項(xiàng)目一：【項(xiàng)目拓展】某浸出車(chē)間自控系統(tǒng)，要求上料刮板機(jī)根據(jù)料倉(cāng)的料位自動(dòng)控制刮板機(jī)運(yùn)行速度。刮板機(jī)采用變頻器拖動(dòng)，變頻器頻率由PLC給定或外部電位器給定。正常情況下由PLC實(shí)現(xiàn)控制，在plc故障或料倉(cāng)料位計(jì)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)切換至電位器控制。這樣可以在自動(dòng)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)料位的半自動(dòng)控制，避免對(duì)生產(chǎn)的影響；同時(shí)電位調(diào)節(jié)使用方便，不需更改變頻器參數(shù)即可完成調(diào)節(jié)，方便操作人員。請(qǐng)大家們結(jié)合前面的多段速和通訊控制控制，完成這個(gè)拓展項(xiàng)目任務(wù)。相關(guān)說(shuō)明：E700系列變頻器有電壓和電流模擬量輸入端子（可參見(jiàn)圖1-2-7中10,2,4這些編號(hào)端子），改變這些端子的電壓或電流輸入值可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，模擬量是一種連續(xù)變化的量，利用模擬量控制功能可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速連續(xù)變化（無(wú)級(jí)變速）。2、E700系列變頻器的這些模擬量輸入端子既可以連接外部的電位器，也可以與PLC的模擬量輸出端子連接，這樣就可以利用外部電位器也可以利用PLC的輸出的模擬量來(lái)控制變頻器調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。3、變頻器模擬量給定(輸入)一般為：0—10V（0-5V）或4—20mA信號(hào)。當(dāng)選擇電位器給定時(shí)需考慮究竟是電壓還是電流信號(hào)情況進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)（主要是Pr73和Pr267）的修改。（1）電壓0—10V電源是10V，那么如果選擇10K阻值的電位器，工作電流就是1mA，一般情況下，只要模擬信號(hào)小于1mA，其抗擾能力就可以了。所以電位器的阻值只要小于或者等于10K，就應(yīng)該可以。當(dāng)然，電流太大也不好，造成無(wú)端的功率損耗。因此一般在選取電位器的阻值時(shí)，應(yīng)使其在1－3mA以內(nèi)，就可以。這樣電源已知，電流范圍已知，用歐姆定律計(jì)算即可。一般為4.7KΩ—10KΩ。

（2）電流4—20mA外部電源依然是10v，當(dāng)模擬輸入為4—20mA信號(hào)時(shí)，則需要在電路中串聯(lián)一個(gè)阻值為500Ω的電阻。在10V電源下，20mA對(duì)應(yīng)500Ω的阻值。同理，電位器的阻值則就為：2KΩ阻值。項(xiàng)目二：【項(xiàng)目拓展】1.信號(hào)變換問(wèn)題三菱PLC的晶體管輸出多為NPN型，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器有共陰和共陽(yáng)兩種接法。在本項(xiàng)目的兩個(gè)任務(wù)中控制的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器采用的都是共陽(yáng)接法,所謂共陽(yáng)接法就是將步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的DIR+、PLS+與電源正極相連。如果以后在實(shí)際中使用的PLC是PNP型輸出（如西門(mén)子PLC），則不能直接將輸出信號(hào)與驅(qū)動(dòng)器連接，可以采用以下方法解決：①將PLC的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)三極管SS8050后變成反相后變成步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器可以接收的信號(hào)。器可以接收的信號(hào)。②采用快速光耦,PLC的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦后變成步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器可以接收的信號(hào)。需要指出的是，對(duì)于要求不高的系統(tǒng)可以采用上述解決方案。推薦采用光耦，因?yàn)槿绻竭M(jìn)驅(qū)動(dòng)器是5V輸入，PLC是24V輸出，采用光耦就不需要再串接分壓限流電阻。因?yàn)镻LC輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，其品質(zhì)明顯變差，容易丟失脈沖。因此,在選:購(gòu)PLC和驅(qū)動(dòng)器時(shí),要仔細(xì)考慮好PLC的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入是否一致,最好選擇一致。2.電平匹配問(wèn)題如果使用西門(mén)子晶體管輸出的PLC來(lái)控制5V的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，由于西門(mén)子PLC輸出信號(hào)是+24V，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)是5V，顯然電平不匹配。PLC不能與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器直接相連接。這時(shí)可以采用以下方法解決方案:①在PLC和驅(qū)動(dòng)器之間串聯(lián)一只2kQ的電阻（1kQ也可以)，起分壓作用,使輸入信號(hào)近似為5V。有的資料指出此電阻是為了將輸入電流控制在10mA左右,也就是起限流作用。在這里電阻的限流或分壓作用的含義在本質(zhì)上是相同的。②在PLC輸出的端子上接直流+5V電壓也是可行的，但產(chǎn)生的問(wèn)題是本組其他輸出信號(hào)都為+5V。在設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮利弊,從而進(jìn)行取舍。項(xiàng)目三：【項(xiàng)目拓展】伺服的運(yùn)行模式除了位置控制模式以外，還有速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式。1.速度控制模式通過(guò)模擬量的輸入或脈沖頻率都可以進(jìn)行速度控制。在有上位控制裝置的外環(huán)PID控制系統(tǒng)中，在速度控制模式時(shí)也可以進(jìn)行定位，但必須把電動(dòng)機(jī)的位置信號(hào)或直接負(fù)載的位置信號(hào)反饋給上位控制裝置以用于計(jì)算。速度控制模式也支持直接連接負(fù)載外環(huán)檢測(cè)位置信號(hào)，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)軸端的編碼器只檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，位置信號(hào)就由直接連接的最終負(fù)載端的檢測(cè)裝置來(lái)提供，其優(yōu)點(diǎn)在于可以減少中間傳動(dòng)過(guò)程中的誤差，增加了整個(gè)系統(tǒng)的定位精度。速度控制模式應(yīng)用于精密控速的場(chǎng)合，例如CNC加工機(jī)。一般伺服驅(qū)動(dòng)器的速度有兩種輸入模式：模擬指令輸入及指令寄存器輸入。模擬指令輸入由外部的模擬電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（與變頻器采用模擬量輸入來(lái)調(diào)速控制相似）。指令寄存器輸入有兩種應(yīng)用方式：第一種為使用者在操作前，先將不同速度指令值設(shè)置于三個(gè)指令寄存器，再由I/O端子中的DI信號(hào)進(jìn)行切換（與變頻器的多段速控制相似）；第二種為利用通信方式來(lái)改變指令寄存器的內(nèi)容值，選擇的方式由IO端子中的DI信號(hào)決定。為了克服指令寄存器切換產(chǎn)生的不連續(xù)，有些伺服驅(qū)動(dòng)器提供完整S形曲線規(guī)劃，在閉合回路系統(tǒng)中，采用增益及累加整合型（PI）控制器，同時(shí)可選擇兩種操縱模式（手動(dòng)、自動(dòng)）。1）速度控制模式標(biāo)準(zhǔn)接線三菱MR—JE—10A伺服驅(qū)動(dòng)器在使用漏型輸入/輸出接口時(shí)，速度控制模式下的接線圖參考教材圖3—2—10所示。2）實(shí)例某機(jī)電設(shè)備，其控制系統(tǒng)主要由PLC、伺服驅(qū)動(dòng)器和伺服電動(dòng)機(jī)組成。按下啟動(dòng)按鈕，伺服電動(dòng)機(jī)按圖3-1所示速度曲線循環(huán)運(yùn)行。按下停止按鈕，電動(dòng)機(jī)馬上停止。當(dāng)出現(xiàn)故障報(bào)警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)停止運(yùn)行，報(bào)警燈閃爍。速度要求如表3—1所示。在這個(gè)實(shí)例中是一個(gè)典型伺服電動(dòng)機(jī)速度控制的運(yùn)行模式。大家可以根據(jù)這個(gè)控制要求，采用速度控制模式完成該控制系統(tǒng)。圖3-1伺服電機(jī)運(yùn)行速度曲線表3-2速度要求速度10速度21200速度31000速度41600速度5500速度6-10002.轉(zhuǎn)矩控制模式轉(zhuǎn)矩控制模式被應(yīng)用于需要做扭力控制或張力的場(chǎng)合，主要應(yīng)用在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中。例如，繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改變。有兩種輸入模式:模擬指令輸入及指令寄存器輸入。模擬指令輸入可經(jīng)由外界的電壓來(lái)操縱電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩。指令寄存器輸入由內(nèi)部寄存器參數(shù)的數(shù)據(jù)作為轉(zhuǎn)矩指令。轉(zhuǎn)矩控制模式是通過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址賦值來(lái)設(shè)定電動(dòng)機(jī)軸對(duì)外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小?？梢酝ㄟ^(guò)隨時(shí)地改變模擬量的設(shè)定值來(lái)改變?cè)O(shè)定轉(zhuǎn)矩的大小，也可通過(guò)通信方式改變對(duì)應(yīng)地址的數(shù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)。1）轉(zhuǎn)矩控制模式標(biāo)準(zhǔn)接線三菱MR-JE-10A伺服驅(qū)動(dòng)器在使用漏型輸入輸出接口時(shí)，在轉(zhuǎn)矩控制模式下的標(biāo)準(zhǔn)接線圖參考教材圖3—2—12所示。2）實(shí)例卷繞的好壞將是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，卷得太緊，容易使材料變形、拉斷，卷得太松又容易使材料不緊湊，不利于搬運(yùn)和運(yùn)輸，因而為了達(dá)到使卷繞緊湊，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，都要求在卷繞過(guò)程中，在材料上建立一定的張力，并保持張力為恒定值。有一電纜收卷系統(tǒng)，要求在收卷時(shí)所受到的張力保持不變，當(dāng)收卷到1000米時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。切刀工作，把電纜切斷。工作示意圖如圖3-2所示。大家可以根據(jù)這個(gè)控制要求，采用轉(zhuǎn)矩控制模式完成該控制系統(tǒng)中收卷控制功能。圖3-2電纜收卷系統(tǒng)示意圖項(xiàng)目四：【項(xiàng)目拓展】隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用越來(lái)越廣泛，PLC也不再是簡(jiǎn)單的可編程邏輯控制器，各個(gè)品牌廠家都推出了自己的運(yùn)動(dòng)控制型PLC，來(lái)實(shí)現(xiàn)一些運(yùn)動(dòng)控制功能，與此同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制卡及運(yùn)動(dòng)控制器也在如火如荼地發(fā)展。對(duì)一個(gè)電氣工程師來(lái)說(shuō)，如果我們的項(xiàng)目涉及到一些運(yùn)動(dòng)相關(guān)的控制，我們必然會(huì)面臨做如何選擇運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的問(wèn)題。一、方案1、采用PLC進(jìn)行控制，目前市場(chǎng)上的大部分PLC都是支持運(yùn)動(dòng)控制的，大部分PLC可以擴(kuò)展到32軸，根據(jù)驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型可以采用脈沖控制、總線控制或模擬量控制。2、采用運(yùn)動(dòng)控制卡控制，運(yùn)動(dòng)控制卡是專門(mén)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制的一種控制器，可以進(jìn)行多達(dá)256軸的控制，運(yùn)動(dòng)控制卡需要PC編程。3、采用運(yùn)動(dòng)控制器控制，運(yùn)動(dòng)控制器與運(yùn)動(dòng)控制卡不同之處在于，可以脫離PC電腦的束縛，編寫(xiě)完程序下載到控制器里，即可直接對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。二、選擇那么，我們究竟應(yīng)該如何進(jìn)行選擇呢？首先我們來(lái)看一下這幾種運(yùn)動(dòng)控制的的區(qū)別與聯(lián)系。首先，要明確一點(diǎn)，無(wú)論是PLC，還是運(yùn)動(dòng)控制器、運(yùn)動(dòng)控制卡，它們的本質(zhì)都是一種控制器，主要負(fù)責(zé)自動(dòng)化系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)軸的控制，同時(shí)也支持輸入輸出信號(hào)的控制。1、PLC的專長(zhǎng)在于邏輯IO控制，實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的邏輯控制都很容易。對(duì)于運(yùn)動(dòng)控制，一般低端的PLC主要是通過(guò)高速輸出點(diǎn)來(lái)進(jìn)行脈沖控制，中高端PLC一般會(huì)通過(guò)總線的方式來(lái)進(jìn)行控制，常用的總線包括Profinet、EtherCAT、CC-Link等。PLC具有工作可靠，編程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但其運(yùn)動(dòng)控制功能相對(duì)簡(jiǎn)單。PLC的應(yīng)用過(guò)程中主要通過(guò)PLC+HMI，這就導(dǎo)致可視化界面受到了一定的限制，因此現(xiàn)在基于PLC的上位機(jī)應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。2、運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)PCI插槽將控制卡插在PC的主機(jī)上，也可以通過(guò)以太網(wǎng)連接到PC主機(jī)上；利用高級(jí)編程語(yǔ)言C++、C#、VB、VB.NET、labview等編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)；編程中使用運(yùn)動(dòng)控制卡廠商提供的控制卡API接口函數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制卡資源的使用；運(yùn)動(dòng)控制卡也分為脈沖型和總線型，一般總線型要比脈沖型稍貴一些。運(yùn)動(dòng)控制卡可以利用PC強(qiáng)大的功能，比如CAD功能、機(jī)器視覺(jué)功能、軟件高級(jí)編程等；利用芯片的功能實(shí)現(xiàn)高精度的運(yùn)動(dòng)控制（多軸直線、圓弧插補(bǔ)等，運(yùn)動(dòng)跟隨，PWM控制等）。運(yùn)動(dòng)控制卡通常安裝在PC機(jī)上，通過(guò)編寫(xiě)控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)設(shè)備的控制，具有高速、高精度、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)化裝配線等高精度運(yùn)動(dòng)設(shè)備。3、運(yùn)動(dòng)控制器和運(yùn)動(dòng)控制卡的算法幾乎一樣，它們之間的主要區(qū)別在于運(yùn)動(dòng)控制卡需要依賴于PC編程，而運(yùn)動(dòng)控制器可以直接寫(xiě)程序并下載，這樣就可以脫機(jī)運(yùn)行。運(yùn)動(dòng)控制器是一種集成了運(yùn)動(dòng)控制芯片、驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)控制電路、I/O接口等功能的設(shè)備。它通常具有更高的運(yùn)動(dòng)控制性能和更多的接口，可實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用，例如多軸運(yùn)動(dòng)、高速精密定位控制等。4、隨著機(jī)器視覺(jué)的廣泛應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)控制與機(jī)器視覺(jué)得到了良好的結(jié)合，相比之下，視覺(jué)項(xiàng)目采用運(yùn)動(dòng)控制卡能夠節(jié)約很大的硬件成本?？偠灾?，PLC相對(duì)來(lái)說(shuō)更偏向于邏輯控制，而弱化于運(yùn)動(dòng)控制，而運(yùn)動(dòng)控制卡、運(yùn)動(dòng)控制器更偏向于運(yùn)動(dòng)控制，而弱化于邏輯控制，同時(shí)，運(yùn)動(dòng)控制卡和運(yùn)動(dòng)控制器對(duì)開(kāi)發(fā)人員的門(mén)檻也要相對(duì)高一些，因此大家可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，選擇合適的解決方案。常見(jiàn)控制器認(rèn)識(shí)為了讓大家更直觀認(rèn)識(shí)PLC、運(yùn)動(dòng)控制卡和運(yùn)動(dòng)控制器，下面列舉一些素材及簡(jiǎn)要說(shuō)明。1、西門(mén)子PLC（如圖4-1）圖4-1西門(mén)子1214CPLC2、三（如圖4-1）圖4-2三菱FX5PLC3、GT系列運(yùn)動(dòng)控制卡GT系列運(yùn)動(dòng)控制卡是一款基于PCI總線的插卡式運(yùn)動(dòng)控制器，可用于控制步進(jìn)電機(jī)和伺服系統(tǒng)。它支持點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制，可以輸出脈沖或模擬量指令。圖4-3GT系列多軸運(yùn)動(dòng)控制卡4、GVN系列高性能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制卡GVN系列插卡式運(yùn)動(dòng)控制器是一款高性能網(wǎng)絡(luò)型運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品，適用于半導(dǎo)體、激光加工等有高速、高精需求的行業(yè)或有多軸運(yùn)動(dòng)控制需求的自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化流水線。GV