《运动控制技术及应用》电子教案 项目2-任务2 基于 PLC 的钻孔加工控制系统设计

课程单元教学设计首页课程课题：项目2任务2授课教师学时数6授课班级授课日期教学地点教学目标（1）掌握定位控制的表格运行、中断运行等有关指令。（2）掌握两轴控制的步进电机运动系统的设计方法。（3）能根据实际需要选择合适的步进系统。（4）能完成步进电动机和步进驱动器以及控制器（PLC）的电气连接。（5）会编写控制步进系统的PLC程序。教学重点与难点（1）掌握定位控制的表格运行、中断运行等有关指令。（2）掌握两轴控制的步进电机运动系统的设计方法。（3）能完成步进电动机和步进驱动器以及控制器（PLC）的电气连接。（4）会编写控制步进系统的PLC程序。教学方法教学手段PPT、边讲边练教学准备1、PLC本体:FX5U-32MT2、人机界面：GS21073、运动模组：运动模组XY轴有效运动行程400mm，z轴有效行程200mm4、步科3S57Q-04079型步进电动机，步科3M458步进驱动器5、电脑及相应软件参考资料教学反思​课程单元教学设计实施方案备注【任务目标】本任务主要是利用PLC控制步进电动机系统运行实现机械加工设备加工过程的控制。任务具体要求为：系统由一个旋转工作台（3工位均匀分布在圆周）和一个丝杆导轨钻孔机构（可上下移动）组成，丝杆导程为5mm。工作过程为：系统上电后先通过按钮控制设备回原点（导轨钻头和旋转工作台都要回原点）；装夹好被加工工件，按下启动按钮，工作台旋转到一工位（原点位置重合即回原点时已经是在第一工位）停止，钻头开始从原点位置快速移动到加工开始位置，然后以加工速度进行钻孔加工，加工完成后回到加工开始位置；工作台旋转到二工位，钻头再次下降加工，加工完成后回到加工开始位置；…以此循环加工完成3个工位的所有零件，，并一直循环下去。整个系统可以通过触摸屏进行操作,根据加工零件的尺寸和材质设定加工开始点位置、钻孔加工的深度、快速移动速度、加工速度等。设备在正常按下停止按钮时需完成本工位的加工任务后回到加工开始点后停止；在紧急情况下可以实现硬件按钮急停，急停之后只能重新对PLC上电且回原点之后才可以继续加工。【任务分析】本任务主要是在前面所学有关步进电动机知识的基础上，利用PLC来完成控制步进系统运行，这个任务主要是让我们学习中断、表格等多种指令在定位系统中的使用，通过教师的讲授，引导学生学会查阅有关资料来完成本任务。【知识准备】一.定位控制FX5U-32MTPLC本体CPU模块具有高速的I/O输出端子，可以实现4个轴的定位控制，如果添加一些运动控制模块或高速脉冲输入输出模块的最大可以达到控制12个轴。FX5UPLC定位通过各定位指令进行脉冲输出，并基于定位参数（速度、动作标志位等）进行动作。主要有原点回归控制和定位控制两大主要功能。在前面的项目任务中我们主要讲解了机械原点回归指令DSZR/DDSZR、脉冲输出指令PLSY/DPLSY、相对定位指令DRVI/DDRVI、绝对定位指令DRVA/DDRVA、可变速度运行指令PLSV/DPLSV，在这个任务中我们主要说说如何利用表格指令来实现多轴运行。1.中断1速定位指令DVIT/DDVIT中断信号要在GXworks3软件中进行设置，如图所示。示例：如图所示程序中，若X0为中断信号，程序执行过程为，当X17=ON时，轴1以5000的速度进行定位运行，如在运行过程中，当到检测到中断信号X0=ON,则轴1在中断信号后面以5000的速度还要运行的脉冲数为10000才停止。特别注意在程序中并没有出现X0是因为在前面的参数设置中已经设置了了X0为中断输入信号1并且已经启用。2.表格的使用方法与步骤（1）表格运行控制方式 1:1速定位(相对地址指定)； 2:1速定位(绝对地址指定)； 3:中断1速定位； 4:可变速度运行； 5:附带表格转移的可变速度运行； 6:中断停止(相对地址指定)； 7:中断停止(绝对地址指定)； 10:附带条件跳转； 20:插补运行(相对地址指定)； 22:插补运行(绝对地址指定)；（2）表格的使用主要步骤①使用GXWorks3，从“高速I/O”中设定定位参数。②使用GXWorks3，从“高速I/O”中设定表格数据。3.单独表格运行TBL示例：如图为执行控制方式[6:中断停止(相对地址指定)]的整个程序建立和执行过程。图1所示为定位参数设置。图2所示为轴1定位数据设置。多个表格运行指令DRVTBL示例：图所示为执行轴1中从表格No2开始依次按控制方式[5:附带表格转移的可变速度运行]、[3:中断1速定位]执行连续运行(中断2速定位)的整个程序建立和执行过程。图1所示为定位参数设置。图2所示为轴1定位数据设置，一共有3个表格，采用了三种不同的控制方式。图3所示为执行的程序。5.多个轴的表格运行指令DRVMUL示例：如图所示为同时执行轴1、轴2、轴4各动作的程序示例。图1所示为3个轴的定位参数设置。图2所示为轴1定位数据。图3所示为轴2定位数据。图4所示为轴4定位数据。图5所示为控制程序。【任务实施】1.根据控制要求画出控制系统原理图并完成硬件连接本系统主要由FX5U-32MT、步科3S57Q-04079型步进电动机，步科3M458步进驱动器、三菱GS2107触摸屏、按钮、位置传感器（行程开关）等组成。根据I/O分配表，整个系统原理图图所示。在图中SQ1、SQ2为旋转台的两个安全传感器，当这两个安全传感器为接通时，旋转工作台的步进驱动器才能正常工作；SQ3、SQ4为导轨的上、下极限位置传感器，当这两个安全传感器为接通时，导轨的步进驱动器才能正常工作；这四个传感器相当于一个硬件安全保护措施。根据工艺规范要求连接好硬件设备。注意驱动模块如果接24V电源时在PLS+和DIR+端要接入一个2KΩ1/4W的电阻；如果是接5V电源时则不需要接这个电阻。2.触摸屏设计D100存储单元存储的是加工开始点与原点之间的距离单位为cm，D102存储单元里面存放钻孔加工深度数据单位为cm；D104存储单元里面存储的是回原点速度；D106存储单元里面存储的是快进速度；D108存储单元里面存储的是钻孔加工速度。M301、M302、M303、M310分别关联回原点、启动、停止、及回归正常显示及格功能。3.PLC程序设计（1）脉冲计数。（2）使用GXWorks3，从“高速I/O”中设定定位参数。基本参数设置、原点回归参数设置（3）使用GX