伺服控制工程课程设计报告.doc

伺服控制工程课程设计报告.doc

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一.设计要求和条件

本课程设计要求选择步进电机和交流伺服电机为驱动装置，以可编程控制器（PLC）为控制器，配合相应的伺服驱动器，设计并实现伺服电机对异步电机速度的跟随控制系统。

要求了解相关检测元件，掌握系统搭建的基本方法，用触摸屏设计监控界面，完成系统的程序编写与调试，并完成设计说明书的编写。

二.设计目的

通过在实验平台上完成伺服电机对异步电机速度的跟随控制，巩固和深化所学的专业理论，提高解决实际问题的能力。

使我们了解伺服控制系统的应用领域；掌握常用检测元件的选择和使用；掌握各种伺服驱动器的使用方法；能够设计并实现基本伺服运动控制电路；

三.设计方案论证

（一）.硬件的选择：

台达ASD-A0421-AB系列伺服驱动器，VFD-M系列变频器，ECMA-C30604ES伺服电机，台达DVP40ES00T2系列PLC，台达触摸屏DOP-A57BSTD，增量式编码器和异步电机。

（二）．硬件的介绍：

（1）VFD-M系列变频器：

变频器面板主要包括：

编程/功能选择键,资料确认键，频率设定旋钮，启动运行，停止按钮等

此次设计中用到的几个重要变频器参数设定：

P00:

04数字操作器上的V.R.控制

P01:

00运转指令有数字操作器控制

P02:

00电机以减速刹车方式停止01电机一自由运转方式停止

P03:

50.00~400.00HZ最高操作频率选择

P04:

10.00~400.00HZ最大电压频率选择

（2）台达ASD-A0421-AB系列伺服驱动器：

伺服驱动器的连接器与端子：

L1,L2为控制回路电源输入端，U,V,W为电机连接线，CN1为I/O连接器，CN2为编码器连接器，CN3通讯口连接器。

主要参数设定：

P1-00=2（外部脉冲列指令输入形式设定）

P1-01=0（控制模式及控制命令输入源设定）

P2-10=101（数字输入接脚DI1功能规划）

P2-11=104（数字输入接脚DI2功能规划）

P1-02=00（速度及扭距限制设定）

（三）.系统结构框图：

根据试验台的架构和实验要求此次设计的系统框图如下图所示：

四.系统流程图：

此设计所用的设备有台达变频器，异步电机，旋转编码器，台达PLC，伺服电机等，台达变频器控制异步电机，通过改变频率来改变异步电机速度，并利用旋转编码器使异步电机与伺服电机建立联系，最终使伺服电机跟随上异步电机的速度，伺服电机正反转的速度通过台达触摸屏来设置。

所做设计的流程图如下图所示：

五．硬件之间的接线：

（1）PLC与增量式编码器连接:

设计中用到的PLC的输入输出口并不是很多，PLC对编码器进行采集,编码器为增量型，其输出为A、B、Z三相，Z相为零脉冲检测线，主要用于电机转动圈数的计算，A相为脉冲检测的个数，B相和A相配合使用可检测出转动的方向，所以对于设计要求的异步电机的跟踪，只需用到A、B相将其接于PLC的XO、X1输入口。

伺服电机转速与方向控制，采用的是正逻辑的脉冲加方向控制，PLC输出口采用的是一组高速脉冲输出口CHO（X0、X1），X0作为脉冲输入口，X1作为方向控制

编码器配线

线色

端子名

褐色

电源（+Vcc）

黑色

输出A相

白色

输出B相

橙色

输出Z相

蓝色

0V

（2）PLC与伺服驱动器连接：

本次课程设计最终是要完成伺服电机对步进电机速度的跟踪，由PLC输出高速脉冲控制伺服驱动器达到定位。

结合伺服驱动器的标准接线方式，确定PLC与伺服驱动器的接线如图

所示。

六.人机界面的设计：

1.本次设计所用的人机界面软件为ScreenEditor1.05.86。

台大触摸屏与PLC连接，通过人机界面的画面控制电机的正反转及跟随功能。

a．建立主画面：

打开人机界面软件，新建一个文件，根据本设计的功能要求建立第一个画面，并添加标题文本，伺服跟随按钮，伺服正反转按钮，指示灯等属性，并为每个属性添加相应的地址。

界面如下图所示：

b．建立伺服电机跟随异步电机的功能画面：

新建第二个画面，添加伺服电机速度，异步电机速度，超速报警灯，启动跟随按钮，返回按钮，等属性，并为每个属性添加相应的地址。

界面如下图所示：

c.建立伺服电机正反转控制的界面：

新建第三个画面，添加伺服转速，设定转速，报警灯，正转按钮，反转按钮，启动按钮，返回按钮等属性，并为每个属性添加相应的地址。

界面如下图所示：

建立好人机界面之后进行编译，在界面之后在ScreenEditor软件中进行仿真，达到要求之后下载到台达触摸屏。

七.设计结果与分析

本次设计根据设计要求分别实现了伺服电机的正、反转，伺服电机跟随异步电机的转速。

首先电机转速信号的采集是由一台增量式编码器完成，采集到的旋转信号经PLC高数计算器读取到内部寄存器，由于PLC中有四个硬件高速计数器模块（HHSC0-3），他们分别有不同的读写I/O点，因此在使用过程中需要与程序编程过程机密集合，防止I/O点的重复使用。

伺服电机运转模式有速度、位置以及扭矩模式，不同的模式有不同的配线方式以及参数设置。

本次设计主要使用到位置模式，因此配线要严格按照位置模式的配线连接。

调试过程中出现电机转速异常、转向相反以及停转等现象，注意检查伺服驱动器的连线和参数设定是否准确。

PLC为伺服驱动器提供脉冲信号实现伺服电机的定位和定速。

接线过程中一定要确保Y0、Y1的准确连接，否则电机可能实现转向相反或者停转现象。

人机界面实现对电机转速和方向的监控，主要是通过对PLC程序的读取和修改，因此在对人机界面进行编程过程中，一定注意与PLC的正确通信。

设计体会

本次设计为伺服电机速度跟随系统的设计与实现，主要是在PLC的控制下，完成伺服电机对异步电机速度的跟随，并且能够控制伺服电机的正、反转。

经过将近两周的努力，最终完成了本次设计。

经过调试运行，实现了设计的要求。

通过本次课程设计使我对编码器，异步电机和伺服电机的工作原理进行了全面的总结，学会了怎样根据设计要求编写plc程序，并且能通过台达触摸屏组态监控画面控制电机的运转，使我对所学的专业知识进行了系统而全面的巩固。

经过本次毕业设计，自己从中学到很多东西，虽然此次设计所用到的设备自己并没有接触过，但凭着我的努力，对台达PLC有了深刻的了解，这不仅仅是对我学过的专业知识的一次巩固，也是对自动化设备的一次新的接触，了解了自动化设备在工业中的实际应用和安装，同时也培养了自己的团队精神，我和自己的另一个搭档分工合作，碰到问题共同解决，通过设计，提高了自己的动手能力、全面思考问题的能力以及把握未来自动化技术的发展方向。

当然从本次课程设计中自己也从中找出了自己的不足，即专业知识和实际不能很好的结合，思考问题不够全面，相信自己会在以后的工作及生活中渐渐的弥补自身缺点，并发挥自己的优点。

此外，在本次毕业设计中，得到了老师以及同学的帮助，在此一同表示感谢。

参考文献

1.邓秋香，使鹏举.触摸屏的原理和应用[M].2007.3

2.旋转编码器的原理和应用.2007.

3.台达PLC编程手册

4.台达VFD-B系列变频器使用手册。

5.台达DOP-HMI触摸屏使用手册。

6.台达ASDA-AB伺服驱动器应用技术手册2007.3