KNTPHT3 三自由度运动控制系统实验指导书.docx
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KNTPHT3三自由度运动控制系统实验指导书
南京康尼科技实业有限公司
KNT-PHT3三自由度运动控制实训装置
实验指导书
KNT.CN
2011-3-4
它能在三维立体空间的任意轨迹上运动，实现复杂的运动控制，在X轴、Y轴、Z轴三个方向都采用了滚珠丝杠副作为机械运动机构，使三自由度十字滑台运行平稳、走位精准，将铣床的所有运动状态完全展现出来。
使用说明及注意事项
1、安全注意事项
1）上机实训前必须认真仔细阅读实验指导书。
2）严禁散落长发、衣冠不整操作设备。
3）安装设备时注意不要损坏各种阀件及气动元件。
4）请勿使用损坏的插座或电缆，以免发生触电及火灾。
5）安装时请在清洁平坦的位置，以防发生意外事故。
6）请使用额定电压，以防发生意外事故。
7）必须使用带有接地端子的多功能插座,确认主要插座的接地端子有没有漏电，导电。
8）为了防止机械的差错或故障，请勿在控制器和电磁阀附近放置磁性物品。
9）设备的安装或移动时，请切断电源。
2、使用注意事项
1）长时间不使用设备时请切断电源。
2）在光线直射,灰尘,震动,冲击严重的场所请勿使用。
3）在湿度较大或容易溅到水的场所,以及导电器械,易燃性物品附近请勿使用。
4）请勿用湿手触摸电源插头.防止触电或火灾。
5）用户在任意分解,修理,改造下无法享有正常的保修权利。
6）注意切勿将手以及衣物夹进电机或气缸操作部位。
实验一设备认识
一、实验目的
1．了解KNT-PHT3运动控制实训装置的基本组成；
2．熟悉KNT-PHT3运动控制实训装置各组成部分的功能和作用；
二、实验设备
1．KNT-PHT3运动控制实训装置；
2．AC220V电源；
三、实验内容
1、运动控制实训装置基本组成
KNT-PHT3运动控制实训装置主要由三自由度十字滑台、电气控制电路和实训桌三部分所组成，如图1-1所示。
图1-1KNT-P131/FG运动控制实训装置
1）三自由度十字滑台：
是运动控制实训装置的主要组成部分，它能在三维立体空间的任意轨迹上运动，实现复杂的运动控制，在X轴、Y轴、Z轴三个方向都采用了滚珠丝杠副作为机械运动机构，并采用伺服电机驱动，丝杆和电机轴之间采用弹性联轴器联接，使三自由度十字滑台运行平稳、走位精准，将铣床的所有运动状态完全展现出来。
主要技术参数
a外形尺寸：
700×600×1000（mm）
b横向行程：
250（mm）
c纵向行程：
250（mm）
2）电气控制电路：
电气元器件安装在实训桌的网孔板上面，电气电路主要包括伺服电机（装在十字滑台上）、伺服驱动器、PLC、开关电源及限位开关和按钮开关等，控制十字滑台完成各种任意复杂的轨迹运动和工件切削加工。
电气电路安装，如图1-2所示：
图1-2KNT-P131/FG运动控制实训装置电器安装图
a）小型断路器：
控制设备电源通断。
具有漏电、短路及过电流保护功能。
b）开关电源：
将交流220V转换为直流24V供中间继电器、传感器等弱电电路使用。
c）可编程控制器PLC：
主机采用GE（FANUC）IC695FTB001模块，输入/输出采用PMM335模块。
d）伺服驱动器：
β系列伺服驱动器，驱动X轴的伺服电机。
e）伺服驱动器：
β系列伺服驱动器，驱动Z轴的伺服电机。
f）伺服驱动器：
β系列伺服驱动器，驱动Y轴的伺服电机。
g）主轴电机为感应电机。
h）接线端子：
接线转换。
i）走线槽：
端子到各电器元件及电器元气件之间的连接线都经过走线槽。
控制操作面板，如图1-3所示：
图1-3控制操作面板
a）正转按钮：
主轴电机正向转动起动控制按钮。
转动
b）反转按钮：
主轴电机反向转动起动控制按钮。
c）停止按钮：
主轴电机停止转动控制按钮。
d）超程按钮：
超程操作按钮。
e）急停按钮：
当有异常紧急状况时按下此按钮保护人身和设备安全。
四、实验步骤
1、认真观测KNT-PHT3运动控制实训装置各组成部分的结构和外形；
2、认真观测每个电气元件在实训装置上所处的位置、结构外形和作用；
3、能够看到有铭牌的电气元件要求明白铭牌上标注的技术参数及符号所表示的意义；
4、认真观测每个气动元件在实训装置上所处的位置、结构外形和作用；
5、能够看到有铭牌的气动元件要求明白铭牌上标注的技术参数及符号所表示的意义；
6、通过以上实训要求基本了解实训装置各个组成部分的构造原理和工作原理；
五、问题与思考
1、KNT-PHT3运动控制实训装置主要由哪几部分组成？
各部分的有什么功能和作用？
2、KNT-PHT3运动控制实训装置的电气控制回路主要由哪些元气件构成？
具有什么功能？
实验二设备的构成
一、实验目的
1、了解运动控制实训装置三自由度十字滑台的机械构造；
2、明白三自由度十字滑台的基本工作原理；
二、实验设备
1、KNT-PHT3运动控制实训装置；
2、AC220V电源
三、实验内容
1、三自由度十字滑台
三自由度十字滑台主要由控制工作台在X、Z轴二个方向上运动的二个滚珠丝杠副和控制刀具安装夹具在垂直方向（即X轴）上下运动的滚珠丝杠副，刀具旋转的主轴驱动设备等器件构成，如图1-4所示。
图1-4三自由度十字滑台
1）滚珠丝杠副：
是运动执行机构，通过丝杆的正、反转动带动装在直线导轨副上的螺母块左右运动，以滚直线导轨副为导向支承的方式构成，具有活动灵活、运动平稳、精度高、摩擦系数小、结构紧凑等特点。
如图1-5、图1-6所示。
图1-5丝杠部件总装图
图1-6丝杠部件分解图
构成丝杠的各种器件，如图1-7所示：
图1-7构成丝杠的各种器件图
a）电机组件；
b）电机组件固定座；
c）弹性联轴器（连接电机轴和丝杠轴）；
d）前端支撑块；
e）导柱；
f）滚珠丝杠副；
g）丝杠螺母副；
h）滑座；
i）箱式轴承；
j）后端支撑块；
k）限位开关；
o）限位开关；
p）限位开关固定座
说明：
以上介绍的滚珠丝杠机构与实物滚珠丝杠机构有些差别，实物滚珠丝杠机构采用2根导柱，但工作原理是相同的。
2）工作台：
工作台面上开有T型槽方便将工件固定在工作台上进行加工，也可以用来固定夹工件的夹具等。
3）夹头：
用来夹紧固定切削刀具（如钻头，铣刀等）。
2、三自由度十字滑台基本工作过程
伺服电机的轴和滚珠丝杠副的丝杠通过弹性联轴器联接在一起，伺服电机转动时带动丝杠一起转动，丝杠螺母副、滑座和箱式轴承的组合件就沿着导柱做直线运动。
装载滚珠丝杠副上的工作台就可以在X轴和Z轴的平面上按照不同的任意轨迹运动，夹头沿着Y轴上下运动，这样便可以在三维立体空间实现任意不同轨迹运动，达到了不同工件按不同运动轨迹加工的目的。
夹具和主轴采用轴向联结，伺服电机通过传动机构驱动主轴转动，伺服电机的恒转速转动保证了加工产品的高质量和高工艺要求。
另外在滚珠丝杠直线运动机构的两端的极限位置上各装有一个限位开关，可以保护机械设备和电器设备的工作安全。
四、实验步骤
1、认真观测KNT-PHT3运动控制实训装置机械运动各组成部分的外形；
2、认真观测KNT-PHT3运动控制实训装置各机械运动执行单元的机械构造和外形；
3、通过以上实训要求基本了解实训装置各个机械组成单元的构造原理和工作原理；
五、问题与思考
1、KNT-PHT3运动控制实训装置的三自由度十字滑台由哪几部分组成？
它们有什么功能和作用？
2、滚珠丝杠副直线运动部件由那些主要器件组成？
说出滚珠丝杠直线运动机构有什么特点。
实验三主要电气元件的认识
一、实验目的
1、了解控制器PLC的基本功能
2、了接伺服放大器与伺服电机的电气连接；
3、掌握原点、超程信号的电气连接；
二、实验设备.
1、KNT-PHT3运动控制实训装置；
2、AC220V电源；
3、常用工具；
三、实验内容
1、可编程控制器PLC
1）主机模块
IC695FTB001可编程控制器是GE（FANUC）新近推出的一款高性能PLC，具有高速运算和高速数据吞吐的处理器。
控制器在多种标准的编程语言下能处理高达32KI/O。
这个强大的CPU依靠300Mhz的处理器和10Mbytes的用户内存能轻松地完成各种复杂的应用。
RX3i支持多种IEC语言和C语言，使得用户编程更加灵活。
RX3i广泛的诊断机制和带电插拔能力增加了机器周期运行时间，减少停机时间，用户能存储大量的数据，减少外围硬件花费。
图1-8IC695FTB001CPU模块
RX3iDemo箱中配置的CPU模块为IC695FTB001模块，如图1-8所示。
RX3iCPU有一个300MHZ处理器，支持32K数字输入，32K数字输出、32K模拟输入、32K模拟输出。
最大达5兆字节的数据存储。
有10兆字节全部可置的用户存储器，这意味着你能够在CPU中存储所有的机器文件。
CPU能够支持多种语言，包括：
a继电器梯形图语言；
b指令表语言
cC程序语言；
d功能块图；
eOpenProcess；
f用户定义的功能块；
g结构化文本；
hSFC；
i符号编程；
RX3iCPU有2个串行端子，即一个RX-232端口和一个RS-485端口，它们支持无中断的SNP从、串行读/写和Modbus协议。
具有一个三档位置的转换开关：
运行、禁止、停止。
有一个内置的热敏传感器。
2、伺服放大器与伺服电机
伺服放大器是伺服电机的驱动装置与IC695CPU模块密切配合，驱动伺服系统运行,如图1-9所示。
图1-9伺服驱动器实物图
1）IC695PMM335模块：
运动控制模块与IC695CPU模块密切配合，驱动伺服系统运行。
2）远程端子控制单元：
采集现场的原点信号、超程信号、模拟量信号、编码器信号等，通过光纤将此端子排与PMM335模块通讯。
3）远程端子排：
提供原点信号、超程信号、模拟量信号、编码器信号等的接线端子接口。
4）各端子的功能及作用，如图1-8所示。
图1-8为Terminal1端子排作用指示图
a1和19号引脚为模块供端子，“1”号端子接24V+，“19”号端子接24V-。
b2，3，20，21号引脚为数字量输出端子，提供了4组现场数字量的输出，用于现场继电器、电磁阀等相关驱动控制，采用共正接法。
c4～8，22～26号引脚为数字量输入端子，提供了8组现场数字量输入，用于采集现场原点、超程、启动等数字量信号，采用共正、共负接法。
四、问题与思考
1、GEIC695FTB001PLC功能强大可以支持哪几种编程语言？
2、KNT-P131/FG运动控制实训装置的电气部分采用了伺服控制系统，该系统具有什么特点？
实验四编程软件的使用
一、实验目的
1、熟悉编程软件界面；
2、熟悉编程软件的使用方法；
3、掌握编程软件的安装方法；
二、实验设备
1、PLC主机
2、编程/监控用计算机
3、下载电缆及编程软件（电子文件或光盘）
三、实验内容
1ProficyMachineEdition概念
ProficyMachineEdition是一个高级的软件开发环境和机器层面自动化维护环境。
它能由一个编程人员实现人机界面、运动控制和执行逻辑的开发。
GEFanuc的ProficyMachineEdition是一个适用于人机界面开发、运动控制及控制应用的通用开发环境。
ProficyMachineEdition提供一个统一的用户界面，全程拖放的编辑功能，及支持项目需要的多目标组件的编辑功能。
支持快速、强有力、面向对象的编程，ProficyMachineEdition充分利用了工业标准技术的优势，如XML、COM/DCOM、OPC和ActiveX。
ProficyMachineEdition也包括了基于网络的功能，如它的嵌入式网络服务器，可以将实时数据传输给企业里任意一个人。
ProficyMachineEdition内部的所有组件和应用程序都共享一个单一的工作平台和工具箱。
一个标准化的用户界面会减少学习时间，而且新应用程序的集成不包括对附加规范的学习。
ProficyTMMachineEdition软件界面
2、ProficyMachineEdition组件
1）Proficy人机界面
一个专门设计用于全范围的机器级别操作界面/HMI应用的HMI。
包括对下列运行选项的支持：
﹡QuickPanel
﹡QuickPanelView（基于WindowsCE）
﹡WindowsNT/2000/XP
﹡Proficy逻辑开发器－PC
﹡PC控制软件组合了易于使用的特点和快速应用开发的功能。
2）包括对下列运行选项的支持：
﹡QuickPanelControl（基于WindowsCE）；
﹡WindowsNT/2000/XP；
﹡嵌入式NT；
3）Proficy逻辑开发器－PLC
﹡可对所有GEFanuc的PLC，PACSystems控制器和远程I/O进行编程和配置。
﹡在Professional、Standard以及Nano/Micro版本中可选Proficy运动控制开发器。
﹡可对所有GEFanuc的S2K运动控制器进行编程和配置。
3、软件安装
为了更好地使用ProficyMachineEdition软件，编程计算机需要满足下列条件。
1）软件需要：
﹡操作系统Windows®NTversion4.0withservicepack6.0，Windows2000Professional，WindowsXPProfessional，WindowsME或Windows98SE均可。
﹡InternetExplorer5.5withServicePack2
2）硬件需要：
﹡500MHz基于奔腾的计算机（建议主频在1GHz以上）
﹡128MBRAM（建议256M）
﹡支持TCP/IP网络协议计算机
﹡150-750MB硬盘空间
﹡200MB硬盘空间用于安装演示工程（可选）
3）ProficyMachineEdition软件步骤如下：
﹡将ProficyMachineEdition光盘插入CD-ROM驱动器
通常安装程序会自动启动，如果安装程序没有自动启动，也可以通过直接运行在光盘根目录下的Setup.exe来启动；
﹡在安装界面中点击Install开始安装程序；
﹡跟随屏幕上的指令操作，依次点击“下一步”即可。
4）产品注册
在软件安装完成后，会提示产品注册画面。
软件注册画面
点击“NO”，你仅拥有4天的使用权限。
若你已经拥有产品授权，点击“YES”，将硬件授权插入电脑的USB通讯口，就可以在授权时间内使用ProficyMachineEdition软件。
4、工程管理
1）打开PACSystemsRX3i工程
点击开始>所有程序>GEFanuc>ProficyMachineEdition>ProficyMachineEdition或者点击
图标，启动软件。
在MachineEdition初始化后，进入开发环境窗口。
开发环境窗口
注意：
当你第一次启动MachineEdition软件时，开发环境选择窗口会自动出现，如果你以后想改变显示界面，你可以通过选择Windows>ApplyTheme菜单进行。
1）选择LogicDeveloperPLC一栏
点击OK。
当你打开一个工程后进入的窗口界面和在开发环境选择窗口中所预览到的界面是完全一样的。
点击OK后，出现MachineEdition软件工程管理提示画面，相关功能已经在图中标出，可以根据实际，做出适当选择。
从模板创建新工程
新建工程
显示所有存在的工程
启动时不出现此窗口
显示最近使用过的工程
打开已存有的工程
MachineEdition打开窗口
2）创建PACSystemsRX3i工程
通过MachineEdition，你可以在一个工程中创建和编辑不同类型的产品对象如：
LogicDeveloperPC，LogicDeveloperPLC，View和Motion。
在同一个工程中，这些对象可以共享MachineEdition的工具栏，提供了各个对象之间的更高层次的综合集成。
下面介绍如何创建一个新工程：
﹡点击File>NewProject,或点击File工具栏中
按钮。
出现新建工程对话框。
被选工程模板的式样和描述
选择所使用的工程模板
设置成缺省模板
输入工程名
新建工程对话框
﹡选择所需要的模板
﹡输入工程名
﹡点击OK
这样，一个新工程就在MachineEdition的环境中被创建了。
5硬件配置
用MachineEditionLogicDeveloper软件配置PACCPU和I/O系统。
由于PAC采用模块化结构，没有插槽均有可能配置不同模块，所以需要对每个插槽上的模块进行定义，CPU才能识别到模块展开工作。
使用DeveloperPLC编程软件配置PAC的电源模块，CPU模块和常用的I/O模块步骤如下：
1）依次点开浏览器的Project>PACTarget>hardwareConfiguration>mainrack（rack0）条目。
2）Slot0表示0号插槽号，Slot1表示1号插槽号等。
右键点击Slot，选择AddModule，软件弹出Catalog编辑窗口，根据模块的类型，选择相应的型号，点击“OK”就可以成功添加。
3）注意：
﹡RX3iCPU占两槽的宽度，可以安装在除最后两槽外的任意槽位上。
硬件配置
﹡在添加模块时，若在该模块的窗口中出现红色的提示栏，则表示该模块没有配置完全，还需要设定相关参数，如在配置ETM001通信模块时，除了添加模块，还要配置模块的IP地址。
Demo演示箱的相关模块配置如下表。
Demo演示箱的模块配置表
序号
模块
位置
0
IC695PSD040
Powersupplies
1
IC695CPU310
CentralprocessingUnit
2
空白
（usedwithshot1）
3
IC695ETM001
Communications
4
IC694ACC300
DiscreteInput
5
IC694MDL754
DiscreteOutput
6
IC695HSC304
空白
7
IC695ALG600
AnalogInput
8
IC695ALG704
Analogoutput
9
IC694MDL645
DiscreteInput
10
空白
空白
11
空白
空白
12
IC695LRE001
BusExpansion
6、工业以太网通讯设置
RX3i的PLC，PC和HMI是采用工业以太网通信的，在首次使用、更换工程或丢失配置信息后，以太网通讯模块的配置信息须重设，即设置临时IP，并将此IP写入RX3i，供临时通讯使用。
然后可通过写入硬件配置信息的方法设置“永久”IP，在RX3i保护电池未失效，或将硬件配置信息写入RX3i的Flash后，断电也可保留硬件配置信息包括此“永久”IP信息。
在设置的时候一定要注意将三者的IP设置在同一号码段处。
PLC的IP地址就是该通用底板上的通信模块网卡地址。
注意:
要设定IP地址时，必须知道以太网接口的MAC地址。
设定临时IP地址步骤如下：
1）将PAC系统连接到以太网上
浏览器的工程键（Project）下有一个PAC系统对象（target），右键单击单击此对象,选择下线命令，然后选择设定临时IP地址（SetTemporaryIPAddress）。
将自动弹出设定临时IP地址对话框
2）需要在设定临时IP地址（SetTemporaryIPAddress）对话框内做以下操作：
﹡指定MAC地址
﹡在IP地址设定框内，输入你想要设定给PAC系统的IP地址（应与以太网模块ETM001的IP地址一致）
﹡需要的话，选择启用网络接口选择校验（Enableinterfaceselection）对话框，并且标明PAC系统所在的网络接口。
3）以上区域都正确配置之后，单击设定IP（SetIP）按钮
对应的PAC系统的IP地址将被指定为对话框内设定的地址，这个过程最多可能需要1分钟的时间。
4）输入完毕后点击可以进行软件、硬件之间的通信联系，如果设置正确，能显示“connecttodevice”,表明两者已经连接上，如果不能完成软硬件之间的联系，则应查明原因，重新进行设置重新连接。
设定临时IP
第一次与PLC通信成功后，就可以将ProficyMachineEdition中的硬件配置信息，逻辑结构，变量值等信息下载到PLC中，也可以读取PLC中原有的信息。
7、输入梯形图程序
主程序入口
梯形图LD（LadderDiagram）编辑器用于创建梯形图语言的程序。
它以梯形逻辑显示PLC程序执行过程。
在MachineEdition软件中输入梯形图程序步骤如下：
在DeveloperPLC编程软件依次点击浏览器的Project>PACTarget>Logic，MAIN为主程序，窗口界面如图所示.根据程序的设计，在工具栏或工具箱中中找到需要的指令，放到相应的位置，在输入地址号，如地址号为I00001，只需键入1I，按回车键即可，也可对地址号在属性检查窗口进行管理，梯形图输入窗口界面。
程序编辑画面
8、上传/下降
把PLC参数，程序等在计算机上编辑好了以后，需要将内容写入到PLC的内存中。
也可以将PLC内存中原有的参数，程序读取出来供阅读。
这就需要用到上传/下载功能。
将参数配置，程序下载PLC的步骤如下：
点击工具栏中的
编译程序，检查当前标签内容是否有语法错误，检查无误后。
设置临时IP，建立临时通讯，在设定临时IP时，一定要分清PLC、PC和触摸屏三者间的IP，要在同一IP段，而且两两不可以重复。
在Navigator下选中target1,单击鼠标右键，在下拉菜单中选择Properties,在出现的Inspector的对话框中，设置通信模式，在PhysicalPort中设置成ETHERNET，在IPAddress设置原通信模块ETM001中设置的IP地址，如图3.8.1所示。
。
点击工具栏上的
按钮，建立通讯，如果设置正确，则在状态栏窗口显示ConnecttoDevice，表明两者已经连接上，如果不能完成软硬件之间的联系，则应查明原因，重新进行设置重新连接。
点击
按钮，是PLC在线模式，在点击
下载按钮，出现下载内容选择对话框。
PLC通讯标签属性和以太网卡参数设置
写入到FLASH内存中
控制器补充文件
强制变量值
逻辑结构
硬件配置
下载选择
初次下载，应将硬件配置及程序一起下载进去
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