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1、南 阳 理 工 学 院 本科生毕业设计（论文） 学院（系）： 电子与电气工程学院 专 业 ： 自 动 化 学 生 ： 指导教师 ： 完成日期 2012年 5 月南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）伺服电机对异步电机速度跟踪实验装置设计控制程序设计Design of Servo Motor For Asynchronous Motor Speed StrackDesign of Control Program 总 计 ： 23 页表 格 ： 8 个插 图 ： 16 幅南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）伺服电机度对异步电机跟踪实验装置设计控制程序设计Desig
2、n of Servo Motor For Asynchronous Motor Speed StrackDesign of Program Control 学 院（系）： 电子与电气工程学院专 业： 自 动 化学 生 姓 名： 学 号： 104091020034指 导 教 师（职称）： ）评 阅 教 师：完 成 日 期： 南阳理工学院 Nan yang Institute of Technology伺服电机对异步电机速度跟踪实验装置设计控制程序设计伺服电机对异步电机速度跟踪实验装置设计控制程序设计自动化专业 摘 要本设计用台达变频器驱动异步电机，用旋转编码器测量电机转速，速度信号反馈给PLC，
3、PLC驱动伺服电机跟踪异步电机转速，同时能实现用触摸屏做人机界面，使其能够通过触摸屏控制系统的的各个部件进行运转或停止，并且能通过触摸屏控制，来单独给定伺服驱动器一定的脉冲输出来控制伺服电机的转速，同时也能通过韩国奥托尼克斯生产的增量型旋转编码器的脉冲来测量变频器驱动的三相异步电动机转速。并将脉冲输入到PLC的来控制伺服电机的转速，从达到实现伺服运动跟踪系统的设计要求。关键词人机界面；变频器；编码器；可编程逻辑控制器；伺服驱动器；伺服电机Design of Servo Motor For Asynchronous Motor Speed StrackDesign of Program Cont
4、rol Automation Specialty Cao JunAbstract: The design of frequency converter with DELTA induction motor drive, with rotary encoder measuring the motor speed, speed signal feedback to PLC, PLC driven asynchronous motor servo motor tracking speed, and can realize do with touch screen man-machine interf
5、ace, so it can through the touch screen control system of each parts in motion or stop, and through the touch screen control, to separate the given servo driver certain pulse output to control servo motor speed, at the same time also can through the South Korea autonicks production increment rotary
6、encoder to measure the pulse frequency converter drive of the three-phase asynchronous motor speed. And to the input pulses PLC to control servo motor speed, from to reach servo movement tracking system design requirements.Key words: Human-computer interface ; inverter; rotary encoder ; programmable
7、 logic controller ; servo drive ;servo motor目 录1 引言11.1 研究背景11.2 研究的意义11.3 研究涉及国内外现状21.4 论文内容和主要任务32 控制系统的方案设计32.1 设计方案32.1.1 变频系统构成42.1.2 伺服控制系统52.1.3 PLC和人机界面控制系统62.2 实验台的设计规格73 系统设计过程中的问题和解决方案83.1 伺服驱动器出现报警83.2 伺服电机的转速达不到最大转速93.3 高速计数器不动做94 PLC控制系统程序设计104.1 程序流程图104.2 伺服电机正反转及段速程序设计实现114.3 伺服电机跟随
8、功能的程序设计实现114.3.1 SPD模式程序设计实现114.3.2 高速计数器模式程序设计实现125 人机界面程序设计145.1 人机界面参数设定145.2 人机界面画面设计15结束语19参考文献20附录21致谢23III伺服电机对异步电机速度跟踪实验装置设计控制程序设计1 引言1.1 研究背景随着科学技术、工业化技术、计算机集成制造技术和信息技术的发展，当今世界制造业即将进入全盘自动化的时代 1。制造业对于一个国家现代化建设具有不可替代的重要地位和作用，广义地讲，自动化技术是一门综合性技术，它和控制论、信息论、系统工程、计算机技术、电子学、自动控制等都有着十分密切的关系，而其中又以控制理
9、论和计算机技术对自动化技术的影响最大，是由一定范围的被加工对象、一定柔性和自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动制造，最后输出产品、文档资料2。从定义可以看出，它所涉及的学科范围很宽，呈多学科交叉状态，它的核心是制造科学和技术，通过系统工程技术的纽带作用将现代制造科学和技术和以计算机为基础的自动控制技术结合起来，实现有关科学和技术有机集成，从而形成一个有机结合的、多学科交叉的柔性自动化制造系统。自从1768年瓦特发明蒸汽机，人类开始进入了使用机器的时代。其借助于离心调速装置而使其
10、本身的转速保持稳定。这种离心调速装置就是世界上最早的自动化机器3。 20世纪40年代，通过美国数学家维纳等人的努力，在自动调节、计算机、通信技术、仿生学以及其他科学互相渗透的基础上，产生了控制论。这一理论对自动化技术有着深远影响。维纳提出的反馈控制原理，至今仍然是控制理论中的一条重要规律。20世纪60年代，随着复杂的工业生产过程、航空及航天技术、社会经济系统等领域的进步使自动控制理论得以迅速发展，自动化技术水平大大提高。两个显著进展是数字计算机得到广泛应用以及现代控制理论的诞生4。1.2 研究的意义伺服控制是自动化技术应用的一个重要发展的方向。随着自动化水平的不断提高,越来越多的工业控制场合需
11、要精确的运动控制。因此,如何更方便、更准确地实现位置控制是工业控制领域内的一个重要问题。运动控制的精确性主要取决于伺服驱动器和运动控制器的精度5。交流伺服电机的过负荷特性和低惯性更体现出交流伺服系统的优越性。交流伺服驱动技术已经成为工业领域实现自动化的基础技术之一，并将逐渐取代直流伺服系统。交流伺服系统有使用方便、易于控制的特点，在制造业控制中得到了更加广泛的应用，其控制特性具体体现在响应速度快、速度精度高、调速范围宽、加减速性能好等方面。随着计算机技术、电子技术、电机磁性材料的不断发展，交流伺服控制逐渐成为工厂自动化领域中运动控制的主流。现代伺服控制电机系统技术融合了电机、计算机、电力电子、
12、自动控制、精密机械、新材料和新科技等多种高新技术，是现代武器装备、工业自动化、办公自动化和家庭生活自动化等不可缺少的重要技术。为了更好地配合教学，使学习者更容易接受和掌握，有必要研制新的 PLC 实验、开发平台。正是在这样的形势下，提出了研制基于 PLC 控制的自动化制造系统教学实验设备之课题。该模型将综合伺服控制技术、PLC 控制技术、软硬件技术、传感器技术、变频控制技术，是一个典型的自动化产品，目的在于为学生提供自动化类教学的实验设备，让学生对自动化制造系统有更进一步的认识和了解，从而培养学生进行自动化产品的设计、安装和调试的能力。该自动化制造系统拟采用 PLC 控制，由旋转编码器对变频器
13、控制的异步电机工作过程进行检测，传送到PLC中经过软件程序运算后控制脉冲输出完成自动化生产过程。利用所研制伺服控制实验、PLC 各项实验，还可进行 PLC 与变频和伺服驱动相结合的综合实验等。整个过程既可由教师演示、讲解，也可由学生自己通过 PLC 编程实现，让学生在实验中轻松掌握 PLC、伺服控制、变频控制和工业自动化生产过程等方面的知识，同时通过安装不同加工工具进行二次开发，可培养学生的动手和思维能力，完全体现实验教学的特点，遵循实验教学规律，有利于学生全面巩固和掌握所学知识，易于实现感性与理性、兴趣与知识的结合，调动学生主动研究的探索精神，有利于大力开展创新教育，提高人才的综合素质。自我
14、设计和制作运动控制实验装置，可以将研制过程中掌握的技术、程序、图纸全部应用于教学中，具有自动化工程实践教学的现实意义。技术方案为：用变频器控制异步电机运行，用旋转编码器测试电机转速反馈给PLC，PLC控制伺服电机跟踪异步电机的运行。通过本题目的设计，提高学生对自动化工程的设计与调试能力，使学生有能力进入自动化行业发展。完成“仁”“义”“礼”“智”“信”等试验台主要以伺服电机的跟随以及正、反转等简单的动作实现为目标，以掌握自动化控制工程设计能力和安装调试能力为目的。完成毕业设计的同时，也填补实验室缺少伺服教学研究试验台的空白。1.3 研究涉及国内外现状本研究项目属于传动和运动控制自动化技术，通过编写PLC控制程序配合设计合理的硬件电气电路来实现对伺服电机异步电机速度跟踪的控制。伺服控制不仅应用于普通的工业和农业医疗等，在卫星和导弹的准确定位方面也起着越来越重要的作用，这种新型的控制系统已悄然改变着国外的生产的模式。我们国家的伺服控制系统的研究较国外晚一些，但是台达公司也推出了一些比较好的伺服控制系统。但跟国外还是有差距的，主要体现在控制的精度上，随着国内经济的发展，国内设备对控制精度的要求越来越高，现成的控制系统仍有许多需要改进和完善的地方，因此要不断地改进和技术革新。在国内，伺服电机在工农业方面的应用越来越广泛，同时随着近些年的国内出现
