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1、基于PLC和伺服电机的工作台位移控制 目录摘要3Abstract4第一章 课题简介5第二章 工作台的组成62.1PLC（S7-200）62.1.1PLC介绍62.1.2PLC的选型72.2伺服驱动器82.2.1伺服驱动器原理82.2.2使用伺服驱动器的基本要求82.3伺服电机92.3.1伺服电机介绍92.3.2伺服电机工作原理102.3.3伺服电机与步进电机的性能对比102.3.4伺服电机的选择112.4工作台机械部件132.4.1滚珠丝杠螺母副132.4.2联轴器142.4.3传感器14第三章 S7-200 可编程控制器173.1 S7-200的高速脉冲输出功能173.1.1 脉冲输出（PL
2、S）指令173.1.2 用于脉冲输出（Q0.0或Q0.1）的特殊存储器173.1.3 对输出的影响193.1.4 PTO的使用193.2 S7-200中断功能203.2.1中断事件优先级203.2.2 本课题所用到的中断功能23第四章 控制系统的执行244.1 元器件的布置244.2 PLC控制程序254.3 触摸屏324.4 调试32小 结33致 谢34参考文献35摘要 现代社会，随着科学的进步、自动化的不断发展，PLC已成为现代产业中必不可少的使用工具，我们应该尽可能的发挥出PLC的功能，使之能最大限度的满足被控对象的控制要求。本设计中为了能满足工作台的移动要求，我选用西门子PLC做伺服电
3、机的控制核心，用触摸屏来实现对伺服电机的控制，以便做到能使工作台能够在我的控制下实现自由来回的位移。本文主要介绍了PLC控制系统总体方案设计、设计过程、组成、列出的梯形图，并给出了系统组成框图，分析电梯逻辑关系，提出PLC的编程方法。关键词： PLC 伺服电机 控制 触摸屏AbstractModern society, with the progress of science, the continuous development of the automation, PLC has become essential in modern industry the use of tools, w
4、e should try to play a function of the PLC, so that it can maximize the satisfaction of the controlled object controlrequirements. This design in order to meet the mobile requirements of table, I chose to use Siemens PLC to do the core of the servo motor control, servo motor control, touch screen, m
5、ake the table in order to achieve freedom back and forth under my control displacement.This paper describes the overall design of the PLC control system design process, components, listed in the ladder, and gives the system block diagram, analysis of the elevator logical relationship proposed PLC pr
6、ogramming method.Keywords: PLC ， servo motor ， control ， the touch screen第一章 课题简介 三年大学时光我们学习了很多知识，其中机床的运动最让我们印象深刻，因此我决定设置一个简单的可以控制位移大小的工作台来作为我的毕业设计。 普通机床中工作台的运动通过工人的手动操作来实现，数控机床工作台运动通过事先编制的加工程序来控制，在加工过程中我们学生很好奇机床的运动是如何控制的。 在学习过机械设计、电机与电力拖动、PLC等课程之后，产生一个想法：自己制作一个可控制位移大小的工作台。 工作台运动通过伺服电机驱动，用PLC控制伺服电机，
7、电机带动丝杠螺母副实现工作台直左右位移，如下图所示。图1 .1工作台组成示意图第二章 工作台的组成如实物图的结构，其组成大体有五部分，包括够做电源、PLC（S7-200）、伺服驱动器、伺服电机、工作台机械部件（丝杠螺母副等）。图2.1工作台实物图2.1PLC（S7-200）2.1.1PLC介绍 在制造业和过程工业中，除了以模拟量为被控对象的反馈控制外，还存在着大量的以开关量（数字量）为主的逻辑顺序控制，这一点在以改变几何形状和机械性能为特征的制造业中，尤为突出。它要求控制系统按照逻辑条件和一定的顺序、时序产生控制动作，并能够对来自现场的大量开关量、脉冲、计时、计数及模拟量的越限报警等数字信号进
8、行监视和处理。这些工作在早期由继电-接触器电路来实现的，其缺点是体积庞大、故障率高、功耗大、不易维护、不易改造和升级等。 而目前，PLC控制器的程序存储容量多以MB为单位，随着超大规模集成电路技术的发展，微处理器的性能大幅提高，指令执行速度达到微妙级，从而极大提高了PLC的数据处理能力，高档的PLC可以进行复杂的浮点数运算，并增加了许多特殊功能，如高速计数、脉宽雕制变换、PID闭环控制、定位控制等，从而在以模拟量为主的过程控制领域也占有了一席之地，在一定程度上具备了组建DCS系统的能力。此外，PLC的通信功能和远程I/O能力非常强大，可以组建成分布式通信网络系统。 在组成结构上，PLC具有一体
9、化结构和模块式结构两种模式。一体化结构的PLC追求功能的完善，性能的提高，体积越来越小，有利于安装。而模块式结构的PLC则利用单一功能的各种模块拼装成一台完整的PLC，用户在设计自己的PLC控制系统时拥有极大的灵活性，并使设备的性价比达到最优。同时，模块式结构也有利于系统的维护、换代和升级，并使系统的扩展能力大大加强。 可编程控制器的产生是基于工业控制的需要，是面向工业控制领域的专用设备，归纳为以下几点：1. 可靠性高，抗干扰能力强2. 灵活性强，控制系统具有良好的柔性。3. 通用性强，使用方便4. 功能强，适应面广5. 编程方法简单，容易掌握6. PLC控制系统的设计、安装、调试、维护方便7
10、. 体积小、重量轻、功耗低综上所述，设计彩灯用德国西门子S7-200型编程器。2.1.2PLC的选型 一般选择PLC型号可以从对输入/输出点、存储容量、I/O响应时间、输出负载的特点、在线和离线编程等方面考虑。 1.PLC容量的选择首先对控制任务进行详细的分析，把所有的I/O点找出来，包括开关量I/O和模拟量I/O，以及这些I/O点的性质。I/O点的性质主要指它们是直流信号还是交流信号，它们的电源电压，以及输出是用继电器还是晶体管或是可控硅型。然后要对用户存储器容量进行估算。用户程序所需内存容量受到内存利用率、开关量输入/输出点数、模拟量输入/输出点数和用户编程水平等几个主要因素的影响。2.P
11、LC机型的选择（1）功能方面 所有PLC一般都具有常规的功能，但对某些特殊要求，就要知道所选用的PLC是否有能力完成控制任务。如对PLC与PLC、PLC与智能仪表及上位机之间有灵活方便的通信要求；或对PLC的计算速度、用户程序容量等有特殊要求等。（2）价格方面不同厂家的PLC产品价格相差很大，有些功能类似、质量相当、I/O点数相当的PLC的价格能相差40%以上。因此，在使用PLC较多的情况下，价格比是一个重要的因素。（3）售后服务用户应考虑相关的技术支持，统一型号以方便维护，系统改造、升级等因素。PLC主机选定后，如果控制系统需要，则相应的配套模块也就选定了。如模拟量单元、显示设定单元、位置控
12、制单元或热电偶单元等。2.2伺服驱动器 伺服驱动器（servo drives）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，主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。2.2.1伺服驱动器原理 目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，伺服驱动器可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路
13、,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。 随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题，越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。2.2.2使用伺服驱动器的基本要求对驱动器要求1、 调速范围宽 2
14、、 定位精度高 3、 有足够的传动刚性和高的速度稳定性 4、 快速响应，无超调 为了保证生产率和加工质量，除了要求有较高的定位精度外，伺服驱动器还要求有良好的快速响应特性，即要求跟踪指令信号的响应要快，因为数控系统在启动、制动时，要求加、减加速度足够大，缩短进给系统的过渡过程时间，减小轮廓过渡误差。 5、 低速大转矩，过载能力强 一般来说，伺服驱动器具有数分钟甚至半小时内1.5倍以上的过载能力，在短时间内可以过载46倍而不损坏。 6、 可靠性高 要求数控机床的进给驱动系统可靠性高、工作稳定性好，具有较强的温度、湿度、振动等环境适应能力和很强的抗干扰的能力。 对电机的要求 1、 从最低速到最高速
15、电机都能平稳运转，转矩波动要小，尤其在低速如0.1r/min或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。 2、 电机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。一般直流伺服电机要求在数分钟内过载46倍而不损坏。 3、 为了满足快速响应的要求，电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。 4、 电机应能承受频繁启、制动和反转。图2.2 伺服驱动器实物2.3伺服电机2.3.1伺服电机介绍伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号
