基于工控机的伺服控制系统设计.doc
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基于工控机的伺服控制系统的设计与实现
**大学
本科生毕业设计（论文）
学院（系）：
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专业：
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学生：
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指导教师：
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完成日期2013年*月
2
**大学科生毕业设计（论文）
基于工控机的伺服控制系统的设计与实现
DesignandImplementationofServoControlSystemBasedonIndustrialPersonalComputer
总计：
30页
表格：
9个
插图：
34幅
**大学本科毕业设计（论文）
基于工控机的伺服控制系统的设计与实现
DesignandImplementationofServoControlSystemBasedonIndustrialPersonalComputer
学院（系）：
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专业：
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学生姓名：
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学号：
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指导教师（职称）：
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评阅教师：
完成日期：
38
基于工控机的伺服控制系统的设计与实现
自动化专业**
[摘要]本设计主要是以工控机作为上位机实现系统的监控，台达PLC作为现场控制器，伺服控制器作为执行器，PLC通过发送脉冲来实现交流伺服电机的正反转、点位控制和直线插补运动。
其中工控机和台达PLC是以RS232串口和ASCII协议的通讯方式控制ECMA-C30602ES伺服电机，力控软件和伺服驱动器以MODBUS协议通讯方式对电机运动状态进行实时监控。
使用ASDA-soft软件，以ASCII通信协议，完成了伺服驱动器的速度与定位测试；通过上位机监控程序的设计和PLC的编程，实现了伺服电机的速度控制与点位控制，经调试，运行情况满足系统性能要求。
[关键词]工控机；伺服驱动器；伺服电机；可编程控制器
DesignandImplementationofServoControlSystemBasedonIndustrialPersonalComputer
AutomationSpecialty**
Abstract:
Thisdesignismainlytoindustrialcontrolcomputerasthemonitoringhostcomputersystem,DeltaPLCasfieldcontroller,servocontrollerastheactuator,PLCbysendingapulsetoachievepositive,ACservomotorpositioncontrolandlinearinterpolation.TheindustrialcontrolcomputeranddeltaPLCisbasedonRS232serialportandASCIIprotocolcommunicationcontrolECMA-C30602ESservomotor,theforcecontrolsoftwareandservodrivebasedonMODBUSprotocolcommunicationmodeofmotorstatemonitor.TheuseofASDA-softsoftware,theASCIIcommunicationprotocol,completedthetestspeedandpositionservodrive;throughthedesignofPLCmonitoringprocedureprogramming,toachievespeedcontrolandservomotorcontrol,debugging,operationtomeetthesystemperformancerequirements.
Keywords:
Industrialpersonalcomputer;servodriver;servomotor;programmablelogiccontroller
目录
1引言 1
1.1研究背景及意义 1
1.2设计目的 1
2设备选型 1
2.1台达伺服驱动器 1
2.1.1伺服驱动器基本硬件配置方法 3
2.1.2驱动器信号端口的说明 4
2.2台达伺服电机 5
2.3台达可编程控制器 7
2.3.1DVP-40EH系列PLC的认识 7
2.3.2PLC的铭牌说明 8
2.3.3PLC的型号说明 8
2.3.4DVP-40EH系列PLC面板介绍 8
2.3.5PLC功能规格 9
2.3.6WPLSOFT软件 11
3伺服驱动器的调试 11
3.1空载的速度测试 13
3.2空载的定位测试 14
4硬件平台的设计 16
4.1计算机与PLC的通讯 16
4.2PLC与伺服驱动器的通讯 17
4.2.1PLC与伺服驱动器的配线 17
4.2.2伺服驱动器的参数设置 18
4.3系统的建立 18
5PLC控制程序的设计 19
5.1应用指令的功能简介 19
5.2PLC元件说明 21
5.3加减速程序设计 21
5.4正反转程序设计 23
5.5定位程序设计 24
6监控软件设计 25
6.1力控与台达PLC通讯设置 25
6.2力控数据库的组态 26
6.3力控监控画面的设计 27
6.3.1速度显示曲线 27
6.3.2定位监控画面 28
7实验结果与分析 29
结束语 30
参考文献 31
附录一：
数字输入（DI）功能定义表 32
附录二：
数字输出（DO）功能定义表 35
附录三：
程序 36
致谢 38
1引言
1.1研究背景及意义
伺服控制技术是自动化学科与生产部门联系最紧密、服务最广泛的一个分支。
近年来，伺服系统在高科技领域的应用越来越广泛，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路的制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系统（FMS-FlexibleManufacturingSystem）等。
不光设计到微电子行业、机械制造行业、通信行业、军事行业还有冶金行业、航天工业、运输行业以及家庭生活各个方面，而且必将发展应用到更新的领域。
计算机控制技术是一个包括自动控制技术、计算机技术、网络与通信技术、检测与传感技术、显示技术、电子技术的多学科交叉的综合控制技术。
其各个技术的发展与进步必然会给计算机控制技术带来巨大的变革。
其次实际的工业需求也是决定计算机控制技术发展趋势的主要因素。
随着自动化的快速发展，计算机在工业中也得到了广泛的应用。
在计算机的帮助下对自动控制系统进行实时监控。
本次设计主要是借助计算机对伺服电机进行有效的控制达到设计要求[1]。
1.2设计目的
为了让交流伺服电机的用途更加广泛，本次设计用台达PLC编程，计算机来监控使电机按照预定的轨迹，预定的速度、设定的位置做相应的运动。
从而实现自动和远程操控。
通过用计算机来控制伺服电机，不仅能检测运动状态还可以进行控制，即直观又方便。
实现交流伺服电机的有效控制，可以在很多的领域的到广泛的应用，为以后的学习和应用者提供很大的帮助。
通过本次设计也使我学到了很多书本上没有的知识，并且对计算机控制和伺服控制技术有了进一步的了解，为以后的学习打下了坚实的基础。
对伺服驱动器、可编程控制器、计算机控制技术有了系统的了解。
2设备选型
2.1台达伺服驱动器
伺服驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分。
而台达伺服驱动器是台达公司研发的，只能用于控制台达伺服电机的一款伺服驱动器，其作用类似于用台达变频器去控制三项异步交流电机。
台达伺服驱动器产品的控制回路均采用高速数字信号处理器，配合增益自动调整、指令平滑功能的设计及软件分析与监控，可达到高速位移、精确定位等运动控制需求。
台达公司有ASDA-A、ASDA-B、ASDA-AB、ASDA-A2、ASDA-B2等系列的驱动器，每个型号的驱动器的功能都不同并且使用方向也有所不同，根据本次设计的要求，本次设计选用ASDA-AB型号的驱动器[7]，以下是它的详细介绍，它的铭牌说明如图1所示，序号说明如图2所示，型号说明如图3所示。
图1驱动器铭牌说明
图2驱动器序号说明
图3驱动器的型号说明
台达ASDA-AB伺服驱动器内置Pt位置控制模式（命令由端子输入）、Pr位置控制模式（命令由内部寄存器输入）、S速度控制模式（端子/内部寄存器）、T扭矩控制模式（端子/内部寄存器）、Sz零速度/内部速度寄存器命令、Tz零扭矩/内部扭矩寄存器命令六种模式，可以通过伺服驱动器参数（P1-01）的设置来选择模式。
本次设计中主要用到的是伺服驱动器的位置脉冲（Pt）模式，它是通过脉冲的频率决定电机的转速，脉冲的个数决定电机转动的圈数，其对速度和位置都有严格的控制，一般用于定位控制。
PLC根据控制要求发出一定频率和个数的脉冲实现位置的精确定位。
伺服驱动器在位置脉冲模式下脉冲接受形式如图4所示。
三种脉冲形式最方便的是脉冲和方向控制，这也是本次设计中采用的方法，正负脉冲的形式也相对简单，伺服的一个脉冲口为正方向的脉冲输入口，另一个就为负方向控制口，采用AB相脉冲的话，可以直接和编码器进行连接，因为编码器发出的AB相脉冲，这样可以减少PLC这一环节，在实际设计中减少了设备的成本。
图4脉冲信号形式
2.1.1伺服驱动器基本硬件配置方法
伺服驱动器上主要有主回路电源接口、输出电源接口、信号接口（CN1）、电机编码器接口（CN2）以及通讯接口（CN3）等。
驱动器的各部分名称及说明如图5所示。
驱动器使用时需注意以下问题：
（1）检查R、S、T与L1、L2的电源和接线是否正确。
（2）确认伺服电机输出U、V、W端子相序接线是否正确，接错电机可能不转或乱转。
（3）使用外部回生电阻，需要P、D端开始，外部回生电阻应接于P、C端，若使用内部电阻时，则需将P、D端短路且P、C端开路。
（4）异警或紧急停止时，利用ALARM或是WARN输出将电磁接触器（MC）断电，以切断伺服驱动器电源。
（5）在110V机种，已将三相电源表示法R改为L1M,S改为L2M，成为单相入电，其原先T相入电位置已无任何作用（无回路）。
图5驱动器各部分名称及说明
2.1.2驱动器信号端口的说明
驱动器主要有有CN1、CN2、CN3三个信号接口[7]，以下是详细介绍。
（1）驱动器的CN1端口主要是和上位控制器（台达可编程控制器）链接，通过脉冲来控制电机的转动。
为了能更好的与上位控制器通信CN1端口提供了5组输出和8组输入。
控制器提供的八个输入设定与五个输出分别为参数P
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