2023年PLC实验报告5.pdf

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1、伺服电机随动控制系统设计实验报告黄仁志1601 2 119 同组人员：刘宇航一.实验规定运用实验室小型编程控制器PLC设计一个随动系统。在一旋转圆盘上放一枚硬币，控制X Y轴伺服电机使其相连接的传感器探头跟随硬币做圆周运动。旋转圆盘有三相电机驱动，三相电机的驱动由实验室变频器完毕。此外，XY轴伺服电机的伺服放大器可以由PLC运动模块控制。其中转速等数据的控制通过触摸屏实现。二.实验目的1 .掌握PLC的基本编程，熟悉其编程思想2.了解变频器的使用3.了解FX3U20SSC-H运动模块的基本功能5.了解触摸屏的使用4.理解伺服系统的结构组成和设计方法。三.实验原理本实验重要运用实验箱中的FX 3

2、 U-64MR/ES-A基本单元，2个MR J 4T0B伺服放大器，一个F X 3U-20SSC-H运动控制模块,FR-E720S-0.4K-CHT变频器。F X 3 U-6 4MR/ES-A基本单元完毕对硬币信号的检测,控制变频器输出电压的频率,控制运动控制模块的控制参数等。运动控制模块重要负责控制两个伺服放大器，变频器的输出电压去控制圆盘的转速。通过硬币信号的检测实时改变运动模块中圆周运动的半径和速度，最终实现传感器探头对硬币的随动。四.实验器材ol.FX3U-64MR/ES-A 基本单元2.FX 3 U-20S S C-H 运动模块3.MR-J4-10B伺服放大器4.HG-KR13J伺服

3、电机5.FR-E7 20S-0.4K-CHT 变频器6.GS2 1 0 7 WTBD 触摸屏。五实验设计方案1 .触摸屏设计GT Design e r 3 是触摸屏的画面设计软件，可进行工程和画面创建、图形绘制、对象配置和设立、公共设立以及数据传输等,并且集成有GT Simul a t o r 3 仿真软件，具有仿真模拟功能。本实验为了直观显示和操作，设计了一个人机界面,将对变频器的操作以按钮的形式展现给操作者。结合变频器的操作，触摸屏重要实现以下几个功能：1.正 转 2.反转3.高速,中速，低速的选择4 复位 5 输出停止。2 .接近开关的使用原点信号处面板，BN、BK、B U 是接近开关的

4、端子。接近开关即对接近它物件有“感知”能力的元件，若磁体物体接近它，则其输出接通。装置内采用的是三线N P N 型的，将 BN和 BU端子与PLC 2 4V,0 V 相连,BK端子引入PLC的输入端，则当圆盘上金属物件靠近接近开关（大约2mm范围内），则 BK端子输出低电平，则 P L C 即可知道此时的位置。3 .变频器本实验采用功能强大的三菱通用变频器FR-E7 0 0。该变频器为用户控制运营提供两种解决方案：L从控制面板实行启动停止操作（PU运营）2.从端子实行启动、停止操作（外部运营）。实验初期我们运用其控制面板进行控制了解其性能以及参数的的影响，通过一系列的接触和积累之后，我们选择外

5、部运营模式。这两种控制模式的切换是通过Pr.79参数的设立来完毕的。结合本实验规定,我只需要改变圆盘的转速来演示随动性能，对于变频器的频率变化规定不高。综合考虑，我们最后选择外部运营方式中的“通过开关发出启动指令、频率指令（3 速设定）。其中3 速设定的频率具体值由Pr.4P r.6 拟定。4 .运动模块F X3U-20 S SC-H运动模块是合用于S S CNETHI的专用功能模块。20SSC-H可以通过支持SSCNETIH的伺服放大器完毕定位控制。1 .支持两轴控制1个2 0SSC-H模块可以控制两轴，可以完毕单速定位和单速中断定位，也能进行直线插补和圆弧插补操作2.使用S SCNETHI

6、连接伺服放大器A.20SSC-H直 接 通 过S S C NET HI连接伺服放大器(M R-J 3-B).B.通 过SSCNETIH光纤连接2 0 S S C-H和伺服放大器可以减少配线(最远50m)本实验中规定X Y轴伺服电机控制连接的传感器做圆周运动。该操作完全可以通过FX3 U-20SSC-H运动模块控制两个伺服放大器进行圆弧插补操作。为此对于定位模块的使用重要集中在圆弧操作的使用上。通过对运动模块的了解,其圆弧插补功能只能通过定位表实现，为此我们之前必须通过FX Conf i g u rat o r-F P将定位表信息绕写到运动模块中。然后通过PLC启动表操作。但这种方式只能实现固定

7、半径的圆周运动,无法解决随动系统中特殊情况。一般情况则需要通过顺序程序设定定位表参数，由于诸多外界因素，我们只完毕了固定半径的圆周运动。特别注意的时，对于运动模块的位置参数中“原点回归自锁”必须合理设立！5 .伺服放大器MR-J4-10B伺服放大器重要负责对伺服电机的功率驱动,为了配合运动模块，需要对伺服放大器进行参数设立。重要设立“试运营切断开关、控制轴无效开关、轴编号辅助设定开关与轴选择旋转式开关”，使其参数为运动模块相适应。6 .PLC程序设计P LC程序重要完毕对于硬币信号的解决，控制变频器，以及启动运动控制模块的表操作实现圆弧插补等。六.实验接线实验接线重要涉及电源部分等基本设立,对

8、于调试P L C的开关输入信号可自行指定。伺服系统端子实验箱端子PLC端子功能模块端子电源端子备注伺服轴1L1L轴1L3N轴2L1L轴2L 3N轴 1L1L11短接轴 1L2L21短接轴 2L1-L11短接轴 2 L2 L21短接伺服轴1 u轴1U伺服轴IV轴IV伺服轴1W轴1W伺服轴1PE轴1PE伺服轴2U轴2U伺服轴2V轴2V伺服轴2 W轴2W伺服轴2PE轴2PE轴 ID I COM24V+轴 1D0C0M0V轴 1 EM 20V轴 2DIC0M24V+轴 2D0C0M0V轴 2EM20V变频器RLSN变频调速电机UU变频调速电机VV变频调速电机WWSTR/STF-一SD短接F X3U-4

9、DA-ADPV 1+-变频器2短接FX3U-4D A-A DPC0M1变频器5短接PLCSW 0X10SW 1X 1 1SW 2X12SW3XI 3SW 4X14SW5XI 5S W 6X 1 6C O M0 V编码器D C 5-2 4 V+2 4 V+D C 5-2 4 V +0 VA轴X 0触摸屏触摸屏电源2 4V +2 4 V+触摸屏电源0 V0 V七.实验结果1.触摸屏设计通过实验验证，触摸屏设计良好，按钮均能实现相应的控制功能。2.接近开关的调试按右图接线，将B K接 至PLC的输入端X0,将P L C的输出端Y 0接至发光二极管，编写调试程序如图所示，运营程序，当接近开关传感器探头

10、远离转盘上的硬币时，发光二极管亮，接近硬币时，发光二极管熄灭。3.变频器Y3 0-CSTFY3 1-,STRY3 2-RH 变Y3 3-1RMPLC 丫3 4!-,RL 有Y3 5-MRS 信Y3 6-RES 端C 0 M6-11 SD变频器可以设立为外部运营模式，在此模式下只需要将外部开关连接到相应端子上即可,通过开关的闭合可以控制变频器。PLC与变频器的接线如左图所示，其中ST F为启动输入，STR为反转输入,RH,RM,RL分别为高速，中速，低速输入,MRS为输出停止，RES为复位输入，而S D为输入的公共端。在实际调试的过程中，一方面需要设立变频器参数Pr.7 9!相应的PLC控制程序

11、如下图所示.(YOOO E N D Y030 Y031 Y032)Y033 Y034)Y035)Y036)4.运动模块本实验对于运动控制模块FX 3 U-2OSSC-H 的设立重要通过FX C o nfigur a to r-F P 来完毕的。对于运动控制模块的设立重要集中到以下5 个方面：位置参数，伺服参数,X轴表操作信息,Y轴表操作信息,XY轴表操作信息。而本实验中重要是对位置参数，伺服参数，以及XY轴表操作信息进行设立。具体设立加下图：a）位置参数对于原点回归操作的类型设立，本实验采用设定数据模式，即将伺服电机运动合适位置，启动原点回归命令，此时将所处位置设立为原点。本实验中“OPR i

12、nterlock settin g”设 立（原点回归自锁）为有效。则进行表操作之前必须进行原点回归操作!Ol2dtemX-axisY-axisJ FP20150923002/FX3U-20SSC-H3 0 Edi,犀 Posiioning parameters 号 Servo parametersSoftware 6m8(lower)OPLSOPLSFLS.RLS External inputSignal selection0:Use signal via FX3U(C)0:Use signal via FX3U(C)国 X-axis Table information厚 Y-axis Tab

13、le informationselectionSignal logic1:B-contact(servoamplifier)1:B-contact(servoa 呷 ifier)国 XY-axis Table informationn P1 MonitorTorque kmi3000 x0.1%3000 x0.1%Servo ready check1 Valid1:VaSdServo end check1:V&W1:VaWServo end evaluation tine5000 ms5000 msServo startup ON/OFF selection0:Servo startup ON

14、0:Servo startup ONPositioning completion signal output waiting time0 ms0 msOPR mode1:Data set1:Data setOPR direction0:Decrease present value0:Decrease present valueMachine zero point addressOPLSOPLSOPR speed(High speed)4000000 Hz4000000 HzOPR speed(Creep)100000 Hz100000 HzOPR torque im t value3000 x

15、0.1%3000 x0.1%OPR mtertock settwig1:Valid1:VabdaxisY-axtsServoampl 市 erseriesServo amplifier series1:MR-J3-BBasic settingparametersControl modeControl loopcomposition sefecbonO:standard control 350maximum torque setting ofHF-KP servo motor(lnvalid)O：standard control 350maximum torque setting ofHF-KP

16、 servo motor(invalid)Regenerative brakeoptionSelection ofregenerative brakeoption00:Regenerative brakeoption is not used00:Regenerative brakeoption is not usedAbsolute positiondetection systemSelection of absoluteposition detectionsystem0 Used in incrementalsystemO Used in tncrementalsystemFunction

17、selection A1Servo forced stopselection(Use the forcedstop signal)/00:Forced stop 1(EM1)The electromagnetic brakeintertock(MBR)turns offwithout the forced stopdeceleration.0:VaM(Use the forcedstop signal)/00:Forced stop 1(EM1)The electromagnetic brakeintertock(MBR)turns offwithout the forced stopdece

18、leration.Auto tuningGain adjustment modesettingkAuto tuning mode 11:Auto tuning mode 1Auto tuning response12:37.0Hz12:37.0HzIn-position range100 pulse100 pulseRotation direction selection0:Forward rotation(CCW)with the increase of thepositioning address.0:Forward rotation(CCW)with the increase of th

19、epositioning addressEncoder output pulse4000 pulse/rev4000 pulse/revGain/filterparametersAdaptive tuning mode(Adaptrve filter 1)Filter tuning modeselection0:Filter OFFO:Filter OFFVtoration suppressioncontrol filter tunmgmode(Advanced vtorationVibration suppressioncontrol tuning mode0:Vtoration suppr

20、essioncontrol OFF0:Vtoration suppressioncontrol OFFc）XY轴表操作信息,Jump No mcode10msNo.Command codeAddressx:PLSy：PLSArc center：PLSj：PLS本实验中设立的XY轴表操作信息分为7 个操作,每个操作的解释如下:Arc radius0.设立相对位置坐标,接下来出现的位置为相对位置坐标1.线性插补操作2.延时操作3.圆弧插补操作（由于终点位置与起点重合,故插补为整个圆）4.延时操作5.跳转指令,跳转到第3 条指令6.结束指令由于跳转指令的存在，传感器看上去就在做连续的圆周运动!5.伺

21、服放大器伺服放大器的设立重要集中在轴选择开关和控制轴开关。由于运动控制模块规定其控制的两个伺服放大器的轴号必须不同，因此轴选择开关必须旋转到相应位置。而控制轴设立开关则需要将测试运营切换开关以及控制轴无效开关设立为OFF。而轴号码辅助设立开关则根据相应的轴号进行设立。本实验中将轴号分别设计为0,1.因此轴号码辅助设立开关全为OFF,只需要将相应的轴选择旋转开关设立对的即可!八.PLC程序设计PLC端口分派开关输入器件号地址号功能说明SW0X000原点回归SW 1X00 1X+方向运动S W2XOO 2X 一方向运动SW3X003Y+方向运动S W4X0O4Y-方向运动S W 5X 0 05表格

22、操作（圆弧插补）SW6X006停止梯形图中重要实现JO G 运营，原点回归操作以及表操作（圆弧插补），停止等。由于表信息已经通过FX Co n f igura t。r-FP设立完毕，所以启动这些操作只需要设立相应阐述相应为即可。其中JOG操作重要设立BFM#5 1 8 的 b4,b5位，B FM#6 1 8 的 b4,b5。分别为X 轴正向，反向,Y轴正向，反向操作启动控制位。X轴的启动,停止位分别为BFM#51 8 b l,b 9；Y 轴的启动，停止位分别为B FM#618bl,b9；PL C 端口分派如表所示,伺服放大器调试接线在梯形图中SW 1 和 SW 2 互为自锁，SW 3和 SW

23、4互为自锁。保证JOG运营不会出现错误的指示。九.实验心得用 P L C 可以直接对伺服电机进行位置和速度控制，无需增长定位模块。P L C 的解决速度高，输出脉冲的频率也很高,并且指令也很简朴，在系统联机的情况下也可方便地进行所有指令的修改工作。这次的实验对我们组而言不是很轻松，我们组在前两周都比较辛劳，需要重新开始学习P L C 我们的实验题目是伺服电机进行位置和速度控制，其实算起来程序的编程并不是很复X001_ I I_X002100I I_ IX-X002X001 1。_ I|_|/L_I IX003X004 1 GQI I _A_I IX004X003162T 一M 124 M 125)M 224)(M 225)杂，只但是要将逻辑语言转化成梯形图，这一步对我们组而言稍微困难一些。伺服电机的控制需要的软件比较多，电脑上一共安装了四个软件，每个软件都需要用到,各个软件之间的配合是我们这次实验的重点。我们在实验的过程中，碰到自己不能解决的难题，也会去找老师，尚有和其他组的同学交流讨论，共同解决问题。P L C 在工业生产中应用非常广泛，虽然我们没有系统地学习过P L C 的理论课程，但是通过自学完毕了本次实验，让我受益良多。十.视频见附件