基于三菱PLC伺服平台设计

1、无锡职业技术学院毕业设计（论文）说明书目录摘要2第一章 绪论291.1 PCL简介291.2 PLC 的基本结构291.3 PLC 的工作原理311.4 PLC 特点321.5PLC的应用领域335.1 PLC国内外应用发展状况35第二章 PLC 控制系统设计原则和设计步骤362.1 设计原则362.2 设计步骤36第三章 三菱PLC网络化控制383.1MELSECNET/H网络383.2. cc一L1nk现场总线413.3三菱PLC 的优点42第四章 基于三菱 PLC 的伺服平台控制系统设计434.2伺服电机 PLC 控制系统硬件设计444.2.1 控制系统主要设备选型444.2.2 PLC

2、 控制系统输入输出分配表444.2.3 控制系统电气原理图设计454.3 伺服驱动器参数设置454.4 伺服电机 PLC 控制系统软件设计464.4.1 触摸屏画面设计464.4.2 PLC 主要控制程序设计464.5测试系统的搭建474.5.1系统搭建474.6三菱PLC软件编程48总结与展望54总结54展望54参考文献54致谢55摘要：本论文基于三菱plc，伺服平台设计系统设计，控制系统的电气原理图设计、触摸屏控制界面的制作，伺服驱动器的参数设定，PLC的程序设计等详细说明。PLC直接控制伺服电机，表明系统结构简单、运行可靠、扩张性强、具有更好的实用价值。紧接着，它提出了基于PLC的三菱伺

3、服控制系统设计，并通过一系列测试以证明该系统具有稳定、定位精度和广泛的兼容性。关键字：三菱 PLC；伺服电机；定位控制Abstract：This paper designs a servo platform design system based on mitsubishi PLC, and introduces in detail the electrical schematic design of the control system, touch screen control interface making, servo driver parameter setting, PLC pr

4、ogram design and so on. The practice shows that direct control of servo motor by PLC has the advantages of simple system structure, reliable operation, strong expansibility and good practical value. Then, the mitsubishi servo control system design based on PLC is proposed. Finally, through a series

5、of tests, it is proved that the system has a stable operation, high positioning accuracy and wide versatility.Keyword：Mitsubishi PLC; Servo motor; Positioning control第 1 页 共 31 页第1章 绪论PLC是一种传统的继电器接触器技术和计算机技术的结合，具有可靠性高，抗干扰能力强，很高的灵活性和通用性，强大的网络通信功能等特点，操作无故障率比较低，可以持续工作几万,甚至几十万小时不损坏，所以在工业控制方面，它有一个继电器控制或通

6、用计算机无法比拟的优势。考虑到现场交通控制环境可能会遇到各种恶劣天气和电磁干扰等因素，本文以PLC为控制核心，设计三菱伺服平台。1.1 PCL简介PLC是可编程逻辑控制器，也可以被称为程序控制器，是伴随着计算机技术、自动控制技术、通信技术的产生与不断的发展中诞生的下一代工业控制器。国际电工委员会(IEC)生成的可编程控制器已经在标准草案中定义了PLC，即：可编程逻辑控制器是被设计成应用于工业环境并以数字方式工作的电子系统。PLC系统使用的内存，程序记忆手段、逻辑运算、时机、计数等面向的用户动作命令执行，并根据数字或模拟输入/输出方式的种种的种类的机械或制造工艺控制程序功能的内部可能拥有。PLC

7、及相关外部设备被设计为能够容易地与产业控制系统协同地扩展功能的原则。plc的基本设计思想是对于继发电-机器的接触控制系统操作方便、简洁易懂，价格便宜等优点的保留与发展，而且电脑的有完善的功能，灵活多变的应用方式，通用性强等优点。这个思想为基础，采用了PLC设计标准，GM的控制器硬件，控制对象的连接，方便了，但根据实际控制的对象和要求，利用外围设备更好的控制程序写入编纂了控制器改变用户的存储器，区内的内容，可以通过修改程序实现方便灵活满足根据需要控制功能的应用对象。20世纪70年代中期以后，计算机网络技术、半导体技术、微处理技术的不断发展，PLC的中央处理装置，开始广泛用到微型处理器中，大规模集

8、成电路规模也进入了其输入输出和周边电路的使用中，除了plc逻辑判断功能以外，还可以执行数据处理、通信的网络、PID的调节、故障的诊断和生产相机的DCS监控等功能。1.2 PLC 的基本结构PLC一般由主机、扩展机和外部设备组成，主机是必不可少的，其他部件可根据需要适当配置。主机通常CPU、内存、对应的I / O单元,通信端口和电力供应,扩大单位主要是I / O单元、接口模块、电源模块、所需的电缆连接的主机,等等,最基本、最常见的外部设备是程序员,除了可编程终端,打印机、条形码扫码机器等。个人计算机从它的制作、编写、修改、调试等多个角度来看，个人计算机也可以当作是PLC的外部设备了。增加和改进P

9、LC的配置，将扩大和加强PLC的功能，PLC的功能是由其配置决定的。PLC通过它自身结构形态的不同，能够分类为集体型(也称为箱式)和复合型(也称为模型化)这两种。中央处理器(CPU)、内存、输入/输出单元、电源、通讯端口，I/O扩张端口等被集中在一个箱子形成了主机，这就是PLC的整体特征组成的一部分，它总的体积小，结构也偏于简单，用于比较小的模式应用。整体PLC主机组成如图所示：PLC的主要结构是使CPU单元,输入设备,输出设备,智能I / O模块,通信单元电路板或模块,使用时只要所需的模块插入踢脚板,通过踢脚板总线,所以模块相互连接。包含CPU的单元称为CPU模块，其他的称为扩展模块。中型P

10、LC和大型PLC经常结合使用。由于组合PLC系统配置灵活，一些小型机器也采用这种结构。如图：1.3 PLC 的工作原理PLC的工作原理和计算机基本上是差不多的。都要通过执行用户的程序才可以实现控制的任务。但是，可编程控制器是一种串行工作方式：通电后，为了使可编程控制器的输出能够立即响应各种输入信号，可编程控制器首先需要执行内部硬件和资源的若干初始化操作。在初始化后，系统反复执行输入采样、用户程序执行、输出更新等任务。这个循环叫做扫描。如图所示。1、系统的初始化PLC 通电后，要进行对变量存储器区、I/O 映像区数据的清除处理，同时检查I/O 模块与 PLC 的连接、复位所有定时器等。2、 输入

11、数据的采样在读取输入数据的阶段，PLC通过扫描的方式依次读取所有外部输入电路的开/关数字量状态和数据存储，另外，将它存储在与单独设置在存储器中的区域相对应的区域中。该区域分别被称为输入图像寄存器和输出图像寄存器，其存储输入信号和输出信号的状态以及数据。当外部输入电路被关断或关闭时，相应的输入图像寄存器在梯形图中的相应触点状态被关断或关闭时变为0或1。使得梯形图中对应触点呈现出态断开或闭合的状态。3. 执行用户的程序PLC的用户程序一般是通过梯形图指令或言语指令等来构成的。PLC用户程序的执行阶段，除非扫描的跳转命令被执行之外，PLC经常从第一个命令开始，按顺序扫描用户程序，按照对应的动作逻辑条

12、件,按照命令结束之前应对图像寄存器动作结果保存。在接收到终止指示时，CPU检查系统智能模块是否需要服务。在具有一个扫描周期的用户程序的执行阶段中，输入图像寄存器的状态和数据没有改变。即使外部输入状态在该时段期间改变，也只能在下一个扫描时段中的输入采样阶段更新输入图像寄存器中的状态和数据。这样，输入/输出状态和数据通过I/O映像寄存器访问，而不是直接读写实际的I/O点。这样，系统运行更稳定，程序执行速度更快，灵活性更好。4. 输出刷新扫描用户程序执行完成后,可编程序控制器根据I / O图像对应的状态和数据传输到输出模块和刷新输出锁存器电路,信号同时相应的硬件继电器触点输出模块驱动的行动,比如输出

13、的映像寄存器处于I状态，继电器线圈中的电流，控制常开触点立即关闭，外部负载的电源被切断后，控制器开始工作；相反，如果输出图像寄存器为处于O的状态，那么外部负载将断电并且停止工作。通常来看，PLC的扫描周期中包含自我诊断、通信等。PLC的自动诊断测试定期地检查用户程序的存储器整合性、E2PROM、模块I/O和总线I/O的状态、监视计时器的复位等。在通信信息处理阶段，处理器处理通信端口接收的信息，将在适当的时候将信息传输给通信请求者。1.4 PLC 特点PLC主要特点有:a)可靠性高,抗干扰能力强较高的可靠性是电气控制器的主要性能。PLC采用现代大规模集成电路技术，采用严格的制造工艺，内部电路采用

14、先进的防干涉技术，具有非常高的可靠性。比如三菱电气PLC的平均不发生故障的时间为已经达到了30万小时以上，设计寿命为10年。很多使用冗余CPU的一些PLC的平均无故障时工作间会更长。从PLC的外部电路，PLC的使用构成控制系统，用来和差不多规模的继电器的接触器系统相比较而言，电器遥控接线系统，已经减少道路数千分之一，缺点被大幅度地削减。另外，在具备硬件故障自我检测功能的PLC中，能够及时地得到对故障的警告消息。在应用软件中，能够将用户编程到能够向外围设备编程的故障自我诊断程序中，除了PLC之外，系统内的电路或装置也能够得到故障自我诊断保护。b)配套齐全,功能完善,适用性强到目前为止，PLC已经

15、开发并形成了大型、中型和小型的不同规模的系列性的产品。它可以在所有尺寸的工业控制情况下使用。除了逻辑处理功能之外，现代PLC还具有很强的数据处理能力，可以在多个数字控制字段中使用。近年来，PLC生产了许多功能单元，允许PLC进入各种工业控制，如位置控制、温度控制、CNC控制。随着PLC通信能力的提高和人机界面技术的发展，PLC已经很容易地组成不同的控制系统。c)这个系统的设计，设计工作量很小，很容易维护，很容易改造和重建。PLC用存储逻辑取代了电线接线的逻辑，大大减少了控制设备的外部控制线，大大减少了管理系统的开发和建设周期，以方便其维护修理。更重要的是，为了改变生产过程，在同一个设备上修改程

16、序是可能的。它适合许多品种和小批量生产过程。d)小尺寸，轻重量，低能耗对于一个非常小的PLC，如欧姆龙SRMIPLC，最小的尺寸小于100对，重量为1509，能耗仅为3.5瓦。由于其体积小，在机器内部容易加载，PLC是机械集成实现机电一体化的理想控制装置。1.5 PLC的应用领域范围PLC以广泛应用于各行业,使用情况一般分为以下几类：(l)运动控制PLC可以在控制圆周运动或线性运动中运用。由于控制机制的设置，I/O开关模块以前直接用于连接位置传感器和执行器，现在通常使用专用的运动控制模块。一个单轴或多个轴的位置控制模块，可以驱动步进引擎或伺服器。世界上几乎所有主要的PLC产品都有运动控制功能，

17、广泛应用于各种机器、机床、机器人、电梯等。(2)过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的关闭。作为工业控制计算机，PLC可以编制各种控制计算程序，完成关闭，破坏控制。PID调节是在一般的封闭型控制系统中使用较多的调节方法。大中型的PLC都有PID模块，目前许多小型的PLC也具有这种功能，一般用于处理专用的PID模块。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合十分广泛地应用。(3)交换量的逻辑控制这是plc最基本、最广泛的应用领域,它是传统的接力电路代替,实现逻辑控制、顺序控制,使用单一的设备的控制,又可以多机群控制和自动化的管道。主要有机械、钻床、包装线、注射器、印刷机、订书机、镀金

18、流水线等。(4)模拟控制在工业生产过程中，有许多连续变化的量，温度、压力、流量、液体位和速度都是模拟量。为了使得可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(模拟数字)和数字量(数字)的A/ D转换和D /A转换。PLC供应商制造A/D和D/A转换模块集，并使用可编程控制器以控制模拟量。(5)数据处理PLC在数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)、数据传送、数据转换、排序、查表等作用。可以进行数据的收集、分析、处理，可以完成。这些数据与存储在存储器中的参考值相比较，可以完成一定数量的控制操作，并且可以利用通信功能发送至另一智能装置，或打印映射。数据处理一般是大控制系统，如，无人柔性制造系统;还可

19、以用于造纸、冶金、食品工业等过程控制系统。(6)通信网络PLC通讯包括PLC与PLC之间的通讯等智能设备的通讯。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络的发展非常迅速，PLC的制造商非常重视PLC的通信功能，纷纷推出了自己的网络系统。最近生产的PLC具有通讯接口，通讯非常方便。5.1 PLC国内外应用发展状况1968年，美国通用汽车公司（GM）发布了更换电气控制器的请求，次年，美国数字设备公司（DEC）首次开发了plc=0。由于微处理器的出现，最初的PLC（70年代后期）发生了很大的变化。在美国、日本和德国，我们开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（PLC）。这大大增强了PLC的功能。软件方面

20、增加了算术运算、时间计算、计数等功能，增加了算术、数据处理、传输、通信、自诊断等功能。除了保留现有的开关模块外，还增加了模拟模块、远程I/0模块和各种特殊功能模块。增加存储器的容量以增加逻辑控制器的数量，并提供恒定数量的数据寄存器以扩展PLC的范围。80年代中期到90年代，PLC发展最早，增长率保持在30-40%左右。这一阶段的另一个特点是，世界上生产可编程控制器的国家数量与日俱增，产量与日俱增，微处理器的市场价格大大降低，而每种PLC的微处理器的这种增长都采用了PLC硬件软件的特点，大大增强了ED和成本性能显著提高。20世纪末，程序控制器的发展已经适应了现代工业的需要。从控制规模出发，研制了

21、大型机械和微型机械。从控制能力上，产生了压力、温度、转速、位移等各种控制的特殊功能单元。各种人机界面单元和通信单元都是从产品的组合能力中诞生的。安装集更简单。目前，可编程控制器已在机械、石化、冶金、汽车和轻工业领域得到发展。在新的21世纪，PLC将朝着高速、高智能化、大容量的方向发展，网络将有更大的发展，随着品种的增加，国际通用编程语言的出现，PLC的应用将会越来越普及。我国可编程控制器的引进、应用、研究和生产始于改革开放。可编程控制器最初广泛应用于进口设备。然后在各企业的生产设备和产品中不断扩大PLC的应用。随着我国现代化进程的不断深入，PLC在我国将有更广泛的应用。第二章 PLC 控制系统

22、设计原则和设计步骤2.1 设计原则1. 当设计PLC控制系统时，应最大限度地考虑并满足被控制的控制要求。设计前要深入现场调查分析，收集数据，制定电气控制方案。设计人员不应忽视与机械零件设计人员和设备操作人员的讨论与合作，应与他们共同制定并解决设计调试中的各种问题。2. 在满足控制要求的前提下，控制系统配置应简单、经济、方便、操作、安全可靠。3.考虑到生产过程的改进和发展会引起控制要求的变化，PLC在设计时要选择合适的容量，而且要保留一定的余量以防万一。2.2 设计步骤PLC 的应用系统的设计与调试过程的通常步骤如图所示，主要包括以下几个基本步骤：1、控制要件分析控制和分析控制对象的功能，以及对

23、工程条件的要求的系统的基本方法。在控制过程中理解非周期，如果是周期的，完成的动作等，需要注意是否应该监督，结果显示，报警的量，是什么需要必要的保护措施，是否有必要和联锁故障诊断等。2.确定I/O装置并且执行PLC草案。要求根据被控对象的控制输入的确定必要的装备，一般常用的也控制开关、按钮、传感器等、输出设备，一般常用的是，继电器、接触器、电磁阀等，根据招聘了i / o设备的类型和数量统计plc的i / o判定，需要适当的plc类型，存储器容量的i / o模块和电源模块等。3、分配PLC的I/O点明确PLC的各个输入点、各个输出点和各个输出执行部的对应关系，绘制PLC的输入I/输出O分配表或者输

24、入/输出端子的布线。可编程控制器应用系统的程序设计接着变为可能。4、PLC应用程序设计更复杂的控制系统时,控制过程分为几个阶段,不同阶段之间的联系及各阶段的功能决定条件,系统控制流程图的绘制,并说明动作的顺序和条件,最后制定了计划,设计梯形图。编制好程序后,可以先利用软件进行模拟调试,测试并排除出现的错误、使编写的控制程序能基本实现控制要求,为联机调试打好基础、缩短联机调试的周期。对于简单的控制系统可省去画控制流程图这一步。5、连机调试在前面这些步骤及现场施工完成后,就可以进行 PLC 与现场设备的连接调试。如果控制系统是由几部分组成的或步骤较多,在联机调试的过程中,可以按照先局部、分段、后整

25、体连调的方法,逐一排除问题和不足,直至程序完全的符合控制要求。另外,程序联机调试完,必须运行一段时间、经过实践的考验,才能确认程序是否达到控制要求。6、制作技术文件。这个工作指的是，控制系统的安装，动作说明书的制作，装置清单和系统的文档的整理，保存程序。第三章 三菱PLC网络化控制3.1MELSECNET/H网络三菱网络控制按照国际互联网工厂内部管理控制网工生产线内现场，总线控制网三层网络模式组态，最上层为信息网，中间是控制层网络，最下面是设备层网络，如图所示：在某种意义上将以态网细分为控制器网MELSECNET/H，和生产线内现场总线CC一Link，起到网络桥接作用。工厂内部控制器管理网采用

26、三菱公司专用的MELSECNET/H，它通过使用高速通信和大容量的链接软元件，可以实现在控制设备之间实时传输和机械设备运行参数相关的数据。MELSECNET/H网具有以下独特的优点:(l)实现了高速通一讯系统(a)MELSECNET/H能够以25MbpS和IOMbPs的通讯速度进行高速通讯(25Mbps只用于QJ7lLPZ一25光纤环路系统)。(b)通过使用专门为链接设计的处理器,链接扫描时间更快。(c)通过多路传送,光纤环路系统能够更快速地进行数据通讯。(2)大规模和灵活的系统配置(a)链接软元件具有较大容量:16384点用于链接继电器(LB)!16384点用于链接寄存器(LW)。(b)现在

27、每个站的链接点数可以设置成最高2000字节。(c)向其它站传送和接收数据的命令能够传送和接收最高960个字的数据。系统可以扩展到最多包含239个网络。(d)通过使用交互链接数据传送功能，不用创建顺控程序，数据就可以传送至另外的网络。(e)通过安装多个网络模块，可以使用路由功能，把PLC作为中继站，与八个网络系统上的目标站进行N:N通讯(瞬时传送)。(3)提供各种各样的通讯服务(a)通过指定接收站的通道号(1至64)可以进行瞬时传送。(b)通过使用低速循环传送功能，能够循环发送不需要以成批模式高速传送的数据。(c)上位站的CPU模块的中断顺控程序可以使用事件发布功能起动。该功能减少了系统的响应时

28、间并处理实时数据接收。(4)扩展了RAS功能(a)通过使用控制站开关功能，如果网络的控制站宕机，正常站代替控制站，能够继续网络通讯。(b)当故障站恢复并可以重新起动正常运行时，它使用自动返回功能自动返回网络重新起动数据通讯。(c)因为通过自动返回控制，宕机的控制站可以返回到网络作为正常站，所以网络停止时间缩短了。(d)通过使用环路回送功能(光纤环路系统)，能够通过断开故障区(诸如电缆断开、故障站等的网络部分)继续运行站间的数据传送。(e)通过使用站分离功能(同轴总线系统)，即使由于断电等原因而造成某此连接站宕机，也可以在其它运行站中继续正常通讯。(f)当由于断开等原因而使正常网络中发生错误时，

29、如果每个PLCCPU(双结构网络)安装了两个网络模块，即正常使用的模块和待机模块，可以通过切换到待机网络外的链接,数据刷新继续数据链接。(g)即使在系统运行时发生停止CPU模块的错误,网络模块也可以继续瞬时传送。(h)能够检查发生瞬时错误的时间。(5)增强了网络功能并使网络功能具有更大的兼容性。(6)提高了与Q系列GX Developer组合的网络配置的容易程度。3.2. cc一L1nk现场总线控制和信息处理融合了的现场总线CC一link，是一种省线、信息化网络不仅提供临时性的高度、分散控制、智能设备通信功能，而且还与现场许多设备厂商密切合作，提供开放的环境。与普通总线相比，具有以下独特特征。

30、(l)系统配置:一个主要站可以连接远程I/0站以及远程设备站!本地站!后站台站!包括智能机器局在内共有64个车站。(2)通信速度快、距离远：CC一Link达到了行业中最高的通信速度(10Mbit/S)，可确保需高速响应的传感器输人和智能化设备间的大容量数据的通信。(3)CC一Link站的类型如表l一1所示:(4)链接因素:各CC link链接系统共得到4096点的比特,合计512点的沃德数据组合的循环通信，并通过这些链接的要素，远程i /模拟模块、接口转换器等的FA设备产品和高速通信成为可能。(5)循环通信方式:CC Link链接系统中,主站，本站的循环数据区域，在各自的远程i /o远程设备局

31、、智能设备、空间站对应,远程输入输出及远程、寄存器的数据将被自动更新。(6)高速链路扫描:能够通过仅在主系统和远程I/O站中设置远程I/O网络模式来缩短链路扫描时间。(7)瞬时传送通信:除了自动更新的环形通信外，CC- link瞬时传输系统能够由主站、本地站、智能装置站发起，并且能够进行以下处理:l)某一PLC站可以读写出另一PLC站的软元件相关数据；2)主站PLC对智能设备站读写数据；3)能够用GXDeve1Oper软件对其他PLC站的程序进行读写数据或监控；4)上位的个人计算机等设备可以来读写一台PLC站内的软元件数据资料。(8)备份主函数:当主程序发生异常时，备份主程序将接管主程序，启用

32、网络数据链接继续。(9)中继器:CC - L1nk系统配备多种中继器，不降低通信速度，扩展通信距离,最长可达13.2km。(10)自动CC一Link启动:在只有主站和远程I/0站的系统中,如果不设定系统参数,当接通电源时,也可自动开始数据链接。(11)远程设备站初始设定功能:使用GX Developer软件,无需编写顺序控制程序,就可完成握手信号的控制!初始化参数的设定等远程设备站的初始化。(12)中断程序的启动(事件中断):当从网络接收到数据,设定条件成立时,可以启动CPU模块的中断程序。因此,可以符合有更高速处理要求的系统。中断程序的启动条件,最多可以设定16个。CC一Link现场总线以其

33、强大的兼容性以及开放性、低噪声高速通信速率、完备的备用主站功能、完备的RAS功能、强大的网络组态功能、高可靠性、自动回复功能、预约站功能、远程设备站初始化设定功能等几大特性赢得了众多企业的信赖,目前在中国许多重大的工程项目和典型设备中有大量的应用。3.3三菱PLC 的优点国际知名PLC品牌主要包括三菱、西门子、欧姆龙等，三菱PLC除了具有通用PLC的特点外，除了具有通用PLC的多种功能外,与其他品牌相比,主要还有以下优点:（1）性价比高与西门子PLC同功能类型相比，三菱QPLC具有价格优势，特别是在中小型控制系统的应用中，三菱PLC具有绝对优势，在我国中南部占有大部分市场。(2)性能好,功能强

34、大三菱PLC以速度快、响应快、性能稳定、扫描时间短而著称。例如三菱Q02HCPU的处理速度，输入(LD)为34ns(纳秒)，输出(MOV)为102ns(纳秒)，扫描时间可设置为0.5ms，三菱PLC可配置两个cpu。一个是基本CPU，另一个是运动控制或过程控制CPU，专门处理数据和模拟处理。所以它在数据处理方面有很大的优势。此外，三菱PLC内存、数据寄存器也可以扩展，支持多达8级扩展。电源供应，CPU可以取冗余系统，支持在线模块替换。在软件方面,编程接口是友好的,它可以粘贴连接功能块和设置参数,很容易编辑控制程序,系统配置和调试方便,它支持在线项目的变化(西门子PLC程序编写时,CPU必须停止

35、模式)。三菱CC - Link现场总线通信开发和发布较晚，其硬件和软件基础在行业中比较完善和先进。因此，三菱CC - Link在技术上具有独特的优势，是亚洲唯一能够与欧美竞争的现场总线。(3)易学好用三菱PLC编程符合亚洲人的思维方式。例如脉冲指令，三菱只需要在接触点添加一个箭头，西门子需要添加一个P和N，这更符合用户的使用习惯。该程序易于理解和维护。由于三菱PLC自身的诸多优势，赢得了各国用户的好评，尤其在亚洲拥有较高的市场份额。第四章 基于三菱 PLC 的伺服平台控制系统设计随着PLC技术、变频技术和伺服控制技术的迅速普及，以步进电机和伺服电机为执行元件的定位控制技术在工业生产中得到了越来

36、越广泛的应用。伺服电机不仅可以实现精确的速度控制，还可以实现精确的角度(位置)控制，具有较强的动态特性1。本文采用PLC脉冲输出端口直接控制伺服电机的运动，设计了电气原理图、PLC的主控制程序等，该系统能够实现与PLC主控制器的良好对接，具有良好的生产设备实用价值。4.1伺服电机控制系统的组成及其控制要求本文的伺服电机控制系统由PLC、伺服驱动器、伺服电机、触摸屏和一套单轴运动执行机构组成。系统组成如图1所示:控制要求：设计触摸屏控制接口，并具备手动控制和自动控制接口。在手动控制中，按下正向或反向的按钮，并且伺服马达能够在正向或反向操作。在自动控制时，按下自动按钮，伺服控制系统首先回到原点，并

37、执行多点控制，每到一点都停止1秒，反复循环。按下停止按钮，伺服马达就会停止。4.2伺服电机 PLC 控制系统硬件设计4.2.1 控制系统主要设备选型4.2.1.1 PLC 的选用鉴于直接控制伺服PLC,供出口,PLC类型32MT三菱薄膜晶体管。本文选择FX3U PLC系统、起源和搜索功能，具有原点搜索的功能指令，并且内置独立 3 轴最高 100KHz 的定位功能，可以同时控制 3 个轴的运动，完全满足伺服控制系统的定位控制要求。4.2.1.2 三菱伺服驱动器及其电机的选用本文选用三菱mr-j3-10a伺服驱动器和配套的hf-kp13伺服电机。mrj3系列伺服执行机构是在mrj2系列伺服执行机构

38、的基础上发展起来的。它们的动态响应过程更快，位置也更好。可与FX系列PLC、脉冲发生器、定位模块连接。4.2.1.3 触摸屏的选用本文选用三菱GT10系列触摸屏，支持FA透明传输功能。与三菱PLC连接后，PLC程序可读、可写、可监控。GT10与PLC之间的通信接口根据型号的不同可分为RS232、RS422和USB。传输速率可达115.2 KBPS。4.2.2 PLC 控制系统输入和输出的分配表为避免伺服执行机构在前进或后退过程中出现故障，设置两个位置开关限位保护。执行原点回归命令需要一个接近开关，因此需要三个输入点。PLC的输出信号主要是脉冲和方向信号，需要两个输出点。输入和输出点的具体分配如

39、表1所示。4.2.3 控制系统电气原理图的设计在图2中示出了控制系统的电气原理图的设计图。设备使用中的安全考虑执行机构左右,为了防止元件的破损,极限开关执行机构的两端分别设置SQ1、SQ2,将常闭触点接至伺服驱动器正反转限位端口(LSP、LSN),常开触点接至 PLC 的输入端口。SQ3是原点开关,执行原点回归指令时使用。4.3 伺服驱动器的参数设置在该系统中，服务器驱动器在位置控制模式下运行，fx3u-32mt的Y0输出脉冲是服务器驱动器的位置指令，Y1输出是服务器驱动器的方向指令。采用自动增益调整模式。根据以上要求，伺服器驱动参数的设置与表2所示的一样。4.4 伺服电机 PLC 控制系统软

40、件设计4.4.1 触摸屏的画面设计以三菱触摸屏为服务器控制系统的人机界面。手动控制画面上设置了插件点火、反转点火开关，与PLC辅助继电器M0和M1相对应。自动控制界面设有会员点、启动、静止开关，分别与PLC辅机M2-M4相对应，并插入自动运行速度数字输入元件，与PLC的数据存储器D10相对应。4.4.2 PLC 主要控制程序设计4.4.2.1 原点回归的程序设计如图(3)所示，返回原点是由ZRN命令实现的。当涡轮遥控OFF /秒时，服务器的电力以原点回转速度(频率为12000HZ)，在原点回转OFF /秒时停止，而在此期间，服务器的电力是在机器继续运行速度(频率为2000HZ)的情况下，按此指

41、令执行M8029电机和执行，准备了确认远定位置的程序。4.4.2.2 多点定位控制的程序设计多点定位控制可按绝对位置命令完成DRVA，如图(1)所示。按下启动按钮M3时，以D10设定的速度移动，K5500个脉冲量表示目标位置与原点位置的距离。M8029是脉冲输出退出的信号，而不是服务器电力启动退出的信号。因此，在连接M8029时，驱动一个定时器，在因适当的延时而减少停留脉冲的范围内的服务器服务器停止后，启动定位指令，提高定位精度。.4.5测试系统的搭建(l)CPU选取PLCCPU选取三菱QOZHCPU，它是三菱新型PLC中一种高性能PLC，最大可控制4096(X/YO一FFF)点的输入/输出(

42、I/0)，主基板12插槽，支持7级扩展，和主基板在一起总共可以达到64个I/0插槽，扩展性非常好。内置的RAM存贮器存贮容量64K，可存贮文件2个，ROM存贮器存贮容量112K，可存贮文件28个，QOZHCPU与三菱专用的GxDeve10per软件通讯传输速度更快。(2)模数转换模块选取模数转换模块选用Q64AD模块，它具有4个通道，每个通道都可以选择电压输入或电流输入，我们选择电压信号输入，Q64AD模块有以下几个特性：l)高速转换能在80u S/通道的高速下进行转换。2)高精度转换过程的精度是+/-0.1%(环境温度是2+/-5c°)3)可在线更换不用复位PLC CPU就可以在正

43、常模式和偏置/增益设置模式之间切换模块。4)兼容性好可与多种CPU配合使用，还可采用实用程序包进行初始化设置和自动刷新设置，不需要另外编程序。4.5.1系统搭建利用三菱MR一JZS伺服放大器控制伺服电机，可实现变频调速，MR一JZS伺服放大器与三菱PLC连接通讯。系统采用三菱Q64AD模块进行模数转换，要求接收电压在0一5伏之间，所以此传感器采集的电压信号还不符合转换要求，应采用了一级正向放大电路进行放大，放大到要求范围。传感器收集到的信号经过AD转换输入三菱QOZHCPU进行处理，测控系统框图如下：HC一SFS352伺服电机由MR一JZS伺服放大器控制变频调速，而QD75PI定位模块则主要控

44、制伺服电机转动的位置，例如：设定伺服电机转动一周发送36000个脉冲，设定起始位置的定位数据，根据以后发脉冲个数的多少可以准确了解伺服电机转过的角度。三菱电源模块、QOZHCPU模块、Q64AD模块、QD75PI定位模块通过基板电路相连接,QOZHCPU再通过一根RS232串口线与工业计算机通信。4.6三菱PLC软件编程PLC必须通过程序来驱动初始化，通过设置参数、命令，以实现基本的控制功能,，本试验要求伺服电机要精确定位，必须首先设置一个原点，一记忆这个原点，每次开机前伺服电机要回到这个原点，无论以前是停在偏离这个原点的哪个方向。另外还要设置上下限值，伺服电机在这两个极限间摆动。整个编程的思想与流程图如下：把编好的PLC程序通过232串口线传入