 I/O 模块PLC 针对不同的现场信号，如：AC

17、 或 DC 电流；开关量或 模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等, 都有相应的 I/O 模块与工业现场 的元气器件或外围设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、控制阀 等直接相接。 此外为了方便性能操作， 它还有多种人 - 机接口模块 ; 想要组成工业局部 网络，它还有多种通讯联网的接口模块可以实现，等等。 5. PLC 系统采用模块化结构为了适应各种不同工业控制需要， 除了组合式的小 型控制器以外， 绝大多数 PLC均采用模块化结构。 PLC控制器的各个部件， 包括 CPU ， 电源， I/O 等均采用模块化设计，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 6. 价格优势

18、质优价廉，性价比高。 7. 安装简单，维修方便可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的 各种外围设备与PLC 相应的 I/O 口连接，即可投入运行实现功能。模块上均有运行 和故障指示灯， 可以很直观的观察运行情况和查找故障。由于采用模块化结构， 如果 出现故障可以及时更换故障模块使系统迅速恢复运行。 8. 控制器实现的功能逻辑控制定时控制计数控制顺序控制PID 控 制 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 4 1.3 国内外研究现状 近年，随着经济全球化、环境保护、市场竞争的推动，我国发动机业迅速向开发 智能、高效、节能、满足环保要求的新型内燃机和清洁能源内燃机（天然气、液化石

19、 油气等替代燃料发动机） 方向迈进，所以发动机制造厂纷纷引进各种先进的生产设备， 也带动了国内机床制造业的提升和发展，加工中心等数控机床生产企业及生产数量逐 年增长，自然而然也带动伺服控制系统的发展。未来PLC 控制伺服的发展趋势主要 表现为： （1）自动化程度要求不断提高。近年来随着PLC 技术的不断发展，今后的伺服 也进一步诠释 PLC 强大控制功能。 （2）现如今精密切割的不断提高，伺服定位系统精度要求也不断提高才能满足 现今生产需求。 （3）应用领域越来越广泛。 1.4 本课题的研究内容 课题的主要任务是利用台达DVP系列 PLC来控制伺服定位系统的定位。 它的工艺 过程是接收到来传感

20、器信号及属性信息后，PLC给驱动器指令输出控制电机，PLC检 测到不同位置传感器反馈信号后，PLC对伺服驱动器做出相应的控制，伺服驱动控制 伺服电机进行对位，定位，原点回归。主要内容如下： 第一章扼要地介绍了伺服定位系统的概述、特点与背景； 第二章伺服定位系统的控制方案； 第三章介绍了组成系统的主要硬件的选型，例如PLC、伺服驱动，电机等选型 第四章介绍本系统PLC 程序的设计； 第五章讲解了 HMI 软件显示画面的设计； 第六章结论 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 5 2 定位系统控制方案的设计 本系统方案的设计主要来源于这次毕设课题的要求和当今社会的背景，随着不断 提高的现代

21、化工业生产的发展，气动技术、液压技术、传感器技术、PLC技术、网络 及通讯技术等多种技术的紧密结合而形成的机电液一体化、机电气一体化、 机电光一 体化的自动化控制技术的应用在工业生产中正起着越来越重要的作用。伺服控制系统 就是其中的一部分。 2.1 系统的控制方案 本系统思路是由图如下所示： 图 2-1-1 伺服定位演示系统 2.2 系统设计的思路 基于上述思路，定位系统的设计过程中主要考虑以下几点： （1）分析课题的思路，对课题进行需求分析，提出定位系统的设计方案。 （2）制作 I/O 地址分配表。根据定位系统功能所需要求，确定定位系统PLC所 需的输入和输出点。 （3）硬件的选择，即伺服系

22、统、传感器、PLC等重要的元器件。 （4）绘制电气原理图。考虑安全所需保护措施和各电器元件间的接线。 （5）绘制程序流程图。根据定位系统的需求绘制出系统的工作流程。 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 6 （6）编写系统的程序，根据定位系统的工作要求编写出PLC的程序和 HMI的画 面，这是整个设计的核心任务。 （7）调试程序。程序是整个系统工作的重点，是保证系统工作正常、安全可靠 的最至关重要的。因此，控制系统的程序必须与现场经过反复调试、修改，直至达到 要求为止。 （8）完善系统。 图 2-2 控制系统设计步骤 分析控制要求 确定I/O点 选择元器件 分配I/O点 绘制流程图 设

23、计梯形图 编制程序清单 输入程序并检查 调试 满足要求？ 设计控制柜 现场连接 联机调试 满足要求？ 修改 N Y N N 结束 Y 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 7 3 系统的硬件选型 本系统由 PLC、伺服驱动器、触摸屏、光电传感器等元器件组成，本章主要对系统 中元器件进行详细的介绍。 3.1 PLC 选型 3.1.1 PLC 的选型 PLC 是控制系统的控制部分相当于人的大脑，正确的选择 PLC， 对于保证整个控 制系统的技术性能起着重要的作用。PLC的选择包括： （1）I/O 点数的估算，总输入输出（I/O ）点数=输入点数 +输出点数，预留+10% 20% I/O 备

24、用； （2）存储器容量的估算，总内存容量=开关量点数 10模拟量点数 150； （3）控制方式的选择，包含：运算方式、控制方式、通信方式、编程方式、诊 断方式、处理速度； （4）机型的选择，包含： PLC 型号、输入输出模块的选择、开关电源的选择、 冗余模块功能的选择、再考虑经济实惠性； 因此考虑到输入输出点数和总内存容量，选用台达 EH系列 PLC 以及其 I/O 扩展 模块作为主体控制设备。同时PLC对伺服驱动器的控制方式为脉冲+方向控制。 该系列 PLC有如下特点： （1）优异的运算效能，内部自带很多辅助指令简单，效率高 （2）简易通讯功能，直接可以通过USB 与 RS232转接口进行下

25、载程序 （3）支持运动控制和速度控制指令，搭配高速脉冲输出功能，轻易达成两轴同 动的控制要求。 （4）可搭配多样化扩充模组和功能卡，满足不同用户要求。全新的特殊扩展模 块，可大大减少 PLC CPU 与扩展模块之间的数据传输时间，从而大大提升效率。 综上所述，初步确定选用台达DVP32ES200T PLC主机一台，扩展模块DVP 32HP00T 一台作为系统的控制主体。 （1）DVP32ES200T PLC 简介 ES系列主机 40 点，16in/16out 最大 I/O 点数： 16 点 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 8 指令执行速度： 0.24s（基本指令） 通信部：内建R

26、S-232与 RS-485，相容 ModbusASCII/RTU 通信协议 内存容量高达16 K Steps 交流电源，电晶体输出 支持 2 组 AB相 200KHz脉冲输出（ Y0，Y1） 、 （Y2，Y3） ，2 点 200KHz脉冲输出 Y4、Y6 图 3-1-1 DVP_40EH00T2 端子排 3.1.2 PLC 的电源连接 鉴于上文介绍的 PLC型号特性， PLC连接时应注意以下事项： （1）PLC都是交流电源， L、N都接 220V交流电源 （2）主机和扩展模块都是电晶体输出类型，输出公共端C全部接地（ 0V） ； （3）输入端以 SINK模式配线，将 S/S 端接+24V直流电

27、源； （4）其余接地端和 24G共地（ 0V） 。 3.2 伺服电机的选型 伺服电机（ servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的动力源。伺服 电机可使控制的速度， 位置精度都非常准确， 可以将电压信号转化为转矩和转速以驱 动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应， 在自动控制系统中， L N + 2 4 V 2 4 G S / S X 0 X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 X 9 X 1 0 X 1 1 X 1 2 X 1 3 X 1 4 X 1 5 X 1 6 DVP32ES200T U P 0 Z P 0 Y 0 Y 1 Y

28、 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 U P 1 Z P 1 Y 1 0 Y 1 2 Y 1 3 Y 1 4 Y 15 Y 16 Y 1 7 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 9 用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的 电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大 类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象， 转速随着转矩的增加而匀速下降。 每种型号电机的规格项内均有额定转矩、最大转矩及电机惯量等参数， 各参数与 负载转矩及负载惯量间必定有相关联系存在，选用电机的输出转矩应符合负载机构的 运动条件要求， 如加

29、速度的快慢、 机构的重量、 机构的运动方式 （水平、垂直、旋转） 等；运动条件与电机输出功率无直接关系，但是一般电机输出功率越高，相对输出转 矩也会越高。 因此，影响电机的选用不仅仅是机构的重量，也有来之运动条件的影响。 惯量越 大时，需要越大的加速及减速转矩， 加速及减速时间越短时， 也需要越大的电机输出 转矩。 依下列步骤进行伺服电机选型： （1）确定负载机械的运行条件，主要是考虑加/ 减速的快慢、运动控制速度、机 械构造的重量、机械结构的运动方式等。 （2）根据机构运行要求选用合适的负载惯量计算公式，用来计算机构的负载惯 量。 （3）根据负载惯量与伺服电机惯量预选定几种电机型号进行对比。

30、 （4）结合预选的电机惯量与负载惯量，计算出加、减速转矩。 （5）根据电机的配置方式、摩擦系数、运行效率、负载重量计算出负载转矩。 （6）初步选定的电机输出最大转矩必须大于负载转矩+加/ 减速转矩；如果不符 合条件要求，必须选用其他型号电机并用计算值来验证是否符合设计要求。 （7）初步选定的电机的额定转矩 连续瞬时转矩，如果不符合条件要求，必 须选用其他型号电机并用计算值来验证是否符合设计要求。 （8）完成选定。 在实际应用的选择设计中， 要注意这些方面的特性合理选择伺服电机。本系统中 X轴的伺服电机为 ASD-B0421-B2 , Y 轴方向为 ASD-B0421-B2 (10) 转速与实际

31、位置的计算 一分钟频率磁极对数（1- 转差率） 60（秒） 50（HZ ）磁极对数 =同步转速 比如 6 极电动机的同步转速 =30003=1000转/min ，三相异步电动机大约960转左右 此时伺服电机的转速只和脉冲发送的频率有关系，因为此时PLC 发送 10000个脉冲 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 10 电机旋转 1 圈。如果电齿轮比为1， 25 转/ 秒，所以 PLC的脉冲发送频率就是 25 10000脉冲/ 秒（也就是 250K赫兹）。 电机转速和扭矩（转矩）公式 1、电机有个共同的公式， P=MN/9550 P 为额定功率， M为额定力矩值， N为额定转速，所以确

32、定电机功率和额定转 速就可以得出额定力矩大小。 注意 P的单位是 KW,N 的单位是 R/MIN(RPM),M的单位是 NM 2、扭矩和力矩完全是一个概念，是力和力臂长度的乘积，单位NM( 牛顿米) 比 如一个电机输出扭矩20NM ，在离输出轴 1M的地方（力臂长度1M ） ，可以得到 20N的 力；如果在离输出轴100M的地方（力臂长度100M ） ，只能得到 0.1N 的力 电机转速公式： n60f/P (n 转速， f 电源频率， P磁极对数 ) 扭矩公式： T=9550P/n T是扭矩，单 位 Nm P是输出功率， 单位 KW n 是电机转速， 单位 r/min 扭矩公式：T=973P

33、/n T 是扭矩，单位 Kgm P是输出功率，单位KW n 是电机转速，单位r/min 3.3 伺服驱动器的选型 3.3.1 伺服驱动器选型 伺服电机必须有驱动器才能旋转，一组伺服电机由电机与驱动器匹配组成，由制 造厂家将电机与驱动器匹配到最佳状态，用户最好不要随意混合搭配。 如下表所示，红线框表示本系统选择的伺服驱动器和所对应的伺服电机型号。 图 3-3-1 伺服驱动器型号 本系统选用功能齐全的台达B系列伺服驱动器，其特点为： （1）多样化地模式控制，位置/ 速度/ 扭矩控制，外部寸动功能等 （2）性能优异，通讯功能强大 （3）内含简易编码器，可进行位置，速度反馈，可做单轴定位控制 本设计系

34、统选用台达ASDA-AB系列伺服驱动分别与相应的伺服电机配合完成两个轴 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 11 的运动控制。X轴的伺服电机为 ECMA_C 30401ES ， 与之相匹配的驱动为ASD-A0121-AB, Y轴方向为 ECMA_C 30602ES, 与之相匹配的驱动为ASD-A0221-AB 。 3.3.2 驱动器端子说明 图 3-3-2 驱动器端子说明 图 3-3-3 驱动器端口说明 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 12 3.4 HMI 的选型 本系统采用的是台达B 系列的人机界面，其强大的控制器支援性，支持多种厂 牌的控制器， 不需额外开发通信程式

35、， 大幅度节省系统设计； 除了标准串口列通讯界 面（RS485/RS232/RS422 ）外， DOP-B 人机还支援 USB、乙太网络、音效、 SD 卡界 面，可满足各种不同应用的需求。 选用 B系列的型号是 DOP-B07S410 下表为其性能参数 图 3-4-1 触摸屏参数说明 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 13 DOP-B07 系列面板 : 图 3-4-2 HMI面板正面图 3-4-3HMI 面板反面 3.5 传感器的选用 在定位系统中采用BF3RX+FD-320-05 光纤传感器作为货物检测，它是韩国奥托 尼克斯公司的从产品，采用内置粗调/ 微调双调节旋钮，可实现微调

36、的光纤放大器， 可通过连接线转换LIGHT ON/DARK ON方式，内装输出过流保护线路， 电源反接保 护线路可检测微小物体，可自由调节光纤长短。 3-5-1 光纤传感器连接图 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 14 图 3-5-2 控制输出电路 由 3-5-2 可以看出它有四线（棕色、黑色、蓝色、白色），棕色连接接电源正极；蓝 色连接电源负极；黑色为信号线，当有物体时靠近，输出信号为低电平，反则为高电 平；白色悬空。需注意物体不要离传感器太远，否则传感器检测不到。 型号BF3RX 应答速度Max.1ms 电源12-24VDC 10% （幅度 P-P:Max10% ） 消耗电源M

37、ax.40mA 光源红色 LED(调制) 动作方式由控制线选择开关/DARK ON 方式 灵敏度调整两种调节方式： 1、粗略调节， 2、精确调节（ VR ） 控制输出 电压负荷： Max.30VCD 电流负荷： Max.200mA 残余电压： Max.1V 保护电路电源线路反接保护，输出端电流过载保护 指示灯红色动作指示灯 连接方式配线连接 绝缘阻抗Min.20M（at 500VDC） 耐电压1,000VAC 50/60Hz 1 分钟 抗冲击500m/s2（50G ）in X,Y,Z各 方向 3 次 环境亮度太阳光： Max.11,000x，日光灯： Max.3,000x 环境温度 操作时：

38、-10 to 50（未结冰状态） 保存时： -25 to 70 环境湿度35 to 85%RH, 保存时： 35 to 85%RH 材质外壳： ABS 电缆4P,5mm ，长度： 2m 附件调节起子，支架，螺母 / 螺栓 重量约.90g 表 3-5-3 传感器性能参数 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 15 本课题中传感器动作检测共有3 处， 全部采用接近式光电传感器进行检测并向系 统发出相应的电信号进行控制。 主要考虑到不同位置机械固定方式不同以及反应速度 方面因素，具体方案如下介绍： (1 ）凹槽的 D-Z73L型号（方形槽）的传感器，其为SMC 旗下的产品。 图 3-5-4

39、外形结构图 Reed switch:舌弹开关 Resistor:电阻 LED:发光二极管 Zener diode:稳压二极管 图 3-5-6 控制输出电路 由图 3-5-6 知道，蓝色线端接电源负极（24V-） ，PLC 的输入端接棕色线。 Main circuit of switch:开关主回路 Brown:棕色 Blue:蓝色 图 3-5-7 控制输出电路 由结构图可以看出，蓝色线端接电源负极（24V-） ，PLC 的输入端接棕色 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 16 3.6 电气原理控制图设计 3.6.1 设备接线分析 完成以上分析和选型工作后，便可着手电气原理图的设计及系

40、统电气线路的连 接。在电气原理图的设计过程中，最重要的一部分是各设备的电源连接和通信连接。 设计时必须严格遵守各设备的电气规格和通信特性等，以保证各设备可正常使用， 设 备的运行安全可靠。 注意事项简列如下几点： (1 ）传感器电源，信号线接线注意事项 两线制传感器的蓝色端节24V-, PLC 输入端为棕色线作为信号。切忌直接接24V 电源；四线制传感器（ PNP）棕色端接 24V+,蓝色和白色端接24V-, 黑色端作为信号 端接 PLC输入端。 (2 ）伺服控制线路 伺服系统由伺服电机和伺服驱动两大件组成，通过与上位机PLC 的通信最终完成定 位 图 3-5-8 伺服驱动通讯的连接示意图 元

41、件安装接线过程应注意以下几点事项： 检查 R、S、T（L1M、L2M）与 L1、L2 的电源和接线是否正确。 确定伺服电机输出U、V、W 端子正确的相序，相序不对电机可能不转或乱 转。 异常或紧急停止时， 利用 ALARM 或是 WARN 输出将驱动器断电， 切断伺服 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 17 驱动器电源。 驱动器与电机连线预留一定长度； （5）人机界面控制线路 图 3-6-1 人机界面反面面板图 注意：输入电源为DC24V ，使用人机界面时，请勿以尖锐物品碰触面板，否则可能导 致面板凹陷， 进而使人机界面无法正常运作。由于人机界面没有电源开关， 为避免触 电意外，请

42、勿在开启电源情况下改变配线 3.6.2 电气原理图 在绘制系统电气原理图时， 系统中的元器件的使用其电气符号绘制，下图中接触器的 1L、3L、5L;2L 、4L、5L 为三相线触点， 13 NO、14 NO 表示常开辅助触点。 图 3-6-2接触器图 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 18 4 PLC 软件程序的设计 4.1 WPLSoft 2.37介绍 WPLSoft2.37 为台达可编程序控制器DVP 系列在 WINDOWS 操作系统环境下所 使用的编程软件。 WPLSoft2.37 除了一般 PLC 程序的规划及 WINDOWS 的一般编辑 功能（例如：剪切、粘贴、复制、多窗

43、口）外，另提供多种中/ 英文批注编辑及 其它便利功能（例如：寄存器编辑、设定、文件读取、存盘及各接点图监测与设定等 等） 。 4.2 编程语言介绍 PLC 的控制是由程序实现的。目前PLC 常用的编程语言有：梯形图语言、助指 令表语言、功能图语言、顺序功能图语言、高级编程语言等，这里仅作简单介绍。 梯形图是最流行的图形编程语言，被称作为 PLC的第一编程语言。 梯形图语言直 观，逻辑关系简易，是电气技术人员很流行的语言。 左母线 图 4-2-1 梯形图 WPLSoft 2.37 用户提供了梯形图、 指令语句、 SFC图三种编程模式， 而且三种模式的 程序段可以互相转化。这次的设计PLC 程序采

44、用了梯形图的形式。 4.3 PLC 程序分析 4.3.1 I/O地址表分配 经分析系统总共需要输入点（X）8 个，输出点（ Y）12 个。其中伺服电机驱动需 要 3 个脉冲输出点，在配置I/O 点是要将主机上的脉冲输出点预留。 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 19 I/O 地址表如下： PLC软地址说明PLC软地址说明 M0 作为原点回归开关M10 驱动器启动开关 M1 正转 10 圈开关M11 驱动器异常复位开关 M2 反转 10 圈开关M12 暂停输出开关（ PLC 脉 冲暂停输出） M3 坐标 600000开关M13 驱动器紧急停止开关 M4 坐标-600000 开关X0

45、正转极限传感器 X1 反转极限传感器Y6 驱动器启动信号 X4 原点信号传感器Y7 伺服异常复位信号 X3 驱动器的启动准备完毕 信号（ M20 ） Y2 伺服电机正转禁止信号 X10 驱 动 器 的 零 速 度 信 号 （M21 ） Y3 伺服电机反转禁止信号 X5 驱动器的原点回归完成 信号（ M22 ） Y5 驱动器紧急停止信号 X6 驱动器的目标位置信号 （M23 ） M20 驱动器启动完毕 X7 驱动器的异常报警信号 （M24 ） M21 驱动器零速度状态 Y0 给驱动器脉冲信号输出M22 驱动器原点回归完成状 态 Y1 伺服电机旋转方向信号 输出 M23 驱动器目标到达位置状 态

46、Y4 清除驱动器脉冲计数寄 存器信号 M24 驱动器异常报警状态 M16 上电开关 1 M17 上电开关 2 4.4 PLC 程序调试 本系统的定位精度主要取决于伺服系统，因此伺服系统的定位准确性是本系统的 关键，本系统采用了绝对和原点回归，原点由1 个限位开关组成也可以叫HOME 点， 保持常开状态，两头各有一个限位开关防止伺服电机跑出导轨之外。X0，X1 伺服限 位保护。伺服 Y0 Y1 是为程序的脉冲输出 +方向。组件说明中作为按钮和伺服状态显 示的 M是利用台达 dop-a 人机界面来设计。程序说明如下： （1）在触摸屏上按下上电， M16=ON，Y10=On,KM1 线圈吸合，给伺服

47、上电，伺服 上电之后，驱动器无警报信号，X3=On ， ，再按下启动按钮， M10=On 伺服启动， （2）触摸屏按下原点回归开关时，M0=On 伺服执行 DZRN 原点回归动作语句，当 DOG 信号 X4由 Off On 变化时，伺服以的寸动速度回归原点， 当 DOG 信号由 On 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 20 Off 变化时，伺服电动机停止运转，回归原点完成，复位程序中使用了台达内部继电 器 M1029来复位，保证一个定位动作完成，该定位指令的执行条件变为off ，保证下 一次按下定位执行相关开关时定位动作能正确执行。 （3）按下正向传动 10圈按钮， M1=On 伺

48、服电动机执行正转动作，伺服电动机正 方向旋转 10 圈后停止运转 （4）按下反向传动 10圈按钮， M2=On 伺服电动机执反转动作，伺服电动机反方 向旋转 10 圈后停止运转 （5）按下 600000 按钮， M3=On 伺服电动机运转，到达绝对目标位置600000 处 后停止转动 （6） 按下-600000 开关，M4=On 伺服电动机运转， 反转到达绝对目标位置 -600000 处后停止转动 （7）若工作台面触到正向极限传感器时X0=On ，Y2=On伺服电动机禁止正转， 且 伺服异常报警灯亮（ M24=On ） （8）若工作台面触到反向极限传感器时X1=On ，Y3=On伺服电动机禁止

49、正转， 且 伺服异常报警灯亮（ M24=On ） （9）当出现伺服异常报警后，按下伺服异常复位按钮，M11=On 伺服异常报警信 息解除，警报解除之后，伺服才能继续执行原点回归和定位的动作 （10）按下 PLC脉冲暂停输出开关， M12=On 时，PLC暂停输出脉冲，脉冲输出个 数会保持在寄存器内， 当 M12=Off时，在原来输出个数基础上继续输出未完成的脉冲 （11）按下伺服紧急停止按钮，M13=On 伺服立即停止运转，即使定位距离尚未 到达，但是这个不同于脉冲暂停输出，伺服将不会跑完未完成的距离 （12）程序中使用的台达内部继电器M1021是保证伺服完成原点回归动作时，自 动控制输出一个的伺服脉冲计数计时器清零信号，使伺服面板显示的数值为0(对应 伺服 PO-02参数需设置为 0) 5 HMI 程序设计 台达电子人机界面 DOP-B系列在 WINDOWS 操作系统环境下所使用的画面编辑 软件。其功能强大，可用于多种厂牌的PLC；便利的宏指令；可以使用 USB 快速上 下载程序；强大的模拟功能等等。 南昌航空大学科技学院2014 届学士学位论文 21 5.1 HMI 程序的画面 图 5-1-1 人机界面首页 南昌航空大学科技学院2014