1、 HJD-1系列機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí) 驗(yàn) 指 導(dǎo) 書華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院工藝裝備及自動(dòng)化系2006年8月目 錄前 言實(shí)驗(yàn)一 三相異步電動(dòng)機(jī)啟?？刂茖?shí)驗(yàn)(1) 實(shí)驗(yàn)二 PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制實(shí)(4) 實(shí)驗(yàn)三 PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)(8) 實(shí)驗(yàn)四 PLC順序控制程序設(shè)計(jì)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)(15) 實(shí)驗(yàn)五 步進(jìn)電機(jī)單軸定位控制實(shí)驗(yàn)(18) 實(shí)驗(yàn) 交流伺服電機(jī)單軸定位控制實(shí)驗(yàn)(24) 實(shí)驗(yàn)六 PC與PLC串行通信程序設(shè)計(jì)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)(29) 實(shí)驗(yàn)七 PC和PLC 兩級(jí)控制程序設(shè)計(jì)和調(diào)試實(shí)驗(yàn)(35) 實(shí)驗(yàn)八 步進(jìn)電機(jī)兩軸聯(lián)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn) (39) 實(shí)驗(yàn)九 數(shù)控機(jī)床基本組成及功能部件的認(rèn)識(shí)

2、實(shí)驗(yàn)(44) 實(shí)驗(yàn)十 蠟?zāi)５亩ㄎ汇@孔加工實(shí)驗(yàn)(49)實(shí)驗(yàn)十一 蠟?zāi)５钠矫孳壽E銑削加工實(shí)驗(yàn)(51)前 言HJD-4型機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是在深入調(diào)研和全面考察國內(nèi)相關(guān)專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀，掌握了大量第一手資料的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)出的新型教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。它由PC機(jī)、電氣控制系統(tǒng)和微加工中心機(jī)械平臺(tái)及控制軟件等組成。其中電氣控制系統(tǒng)包括：PLC、變頻調(diào)速器、交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)、1PG、20GM定位模塊、PLC與PC通信接口板、繼電器和接觸器及控制面板等。HJD-4機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是我們開發(fā)的機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)系列產(chǎn)品中最復(fù)雜的一種。 該教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品具有如下用途 ：1可完成機(jī)電傳動(dòng)

3、控制、可編程控制器原理與應(yīng)用、機(jī)床電氣控制、機(jī)床概論、機(jī)械加工自動(dòng)化、數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)電一體化控制技術(shù)與系統(tǒng)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué) ；2為機(jī)電類本科生、?？粕恼n程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)提供實(shí)踐條件 ；3為教師和相關(guān)科技人員從事機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái) ；4為企業(yè)培養(yǎng)機(jī)電一體化設(shè)備的維護(hù)管理人員 。該產(chǎn)品因其具有先進(jìn)性、啟發(fā)性、實(shí)戰(zhàn)性等特點(diǎn)，在向華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院研究生、本科生、專科生開出實(shí)驗(yàn)后，受到了學(xué)生們的普遍歡迎，收到了良好的教學(xué)效果。通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際需求獨(dú)立設(shè)計(jì)和調(diào)試較復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)。 自從該教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品研制成功并投入使用以來，我們已接待了一大批來自全國各地高等院校的教師及

4、有關(guān)專家的參觀、咨詢，得到了來訪者的肯定和稱贊。概括起來就是：“起點(diǎn)高，內(nèi)容新，覆蓋面廣，實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng)，值得大力推廣！” 。該產(chǎn)品于2001年在北京市高校教設(shè)招標(biāo)活動(dòng)中一舉中標(biāo)；于2002年在世行貸款教設(shè)招標(biāo)活動(dòng)中一舉中標(biāo)。現(xiàn)已有幾十家兄弟院校有意向或已經(jīng)購買該教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，如：浙江大學(xué)、湘潭大學(xué)、北京石油化工學(xué)院等等。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括如下幾個(gè)方面：1數(shù)控設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和主要部件開放式的數(shù)控平臺(tái)對數(shù)控機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和主要部件產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)。2繼電器接觸器基本控制電路電氣控制系統(tǒng)中包括自動(dòng)化設(shè)備中常用的手動(dòng)電器、自動(dòng)電器、保護(hù)電器。通過繼電器接觸器組成的異步電動(dòng)機(jī)啟?？刂啤⒄崔D(zhuǎn)控制等基本電路的

5、設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更進(jìn)一步了解各種電器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、作用、使用場合以及繼電器接觸器控制電路的組成和工作原理。3可編過程控制器的應(yīng)用包括PLC對異步電動(dòng)機(jī)的啟停和正反轉(zhuǎn)控制、交通燈的控制、電梯的控制、PLC高速輸出端實(shí)現(xiàn)單軸定位、PLC定位模塊實(shí)現(xiàn)定位控制以及PLC與PC的通訊等實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解PLC在各種領(lǐng)域的應(yīng)用，學(xué)會(huì)應(yīng)用PLC組成各種控制系統(tǒng)的方法和技能以及PLC編程技巧。4交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制PLC通過變頻器實(shí)現(xiàn)主軸的無級(jí)調(diào)速控制，使學(xué)生弄清一般交流變頻器的工作原理、使用方法以及利用PLC的高速輸入端進(jìn)行速度測量的方法和使用技巧。5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)通過PLC的定位

6、模塊對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)單軸定位。通過設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與分析更深刻理解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種特性（如突跳頻率、運(yùn)行頻率、低頻振動(dòng)等）以及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)在定位控制中脈沖當(dāng)量的計(jì)算方法、原位的意義。6交流伺服控制系統(tǒng)通過PLC對交流伺服驅(qū)系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)單軸定位。通過設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)與分析更深刻理解交流伺服系統(tǒng)的工作原理和各種特性以及脈沖單位的確定和脈沖當(dāng)量的計(jì)算方法。進(jìn)一步了解步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)的性能差別。7計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（CNC方面的應(yīng)用）使用PLC的PC編程軟件進(jìn)行PLC程序的編寫、讀入、寫入、監(jiān)控、參數(shù)的修改等，掌握PLC的PC編程軟件的使用方法；使

7、用高級(jí)語言編寫和調(diào)試PC與PLC的串行通訊、控制接口、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、一般兩級(jí)系統(tǒng)的控制、位置控制板卡的二次開發(fā)等程序，掌握計(jì)算機(jī)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用技能。本書作為該教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的配套實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。教師可根據(jù)課程類別以及學(xué)生情況來選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于編者水平有限，錯(cuò)誤或不足之處在所難免，殷望廣大教師和讀者不惜斧正。 編 者 實(shí)驗(yàn)一 三相異步電動(dòng)機(jī)啟?？刂茖?shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握接觸器以及其它控制元器件的結(jié)構(gòu)、工作原理和使用方法；2、 通過三相異步電動(dòng)機(jī)的啟、?？刂齐娐返膶?shí)驗(yàn)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握接觸器控制電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。二、實(shí)驗(yàn)原理圖1-1為三相異

8、步電動(dòng)機(jī)的繼電器接觸器基本啟停控制電路，左邊為電路的主回路，右邊為電路的控制回路。圖 1-1 三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟?？刂齐娐穲D中：QG刀開關(guān)，為電源開關(guān)；FU熔斷器，電路的基本保護(hù)之一，短路保護(hù)；KH熱繼電器，電路的基本保護(hù)之二，超載保護(hù)； KM接觸器，是三相異步電動(dòng)機(jī)起停控制的主要電器，線圈由控制回路控制得電或失電，從而控制主觸頭閉合或斷開，使電動(dòng)機(jī)接通電源運(yùn)行或斷開電源停止。1SB啟動(dòng)按鈕；2SB停止按鈕。電路的基本工作原理是：首先合上刀開關(guān)QG ，再按下啟動(dòng)按鈕1SB，KM線圈得電并自鎖，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)得電運(yùn)行。按下停止按鈕2SB，KM線圈失電，主觸頭斷開，電動(dòng)機(jī)失電停止。三、實(shí)驗(yàn)步

9、驟 實(shí)驗(yàn)電路如圖1-2所示。圖中QF5為斷路器，它集刀開關(guān)、熔斷器和熱繼電器的功能于一體，在電路中起電源開關(guān)、短路保護(hù)、超載保護(hù)以及欠壓保護(hù)的作用。電路中控制的交流電動(dòng)機(jī)M為主軸電動(dòng)機(jī)，因此，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，主軸旋轉(zhuǎn)。1在操作面板上找到交流電源、交流電機(jī)、接觸器KM5以及操作按鈕“啟動(dòng)”、“停止”所對應(yīng)的接線端子；2按圖1-2完成控制電路的接線（為了安全起見，虛線外的聯(lián)機(jī)已接好，接線時(shí)請務(wù)必?cái)嚅_QF5）；圖1-2 三相異步電動(dòng)機(jī)直接啟停控制電路接線圖3經(jīng)老師檢查認(rèn)可后進(jìn)行下面操作；4合上斷路器QF5，觀察電動(dòng)機(jī)和接觸器的工作狀態(tài)；5按下操作控制面板上“啟動(dòng)”按鈕，觀察接觸器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)；6

10、按下操作控制面板上“停止”按鈕，觀察接觸器和電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。7當(dāng)未合上斷路器QF5時(shí)，進(jìn)行4和5步操作，觀察結(jié)果。四、注意事項(xiàng)1接線和拔線時(shí)，請務(wù)必?cái)嚅_QF5；2QF5合上后，請不要用手觸摸接線端子；3請務(wù)必不能將導(dǎo)線一端接入交流電源、交流電機(jī)、KM5的接線端子上，另一端放在操作臺(tái)上而合上QF5。 4通電實(shí)驗(yàn)時(shí)，請不要用手觸摸主軸。五、實(shí)驗(yàn)用電器組件和工具 三相異步電動(dòng)機(jī) 1臺(tái) 斷路器(QF5) 1個(gè) 接觸器(KM5) 1個(gè) 按 鈕 2個(gè) 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線 若干 六、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，復(fù)習(xí)教材的相關(guān)章節(jié)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 記錄實(shí)驗(yàn)中所用異步電動(dòng)機(jī)的名牌數(shù)據(jù)；2 弄清QF5型號(hào)和功能；3

11、比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果和電路工作原理的一致性；4 說明6步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析原因。 八、思 考 題1 控制回路的控制電壓是多少？2 接觸器是交流接觸器，還是直流接觸器？接觸器線圈的工作電壓是多少3 如果將控制回路從W4的聯(lián)機(jī)改接在W5上，電路是否能正常工作？為什么？4 控制電路是怎樣實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)和超載保護(hù)的？5 電動(dòng)機(jī)什么情況下采用直接啟動(dòng)方法？實(shí)驗(yàn)二 PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)習(xí)和掌握PLC的實(shí)際操作和使用方法 ；2 學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的硬件電路設(shè)計(jì)方法；3 學(xué)習(xí)和掌握PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序設(shè)計(jì)方法；4 學(xué)習(xí)和掌握PLC控制系統(tǒng)的現(xiàn)場接線與

12、軟硬件調(diào)試方法。二、實(shí)驗(yàn)原理三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相繞組接入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁力，在感應(yīng)電流和電磁力的共同作用下，轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向是通過改變定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)的方向來實(shí)現(xiàn)的，而旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向只需改變?nèi)喽ㄗ永@組任意兩相的電源相序就可實(shí)現(xiàn)。如圖2.1所示為PLC控制異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)原理電路。圖2.1 PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)原理圖左邊部分為三相異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制的主回路。由圖可知：如果KM5的主觸頭閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，那么KM6主觸頭閉合時(shí)電動(dòng)機(jī)則反轉(zhuǎn)，但KM5和KM6的主觸頭不能同時(shí)閉合，否則電源短

13、路。右邊部分為采用PLC對三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制控制回路。由圖可知：正向按鈕接PLC的輸入口X0，反向按鈕接PLC的輸入口X1，停止按鈕接PLC的輸入口X2；繼電器KA4、KA5分別接于PLC的輸出口Y33、Y34，KA4、KA5的觸頭又分別控制接觸器KM5和KM6的線圈。實(shí)驗(yàn)中所使用的PLC為三菱FX2N系列晶體管輸出型的，由于晶體管輸出型的輸出電流比較小，不能直接驅(qū)動(dòng)接觸器的線圈，因此在電路中用繼電器KA4、KA5做中間轉(zhuǎn)換電路。在KM5和KM6線圈回路中互串常閉觸頭進(jìn)行硬件互鎖，保證軟件錯(cuò)誤后不致于主回路短路引起斷路器自動(dòng)斷開。電路基本工作原理為：合上QF1、QF5，給電路供電。當(dāng)

14、按下正向按鈕，控制程序使Y33為1，繼電器KA4線圈得電，其常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM5的線圈得電，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下反向按鈕，控制程序使Y34為1，繼電器KA5線圈得電，其常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM6的線圈得電，主觸頭閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。三、實(shí)驗(yàn)步驟1斷開QF1、QF5，按圖2-2接線（為安全起見，虛線框外的聯(lián)機(jī)已接好） ；2在老師檢查合格后，接通斷路器QF1、QF5 ； 3運(yùn)行PC機(jī)上的工具軟件FX-WIN，并使PLC工作在STOP 狀態(tài)；4輸入對應(yīng)上述控制電路的異步電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的PLC程序并將程序傳至PLC； 5使PLC工作在RUN狀態(tài)，操作控制面板上的相應(yīng)按鈕，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)

15、控制。在PC機(jī)上對運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)觀察繼電器KA4、KA5和接觸器KM5 、KM6的動(dòng)作以及主軸的旋轉(zhuǎn)方向，調(diào)試并修改程序直至正確 ；6重復(fù)4、5步驟，調(diào)試其它實(shí)驗(yàn)程序。 圖 2-2 實(shí)驗(yàn)接線圖四、實(shí)驗(yàn)說明及注意事項(xiàng)1 本實(shí)驗(yàn)中，繼電器KA4、KA5的線圈控制電壓為24V DC，其觸點(diǎn)5A 220V AC（或5A 30V DC）；接觸器KM5、KM6的線圈控制電壓為220V AC，其主觸點(diǎn)25A 380V AC。2 三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制是通過正、反向接觸器KM5、KM6改變定子繞組的相序來實(shí)現(xiàn)的。其中一個(gè)很重要的問題就是必須保證任何時(shí)候、任何條件下正反向接觸器KM5、KM6都不能

16、同時(shí)接通，否則會(huì)造成電源相間瞬時(shí)短路。為此，在梯形圖中應(yīng)采用正反轉(zhuǎn)互鎖，以保證系統(tǒng)工作安全可靠。3 接線和拔線時(shí)，請務(wù)必?cái)嚅_QF5；4 QF5合上后，請不要用手觸摸接線端子；5 請務(wù)必不能將導(dǎo)線一端接入交流電源、交流電機(jī)、KM5、KM6的接線端子上，另一端放在操作臺(tái)上而合上QF5。 6 通電實(shí)驗(yàn)時(shí)，請不要用手觸摸主軸。五、實(shí)驗(yàn)用儀器工具 PC 機(jī) 1臺(tái) PLC 1臺(tái) 編程電纜線 1根 三相異步電動(dòng)機(jī) 1臺(tái) 斷路器（QF1、QF5） 2個(gè) 接觸器（KM5、KM6） 2個(gè) 繼電器（KA4、KA5） 2個(gè) 按鈕 3個(gè) 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線 若干 六、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備1 預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，復(fù)習(xí)教材的相關(guān)章節(jié)；2 熟悉三菱

17、FX2N編程工具、編程方法以及調(diào)試監(jiān)控方法；3 根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路，編寫好如下實(shí)驗(yàn)程序（梯形圖、指令代碼均可）：1）按“正向”按鈕，主軸正轉(zhuǎn)，按“反向”按鈕，主軸反轉(zhuǎn)。但主軸由正轉(zhuǎn)變反轉(zhuǎn)或由反轉(zhuǎn)變正轉(zhuǎn)必須先停止；2）無論主軸處于何種狀態(tài)（正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或停止），按“正向”按鈕，主軸正轉(zhuǎn)，按“反向”按鈕，主軸反轉(zhuǎn)。3）改變“正向”、“反向”、“停止”按鈕與PLC輸入接口的連接對應(yīng)的程序。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求畫出調(diào)試好的程序梯形圖，寫出指令代碼，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。八、思 考 題1 試比較繼電器和接觸器的結(jié)構(gòu)及工作原理的異同點(diǎn)；2 請說明本實(shí)驗(yàn)中繼電器的線圈工作電壓和接觸器的線圈工作電壓分別是多少？3 試比較可編程控

18、制器的三種輸出接口：晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式、繼電器輸出方式的工作原理異同點(diǎn)；4 能否將接觸器KM5，KM6的線圈直接接至PLC的輸出端Y33、Y34（注：本實(shí)驗(yàn)所用的PLC為FX2N-64MT，其輸出接口為晶體管型）？實(shí)驗(yàn)三 PLC控制三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)和掌握變頻器的操作及控制方法 ；2. 深入了解三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速性能；3. 進(jìn)一步學(xué)習(xí)PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)、調(diào)試。二、實(shí)驗(yàn)原理通過改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組電壓的頻率，可以改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)改變頻率的同時(shí)改變電壓的大小，使電壓與頻率的比值等于常數(shù)，則可保證電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不變。 變頻

19、器就是專用于三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)頻調(diào)速的控制裝置。它的輸入為單相交流電壓（控制750W及以下的小功率電動(dòng)機(jī)）或三相交流電壓（控制750W以上的大功率電動(dòng)機(jī)），而輸出為幅值和頻率均可調(diào)的三相交流電壓供給三相異步電動(dòng)機(jī)。變頻器的生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品也很多，但基本原理相同。本實(shí)驗(yàn)中采用的是三菱小型變頻器E-500，有如下幾種操作模式。1運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)的操作模式：對于電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)/停止以及正反轉(zhuǎn)的控制有外部操作和面板操作兩種模式，通過專用參數(shù)（Pr79）的設(shè)定來實(shí)現(xiàn)。面板操作模式：通過變頻器自帶面板上的操作鍵實(shí)現(xiàn)運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)控制；外部操作模式：通過接在變頻器專用輸入端開關(guān)信號(hào)的接通、斷開實(shí)

20、現(xiàn)運(yùn)行/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。2頻率設(shè)定模式：頻率的設(shè)定分為面板設(shè)定、外部設(shè)定兩種，通過專用參數(shù)（Pr79）和（Pr79）的設(shè)定來實(shí)現(xiàn)。面板設(shè)定模式是根據(jù)面板上的電位器或?qū)Ｓ面I來設(shè)定頻率的大小。外部設(shè)定模式可以通過變頻器上專用輸入端上的電位器、電壓信號(hào)、電流信號(hào)、開關(guān)編碼信號(hào)以及PWM信號(hào)來實(shí)現(xiàn)頻率的設(shè)定。本次實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容有兩種。1 外部控制和外部電位器頻率設(shè)定；2 外部控制和外部開關(guān)編碼信號(hào)頻率設(shè)定。 實(shí)驗(yàn)原理電路如圖3-1所示。圖3-1 實(shí)驗(yàn)原理圖操作按鈕“啟動(dòng)”、“正向”、“反向”、“停止”、“復(fù)位”以及主軸計(jì)數(shù)用行程開關(guān)“主軸準(zhǔn)?！狈謩e接在PLC的輸入端X0、X1、X2、X3、X4和X5

21、上，輸出Y22控制KA3，而輸出Y10Y14根據(jù)變頻器的工作方式不同，與變頻器的控制信號(hào)的連接不同。電路的基本工作原理是：1編寫PLC程序，完成如下功能1）當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，程序使Y22為1，KA3線圈通電，動(dòng)合觸頭閉合使接觸器KM4線圈通電，KM4主觸頭閉合，變頻器通電。按下停止按鈕，程序使Y22為0，變頻器斷電。2）在外部控制模式下，按“正向”按鈕，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，按“反向”按鈕，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，按“停止”按鈕，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行。3）“主軸準(zhǔn)?！睘榘惭b于主軸上的接近開關(guān)的一個(gè)常開觸點(diǎn)，用于測量主軸的旋轉(zhuǎn)速度（r/min）。X5作為高速計(jì)數(shù)輸入端，與其相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部高速計(jì)數(shù)器為C240。在實(shí)驗(yàn)中，速度的

22、測量方法是：當(dāng)速度達(dá)到穩(wěn)定后，按“復(fù)位”按鈕，定時(shí)器開始定時(shí)60S，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始對“主軸準(zhǔn)?！毙盘?hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器的值穩(wěn)定時(shí)（定時(shí)器定時(shí)時(shí)間到）即為主軸速度值（r/min）。2外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式1) 采用外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式時(shí)，電路連接如圖3-2所示。2）當(dāng)采用外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式時(shí)其相關(guān)參數(shù)設(shè)定見表3-1。表3-1 外部控制和外部電位器頻率設(shè)定工作方式參數(shù)設(shè)定參數(shù)編號(hào)設(shè)定數(shù)據(jù)意 義Pr790輸入端5的信號(hào)為“1”時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，否則停止；輸入端6的信號(hào)為“1”時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，否則停止；外部電位器設(shè)定頻率大小圖3-2 外部控制和外部電位器頻率設(shè)

23、定工作方式電路連接圖由圖3-2和表3-1可知：正轉(zhuǎn)時(shí)，PLC程序要使Y10為1，反轉(zhuǎn)時(shí)要使Y11為1，Y10、Y11不能同時(shí)為1，同時(shí)為0時(shí)電動(dòng)機(jī)停止。頻率大小通過改變1、2、3端連接的電位器位置來調(diào)節(jié)。3外部控制和外部開關(guān)編碼信號(hào)頻率設(shè)定 1) 采用外部控制和外部開關(guān)編碼信號(hào)頻率設(shè)定工作方式時(shí)，電路連接如圖3-3所示。2） 當(dāng)采用外部控制和外部開關(guān)編碼信號(hào)頻率設(shè)定工作方式時(shí)其相關(guān)參數(shù)設(shè)定見表3-2。表3-2 外部控制和外部開關(guān)編碼信號(hào)頻率設(shè)定工作方式參數(shù)設(shè)定參數(shù)編號(hào)設(shè)定數(shù)據(jù)意 義Pr793輸入端5的信號(hào)為“1”時(shí)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，否則停止；輸入端6的信號(hào)為“1”時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，否則停止；Pr59

24、0頻率由7、8、9端的開關(guān)信號(hào)確定。圖3-3外部控制和外部開關(guān)編碼信號(hào)頻率設(shè)定工作方式電路連接圖7、8、9端的開關(guān)信號(hào)與頻率的關(guān)系如表3-3所示。表3-3 7、8、9端的開關(guān)信號(hào)與頻率的關(guān)系端子號(hào)運(yùn)行頻率說 明9(Y14)8(Y13)7（Y12）000第1速內(nèi)部面板設(shè)定的頻率001第2速參數(shù)Pr06的設(shè)定值為工作頻率010第3速參數(shù)Pr05的設(shè)定值為工作頻率011第4速參數(shù)Pr34的設(shè)定值為工作頻率100第5速參數(shù)Pr04的設(shè)定值為工作頻率101第6速參數(shù)Pr25的設(shè)定值為工作頻率110第7速參數(shù)Pr26的設(shè)定值為工作頻率111第8速參數(shù)Pr27的設(shè)定值為工作頻率由圖3-3和表3-2可知：正轉(zhuǎn)

25、時(shí)，PLC程序要使Y10為1，反轉(zhuǎn)時(shí)要使Y11為1，Y10、Y11不能同時(shí)為1，同時(shí)為0時(shí)電動(dòng)機(jī)停止。頻率大小通過改變7、8、9端狀態(tài)來調(diào)節(jié)。三、實(shí)驗(yàn)步驟 (一) 外部控制、外部電位器調(diào)頻控制方式1按圖3-2接線（虛線框外的聯(lián)機(jī)已接好） ；2征得老師同意后，合上斷路器QF1和QF4，輸入PLC程序并運(yùn)行；3執(zhí)行PLC中的“監(jiān)控測試/開始監(jiān)控”，PLC進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)；4按“啟動(dòng)”按鈕，變頻器通電，按表3-1設(shè)定變頻器參數(shù)；參數(shù)設(shè)定方法如下：1）按動(dòng)變頻器面板上的“MODE”鍵，直到顯示參數(shù)號(hào)Pr01；2）按“”或“”鍵，調(diào)節(jié)參數(shù)號(hào)，使其為所需設(shè)定的參數(shù)號(hào)；3）按“SET”鍵，進(jìn)入修改參數(shù)狀態(tài)（數(shù)字

26、閃爍）；4）按“”或“”鍵，改變數(shù)字使其為所需設(shè)定的數(shù)字；5）按“SET”鍵，設(shè)定值被寫入；6）重復(fù)2）、3）、4）、5）設(shè)定其它參數(shù)。5按“正向”按鈕，Y10輸出，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；6調(diào)節(jié)電位器旋鈕，使變頻器的顯示頻率分10；7按“復(fù)位”按鈕，待計(jì)數(shù)器C240的計(jì)數(shù)值穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)寄存器D0的值并記錄于表3-4中；表3-4 實(shí)驗(yàn)記錄表1 顯示頻率（HZ）正 轉(zhuǎn)反 轉(zhuǎn) 速度（r/min） 速度（r/min）10152025303540458調(diào)節(jié)電位器的旋鈕，使變頻器的顯示頻率分別為表3-4中的資料，重復(fù)7；9按“反向”按鈕，Y11輸出，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，重復(fù)6、7、8；10按“停止”按鈕，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) ；1

27、1斷開電源QF1、QF4。(二) 外部控制、外部開關(guān)編碼調(diào)頻控制方式1按圖3-3接線（虛線框外的聯(lián)機(jī)已接好）；2征得老師同意后，合上斷路器QF1和QF4，PLC運(yùn)行；3按“啟動(dòng)”按鈕，變頻器通電，按表3-2設(shè)定變頻器參數(shù)，并按表3-5設(shè)定參數(shù)；4執(zhí)行PLC中的“監(jiān)控測試/開始監(jiān)控”，PLC進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)；5按“正向”按鈕，Y10輸出，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；6此時(shí)，Y12、Y13、Y14均為0，頻率由電位器的位置確定，調(diào)節(jié)電位器的位置，速度變化；7按“復(fù)位”按鈕，待計(jì)數(shù)器C240的計(jì)數(shù)值穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)寄存器D0的值和對應(yīng)的變頻器顯示值并記錄于表3-5中；8執(zhí)行PLC中的“監(jiān)控測試/強(qiáng)制Y輸出”，分別使Y12

28、、Y13、Y14為表3-5中的狀態(tài)，重復(fù)7；9按“停止”按鈕，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) ；10斷開電源QF1、QF4。表3-5 實(shí)驗(yàn)記錄表2輸入端子設(shè)定值顯示值(Hz)速度（r/min）9(Y14)8(Y13)7（Y12）參數(shù)號(hào)設(shè)定值000001Pr0610010P0515011P2420100P0425101P2530110P2635111P2740其中：0OFF，1ON四、實(shí)驗(yàn)說明及注意事項(xiàng)1 本實(shí)驗(yàn)中，電動(dòng)機(jī)的工作電壓為380VAC ，請注意安全 ；2繼電器接觸器KM4的作用是給變頻器上電，不可作為變頻器的啟?？刂疲駝t損壞變頻器。變頻器的啟停由對變頻器的輸入端5、6的控制來實(shí)現(xiàn) ；3編寫PLC程序時(shí)

29、，要保證Y10、Y11互鎖。五、實(shí)驗(yàn)用儀器工 PC 機(jī) 1臺(tái) PLC 1臺(tái) 變頻器 1臺(tái) 三相異步電動(dòng)機(jī) 1臺(tái) 斷路器（QF1、QF4） 2個(gè) 繼電器（KA3） 1個(gè)接觸器（KM4） 1個(gè) 按鈕 5個(gè)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線 若干六、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及附錄相關(guān)內(nèi)容，編寫好實(shí)驗(yàn)用程序。 七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出PLC控制程序梯形圖并寫出相對應(yīng)的指令代碼 ；2已知電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S0.02，主軸的機(jī)械傳動(dòng)比j47/36，請計(jì)算表3-4、3-5各頻率下對應(yīng)主軸的理想速度，并與實(shí)測值進(jìn)行比較，分析誤差產(chǎn)生的主要原因。3將兩種速度設(shè)定方法所測得的實(shí)際速度進(jìn)行比較分析。八、思 考 題1 三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要方法

30、有幾種？2 為什么三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)頻調(diào)速時(shí)要同時(shí)改變電壓的大??？ 實(shí)驗(yàn)四 PLC順控程序設(shè)計(jì)及調(diào)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)習(xí)和掌握PLC的實(shí)際操作方法 ；2 學(xué)習(xí)和掌握PLC順控程序的設(shè)計(jì)及調(diào)試方法 ；二、實(shí)驗(yàn)原理 PLC的主要功能之一是邏輯控制和順序控制，本實(shí)驗(yàn)就是通過對三個(gè)燈的順序通斷電的控制實(shí)驗(yàn)，達(dá)到學(xué)習(xí)和掌握計(jì)數(shù)器、定時(shí)器的使用方法以及邏輯控制的編程和調(diào)試方法。順序控制的動(dòng)作示意如圖4-1所示。圖 4-1 順序控制動(dòng)作循環(huán)示意圖圖4-2 實(shí)驗(yàn)電路原理圖由圖4-1可知：除三個(gè)燈亮有一定順序要求外，還有時(shí)間和計(jì)數(shù)要求，即要使用PLC的內(nèi)部資源時(shí)間器和計(jì)數(shù)器。順序控制的編程方法有常用的經(jīng)驗(yàn)法

31、和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖兩種方法。經(jīng)驗(yàn)法就是利用繼電器接觸器電路的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，這種方法設(shè)計(jì)的程序往往不夠完整，調(diào)試工作量大。狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序設(shè)計(jì)方法是一種類似于動(dòng)作循環(huán)圖的程序表達(dá)方式，使用PLC專用組件狀態(tài)組件S，具有邏輯順序關(guān)系清楚，調(diào)試方便的特點(diǎn)（詳細(xì)編程方法見相關(guān)使用說明書）。實(shí)驗(yàn)電路原理圖如圖4-2所示。順序工作的原理為：當(dāng)按下“啟動(dòng)”按鈕時(shí)，三個(gè)燈按圖3-1動(dòng)作順序自動(dòng)循環(huán)三次而停止。在循環(huán)的過程中，按下“停止”按鈕，循環(huán)立即停止，所有燈熄滅。三、實(shí)驗(yàn)步驟 1在斷電的情況下，按圖4-3接線 （虛線外的聯(lián)機(jī)已接好）；2經(jīng)老師檢查合格后方接通斷路器QF1；3運(yùn)行工具軟件FXGP-WIN，輸

32、入已編輯好的程序梯形圖；4執(zhí)行“工具/轉(zhuǎn)換”將梯形圖轉(zhuǎn)換為指令代碼；圖4-3 實(shí)驗(yàn)電路接線圖5執(zhí)行“PLC/傳送/寫出”，將控制程序傳給PLC；6執(zhí)行“PLC/運(yùn)行”，執(zhí)行控制程序，觀察信號(hào)燈的亮滅情況；7如果信號(hào)燈的亮滅情況不正確，須進(jìn)行程序修改和調(diào)試?？山柚疤菪螆D監(jiān)控”和“組件監(jiān)控”兩種方法對程序進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)試，直至程序正確 。 四、實(shí)驗(yàn)儀器及工具軟件PC 機(jī) 1臺(tái) PLC 1臺(tái) RS-232串行電纜線 1根斷路器 1個(gè) 按鈕 2個(gè) 指示燈 3個(gè) 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線 若干五、實(shí)驗(yàn)說明及注意事項(xiàng)1 不可帶電拔插RS-232串行電纜線，以免損壞PC和PLC接口 ； 2直流24V電源的極性一定要正確。六

33、、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備1預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，編寫順序控制的經(jīng)驗(yàn)法程序和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序的梯形圖；2熟悉三菱FX2N系列PLC編程軟件的使用方法。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 簡要說明工具軟件FX-WIN的作用及其先進(jìn)性 ；2 畫出實(shí)驗(yàn)中所調(diào)試好的控制程序梯形圖并寫出相應(yīng)指令。八、思 考 題1 編寫能實(shí)現(xiàn)下列要求的PLC控制程序 ：實(shí)驗(yàn)五 步進(jìn)電機(jī)單軸定位控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 學(xué)習(xí)和掌握步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的操作和使用方法 2 學(xué)習(xí)和掌握步進(jìn)電機(jī)單軸定位控制方法3 學(xué)習(xí)和掌握PLC單軸定位模塊的基本使用方法二、實(shí)驗(yàn)原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移量的機(jī)電執(zhí)行組件，即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入的是電脈沖信

34、號(hào)，輸出的是角位移或直線位置。每給一個(gè)脈沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，這個(gè)角度稱為步距角。運(yùn)動(dòng)速度正比于脈沖頻率，角位移正比于脈沖個(gè)數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)典型控制系統(tǒng)框圖如圖5-1所示。步 進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器位置控制單元 圖5-1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)典型控制系統(tǒng)框圖位置控制單元可根據(jù)需要的頻率和個(gè)數(shù)以及設(shè)定的加減時(shí)間控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此定位單元的輸出脈沖形式有“脈沖方向”和“正脈沖負(fù)脈沖”兩種，它們均可控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。輸出脈沖形式通過參數(shù)設(shè)定來選擇。其脈沖形式如圖5-2所示。反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)方向信號(hào)正向脈沖反向脈沖(a) 脈沖方向)正向脈沖(b) 正

35、脈沖負(fù)脈沖)正向脈沖圖5-2 定位模塊的兩種輸出脈沖形式由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電磁慣性和所驅(qū)動(dòng)負(fù)載的機(jī)械慣性，速度不能突變，因此定位模塊要控制升降頻過程。步進(jìn)電機(jī)升、降頻過程如圖5-3。 頻 率（HZ）脈沖數(shù)（PLS） f1S2S3S1 圖 5-3 步進(jìn)電機(jī)升、降頻示意圖其中：f1設(shè)定的運(yùn)行頻率，它不大于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高頻率；S1設(shè)定的總脈沖個(gè)數(shù)；S2升頻過程中脈沖個(gè)數(shù)，由加速時(shí)間和運(yùn)行頻率確定；S3降頻過程中脈沖個(gè)數(shù)，由減速時(shí)間和運(yùn)行頻率確定。 一般情況下，S2S3。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器將位置定位模塊的輸出脈沖信號(hào)進(jìn)行分配并放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，依次通電而旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)器也可接受兩種不同形式的脈

36、沖信號(hào)，通過開關(guān)來選擇，定位模塊和驅(qū)動(dòng)器的脈沖形式要相同。另外，為了提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻性能，一般具有細(xì)分功能，多個(gè)脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，細(xì)分系數(shù)一般為1、2、4、8、16、32等幾種，通過撥碼開關(guān)來設(shè)定。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件。位置定位模塊、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即驅(qū)動(dòng)器種類很多，本實(shí)驗(yàn)中采用的是三菱FX2N系列PLC中的雙軸定位模塊FX2N-20GM，該模塊與PLC相連，可以單獨(dú)或同時(shí)控制兩個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器為和利時(shí)產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖5-3所示。圖5-4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖工作原理：PLC及20GM實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的通電控制和定位控制，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通過絲桿帶動(dòng)工作臺(tái)做

37、直線運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步機(jī)械實(shí)際移動(dòng)的位移量稱為脈沖當(dāng)量，脈沖當(dāng)量是數(shù)控系統(tǒng)中很重要的參數(shù)。脈沖當(dāng)量的計(jì)算公式如下：脈沖當(dāng)量絲桿螺距/3600 /（步距角細(xì)分系數(shù)）在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，絲桿的螺距為5mm，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為1.80，細(xì)分系數(shù)為所設(shè)定的數(shù)據(jù)。正限位和負(fù)限位開關(guān)的安裝位置由絲桿的導(dǎo)程確定，保證絲桿不被損壞，即當(dāng)這兩個(gè)開關(guān)的位置確定后，定位模塊保證工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)只能在這兩個(gè)行程開關(guān)之間進(jìn)行。原位開關(guān)用來確定機(jī)械坐標(biāo)原點(diǎn)的位置。位置控制模塊回原點(diǎn)操作，就是使機(jī)械原點(diǎn)和電氣原點(diǎn)統(tǒng)一。三、實(shí)驗(yàn)步驟 (一) 系統(tǒng)通電和準(zhǔn)備 1在斷電的情況下，按圖5-5接線（虛線框外的聯(lián)機(jī)已接好）；2征得老師同

38、意后，合上斷路器QF1和QF2 ；3將編程電纜連于 PLC 上，利用PC機(jī)上的編程軟件“FXGP/WIN-C”向PLC輸入PLC控制程序（此時(shí)，PLC處于中止運(yùn)行狀態(tài)） ；4將編程電纜連于20GM上，利用PC機(jī)上的定位軟件“FXVPS-E”向20GM輸入定位程序（此時(shí)，20GM的狀態(tài)開關(guān)拔向手動(dòng)位置“MANU”） ；5將PLC設(shè)置為運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行PLC，接觸器KM2的主觸頭閉合，驅(qū)動(dòng)器SH-20403得電 ；6將20GM的狀態(tài)開關(guān)拔向自動(dòng)位置“AUTO”，運(yùn)行20GM ；7按“復(fù)位”按鈕，X軸原位，此時(shí)的位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，記下該位置A 。（二）基本定位1設(shè)定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分系數(shù)為8（實(shí)驗(yàn)中以按該系

39、數(shù)進(jìn)行了脈沖當(dāng)量的計(jì)算和設(shè)定）；2設(shè)定相對于A點(diǎn)的目標(biāo)位置（單位為mm，正值在A點(diǎn)的右邊，負(fù)值在A點(diǎn)的左邊）和運(yùn)動(dòng)速度（單位為cm/min），把它們用參數(shù)設(shè)定的方法分別輸入到位置量寄存器D2（實(shí)驗(yàn)程序定義）和速度寄存器D4（實(shí)驗(yàn)程序定義）中；3按“啟動(dòng)”按鈕，X軸以設(shè)定的速度運(yùn)動(dòng)到指定的位置B，觀測運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，測量A到B之間的距離，與設(shè)定位置比較；4重新設(shè)定目標(biāo)位置和運(yùn)動(dòng)速度，重復(fù)3；5設(shè)定目標(biāo)位置為0，讓工作臺(tái)回到A點(diǎn)。（三）細(xì)分1使細(xì)分系數(shù)不為8；2設(shè)定位置值和運(yùn)動(dòng)速度；3按“啟動(dòng)”按鈕，X軸以設(shè)定的速度運(yùn)動(dòng)到指定的位置B，觀測運(yùn)動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后，測量A到B之間的距離，與設(shè)定位

40、置比較；4設(shè)定目標(biāo)位置為0，讓工作臺(tái)回到A點(diǎn)。（四）頻率特性實(shí)驗(yàn)1設(shè)定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分系數(shù)為1，輸入20GM的步進(jìn)特性實(shí)驗(yàn)程序；2當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行頻率大于最高運(yùn)行頻率時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)會(huì)失步，影響定位進(jìn)度，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)工作在最大運(yùn)行頻率以下。實(shí)驗(yàn)中所使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大運(yùn)行頻率大約為1KHz，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的最高運(yùn)動(dòng)速度；3設(shè)定運(yùn)行速度大于最高運(yùn)動(dòng)速度和位置值；4按“啟動(dòng)”按鈕，觀察運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)想象，運(yùn)動(dòng)結(jié)束后測量運(yùn)動(dòng)的實(shí)際位置；5步進(jìn)電機(jī)在較低的頻率下運(yùn)行時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)振動(dòng)，從而引起機(jī)械振動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)應(yīng)避免在振動(dòng)頻率下運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)中所用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率大約為200脈沖/S以下，計(jì)算出相對應(yīng)

41、的機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度；6設(shè)定運(yùn)行速度小于最低運(yùn)動(dòng)速度和位置值；7重復(fù)4；8輸入20GM步進(jìn)定位程序；9重復(fù)4、5、6、7。 圖5-5 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)接線圖四、注意事項(xiàng) 1A點(diǎn)一定通過回原點(diǎn)得到；2位置值為A點(diǎn)到運(yùn)動(dòng)終點(diǎn)的距離，因此運(yùn)動(dòng)前后的位置值要不同，工作臺(tái)才有移動(dòng)；3回原位后，測量一下A點(diǎn)到左邊行程開關(guān)之間的距離（負(fù)向位置最大值）和A點(diǎn)到右邊行程開關(guān)的距離（正向位置最大值）；4位置值設(shè)定為正時(shí)要小于正向位置最大值，位置值設(shè)定為負(fù)時(shí)要小于負(fù)向位置最大值。五、實(shí)驗(yàn)用儀器工具 PC機(jī) 1臺(tái) PLC 1臺(tái) 20GM 1個(gè) RS232電纜線 1根 編程電纜 1根 斷路器（QF1、QF2） 2個(gè) 繼電器（KA2）

42、 1個(gè) 接觸器（KM2） 1個(gè) 驅(qū)動(dòng)器（SH-20403） 1臺(tái) 步進(jìn)電機(jī)（56BYG250E） 1臺(tái) 六、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備 1預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告及附錄，并畫出PLC控制程序和20GM定位程序。 2計(jì)算不同細(xì)分系數(shù)對應(yīng)的脈沖當(dāng)量。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 畫出PLC梯形圖，并寫出指令代碼 ；2 寫出定位程序 ；3 計(jì)算并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；4 完成思考題。八、思 考 題 1影響步進(jìn)電機(jī)單軸定位精度的主要因素是什么？ 2什么叫前極限、后極限、機(jī)械原點(diǎn)、電氣原點(diǎn) ？3如果設(shè)定速度和位置值不變，問當(dāng)細(xì)分系數(shù)變大或變小，但脈沖當(dāng)量沒有做相應(yīng)調(diào)整時(shí)，運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)位置會(huì)怎樣變化？為什么？4系統(tǒng)中采用的是相對坐標(biāo)還是

43、絕對坐標(biāo)？ 實(shí)驗(yàn)六 PC與PLC串行通信程序設(shè)計(jì)與調(diào)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)習(xí)和掌握PC和 PLC之間的串行通信方法 ；2 加深對PLC和PC的認(rèn)識(shí)和了解 。二、實(shí)驗(yàn)原理微機(jī)與外設(shè)（包括其它微機(jī)）之間通常采用串行通訊和并行通訊兩種方式。并行通訊是指將構(gòu)成數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。如8為數(shù)據(jù)或16位數(shù)據(jù)并行傳送。串行通訊是指將數(shù)據(jù)一位接一位地傳送。發(fā)送器接收器發(fā)送器接受器接受器發(fā)送器發(fā)送器接受器接受器發(fā)送器A站點(diǎn)B站點(diǎn)A站點(diǎn)B站點(diǎn)A站點(diǎn)B站點(diǎn)（a）（b）（c）串行通訊的數(shù)據(jù)傳輸方向通常有三種：單向數(shù)據(jù)傳送、半雙向數(shù)據(jù)傳送和全雙向數(shù)據(jù)傳送。如圖7-1所示。（a）單向數(shù)據(jù)傳送 （b）半雙向數(shù)據(jù)傳送 （c）

44、全雙向數(shù)據(jù)傳送圖7-1 串行通訊數(shù)據(jù)傳送的方向由圖可知：不同的數(shù)據(jù)傳送方式，數(shù)據(jù)線的接線方式不同。PC和PLC之間的串行通信常常被應(yīng)用到機(jī)電控制系統(tǒng)之中。不同的PLC，數(shù)據(jù)傳送方式有所不同。實(shí)驗(yàn)中采用的是三菱FX2N系列的PLC，為全雙向數(shù)據(jù)傳送方式。圖7-2為PC和三菱FX2N系列PLC連接示意圖。原理接線圖如圖7-3所示。圖7-2 三菱FX2N系列PLC和PC串行通訊連接示意圖計(jì)算機(jī)串行口2（RD）3（SD）4（ER）6（DR）5（SG）PLC串行口2（RD）3（SD）4（ER）6（DR）5（SG）圖7-3 三菱FX2N系列PLC串行通訊原理接線圖圖中：RD數(shù)據(jù)傳送 SD資料發(fā)送 ER接受

45、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好 DR準(zhǔn)備發(fā)送資料 SG信號(hào)公共端串行通訊還需要有通訊協(xié)議，它包括波特率、數(shù)據(jù)長度、起始位、奇偶校驗(yàn)等。在設(shè)置協(xié)議時(shí)，通訊雙方要一致，否則信息無法正確的傳送。三菱FX2N系列PLC進(jìn)行串行通訊的指令為：RS Dxx Kxx Dxx Kxx接受數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)接受數(shù)據(jù)寄存器首地址發(fā)送資料個(gè)數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器首地址通訊協(xié)議由設(shè)定特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120的狀態(tài)確定。它的主要定義如表7-1所示。表7-1 通訊協(xié)議的設(shè)定（D8120）位意義設(shè) 定b0數(shù)據(jù)長度07位 18位b1校驗(yàn)方式b2，b1（0，0）無校驗(yàn) （0，1）奇校驗(yàn) （1，1）偶校驗(yàn)b2b3停止位數(shù)01位 12位b4波特率b8，b7，b6，b

46、5 （0,0,1,1）300 （0,1,0,0）600 （0,1,0,1）1200 （0,1,1,0）2400 （0,1,1,1）4800 （1,0,0,0）9600（1,0,0,1）19200b5b6b7如在實(shí)驗(yàn)中，通信協(xié)議的選擇為： 數(shù)據(jù)長度為8位、偶校驗(yàn)、停止位為1位、波特率為2400 ，那么D8120的設(shè)定數(shù)據(jù)為0067H。另外與數(shù)據(jù)傳送有關(guān)的主要特殊輔助繼電器有：M8122資料發(fā)送請求，即PLC將要發(fā)送的一組資料準(zhǔn)備好后，置M8122為1，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，M8122自動(dòng)清0。M8123數(shù)據(jù)接受完成，即當(dāng)PLC在接受完一組數(shù)據(jù)后，M8123 自動(dòng)為1，用戶將接受的數(shù)據(jù)處理后，要將M8123清0方可再接受數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容：在PC機(jī)的通訊接口上設(shè)定了六個(gè)開關(guān)和三個(gè)模擬指示燈，PLC輸出端控制三個(gè)指示燈。鼠標(biāo)點(diǎn)擊六個(gè)開關(guān)時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送到PLC，PLC控制相應(yīng)指示燈的亮與滅，另外把面板上操作按鈕的狀態(tài)傳送到PC，PC過程控制顯示相應(yīng)的狀態(tài)。三、 實(shí)驗(yàn)步驟 1按圖7-2和7-5接線 ；2在老師檢查合格后，開PC機(jī)，接通PLC的電源開關(guān)（斷路器QF1） ；3發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址定義為D0，接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的首地址定義為D20，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)均為4，PLC發(fā)送數(shù)據(jù)的定義如表7-2所示，編寫一個(gè)接受和發(fā)送數(shù)據(jù)的PLC程序