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机床数控技术课程设计

南京工程高等职业学校

《数控机床电气控制》课程设计

姓名：

王柱学号：

0910126

系部：

电子工程系

专业：

电气自动化技术

设计题目：

无线控制双轴联动

2013年12月28日

摘要

在日常工业生产中常采用两轴或多轴进行机械零件加工。

多轴加工准确地说应该是多坐标联动加工。

采用多轴数控加工，具有如下几个特点：

（1）减少基准转换，提高加工精度。

多轴数控加工的工序集成化不仅提高了工艺的有效性，而且由于零件在整个加工过程中只需一次装夹，加工精度更容易得到保证。

（2）减少工装夹具数量和占地面积。

尽管多轴数控加工中心的单台设备价格较高，但由于过程链的缩短和设备数量的减少，工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用也随之减少。

（3）缩短生产过程链，简化生产管理。

多轴数控机床的完整加工大大缩短了生产过程链，而且由于只把加工任务交给一个工作岗位，不仅使生产管理和计划调度简化，而且透明度明显提高。

工件越复杂，它相对传统工序分散的生产方法的优势就越明显。

同时由于生产过程链的缩短，在制品数量必然减少，可以简化生产管理，从而降低了生产运作和管理的成本。

（4）缩短新产品研发周期。

对于航空航天、汽车等领域的企业，有的新产品零件及成型模具形状很复杂，精度要求也很高，因此具备高柔性、高精度、高集成性和完整加工能力的多轴数控加工中心可以很好地解决新产品研发过程中复杂零件加工的精度和周期问题，大大缩短研发周期和提高新产品的成功率。

关键词：

无线；PLC；定位PLC；双轴

1认知与了解双轴联动运动跟随系统

1.1实现过程··························································1

1.1.1工作盘运动·······················································1

1.1.2跟随运动························································1

1.2系统模型··························································1

1.2.1工作盘··························································1

1.2.2跟随装置························································1

1.2.3人机界面························································1

1.2.4遥控装置························································1

1.3原理分析··························································1

2系统、结构安装及程序编写

2.1系统框图··························································3

2.2电气原理图························································4

2.3PLC系统编程主要配置图·············································5

2.3.1FX2N-32MR系统编程主要配置图·····································5

2.3.2FX2N-20GM定位单元主要配置图·····································6

2.4PLC程序流程图·····················································7

2.5触摸屏界面图·····················································8

3系统配置及参数设定

3.1主要设备及元器件·················································10

3.2伺服系统配置参数·················································10

3.3变频器配置参数···················································11

3.4定位单元参数设置··················································11

4变频器通讯、定位单元应用及无线电遥控技术

4.1PLC与变频器通讯···················································13

4.1.1三菱变频器的设置···············································13

4.1.2三菱PLC的设置··················································14

4.2PLC与定位单元（FX2N-20GM）通讯应用·································14

4.2.1概述···························································14

4.2.2缓冲存储器·····················································15

4.3无线电遥控技术····················································17

4.3.1PT2262/2272编解码芯片原理简介··································17

4.3.2PT2262/2272特点应用范围·······································17

4.3.3PT2262/2272引脚说明···········································18

4.3.4PT2262性能参数表及编码格式····································20

4.3.5PT2262/2272地址码的设定·······································22

4.3.6典型应用······················································22

5结论··································································24

致谢··································································25

参考文献······························································26

附录一································································27

附录二································································29

附录三································································44

无线控制双轴联动毕业设计

1认知与了解运动跟随系统

1.1实现过程

1.1.1工作盘运动

使用HMI（遥控器）对FX2N-32MRPLC写入正传、反转、加速、减速、停止、监控显示（遥控器没有此功能）、数据写入（遥控器没有此功能）信号由32MRPLC安装的通讯模块利用串行通信指令RS来控制变频器实现变频调速，电机带动物料盘做旋转运动。

1.1.2跟随运动

使用MHI（遥控器）对FX2N-32MRPLC写入自动开始、停止、监控显示（遥控器没有此功能）、数据写入（遥控器没有此功能）信号由32MRPLC通过FROM/TO指令给定位FX2N-20GMPLC内部的缓冲存储器，从而实现开始启动、停止以及上述动作。

1.2系统模型

跟随系统是由工作盘、工作盘运动控制系统、跟随装置、跟随装置控制系统、人机界面、遥控装置组成。

1.2.1工作盘

工作盘是由直径300mm厚度8m的有机玻璃板制作而成。

工作盘运动控制机构由380V交流电机、减速比为1:

10的减速机、三菱E-700变频器、FX2N-32MRPLC组成。

1.2.2跟随装置

跟随装置是由3个丝杠组成。

X轴有两个平行丝杠固定，其中下侧的为主动驱动轴，上侧为从动轴，驱动轴和从动轴之间由同步带同步；Y轴平面装有霍尔传感器；下方为旋转工作盘。

跟随装置控制系统是由霍尔磁性传感器、SNCD-Z73磁性传感器、极限开关、三菱MR-J3-10A伺服放大器（Y轴）、三菱MR-J3-20A伺服放大器（X轴）、三菱HF-KP13伺服电机（Y轴）、三菱HF-KP23（X轴）伺服电机、FX2N-32MRPLC、FX2N-20GM组成。

1.2.3人机界面

人机界面是由三菱GT1155-QSBD-C触摸屏构成。

1.2.4遥控装置

遥控装置是由信号发射器和信号接收器构成。

1.3原理分析

本文所介绍的运动跟随系统的动作控制是：

工作盘是由交流变频控制，工作盘上可用双面胶固定多个磁钢（Ø8）；上端为XY十字工作台（伺服电机控制），考虑到机械强度的问题，X轴有两个平行丝杠固定，其中下侧的为主动驱动轴，上侧为从动轴；Y轴平面装有霍尔传感器；下方为旋转工作台，工作盘由交流电机（电机的速度由变频器控制）带着转动。

工作时，在工作盘放入磁钢，当工作盘转动时，X轴下部安装的霍尔磁性传感器须一直能够对应到磁钢（XY轴随动，传感器保持检测到磁钢而不脱开，如果脱开即告失败），从A点开始。

传感器跟随A点磁钢转动一圈后，移动到下一磁钢B点，以此类推。

工作原理分析：

HMI（遥控器）给予32MRPLC正转信号，32MRPLC使用RS指令通过485模块通讯给变频器使变频器以原始速度进行正转。

HMI（遥控器）给予32MRPLC自动开始运行信号，32MRPLC使用FROM/TO指令通过缓存存储器给FX2N-20GMPLC通讯进行写入/读出操作使得20GM开始自动运行。

在运行中20GM将根据32MRPLC写入的速度、坐标数据进行自动差补运算然后输出给伺服放大器,从而进行跟随运动。

2系统结构、安装及程序编写

2.1系统框图

图1系统框图

双轴联动跟随系统硬件见附录一

2.2电气原理图

图2电气原理图

2.3PLC系统编程主要配置图

2.3.1FX2N-32MR系统编程主要配置图

图3FX2N-32MR系统编程主要配置图

2.3.2FX2N-20GM定位单元主要配置图

图4FX2N-20GM定位单元主要配置图

2.4PLC程序流程图

图5PLC流程图

双轴联动跟随系统程序见附录二

2.5触摸屏界面图

触摸屏界面如图6至图9

图6触摸屏主界面

图7触摸屏控制界面

图8触摸屏变频器控制界面

图9触摸屏数据监控界面

3系统配置及参数设定

3.1主要设备及元器件

表1主要设备及元器件

元器件名称

型号

个数

单位

三相交流电机

80YS25GY38

1

套

电机减速箱

1:

10

1

套

伺服放大器

MR-J3-10A

MR-J3-20A

1

1

套

伺服电机

HF-KP13

HF-KP23

1

1

套

PLC

FX2N-32MR

FX2N-20GM

1

1

套

丝杠

3

套

电源盒

DR-120-24

1

只

变频器

E700

1

套

旋转编码器

ZKE48S8GR5

00Z12-24C

1

只

极限开关

HIGHLYSS05

2

只

磁性传感器

霍尔

SMCD-Z73

1

4

只

3.2伺服系统配置参数

表2伺服系统配置参数

No

简称

名称

设定值

PA05

FBP

伺服电机旋转一周所需的指令脉冲数

2000

PA14

POL

转动方向

X轴：

1

Y轴：

0

续表2

No

简称

名称

设定值

PA15

ENR

编码器输出脉冲

2000

PA19

BLK

参数写入禁止

000CH

3.3变频器配置参数

表3变频器配置参数

No

名称

设定值

Pr7

加速时间

0

Pr8

减速时间

0

Pr340

通讯模式选择

10

Pr79

运行模式选择

0

Pr117

PU通讯站号

2

Pr118

PU通讯速率

96

Pr119

PU通讯停止位长

11

Pr120

PU通讯奇偶校验

2

Pr121

PU通讯再试次数

9999

Pr122

PU通讯检验时间间隔

9999

Pr123

PU通讯等待时间设定

9999

Pr124

PU通讯有无CR/LF选择

0

3.4定位单元参数设置

表4定位单元参数设置

No

名称

设定值

3

最小命令单位

X轴：

0

Y轴：

0

8

加速时间

X轴：

1

Y轴：

1

续表4

No

名称

设定值

9

减速时间

X轴：

1

Y轴：

1

5

点动速度

X轴：

5000

Y轴：

5000

13

零点回归位置速度

X轴：

2000

Y轴：

2000

14

爬行速度

X轴：

1000

Y轴：

1000

15

回零位置方向

X轴：

0

Y轴：

1

16

机械零点

X轴：

0

Y轴：

0

17

零点信号计数次数

X轴：

0

Y轴：

0

18

零点信号计数开始点

X轴：

1

Y轴：

1

19

DOG输入逻辑

X轴：

0

Y轴：

0

20

LS逻辑

X轴：

0

Y轴：

0

4变频器通讯、定位单元应用及无线电遥控技术

4.1PLC与变频器通讯

4.1.1三菱变频器的设置

PLC和变频器之间进行通讯，通讯规格必须在变频器的初始化中设定，如果没有进行初始设定或有一个错误的设定，数据将不能进行传输。

注：

每次参数初始化设定完以后，需要复位变频器。

如果改变与通讯相关的参数后，变频器没有复位，通讯将不能进行。

参数号   名称    设定值   说明

Pr.117  站号     0   设定变频器站号为0

Pr.118  通讯速率     96   设定波特率为9600bps

Pr.119  停止位长/数据位长11   设定停止位2位，数据位7位

Pr.120 奇偶校验有/无  2   设定为偶校验

Pr.121  通讯再试次数 9999  即使发生通讯错误，变频器也不止

Pr.122 通讯校验时间间隔 9999   通讯校验终止

Pr.123 等待时间设定   9999   用通讯数据设定

Pr.124 CR，LF有/无选择 0   选择无CR，LF

对于122号参数一定要设成9999，否则当通讯结束以后且通讯校验互锁时间到时变频器会产生报警并且停止（E.PUE）。

对于79号参数要设成1，即PU操作模式。

注：

以上的参数设置适用于A500、E500、F500、F700系列变频器。

当在F500、F700系列变频器上要设定上述通讯参数，首先要将Pr.160设成0。

对于S500系列变频器（带R）的相关参数设置如下：

参数号  名称        设定值     说明

n1    站号     0     设定变频器站号为0

n2   通讯速率     96     设定波特率为9600bps

n3    停止位长/数据位长 11     设定停止位2位，数据位7位

n4    奇偶校验有/无    2     设定为偶校验

n5  通讯再试次数  - - -    即使发生通讯错误，变频器也不停止

n6  通讯校验时间间隔  - - -    通讯校验终止

n7  等待时间设定    - - -   用通讯数据设定

n8  运行指令权      0     指令权在计算机

n9  速度指令权      0    指令权在计算机

n10  联网启动模式选择   1     用计算机联网运行模式启动

n11CR，LF有/无选择 0   选择无CR，LF

对于79号参数设成0即可。

注：

当在S500系列变频器上要设定上述通讯参数，首先要将Pr.30设成1。

4.1.2三菱PLC的设置

三菱FX系列PLC在进行计算机链接（专用协议）和无协议通讯（RS指令）时均需对通讯格式（D8120）进行设定。

其中包含有波特率、数据长度、奇偶校验、停止位和协议格式等。

在修改了D8120的设置后，确保关掉PLC的电源，然后再打开。

在这里对D8120设置如下：

RS485

b15              b0

000 1100 1000 1110     0  C  8  E             

即数据长度为7位，偶校验，2位停止位，波特率为9600bps，无标题符和终结符，没有添加和校验码，采用无协议通讯（RS485）。

有关利用三菱变频器协议与变频器进行通讯的PLC程序如下：

见附录三

4.2PLC与定位单元（FX2N-20GM）通讯应用

当FX2N-20GM定位单元被连接到FX2N-32MR可编程序控制器上后，就可以设定诸如位移、操作速度之类的定位数据，还可以监控当前位置。

本部分解释说明了用可编程序控制器进行通信来执行这些操作。

4.2.1概述

通过定位单元内部的缓冲存储器来使用可编程序控制器FROM/TO指令就可以与可编程序控制器进行通信。

下面这个示意图显示了可编程序控制器和定位单元之间的通信。

图10PLC与定位单元之间的通讯示意图

FROM：

指令把BFM中的内容读到可编程序控制器中。

TO：

指令把可编程序控制器中的内容写入BFM中。

当执行顺序程序中的FROM或TO指令时，就会在可编程序控制器和定位单元之间进行通信。

这时，定位单元可能处于MANU模式或AUTO模式下。

缓冲存储器与定位单元中的特殊Ms和特殊Ds互锁。

当缓冲存储器中的内容改变时，特殊Ms和特殊Ds中的内容也会发生改变，定位单元自动在它们之间进行通信。

4.2.2缓冲存储器

表5缓冲存储器分配表

BFM号

被分配的设备

属性

说明

#0到#99

D9015到D9000

根据特殊数据寄存器的属性而变化（参考第6章）

特殊数据寄存器被分配给缓冲存储器，这些缓冲存储器和BFM#9000到D9019相交迭。

#20

M9015到M9000

R/W

[S]

特殊数据寄存器被分配给缓冲存储器

#21

M9031到M9016

#22

M9047到M9032

续表5

BFM号

被分配的设备

属性

说明

#24

M9079到M9064

R/W

[S]

特殊数据寄存器被分配给缓冲存储器

#25

M9095到M9080

#26

M9111到M9096

#27

M9127到M9112

#28

M9473到M9128

#29

M9159到M9144

R/W

#30

M9175到M9160

#31

未定义

-

-

-

#32

X07到X0

R

[S]

输入继电器被分配给缓冲存储器。

但是,X10到X357没有被分配。

在FX2n-10GM中X0到X3和X375到X377被分配给缓冲存储器。

#33到#46

未定义

-

-

#47

X377到X360

R

[S]

#48

Y7到Y0

R/W

[S]

输出继电器被分配给缓冲存储器。

但是,Y10到Y67没有被分配。

在FX2n-10GM中Y0到Y5被分配给缓冲存储器。

#49到#63

未定义

-

-

#64到#95

M15到M0至M511到M496

R/W

[S]

通用辅助继电器被分配给缓冲存储器。

R：

这个缓冲存储器是只读的。

你不能对它进行写入操作。

R/W：

这个缓冲存储器即可读又可写在读写数据时，对于“S”类的缓冲存储器使用16位指令，对于“D”类的缓冲存储器使用32位指令。

对于字设备缓冲存储器编号和特殊数据寄存器的编号相等。

*1D9300到D9305和D9500和D9505被分配作为检测绝对位置的参数。

因为绝对位置检测是在定位单元电源开启时执行的，所以缓冲存储器不能用来启动绝对位置检测。

（但是这样的缓冲存储器可以被读取。

用一个定位用的外围单元来设定检测绝对位置的参数。

记住，当在FX2N-10GM中使用以后将说明的表方法时，也要求使用定位用的外围单元。

传送到#32或以后的缓冲存储器的传送指令所需的执行时间大约是常规执行时间的两倍。

文件寄存器（#4000到#6999）只对[D]FROM指令有效

[D]TO指令不会被执行。

4.3无线电遥控技术

4.3.1PT2262/2272编解码芯片原理简介

PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

编码芯片PT2262编码信号是由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，从17脚输出到射频发射模块的数据输入端发射出去。

射频接收模块接收后送到解码芯片PT2272，其地址码经过三次比较核对后，PT2272的VT脚才输出高电平，与此同时与PT2262相应的数据脚也输出高电平，如果PT2262连续发送编码信号，PT2272第17脚和相应的数据脚便连续输出高电平。

PT2262停止发送编码信号，PT2272的VT端便恢复为低电平状态。

高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

4.3.2PT2262/2272特点应用范围

4.3.2.1PT2262/2272特点

（1）CMOS工艺制造，低功