項(xiàng)目十二

生產(chǎn)流水線的伺服控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試一、項(xiàng)目?jī)?nèi)容要求當(dāng)光電開(kāi)關(guān)感應(yīng)到有產(chǎn)品進(jìn)入傳送帶時(shí)，伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)5圈，將產(chǎn)品送到蓋章處進(jìn)行蓋章，蓋章動(dòng)作持續(xù)時(shí)間為2S。請(qǐng)完成上述生產(chǎn)流水線系統(tǒng)的安裝與調(diào)試。二、相關(guān)知識(shí)1．認(rèn)識(shí)伺服（1）伺服的來(lái)源伺服的意思就是依指令確實(shí)執(zhí)行動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)裝置；具有高精度的靈敏動(dòng)作，自我動(dòng)作狀態(tài)常時(shí)確認(rèn)。具有這種功能的裝置就稱為“伺服”。（2）伺服系統(tǒng)的基本工作原理伺服系統(tǒng)是自動(dòng)控制系統(tǒng)的一種，它的輸出變量通常是機(jī)械或位置的運(yùn)動(dòng)，它的根本任務(wù)是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)給定指令的準(zhǔn)確跟蹤，即實(shí)現(xiàn)輸出變量的狀態(tài)能夠自動(dòng)、連續(xù)、精確地復(fù)現(xiàn)輸入指令信號(hào)的變化。由圖2-12-1可以看出，輸入給控制器PLC后，PLC發(fā)命令（如脈沖個(gè)數(shù)，固定頻率的脈沖等）給伺服驅(qū)動(dòng)器，伺服驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)按命令執(zhí)行，通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器反饋電機(jī)的執(zhí)行情況與接收到的命令進(jìn)行對(duì)比并在內(nèi)部進(jìn)行調(diào)整，使其與接收到的命令一致，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位。而負(fù)載的運(yùn)動(dòng)情況（位置、速度等）通過(guò)相應(yīng)傳感器反饋到控制器輸入端與輸入命令進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。當(dāng)然，伺服系統(tǒng)也可以是半閉環(huán)控制。它與一般的反饋控制系統(tǒng)一樣，也是由控制器、被控對(duì)象、反饋測(cè)量裝置等部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖2-12-2所示：二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)（3）伺服系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域在伺服系統(tǒng)中，輸出量能夠自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確的跟隨輸入量的變化，即控制信號(hào)到來(lái)之前，被控對(duì)象是靜止不動(dòng)的；接收到控制信號(hào)以后，被控對(duì)象則按照要求動(dòng)作；控制信號(hào)消失后，被控對(duì)象應(yīng)立即停止。因此又稱為隨動(dòng)系統(tǒng)或自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，適用于快速、精密的位置控制和速度控制的場(chǎng)合。

現(xiàn)代交流伺服系統(tǒng)最早被應(yīng)用到宇航和軍事領(lǐng)域，比如火炮、雷達(dá)控制等，后期逐漸進(jìn)入到工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域。工業(yè)應(yīng)用主要包括高精度數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和其他廣義的數(shù)控機(jī)械，比如紡織機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體設(shè)備、郵政機(jī)械、冶金機(jī)械、自動(dòng)化流水線、各種專用設(shè)備等。其中伺服用量最大的行業(yè)依次是：機(jī)床、食品包裝食品、紡織、電子半導(dǎo)體、塑料、印刷和橡膠機(jī)械等，合計(jì)超過(guò)75％。二、相關(guān)知識(shí)（4）伺服的命名規(guī)則1）伺服電機(jī)型號(hào)命名如圖2-12-3所示。二、相關(guān)知識(shí)2）伺服驅(qū)動(dòng)型號(hào)命名如圖2-12-4所示。二、相關(guān)知識(shí)2．伺服的常見(jiàn)用法（1）伺服外觀說(shuō)明（如圖2-12-5）二、相關(guān)知識(shí)（2）伺服系統(tǒng)配線以位置控制接線為例，如圖2-12-6所示。二、相關(guān)知識(shí)1）主回路電源：R、S、T連接在電源上,AC200～230V，50/60Hz

電源,在一般情況下連接三相交流電源，但在小功率伺服中，也可連接單相220V電源，即R與L1C連接，S與L2C連接。2）U、V、W與伺服電機(jī)三相主電源連接，F(xiàn)G連接至伺服驅(qū)動(dòng)器接地端（一般情況下U、V、W對(duì)應(yīng)電機(jī)電源線的紅、白、黑），不可與主回路電源相連，連接錯(cuò)誤會(huì)造成驅(qū)動(dòng)器損壞。3）L1C、L2C是控制回路電源的輸入端，連接單相交流電，根據(jù)產(chǎn)品型號(hào)選擇不同的電壓規(guī)格，臺(tái)達(dá)ASDA-B2所用的是AC220V電源。4）P+、C、D回生電阻端子，在使用外部電阻時(shí)，P+、D短路，P+、C開(kāi)路。使用外部電阻時(shí)，電阻接于P+、C兩端，且P+、D端開(kāi)路。5）CN1為I/O連接器，用于連接上位控制器（如PLC、單片機(jī)等），端腳意義如圖2-12-7所示。二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)6）CN2為電機(jī)編碼器連接線，一般電機(jī)會(huì)有配套的編碼線，直接與伺服驅(qū)動(dòng)器CN2端連接即可。7）CN3通信接口連接線，連接RS-485或者RS-232。（3）控制模式驅(qū)動(dòng)器提供位置、速度、扭矩三種基本操作模式，可以用單一控制模式，即固定在一種模式控制，也可選擇用混合模式來(lái)進(jìn)行控制，表2-12-1列出了所有的操作模式與說(shuō)明。模式名稱模式代碼說(shuō)明單一模式位置模式（端子輸入）P驅(qū)動(dòng)器接受位置命令，控制電機(jī)至目標(biāo)位置。位置命令由端子輸入，信號(hào)型態(tài)為脈沖。速度模式S驅(qū)動(dòng)器接受速度命令，控制電機(jī)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速。速度命令可由內(nèi)部緩存器提供（共三組緩存器），或由外部端子輸入模擬電壓（-10V～

+10V）。命令的選擇是根據(jù)

DI信號(hào)來(lái)選擇。速度模式（無(wú)模擬輸入）Sz驅(qū)動(dòng)器接受速度命令，控制電機(jī)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速。速度命令僅可由內(nèi)部緩存器提供（共三組緩存器），無(wú)法由外部端子提供。命令的選擇可根據(jù)

DI信號(hào)來(lái)選擇。原

S模式中的外部輸入的

DI狀態(tài)為速度命令零。扭矩模式T驅(qū)動(dòng)器接受扭矩命令，控制電機(jī)至目標(biāo)扭矩。扭矩命令可由內(nèi)部緩存器提供（共三組緩存器），或由外部端子輸入模擬電壓（-10V～

+10V）。命令的選擇可根據(jù)

DI信號(hào)來(lái)選擇。扭矩模式（無(wú)模擬輸入）Tz驅(qū)動(dòng)器接受扭矩命令，控制電機(jī)至目標(biāo)扭矩。扭矩命令僅可由內(nèi)部緩存器提供（共三組緩存器），無(wú)法由外部端子提供。命令的選擇可根據(jù)

DI信號(hào)來(lái)選擇。原

T模式中的外部輸入的

DI狀態(tài)為扭矩命令零?；旌夏Ｊ絊-PS與

P可通過(guò)

DI信號(hào)切換。T-PT與

P可通過(guò)

DI信號(hào)切換。S-TS與

T可通過(guò)

DI信號(hào)切換。二、相關(guān)知識(shí)（4）伺服驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置方式操作說(shuō)明ASD-B2伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)共有187個(gè)，P0-xx，P1-xx，P2-xx，P3-xx，P4-xx，可以在驅(qū)動(dòng)器上的面板上進(jìn)行設(shè)置，面板各部分名稱如圖2-12-8所示，各個(gè)按鈕的說(shuō)明如表2-12-2所示。二、相關(guān)知識(shí)1）面板操作說(shuō)明：①驅(qū)動(dòng)器電源接通時(shí)，顯示器會(huì)先持續(xù)顯示監(jiān)控顯示符號(hào)約一秒鐘。然后才進(jìn)入監(jiān)控顯示模式。②在監(jiān)控模式下若按下UP或DOWN鍵可切換監(jiān)控參數(shù)。此時(shí)監(jiān)控顯示符號(hào)會(huì)持續(xù)顯示約一秒鐘。③在監(jiān)控模式下若按下MODE鍵可進(jìn)入?yún)?shù)模式。按下SHIFT鍵時(shí)可切換群組碼。UP／DOWN鍵可變更后二字符參數(shù)碼。④在參數(shù)模式下按下SET鍵，系統(tǒng)立即進(jìn)入設(shè)定模式。顯示器同時(shí)會(huì)顯示此參數(shù)對(duì)應(yīng)的設(shè)定值。此時(shí)可利用UP／DOWN鍵修改參數(shù)值或按下MODE鍵脫離設(shè)定模式并回到參數(shù)模式。⑤在設(shè)定模式下可按下SHIFT鍵使閃爍字符左移，再利用UP／DOWN快速修正較高的設(shè)定字符值。⑥設(shè)定值修正完畢后按下SET鍵，即可進(jìn)行參數(shù)儲(chǔ)存或執(zhí)行命令。⑦完成參數(shù)設(shè)定后顯示器會(huì)顯示結(jié)束代碼「-END-」，并自動(dòng)回復(fù)到監(jiān)控模式。名稱功能顯示器五組七段顯示器用于顯示監(jiān)視值、參數(shù)值及設(shè)定值電源指示燈主電源回路電容量的充電顯示MODE鍵切換監(jiān)視模式

/參數(shù)模式

/異警顯示，在編輯模式時(shí)，按

MODE鍵可跳出到參數(shù)模式。SHIFT鍵參數(shù)模式下可改變?nèi)航M碼。編輯模式下閃爍字符左移可用于修正較高的設(shè)定字符值。監(jiān)視模式下可切換高/低位數(shù)顯示。UP鍵變更監(jiān)視碼、參數(shù)碼或設(shè)定值。DOWN鍵變更監(jiān)視碼、參數(shù)碼或設(shè)定值。SET鍵顯示及儲(chǔ)存設(shè)定值。監(jiān)視模式下可切換

10/16進(jìn)制顯示。在參數(shù)模式下，按SET鍵可進(jìn)入編輯模式。二、相關(guān)知識(shí)2）寸動(dòng)模式操作：進(jìn)入?yún)?shù)模式P4-05后，可依下列設(shè)定方式進(jìn)行寸動(dòng)操作模式①按下SET鍵，顯示寸動(dòng)速度值。初值為20r/min。②按下UP或DOWN鍵來(lái)修正希望的寸動(dòng)速度值。范例中調(diào)整為100r/min。③按下SET鍵，顯示JOG并進(jìn)入寸動(dòng)模式。④進(jìn)入寸動(dòng)模示后按下UP或DOWN鍵使伺服電機(jī)朝正方向旋轉(zhuǎn)或逆方向旋轉(zhuǎn)﹐放開(kāi)按鍵則伺服電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。寸動(dòng)操作必須在SERVOON時(shí)才有效。3）部分參數(shù)說(shuō)明：根據(jù)項(xiàng)目要求伺服驅(qū)動(dòng)裝置工作于位置控制模式，F(xiàn)X3U-32MT的Y0輸出脈沖作為伺服驅(qū)動(dòng)器的位置指令，脈沖的數(shù)量決定伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位移，脈沖的頻率決定了伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。對(duì)于控制要求較為簡(jiǎn)單，伺服驅(qū)動(dòng)器可采用自動(dòng)增益調(diào)整模式。根據(jù)上述要求，伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置如表2-12-3所示。二、相關(guān)知識(shí)序號(hào)

參數(shù)設(shè)置數(shù)值功能和含義參數(shù)編號(hào)參數(shù)名稱1P0-02LED初始狀態(tài)00顯示電機(jī)反饋脈沖數(shù)2P1-00外部脈沖列指令輸入形式設(shè)定22：脈沖列“+”符號(hào)3P1-01控制模式及控制命令輸入源設(shè)定00位置控制模式（相關(guān)代碼

Pt）4P1-44電子齒輪比分子（N）16指令脈沖輸入比值設(shè)定指令脈沖輸入比值范圍：1／50＜N／M＜256005P1-45電子齒輪比分母（M）16P2-00位置控制比例增益35位置控制增益值加大時(shí)，可提升位置應(yīng)答性及縮小位置控制誤差量。但若設(shè)定太大時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)及噪音。7P2-02位置控制前饋增益5000位置控制命令平滑變動(dòng)時(shí)，增益值加大可改善位置跟隨誤差量。若位置控制命令不平滑變動(dòng)時(shí)，降低增益值可降低機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)現(xiàn)象。8P2-08特殊參數(shù)輸入010：參數(shù)復(fù)位二、相關(guān)知識(shí)晶體管輸出的FX3U系列PLCCPU單元支持高速脈沖輸出功能，輸出脈沖的頻率最高可達(dá)到100KHZ。伺服電機(jī)的控制可以使用FX3U的脈沖輸出指令FNC57（PLSY），帶加減速的脈沖輸出指令FNC59（PLSR）、可變速脈沖輸出指令FNC157（PLSV）、原點(diǎn)回歸指令FNC156（ZRN）、相對(duì)位置控制指令FNC158(DRVI)、絕對(duì)位置控制指令FNC159(DRVA)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（1）脈沖輸出指令FNC57（PLSY）、FNC57（DPLSY）指令格式說(shuō)明。（如圖2-12-9、圖2-12-10所示）在定位控制中，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是由脈沖的頻率所決定的，電動(dòng)機(jī)的總回轉(zhuǎn)角度則由輸出脈沖的個(gè)數(shù)決定。PLSY指令是一個(gè)能發(fā)出指定脈沖頻率及指定脈沖個(gè)數(shù)的脈沖輸出指令。二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)2)相關(guān)特殊軟元件脈沖輸出指令在執(zhí)行時(shí)涉及一些特殊繼電器M和數(shù)據(jù)寄存器D，它們的含義和功能如表2-12-4及表2-12-5。特殊輔助繼電器名稱內(nèi)容M8029指令執(zhí)行結(jié)束ON:指定的脈沖數(shù)發(fā)生結(jié)束OFF：不到指定脈沖量時(shí)的中斷以及停止發(fā)出連續(xù)脈沖時(shí)(本指令的正確位置是緊隨其監(jiān)控指令的正下方)M8349停止脈沖輸出停止Y000脈沖輸出(立即停止)M8359停止Y001脈沖輸出(立即停止)M8340脈沖輸出監(jiān)控監(jiān)控Y000脈沖輸出狀態(tài)M8350監(jiān)控Y001脈沖輸出狀態(tài)軟元件內(nèi)容指令名稱高位低位D8141D8140Y000的輸出脈沖數(shù)累計(jì)使用PLSY,PLSR指令從Y000輸出的脈沖數(shù)的累計(jì)D8143D8142Y001的輸出脈沖數(shù)累計(jì)使用PLSY,PLSR指令從Y001輸出的脈沖數(shù)的累計(jì)D8137D8136Y000、Y001的輸出脈沖數(shù)累計(jì)總和使用PLSY,PLSR指令從Y001輸出的脈沖數(shù)的合計(jì)累計(jì)數(shù)表2-12-5相關(guān)數(shù)據(jù)寄存器二、相關(guān)知識(shí)（2）帶加減速的脈沖輸出指令FNC59（PLSR）、FNC59（DPLSR）指令格式說(shuō)明。（如圖2-12-11、圖2-12-12和圖2-12-13所示）脈沖輸出指令PLSY是不帶加減速控制的脈沖輸出。當(dāng)驅(qū)動(dòng)條件成立時(shí)，在很短的時(shí)間里脈沖頻率上升到指定頻率。如果指定頻率大于系統(tǒng)的極限啟動(dòng)頻率，則會(huì)發(fā)生失步和過(guò)沖現(xiàn)象。為此，三菱FX系列PLC開(kāi)發(fā)出了帶加/減速控制的脈沖輸出指令PLSR。二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)二、相關(guān)知識(shí)三、項(xiàng)目實(shí)施項(xiàng)目評(píng)價(jià)和總結(jié)項(xiàng)目調(diào)試項(xiàng)目軟件設(shè)計(jì)項(xiàng)目硬件接線圖設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)項(xiàng)目分析四、項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)2.

硬件配置3.梯形圖設(shè)計(jì)

1.

輸入輸出地址分配五、任務(wù)實(shí)施1．設(shè)計(jì)思路由任務(wù)要求可知，本項(xiàng)目對(duì)速度的控制要求并不高，主要體現(xiàn)在位置控制上，因此選用伺服的位置控制模式，光電感應(yīng)開(kāi)關(guān)則作為伺服運(yùn)轉(zhuǎn)的啟動(dòng)條件。但是在編寫(xiě)程序時(shí)需考慮一種情況，即前一個(gè)工件正在蓋章時(shí)，下一個(gè)工件已經(jīng)到達(dá)光電感應(yīng)處，此時(shí)要求處理完上一個(gè)工件，皮帶輪再開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。2．伺服電機(jī)的參數(shù)設(shè)定（1）P2-08恢復(fù)出廠設(shè)置（10）注：斷開(kāi)使能時(shí)且需恢復(fù)出廠設(shè)置后斷電；（2）P1-00設(shè)置為2，表示脈沖+方向的控制方式；（3）P1-01設(shè)置為00表示位置控制；（4）P1-32設(shè)置為0表示停止方式為立即停止；（5）P1-44設(shè)置為16，P1-45設(shè)置為1，PLC發(fā)出10000個(gè)脈沖，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)一圈。3.輸入輸出分配表根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，設(shè)計(jì)思路和伺服電機(jī)的設(shè)定參數(shù)，PLC的輸入輸出分配表見(jiàn)表2-12-6。五、任務(wù)實(shí)施輸入輸出名稱PLC地址名稱PLC地址光電傳感器X0脈沖輸出Y0

蓋章動(dòng)作Y2五、任務(wù)實(shí)施4.繪制PLC與伺服系統(tǒng)硬件接線圖并接線（1）根據(jù)圖2-12-6所示的控制線路圖及I/O分配表，繪制硬件接線圖。（2）進(jìn)行硬件接線，檢查線路正確性，確保無(wú)誤。5.編寫(xiě)程序根據(jù)系統(tǒng)控制要求，編寫(xiě)相關(guān)PLC程序，如圖2-12-16所示。五、任務(wù)實(shí)施6.系統(tǒng)調(diào)試（1）先給伺服驅(qū)動(dòng)器上電，按上述伺服驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定參數(shù)值進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)定。（2）輸入PLC梯形圖程序，通過(guò)編程軟件正確輸入計(jì)算機(jī)中，并將PLC程序文件下載到PLC中去，并對(duì)程序進(jìn)行在線監(jiān)控。（3）電機(jī)與機(jī)械結(jié)合調(diào)試，運(yùn)行過(guò)程中，觀察運(yùn)行的平穩(wěn)性和響應(yīng)性，適當(dāng)調(diào)整伺服增益。（4）結(jié)合PLC的程序進(jìn)行動(dòng)作調(diào)試①光電傳感器X0檢測(cè)到信號(hào),伺服電機(jī)開(kāi)始向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)5圈，轉(zhuǎn)動(dòng)完成后停止，同時(shí)Y2觸點(diǎn)閉合，進(jìn)行蓋章動(dòng)作，2S后Y2復(fù)位，表示一套動(dòng)作完成，等待下一個(gè)X0信號(hào)，重新開(kāi)始下一個(gè)動(dòng)作周期。②光電傳感器X0檢測(cè)到信號(hào)，系統(tǒng)動(dòng)作過(guò)程中，即電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)期間或者蓋章期間，光電傳感器