基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杠运动运动系统实践设计

1、天津职业技术师范大学 课 程 设 计 说 明 书题目：基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杠运动运 动系统实践设计 指导老师： 陈 益 磊 班 级： 组 员：_ 目 录第1章 课程设计任务 1.1课程设计任务书.2 1.2课题来源.3 第二章 基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统实践设计 2.1系统的工作原理.4 2.2控制系统的结构原理图（电器原理图）.5 2.3控制器、驱动器参数设置.8 2.4控制系统的硬件接线图.11 2.5系统调试实验过程.13 2.6上位控制软件人机界面（VC+）.23 第三章 参考资料 .26第一章 课程设计任务1.1课程设计任务书课程设计课题：第1组题

2、目： 基于PARK 9040运动控制器的滚珠丝杠运动系统实践设计一、课程设计工作日自 2013 年 12 月 日至 2013 年 12 月 日二、同组学生： 三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）：1、目的和意义运动控制系统是一门重要的专业必修课，它具有很强的实践性。为了加深对所学课程（模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动、电力电子变流技术等）的理解以及灵活应用所学知识去解决实际问题，培养学生设计实际系统的能力，特开设为期一周的课程设计。2、具体内容写出设计说明书，内容包括：（1）整个系统的工作原理；（2）控制系统的结构原理图(电气原理图)

3、；（3）控制器、驱动器参数设置；（4）控制系统的硬件接线图；（5）给出调试实验过程。（6）*开发出相应实践项目，并给出指导书3、绘制上位控制软件人机界面图；（VC+）4、考核方式采用口试方式进行考核（以小组为单位），成绩按百分制评定。其中小组分数占60%，个人成绩占40%（包括口试情况和上交材料内容）；5、参考文献（1）、陈伯时电力拖动自动控制系统-运动控制系统（第3版）机械工业出版社，20031.2课题来源 滚珠丝杠是将角位移转化为线位移，或将线位移转化为角位移的理想产品，可以使传动和定位在同一零件上得到实现。另外，滚珠丝杠不但能作定位，传动零件，还可以起到定位的作用。由于使用滚珠作为其传递

4、运动的媒介，使得滑动运动变为滚动运动，从而大大减少了摩擦作用，提高了传动的效率。滚珠丝杠有效率高、精度高、微给进、使用寿命长等特点，因此，它成为了工具机械和精密机械上最常使用的传动元件。 在现代数控机床中，滚珠丝杆起了及其重要的作用。它作为数控机床运动系统中的传动，定位部件，其精度的高低往往直接决定着数控机床的加工精度。由于制造工艺和制造手段的限制，滚珠丝杠制造精度的提高已经变得十分困难，所以，高精度的滚珠丝杠检测手段就成为了补偿数控机床加工误差，提高机床加工精度的重要方式。另外，出于满足滚珠丝杠制造商对其出厂产品检验的需要，设计一种高性能的丝杆检验设备也是十分必要的。第二章 基于PMAC2型

5、运动控制器的滚珠 丝杆运动运动系统实践设计2.1系统的工作原理 运动控制通常是指在复杂条件下，将预定的控制方案、规划指令转变成期望的机械运动。一般表现为直接对电动机的控制，使其完成位置、速度及加速度等实时控制过程，使运动部件按照预期的轨迹和规定的运动参数完成相应的动作。 运动控制系统是以机械运动的驱动设备电动机作为控制对象，以控制器为核心，以电力电子、功率变换装置为执行机构，在自动控制理论指导下组成的电气传动控制系统。这类系统控制电动机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，对被控机械实现精确的位置、速度、加速度、转矩或力控制，以及这些被控量的综合控制。 基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杆运

6、动运动系统是由三相电源、变压器、接触器等电子设备和上位计算机、PMAC2运动控制卡型控制器、驱动器、电机、滚珠丝杆、编码器、接近开关以及光栅尺等机械器件组成的。三相电源380V经过变压器变压分别给电动机、驱动器和控制电路供电，接近开关对工作台的行程位置进行限位控制；上位计算机进行系统管理、任务协调和人机交互，运动控制器的主要任务是根据作业的要求和传感器件的信号进行必要的逻辑数学运算，将分析、计算所得出的运动命令以数字脉冲信号或模拟量的形式送到驱动器中，为电机驱动装置提供正确的控制信号。驱动器进行功率变换，并驱动电动机按照控制指令转动，并且带动滚珠丝杆以一定的精确度运动；编码器和光栅尺主要对滚珠

7、丝杆的速度、位置信息进行反馈，让控制器或者驱动器对反馈的信息进行比较并发出纠正命令，保证滚珠丝杆的精确度，进而保证工件的精确度。 基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统是全闭环控制系统，采用编码器对滚珠丝杆的运行速度进行反馈，从而驱动器可以随时更正命令参数使运动达到指定的精度；采用光栅尺等检测元件直接对滚珠丝杆进行位置检测，从而可以消除从电动机到被控单元之间整个机械传动链中的传动误差得带很高的静态定位精度。但其缺点是稳定性不高，系统设计和调整也相当复杂。系统工作原理图：2.2控制系统的结构原理图（电气原理图） 电气控制系统为整个控制系统提供电源，并对电源进行合理分配，以保证控制系统安

8、全可靠地工作，同时它也是控制系统的执行部分。机床电气控制部分主要实现系统总电源控制、急停、系统冷却控制、系统润滑控制、变压控制、电主轴变频器开关控制、伺服电动机上点控制、系统冷却风扇控制、状态显示灯控制、控制方式选择等功能。主要采用按钮开关、断路器（或空气开关）、电磁继电器、接触器等机床电气元件实现各种控制功能。电气控制部分为系统的各部分提供不同的电源，包括24V直流稳压电源用于PLC部分、三相交流220V电压用于伺服系统、三相交流380V用于电主轴变频器和冷却润滑系统等。基于PMAC2型运动控制器的滚珠丝杆运动运动系统的交流伺服系统作为电气系统的执行部分，采用三相四线制为系统提供电源。下图为

9、控制系统主电路，伺服变压器TM将380V高压变为220V的低压，为伺服驱动器提供工作电源，同时将外电网上的杂波同主电路隔开，以保证伺服驱动器可靠工作。QF2断路器为变压器提供电流保护。接触器KM1线圈通断电操作来实现整个主电路电源的控制，达到自动控制的目的。图中支路有一个断路器提供过电流保护，控制系统可以通过控制支路上的接触器来实现对支路的通断电控制。由于支路中有接触器，因此可以通过程序对支路断电状态实现自动控制。主电路采用TN-C-S接地系统，确保电路用电安全。下图也包含了电气控制系统的主控制电路，QF10为控制电路提供短路和过电流保护。开机时按下开机按钮SB2，接触器KM1线圈通电，主触点

10、闭合，主电路电源接通。当开机按钮弹起时接触器KM1线圈由自身的辅助触点保持电路的接通，系统交由软件控制。关机时按下关机按钮SB1，主电路断电。软件控制系统启动时，将中间断电器KA11线圈使能，其常开触点闭合，使关机按钮失效，防止由于误操作关机按钮造成系统突然断电故障。当控制系统可以接受关机操作时，软件控制系统使中间断电器KA11线圈禁能，其常开触点断开；使关机按钮有效。当系统发成异常时，可按下急停按钮使主电路断电。在主控制电路中串联了两个急停按钮SE1和SE2，将它们分别装在电控制柜操作面板上和机床上，以方便操作。主电气图：外部电器接线图：2.3控制器、驱动参数设置2.3.1 PAMC简介 P

11、MAC（programmablemultiaxescontroller）是美国DeltaTau公司九十年代推出的开放式多轴运动控制器，它提供运动控制、离散控制、内务处理、同主机的交互等数控的基本功能。PMAC内部使用了一片MotorolaDSP56003数字信号处理芯片，它的速度、分辨率、带宽等指标远优于一般的控制器。伺服控制包括PID加Notch和速度、加速度前馈控制，其伺服周期单轴可达60s，二轴联动为110s。产品的种类可从二轴联动到三十二轴联动。甚至连接MACRO现场总线的高速环网，直接进行生产线的联动控制。与同类产品相比，PMAC的特性给系统集成者和最终用户提供了更大的柔性。它允许同

12、一控制软件在三种不同总线（PCXT和AT，VME，STD）上运行，由此提供了多平台的支持特性。并且每轴可以分别配置成不同的伺服类型和多种反馈类型。 PMAC2 PCI Lite - 4轴脉冲加方向和/或PWM直接输出控制器。2.3.2 PAMC特点可以脱机运行上位机控制与主机总线或者串口通讯(PC/104 可选USB或以太网通讯)在板DPRAM选项在板 ADC (Option12)n 32-bit 在板 I/On 输出信号:模拟量(±10V), PWM, 脉冲信号 不同在于n 外形结构n 总线接口n 控制轴数和I/O能力pmac做什么？执行运动程序w PMAC 某一时刻执行一个运动,

13、 执行这个运动所有的运算w PMAC 对即将的运动指令提前进行运算执行 PLC 程序w 在处理器允许的时间内尽可能快的扫描后台PLC w PLC用在任何与运动程序异步的任务场合 Pmac任务优先级单字符输入/输出每个字符占用200纳秒,最高优先级保证PMA在字符操作时不会失去主机的控制换相更新缺省时无刷电机换相周期110微秒(换相操作占用3微秒 ),占用 PMAC运算能力的3%伺服环更新计算新的指令位置,读入新的实际位置,差值计算输出,缺省的伺服更新时间442微秒(更新操作占用3060微秒),占用PMAC运算能力7%实时中断(每I8+1个伺服更新周期)运动程序准备(每当开始一个新的运动,设置一

14、个内部标志)使能前台PLC0 和 PLCC0 后台任务执行PLC和PLCC、通讯响应和安全检查。PAMC2的主要参数: CPU时钟（缺省）： 40MHz 控制信号形式 ：PWM数字量 DPRAM选项 ： 在板 在板I/O点数 ：32IN/OUT+8IN 8 OUT 常用附件 ：ACC8F/ACC8S/ACC8E驱动器参数： TYPE RYC152C3-VVT2 INPUT Voltage 200-230V Phase 3 F.L.C 9.2A Freq. 50or60Hz OUTPUT Voltage 98v Phase 3 F.L.C 10A Freq. 0-2000Hz Power 150

15、0W SER.No 03A329B045G012 2.4控制系统的硬件接线图基于实验室的滚珠丝杠运动控制系统硬件接线图：基于实验室的滚珠丝杠运动控制系统硬件结构图：2.5系统调试实验过程步骤1Pmac 调试软件的安装1、 打开PEWIN32 PR的文件夹双击安装图标Install 1弹出安装画面如下：2、 单击PEWIN32 Pro ，弹出安装画面；序列号: S/N:23017703、 输入软件的序列号，单击OK，弹出安装画面；4、 单击Next，弹出安装画面;5、 单击Yes，弹出安装画面;6、 单击Browse选择安装目录，在单击Next弹出安装画面;7、 单击Next弹出安装画面;8、

16、单击Next弹出安装画面;9、 单击Finish，即安装完PEWIN32 PRO软件;10、 如果要继续安装PEWIN32 PRO软件下其他的软件包（有：PMAC Plot Pro，PMAC Tuning Pro，P1 Setup32 Pro，P2 Setup32 Pro，Tubro Setup32 Pro，UMAC Config Pro），可以在第一步中重新选择相应的软件，再逐步向下安装软件即可（注：所有软件的序列号相同）; 11、 重新启动计算机；安装Service Pack4.0（补丁4.0）1、 打开Service Pack4.0的文件夹；2、 双击Prosp40, 弹出P rosp4

17、0.exe窗口在单击Unzip将文件解压到c:deltatau下；3、 弹出成功解压窗口，单击确定；4、 打开c:deltatauDisk1,双击Setup5、 弹出安装向导窗口，单击Next；6、 弹出安装向导窗口，单击Next；7、 弹出安装向导窗口，单击Next；8、弹出安装向导窗口，单击Finish完成并重新启动计算机；PEWIN32PRO网口通信设定PEWIN32PRO 调试软件介绍发送在线指令查看电机状态设置M变量定义Watch窗口添加删除查询变量下载，上传运动程序和PLC程序步骤4PID调整打开PMAC Tuning Pro2手动调整PID步骤6坐标系及轴定义设置 简单运动程序的编写（例程）简单PLC程序的编写（例程）2.6上位控制软件人机界面（VC+） 为了满足运动控制系