PLC控制伺服电机总结

0 第1章 PLC基础知识 1 1 PLC简介 1 1 1 PLC的定义 PLC Programmable Logic Controller 是一种以计算机 微处理器 为核心的通用工业 控制装置 专为工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子学系统 目前已经广泛 地 应用于工业生产的各个领域 早期的可编程序控制器只能用于开关量的逻辑控制 被 称为可编程序逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称 PC 现代可编程序控制 器采用微处理 Microprocessor 作为中央处理单元 其功能大大增强 它不仅具有逻辑 控制功能 还具有算术运算 模拟量处理和通信联网等功能 PLC 的高可靠性到目前为 止没有任何一种工业控制设备可以达到 PLC 对环境的要求较低 与其它装置的外部连 线和电平转换极少 可直接接各种不同类型的接触器或电磁阀等 这样看来 PC这一名称已经不能准确反映它的特性 于是 人们将其称为可编程序 控制器 Programmable Controller 简称PLC 但是近年来个人计算机 Personal Computer 也简称PLC 为了避免混淆 可编程序控制器常被称为PLC 1 1 2 PLC的产生和发展 在 PLC 出现之前 机械控制及工业生产控制是用工业继电器实现的 在一个复杂的 控制系统中 可能要使用成千上百个各式各样的继电器 接线 安装的工作量很大 如果 控制工艺及要求发生变化 控制柜内的元件和接线也需要作相应的改动 但是这种改造往 往费用高 工期长 在一个复杂的继电器控制系统中 如果有一个继电器损坏 甚至某一 个继电器的某一点接触点不良 都会导致整个系统工作不正常 由于元件多 线路复杂 查找和排除故障往往很困难 继电器控制的这些固有缺点 各日新月异的工业生产带来了 不可逾越的障碍 由此 人们产生了一种寻求新型控制装置的想法 1968 年 美国最大的汽车制造商通用汽车公司 GM 公司 为了适应汽车型号不断 翻新的要求 提出如下设想 能否把计算机功能完备 灵活 通用等优点和继电器控制 系统的简单易懂 操作方便 价格便宜等优点结合起来 做成一种通用控制装置 并把 计算机的编程方法合成程序输入方式加以简化 用面向过程 面向问题的 自然语言 编程 使得不熟悉计算机的人也可以方便使用 这样 使用人员不必在编程上花费大量 的精力 而是集中力量去考虑如何发挥该装置的功能和作用 这一设想提出之后 美国 数字设备公司 DEC 公司 首先响应 于 1969 年研制出了世界上第一台 PLC 此后 这 项新技术就迅速发展起来 PLC 的发展过程大致如下 第一代 从第一台可编程序控制器诞生到 70 年代初期 其特点是 CPU 有中小型规 模集成电路组成 存储器为磁芯存储器 功能简单 主要能完成条件 定时 计数控制 机种单一 没有形成系列 可靠性略高于继电接触器系统 没有成型的编程语言 1 第二代 70 年代初期到 70 年代末期 其特点是 CPU 采用微处理器 存储器采用 EPROM 使 PLC 的技术得到了较大的发展 PLC 具有了逻辑运算 定时 计数 数值 计算 数据处理 计算机接口和模拟量控制等功能 软件上开发出自诊断程序 可靠性 进一步提高 系统开始向标准化 系统化发展 结构上开始有整体式和模块式的区分 整体功能从专用向通用过渡 第三代 70 年代末期到 80 年代中期 单片计算机的出现 半导体存储器进入了工业 化生产及大规模集成电路的使用 推进了 PLC 的进一步发展 使其演变成专用的工业化 计算机 其特点是 CPU 采用 8 位和 16 位微处理器 使 PLC 的功能和处理速度大大增 强 具有通信功能远程 I O 能力 增加了多种特殊功能 自诊断功能及容错技术发展迅 速 软件方面开发了面向过程的梯形图语言及其变相的语句表 也称逻辑符号 PLC 的 体积进一步缩小 可靠性大大提高 成本大型化 低成本 第四代 80 年代中期到 90 年代中期 随着计算机技术的飞速发展 促进 PLC 完全 计算机化 PLC 全面使用 8 位 16 位微处理芯片的位片式芯片 处理速度也达到 1 微秒 步 功能上具有高速计数 中断 A D D A PID 等 已能满足过程控制的要求 同时 加强了联网的能力 第五代 90 年代中期至今 RISC 简称指令系统 CPU 芯片在计算机行业大量使用 表面贴装技术和工艺已成熟 使 PLC 整机的体积大大缩小 PLC 使用 16 位和 32 位的微 处理器芯片 CPU 芯片也向专用化发展 具有强大的数值运算 函数运算和大批量数据 处理能力 已开发出各种智能化模块 以 LCD 微现实的人机智能接口普遍使用 高级的 已发展到触摸式屏幕 除手持式编程器外 大量使用了笔记本电脑和功能强大的编程软 件 目前 为了适应大中型小企业的不同需要 进一步扩大 PLC 在工业自动化领域的应 用范围 PLC 正朝着以下两个方向发展 其一 小型 PLC 向体积缩小 功能增强 速度加快 价格低廉的方向发展 使之能 更加广泛地取代继电器控制 其二 大中型 PLC 向大容量 高可靠性 高速度 多功能 网络化的方向发展 使 之能对大规模 复杂系统进行综合性的自动控制 总的趋势是 1 中央处理单元处理速度进一步加快 2 控制系统将分散化 3 可靠性进一步提高 4 控制与管理功能一体化 1 2 PLC的构成 PLC 的硬件主要由 CPU 模块 I O 端口组成 1 中央处理单元 CPU 是 PLC 的核心 它是运算 控制中心 将完成以下任务 1 接受并存储用户程序和数据 2 2 诊断工作状态 3 接受输入信号 送入 PLC 的数据寄存器保存起来 4 读取用户程序 进行解释和执行 完成用户程序中规定的各种操作 2 PLC 中的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器 3 I O 接口模块的作用是将工业现场装置与 CPU 模块连接起来 包括开关量 I O 接 口模块 模拟量 I O 接口模块 智能 I O 接口模块以及外设通讯接口模块等 图 1 1 为 PLC 的硬件组成框图 1 3 PLC 的工作原理 PLC 工作过程一般可分为输入采样 程序执行和输出刷新三个主要阶段 PLC 按顺 序采样所有输入信号并读入到输入映像寄存器中存储 在 PLC 执行程序时被使用 通过 对当前输入输出映像寄存器中的数据进行运算处理 再将其结果写入输出映像寄存器中 保存 当 PLC 刷新输出锁存器时被用作驱动用户设备 至此完成一个扫描周期 PLC 的扫 描周期一般在 100 毫秒以内 PLC 程序的易修改性 可靠性 通用性 易扩展性 易维 护性可和计算机程序相媲美 再加上其体积小 重量轻 安装调试方便 使其设计加工 周期大为缩短 维修也方便 还可重复利用 PLC 的循环扫描工作过程见图 1 2 编程器 电源主机 CPU 输 出 单 元 输 入 单 元 外 设 接 口 I O 扩 展 口 存储器 EPROM 系统程序 RAM 用户程序 输 入 信 号 输 出 信 号 I O 扩 展 单 元 图 1 1 3 初始化 硬件 内存检查 检查结果正常 扫描周期监视时间预置 执行用户程序 程序结束 扫描周期固定值 有固定值设置 等待知道设定的扫描周期为之止 算出扫描周期 输入触点 输出继电器 输出继电器 输出触点 外设端口服务 NO 无 YES 有 设置各异常继电器 异常或警告 正常 异常 异常 警告 图 1 2 4 第2章 伺服系统 2 1 伺服电机种类及结构特点 伺服 一词源于希腊语 奴隶 的意思 人们想把 伺服机构 当个得心应手的驯服工具 服从控制信号的要求而动作 在讯号来到之前 转子静止不动 讯号来到之后 转子立 即转动 当讯号消失 转子能即时自行停转 由于它的 伺服 性能 因此而得名伺服系统 伺服系统是使物体的位置 方位 状态等输出被控量能够跟随输入目标值 或给定值 的任意变化的自动控制系统 伺服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 速度和位置控制得非常灵活方便 通常根据伺服驱动器的种类来分类 有电气式 油压式或电气 油压式三种 伺服 系统若按功能来分 则有计量伺服和功率伺服系统 模拟伺服和功率伺服系统 位置伺 服和加速度伺服系统等 电气式伺服系统根据电气信号可分为 DC 直流伺服系统和 AC 交流伺服系统二大类 AC 交流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种 电气伺服技术应用最广 主要原因是控制方便 灵活 容易获得驱动能源 没有公 害污染 维护也比较容易 特别是随着电子技术和计算机软件技术的发展 它为电气伺 服技术的发展提供了广阔的前景 早在 70 年代 小惯量的伺服直流电动机已经实用化了 到了 70 年代末期交流伺服系统 开始发展 逐步实用化 AC 伺服电动机的应用越来越广 并且还有取代 DC 伺服系统的趋 势成为电气伺服系统的主流 目前交流伺服电动机分为两种 同步型和感应型 同步型 SM 采用永磁结构的同步电动机 又称为无刷直流伺服电动机 其特点 1 无接触换向部件 2 需要磁极位置监测器 如编码器 3 具有直流伺服电动机的全部优点 感应型 IM 指笼型感应电动机 其特点 1 对定子电流的激励分量和转矩分量分别控制 2 具有直流伺服电动机的全部优点 伺服系统由位置检测部分 误差放大部分 执行部分及被控对象组成 采用了全封 闭无刷结构 以适应实际生产环境不需要定期检查和维修 其定子省去了铸件壳体 结 构紧凑 外形小 重量轻 定子铁心较一般电动机开槽多且深 散热效果好 因而传给 机械部分的热量小 提高了整个系统的可靠性 转子采用具有精密磁极形状的永久磁铁 因而可实现高转矩 惯量比 动态响应好 运 5 行平稳 转轴安装有高精度的脉冲编码器作检测元件 因此交流伺服电动机以其高性能 大容量日益受到广泛的重视和应用 2 2 交流伺服电机的控制方法 这里只介绍一种 IM 型伺服电机的控制方法 SPWM 脉宽调制变频 变频调速 这 是最近发展起来的 其触发电路是一系列频率可调的脉冲波 脉冲的幅值恒定而宽度可 调 因而可以根据 U1 f1 比值在变频的同时改变电压 并可按一定规律调制脉冲宽度 如 按正弦波规律调制 这就是 SPWM 变频调速 SPWM 变频的工作原理可用图 2 1 加以说明 u 0 u 0 若希望变频输出为图 2 1 所示正弦波电压 则它可以用一系列幅值不变的矩形脉冲来 等效 只要对应时间间隔内的矩形脉冲的面积和正弦波与横轴包含的面相等即可 单位 周波内的脉冲数越多 等效的精度越高 谐波分量也越小 SPWM 变频调速系统的组成和线路比较复杂 现在已经有专用的 SPWM 集成组件供 选择 如英国的 HEF4752KV 功能齐全 为工程人员提供了方便 x wt x wt 图 2 1 6 第 3 章 R7D APA3H 伺服驱动器 3 1 R7D APA3H 伺服驱动器外部结构及端子说明 SMARTSTEP A 系列为基于传统的步进马达的简单定位系统用途而开发出来的脉冲 输入型位置控制产品 它结合了步进的简单易用特点 同时具备步进马达难以达到的一 些特征 如 在高速 高矩的情况下段时间内完成定位 在负荷急剧变化的情况下仍能 保持状态稳定等 是具有很高可靠性的马达 驱动器 图 3 1 为 R7D APA3H 伺服驱动器外部结构 表 3 1 为端子说明 注 本系列使用电压 主回路电源 单相 AC200 230V 170 253V 50 60Hz 控制回路电源 单相 AC200 230V 170 253V 50 60Hz L1C L2C L2C B1 B2 U V W 控制输入输出信号的连接及外部信号信号处理电路图见附录 1 3 2 参数 监控模式 监控模式见表 3 2 L1 L2 主电路电源输入端 1 2 抑制电源谐波用直流电抗器 连接端子 L1C L2C 控制电源输入端子 B1 B2 外置再生电阻连接端子 U V W 马达连接端子 CN1 控制输入输出用连接器 CN2 编码器输入用连接器 CN3 通信用连接器 CN3 C N 1 C N 2 2 L2 L1 图 3 1 表 3 1 1 7 监控 NO 监控项目 说明 Un000 速度反馈 显示马达实际转量 Un002 转矩指令 显示至电流回路的指令值 Un003 Z 相的脉冲数 显示从 Z 相的转动值为脉冲数 Un004 电角度 显示马达的电角度 Un005 输入信号监控 显示控制输入信号 CN1 的输入信号 Un006 输出信号监控 显示控制输入信号 CN1 的输出信号 Un007 指令脉冲的速度表示 显示将指令脉冲的频率换算后的值 Un008 位置偏差 将偏差计数器内积累的脉冲通过指令单位进行显示 Un009 累计负荷率 显示实效转矩 Un00C 输入脉冲计数 显示输入脉冲计数 Un00D 反馈脉冲计数 显示反馈脉冲计数 参数模式见表 3 3 说明PRM NO 参数名称 位 NO 名称 设定 说明 0 反转方向 0 指令为 CCW 方向回转Pn000 基本开关 1 1 控制模式选择 1 指令为 CW 方向回转 0 用动力制动器停止马达 1 用动力制动器停止马达 停止后解除动力制动器Pn001 基本开关 2 0 伺服 OFF 时 报警发生时选择停止 2 用自由运转停止马达 Pn100 速度回路增益 调整速度回路的响应性 Pn101 速度回路积分 时间常数 速度回路的积分时间常数 Pn102 位置回路增益 调整位置回路的响应性 0 接通电源后 只进行运转 初期的自动调整 1 保持自动调整Pn110 在线自动调整 设定 0 在线自动调整选 择 2 不自动调整 0 指令脉冲方式 1 偏差计数器复位Pn200 位置控制设定 1 2 伺服 OFF 时 报警发生时的偏差计数器复位 3 3 基本动作操作方法 1 调整增益用旋转开关 可以调整马达响应性能 选择 0 时 按照内部设定的参数值运行 选择 1 F 时 按 表 3 2 表 3 3 8 照旋转开关的数值运行 如果需要降低马达响应性能 平滑地运动时 将开关设定在较小值 如果需要提高马达响应性能 快速地运动时 将开关设定在较大值 2 开关 参数设定有效切换 设定驱动器的动作是按照功能开关进行或者是按照参数设定进行 见图 3 2 说明见 表 3 4 3 脉冲指令的输入设定 脉冲指令的输入方法 按照正转脉冲 反转脉冲输入和脉冲 方向信号输入进行切换 见图 3 3 说明见表 3 5 4 在线自动调整 在线自动调整见图 3 4 开关 6 开关 参数设定有效切换 OFF 功能设定开关有效 ON 参数设定有效 开关 3 脉冲指令的模式 OFF 正转脉冲 反转脉冲 正逻辑 ON 脉冲 方向信号 正逻辑 图 3 2 ON OFF 图 3 3 1 2 3 4 5 6 表 3 5 终止在线自动调整 将结果保存 在参数的惯性比 Pn103 进行 运转 实行在线自动调整 ON OFF 图 3 4 1 2 3 4 5 6 表 3 4 ON OFF 9 5 动态制动的设定 动态制动的设定见图 3 5 说明见表 3 6 开关 2 动态制动模式 OFF 动态制动无效 ON 动态制动有效 1 2 3 4 5 6 ON OFF 图 3 5 表 3 6 10 第 4 章 CPM2C 系列 PLC 简介 4 1 什么是 CPM2C 4 1 1 CPM2C 的定义 CPM2C是一种紧凑的 高速可编程序控制器 PLC 是为需要每台PLC有10 120点 I O的系统控制操作而设计的 CPM2C在一个小巧的单元内综合有各种性能 包括同步脉冲控制 中断输入 脉冲 输出 模拟量设定和时钟功能等 CPM2C CPU单元又是一个独立单元 能处理广泛的机 械控制应用 所以它是在设备内用作内装控制单元的理想产品 完整的通信功能保证了 与个人计算机 其它OMRON PLC和OMRON可编程终端的通信 这些通信能力使用户能 设计一个经济的分布生产系统 4 1 2 CPM2C的基本功能和特点 基本功能见表4 1 表4 1 CPU 单元类型 CPM2C 是一台设有 20 30 40 或 60 内装 I O 端子的 PLC 有三种输出可 用 继电器输出 漏型晶体管输出和源型晶体管输出 和 2 种电源可用 100 240 VAC 或 24VDC 扩展 I O 单元 为使PLC的I O容量提高到最大的120点I O 与CPU单元连接的扩展单元可多 达3个 有三种扩展单元可用 20点I O单元 8点输入单元 和8点输出单元 将3个20点I O单元与60内装I O端子的CPU单元连接就得到 120点I O 的最大I O 容量 模拟量 I O 单元 为提供模拟量输入和输出可连接多达3个模拟量I O单元 每个单元提供2点 模拟量输入和1点模拟量输出 所以连接3个模拟量I O单元就能得到最大的6 点模拟量输入和3点模拟量输出 将模拟量I O点与PID 和PWM 指令 结合就能完成时间 比例控制 模拟量输入范围可以设置为0 10VDC 1 5VDC 或4 20mA 分辨率 为1 256 1 5VDC和4 20mA设定可以使用开路检测功能 模拟量输出范围可以设置为0 10VDC 10 10VDC 或 4 20mA 分辨 率为1 256 CPM2C的特点 1 丰富的指令系统 基本指令和应用指令多达185条 2 中断功能完善 高达20kHz 的高速计数器能方便地测量高速运动的加工件 3 高速脉冲输出功能更加完善 11 4 具有同步脉冲控制功能 可方便地调整输入输出的脉冲频率比值 5 内置时钟功能 6 完善的通信功能 7 可方便地与 OMRON 的可编程序终端 PT 相连接 为机器操作提供一个可界面 4 2 CPM2C的操作方式 CPM2C有3种操作方式 PROGRAM MONITOR和RUN 见表4 2 表4 2 PROGRAM方 式 在编程方式下程序不会执行 该方式进行以下为程序执行作准备的操作 改写如PLC设置内的那些初始 操作参数 写入 传送和检查程序 用I O位强制置位和强制复位来检查接线 MONITOR方 式 程序在MONITOR方式下执行并通过编程设备能进行以下操作 一般来说 MONITOR方式用于程序调试 检测操作和进行调整 在线编辑 监视操作期间的I O存储器 强制置位 强制复位 改变设置值 在操作期间改变当前值 RUN方式 在RUN方式下程序以正常速度执行 如在线编辑 I O 强制置位 强制复位 改变设置值 当前值等操作不能在 RUN方式下进行 但可以进行I O位状态监视 4 3 同步脉冲控制及脉冲输出功能介绍 4 3 1 同步脉冲控制 CPM2C的晶体管输出型 它的高速计数器功能配合其脉冲输出功能 可以产生一个 频率为输入脉冲固定倍数的输出脉冲 见图4 1 输出是输入频率固定倍数的脉冲 图4 1 4 3 2 CPM2C的高速脉冲输出功能 CPM2C使用01000 01001 两个输出点 高速脉冲输出功能更加完善 其脉冲输出功 能有以下三种情况 1 两点无加速 减速的单相脉冲输出 输出频率为10Hz 10KHz 占空比50 编码器 CPM2C 电动机驱动器 M 12 2 两点不同占空比的脉冲输出 频率范围为0 1Hz 999KHz 占空比0 100 3 带梯形加速 减速变化的脉冲输出 分为脉冲 方向输出和增 减 CW CCW 脉 冲输出 占空比50 脉冲输出模式有2种 独立模式 在此模式下 输出预定数目的脉冲后输出停止 连 续模式 在此模式下输出由指令来停止 图4 2是带梯形加速和减速的脉冲输出 带梯形加速和加速的脉冲输出原理图见图 4 3 选择脉冲输出的方向控制方式 选择脉冲输出端口编号 输出端接线 PLC 设置 DM6629 创建一个梯形图程序 脉冲 方向输出或增 减脉冲输出 脉冲输出端口编号 0 脉冲输出端口号 01000 或 01001 脉冲输出端口编号 0 的当前坐标值系 统PULS 65 设置脉冲输出个数 ACC 控制带梯形加速和减速的脉冲输出 INI 61 停止脉冲输出和改变脉冲输出当前值 PV PRV 62 读出脉冲输出当前值 PV 和状态图 4 2 图 4 3 PULS 65 指定脉冲为相对 或绝对脉冲 设置输出的脉冲数 8 位 BCD 码 INI 61 停止脉冲输出 改变脉冲输出当前值 设置脉冲 个数的指令 初始化设置 ACC 模式指定 启动频率 0 Hz 10 kHz 预定频率 0Hz 10Hz 加 减速的变化率 10ms 频率增加 降 开始脉冲输出 AR 11 SR 228 SR 229 脉冲输出的状态 脉冲输出当前值PV PPPFHGHFHPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPpppp ppvPPPPV 加速控 制指令 PRV 62 每次扫 描过程 每次扫 描过程 立即 读出脉冲输出当前值 PV 读出脉冲输出的状态 01000 01001 脉冲 CW 方向 CCW 高速计数 器当前值 读取指令 13 4 4 脉冲输出的方向控制方式和端口接线 选择脉冲输出的方向控制方式 脉冲输出方向控制方式的选择与所使用的信号类型有关 如图4 4所示 脉冲 方向输出 增 减脉冲输出 输出端口接线见图4 5 增减脉冲输出见图4 6 01000 01001 01001 01000 图 4 4 图 4 5 图 4 6 14 4 5 编程相关指令 4 5 1 同步脉冲控制的相关指令 与同步脉冲控制的相关指令见表4 3 表4 3 指令 控制 操作 启动同步控制 指定脉冲的频率比例系数 输出端口号和输出脉冲 SYNC 改变频率比例系数 在脉冲输出过程中改变脉冲 频率比例系数 INI 61 停止同步控制 停止脉冲输出 读脉冲输入频率 读出脉冲输入频率 PRV 62 读同步控制的状态 读出同步控制的状态 SYNC 指定脉冲的脉冲输出端口 01000 01001 频率比例系数和启动脉冲输出 注 当使用指令SYNC 指定频率比例系数时 一定要将脉冲输出频率设置在10 kHz 以下 INI 61 指令用来停止同步控制 注 通过将PLC机转换为PROGRAM模式来停止脉冲输出也是可以的 PRV 62 用来读出脉冲输入频率 SYNC 000 P2 C INI 61 000 005 000 PRV 62 000 000 D 脉冲输入端口指定 000 高速计数 器 脉冲输出端口指定 000 脉冲输出端口0 010 脉冲输出端口 1 频率比例系数 C 频率比例系数 存储将要设定的频率比例系数 0001 1000 4位BCD码 表示 1 1000 端口指定 000 高速计数器 控制标识 005 停止同步控制 固定为000 固定为000 脉冲输出端口0 控制标识 000 读高速计数器的输入频率 存储输入频率当前值PV的起始字D D 1 最右边4位数字 最左边4位数字 00000000 00020000 8位BCD码 15 PRV 62 用来读出同步控制的状态 4 5 2 带梯形加速和减速的脉冲输出相关指令 与带梯形加速和减速的脉冲输出 占空比固定 相关的操作指令见表4 4 表4 4 指令 控制 操作 PULS 65 设置脉冲个数 在独立模式下设置将输出的脉冲个数 设置脉冲频率和启动脉冲输出 在独立或连续模式下 设置脉冲输出的预定频率 启动频率和加速 减速变化率 并启动脉冲输出 改变脉冲频率 连续模式下 在脉冲输出过程中 根据所指定加 速 减速变化率 执行加速 减速操作来改变脉冲 频率 ACC 停止脉冲输出 根据所指定加速 减速变化率 减小脉冲输出频率 直到停止 停止脉冲输出 减速停止 停止脉冲输出 INI 61 改变脉冲输出当前值PV 改变脉冲输出当前值PV 从表4 5 可以看出哪些操作指令在带梯形加速和减速的脉冲输出进行时可以执行 表4 5 PULS 65 SPED 64 INI 61 ACC 连续模式 不能 不能 能 不能 独立模式 不能 不能 能 能 PULS 65 指令用来指定在独立模式下要输出的脉冲个数 注 000 相对脉冲 001 绝对脉冲 即 绝对坐标系统的脉冲输出当前值与移动的脉冲数目之和 当脉冲输出当前值的坐标系统在PLC设置中设置为一绝对坐标系统时 只能通过 PULS 65 指令来指定 PRV 62 000 001 D PULS 65 000 D N 固定为000 脉冲输出端口 0脉冲输出的类型 000 相对脉冲 001 绝对脉冲 设置脉冲个数的起始字 N N 1 最右边 4 位数字 最左边 4 位数字 脉冲个数 最右边 最左边位数字 存储设置的脉冲个数的寄存器 存储范围为96 777 215 16 777 215 负数可通过置最左边的负数标志位为ON来表示 输出端口指定 000 脉冲输出端口0 010 脉冲输出端口1 控制标识 001 读同步控制的状态 存储同步控制状态的起始字 16 脉冲输出的类型为绝对脉冲 ACC 指令用来设置脉冲的频率 加速 减速变化率和在离散模式下启动脉冲输出 注 脉冲的加速 减速变化率就是每 10ms脉冲的频率增加或减少的数值 ACC 指令用来设置脉冲的频率 加速 减速变化率和在连续模式下启动脉冲输出 和改变脉冲频率 注 脉冲的加速 减速变化率就是每10ms脉冲的频率增加或减少的数值 INI 61 指令用来改变脉冲输出当前值PV ACC 000 M T ACC 000 M T 固定为000 脉冲输出端口0 脉冲输出模式指定 设置表的起始字 M 输出模式 指定脉冲的输出模式 000 增 减脉冲输出 独立模式 002 脉冲 方向输出 独立模式 T T 1 T 2 加速 减速变化率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 目标频率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 开始频率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 固定为000 脉冲输出端口0 脉冲输出模式标识 设置表的起始字 M 输出模式 指定脉冲的输出模式 010 增 减脉冲输出 CW 连续模式 011 增 减脉冲输出 CCW 连续模式 012 脉冲 方向输出 CW 连续模式 013 脉冲 方向输出 CCW 连续模式 T 加速 减速变化率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz T 1 T 2 目标频率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 开始频率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 17 INI 61 指令用来停止脉冲输出 ACC 指令用来减速停止脉冲输出 INI 61 000 004 C2 INI 61 000 003 000 ACC 000 000 T 固定为000 脉冲输出端口0 控制标识 004 改变脉冲输出当前值PV PV值变化数据的起始字 C2 C2 1 最右边4位数字 最左边4位数字 改变PV值 最右边位 最左边位数字 存放将被改变的PV值 存储范围为96 777 215 16 777 215 负数可通过置最左边的负数标志位为ON状态来表示 注 脉冲输出的当前值PV只有当脉冲输出停止时才可以改变 固定为000 脉冲输出端口0 控制标识 003 停止脉冲输出 固定为000 固定为000 输出端口指定 模式标识 设置表的起始字 T T 1 T 2 加速 减速变化率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 目标频率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 开始频率 0001 1000 BCD码表示 10 Hz 10 kHz 18 第5章 CPM2C控制R7D APA3H伺服驱动器 5 1 编程实例1 独立模式下的梯形加减速 本实例中要求当执行条件位 00005 置于ON状态时 有1000个脉冲从输出端口 01000 脉冲输出端口0 输出 其脉冲频率变化如图5 1所示的梯形加 减速变化方式 用 独立脉冲方式来实现 图5 1 解题思路可见图5 2 图5 2 根据图5 2 所示流程可编程序如下 CPM2C控制R7D APA3H伺服驱动器接线图见附录2 19 5 2 编程实例2 正反转和加减速的结合控制 在这个例子中 要求实现如图5 3对正反转和加减速的结合控制 执行条件 00005 方向指定器 00006 题目分析及解答 当执行条件位 00005 置于ON状态时 频率为100Hz的冲动脉冲从脉冲输出端口 01000 CW方向 或脉冲输出端口01001 CCW方向 输出 当执行条件位 00005 置于 OFF状态时 脉冲输出停止 通过改变方向指定位 00006 的方法可以实现输出端口 01000 CW方向 与输出端口01001 CCW方向 之间的切换 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 5 0 0 0 2 0 DIFU 13 20000 PULS 65 000 000 DM0000 00005 20000 ACC 000 000 DM0010 END 01 检测执行条件标志位是否处于ON状态 设定脉冲个数 脉冲输出端口0 相对脉冲 脉冲个数SV数据的起始字 设置脉冲频率和启动脉冲输出 脉冲输出端口0 独立模式 增 减脉冲输出 设置表的起始字 DM0000 DM0001 1000 个脉冲 DM0010 DM0011 DM0012 加 减速变化率 10Hz 10ms 目标频率 500 Hz 开始频率 200 Hz 图 5 3 20 CPM2C控制R7D APA3H伺服驱动器接线图见附录2 依据上述 可编程序如下 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 5 0 0 0 2 0 连续模式 增 减脉冲输出 CCW 方向 CCW方向输出 脉冲输出端口 0 设置表的起始字 DIFU 13 20000 检测执行条件标志位是否处于ON状态 00005 执行条件 DIFD 14 20001 检测执行条件标志位是否处于OFF状态 ACC 000 010 DM0000 CW方向输出 连续模式 增 减脉冲 CW 方向 脉冲输出端口 0 设置表的开始字 20000 ACC DM0000 000 011 00006 AR1115 00006 AR1115 方向指示 方向指示 20001 AR1111 20002 20001 AR1111 20003 20003 20003 DIFD 14 20004 DM 0000 DM 0001 DM 0002 加 减速变化率 10 Hz 10ms 目标频率 500 Hz 开始频率 200 Hz DM0010 DM0011 DM0012 加 减速变化率 10 Hz 10ms 目标频率 0 Hz 21 5 3 编程实例3 同步脉冲控制的实现 在这个例子中 要求当执行条件位 00005 变为ON状态时 同步脉冲控制启动并将与 通过高速计数器输入的脉冲相应的输出脉冲从输出端01000 脉冲输出端口0 输出 此 时 脉冲的频率比例系数可以通过模拟控制量0来改变 当执行条件位 00005 变为OFF状 态时 同步脉冲控制停止 题目分析及解答 编程思路可见图5 4 根据4 5 1中讲到的同步脉冲的相关指令 编程如下 CPM2C控 制R7D APA3H伺服驱动器接线图见附录2 图 5 4 END 01 ACC DM0010 000 011 减速停止 脉冲输出端口 设置表的起始字 20003 22 DIFU 14 20000 00005 SYNC 000 000 DM0000 INI 000 005 000 END 01 20000 检测执行条件标志是否 有从OFF状态到ON状态的变化 执行同步脉冲控制 高速计数器 脉冲输出端口0 存放频率系数的起始字 停止同步脉冲控制 DM0000 DM0001 1 0 0 02 0 0 0 23 结 论 交流伺服系统是一个复杂的运动控制系统 实用性很强 从本设计目的出发 我只 是从实验的角度完成了一个基本功能实现演示系统 即采用 CMP2C 可编程控制器实现了 对 R7D APA3H 伺服驱动系列基本功能的控制 例如 加减速 正反转和同步脉冲控制 等 通过这次毕业设计 我收益颇丰 首先对 PLC 和伺服系统的结构以及工作原理有了 比较深刻的理解 而且对它们之间的联系也做了比较深刻的思索 从接到题目 我就着 手阅读大量的相关学习资料 充分利用和巩固了以前所学和未学的各种知识和相关理论 其次通过本设计 提高了自己的硬件连接和调试能力 学会了欧姆龙的编程软件 同时 也积累了一些经验 还有就是在本次设计中也发现了不少问题 在此提出来 对自己来说是个总结 也 希望对以后做类似设计的同学能有所帮助 一是 不管是独立或连续模式 INI 65 指令 只能当脉冲输出停止后才能执行 在脉冲输出过程中 脉冲输出当前值不能被改变 如 果要改变当前值 首先要停止脉冲输出 二是 ACC 指令只能用来改变脉冲频率 和停止脉冲输出 而且 在加速或减速过程中 指令ACC 不能被接收 三是在最 后设计CMP2C 和R7D APA3H伺服驱动的连接中一定要细心 布线不能出错 不使用的信 号线不要进行布线 任其空置 否则可能导致单元 驱动器破损 再就是指令脉冲要使 用电源 DC24V 作为专用电源 总之 这次毕业设计使自己获得了很大的锻炼 感谢学校给我们这次锻炼的机会 24 谢 辞 首先深深感谢我的指导老师 在本设计期间给予我悉心的指导和精心的培养 徐老 师渊博的知识 丰富的实践经验 敬业的精神令我钦佩不已 老师为我们提供了良好的 实验条件 使我顺利地完成了毕业设计 从老师这里我不仅学到了知识 学会了研究的 方法 更学会了做人的道理 这些都使我受益匪浅 再次深深地感谢徐老师 深深感谢学院领导 正是在他们英明的带领下 自动化学院才有了飞速发展 我们 才得以有优良的环境用来做设计工作 深深感谢大学四年教过我的老师们 他们给了我丰富的知识 深深感谢我的辅导员 在这几年的大学生活当中在生活上给了我无私的关怀和帮助 同时他们丰富的实践经验 踏实的工作作风给我留下了深刻的印象 深深感谢学校信息网络中心和图书馆老师 他们提供给了我们很多宝贵的资料 让 我们在学习之余有了更为广泛的知识来源 深深感谢和我一起做毕业设计的同学 在本设计期间他们给了我无私且及时的帮助 深深感谢含辛茹苦养育我的父亲和母亲 在我求学期间 他们给了我最大的支持和 关爱 25 参 考 文 献 附录 1 控制输入输出信号的连接及外部信号处理电路图 26 附录 2 CPM2C 控制 R7D APA3H 伺服驱动器接线图 25