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1、 学号 127301137 市职业大学毕业设计题目 基于PROFIBUS DP的伺服驱动设计与调试学生：专业班级：学院 (部)： 电子信息工程学院校指导教师： （副教授） 校外指导教师： 仲清清（生产部班长） 完成日期： 2015年 5月摘 要：运动控制系统在数控机床中的应用，主要采用永磁同步交流伺服电机运动控制整个系统。此实验室用的西门子s120进行实验，伺服驱动控制器对伺服电机进行控制，用S120控制伺服电机直接进行驱动，本课题的核心是进行预定轨道的设定，这样的话系统会稳定，控制效果比较不错。伺服控制器PROFIBUS-DP接口的引入，提高了工业自动化运动控制的水平，使伺服电机在工业控制网
2、络中的通信与控制更为方便、灵活和可靠，实际情况已证明这种控制方式效果好。PROFIBUS-DP总线和伺服控制系统在工业控制中应用非常广泛，这为带PROFIBUS-DP总线接口的伺服控制器提供了广阔的应用前景。关键字：自动化控制 伺服传动 S120 PROFIBUS-DPAbstract：The application of motion control system in CNC machine tools, mainly adopts synchronous AC servo motor motion control system of the permanent magnet. The S
3、IEMENS S120 laboratory experiment, the contr-oller to control the servo motor drive, S120 control servo motor dir-ect drive, the core of this topic is the orbit of the set, if such a system will be stable, the control effect is good.Servo controller is the introduction of profibus-dp interface, rais
4、ed the level of industrial automation control, servo motor in the industrial control network of communication and control is more convenient, flexible and reliable, good effect in actual situation has proved that this control method.Profibus-dp bus and servo control system is widely used in industri
5、al control, for the belt profibus-dp bus interface of servo controller provides a broad application prospect.Keywords: Automatic motion controlservodrive S120 Profibus-dp目录1.引言12.概述22.1运动控制系统的现状22.2西门子的工业网络体系22.3 PROFIBUS-DP32.4设计容与工作安排43.设备的选型63.1 PLC 基本单元73.2控制单元的选型83.3电机选型113.4触摸屏123.5电气图144.软件系统
6、设计164.1 系统的编程164.2调试18总结23致24参考文献：25 / 1. 引言随着工业自动化技术和通信网络技术的飞速发展，PLC应用领域大大扩展，PLC技术已经成为自动化行业核心应用技术。西门子S-7300PLC是目前市场占有率极高的大中型PLC，在工业上广泛应用。Profibus是一种国际化、开放式、不依赖于生产商的现场总线标准，广泛应用于工业自动化领域。其中Profibus-DP是一种高速(数据传输速9.6kbit/s-12Mbit/s)经济的设备级网络，主要用于现场控制器与分散I/O之间的通信，可满足交直流调速系 统快速响应的时间要求。由于其高可靠性、高性能、实时性好与其独特的
7、设计，已被几乎全部的生产厂商和用户所接受。伺服电机具有结构紧凑性,比较容易控制,能够稳定运行,反应快等优越性,越发成为现代工业自动化的一个重要运动控制的操作。在实际控制PROFIBUS-DP被广泛应用运用PROFIBUS总线对伺服的控制具有很重要的现实意义。2概述2.1运动控制系统的现状运动控制系统是机械运动的驱动装置，电机为控制对象，控制器为核心，与执行器，电力电子装置的电力改造，电气传动控制系统的引导下自动控制理论。这种系统来控制电机的转矩，速度和角度，将电能转换成机械能，进行机械运动要求的运动。在电气时代，汽车已在现代化的生产和生活中起着非常重要的作用。不仅在交通运输，医疗保健，商业和办
8、公，并在家电和消费电子产品，各种电机的广泛应用。从直流到交流电机控制系统，开环闭环，从模拟到数字，是基于网络的发展过程中PC机和运动控制的伺服控制系统，每个进程的发展在很大程度上，促进了运动控制系统的发展。近年来，伺服驱动控制的产品开始走向了机械类的舞台上，所以机械了的产品的数量和质量成为了我们最关心的问题。因此，近年来许多厂商开始使用通用伺服驱动控制系统，使得通用伺服驱动控制产品在之前许多冷门的产业中逐渐的发展起来了。2.2西门子的工业网络体系一般来说,企业通信网络可以分为三个层次:企业和车间级和现场级水平。企业通信网络为企业的高层管理人员,企业的生产和管理数据,提高企业的管理水平。车间级通
9、信网络之间的企业层次和领域之间的水平。它的主要任务是解决不同的进程之间的通信需要协调工作在车间,通信速度可以传输大量的数据和少量的控制数据。西门子工业控制网络主要由AS-I,工业以太网、现场总线, ,EIB总线组成。 (1)AS-iASI接口是开放的国际标准EN50295，用于现场级小数据量的传送。(2)EIB欧洲安装总线是一种特殊的现场总线标准使用在智能建筑领域,具有开放性的特点,可操作性和灵活性。可以通过编程改变EIB总线智能设备功能,它不仅可以完成诸如开关、控制、监测等,还可以根据不同的需求进行组合。 (3)PROFIBUSPROFIBUS总线是一种国际标准IEC61158 111型的一
10、部分,它定义了连续的现场总线系统的技术特点。从字段级控制器的串行总线单元分布式数字可编程网络。根据应用特点,现场总线分为:现场总线,PROFIBUS-FMS - DP和PROFIBUS - PA三个版本兼容。现场总线不仅适用于工厂自动化和过程自动化,也适用于交通工程、发电、输电和配电等。 (4)工业以太网具有PROFInet是基于IEEE 802.3(以太网)强大的区域单位和网络,是一个重要的国际标准IEC61158的一部分。PNO具有PRoFInet,是一个全面的现场总线系统垂直整合、开放和一致的解决方案。工厂自动化和企业信息管理技术有机地结合起来,并充分保留了现有开放的现场总线。2.3 P
11、ROFIBUS-DP传统的现场级与车间级与控制系统主要特点之一是，现场级的设备与控制器之间的连接是一对一的。所谓I/O接线方式，即传递420mA或DC24V信号。主要有以下缺点:u 信息集成能力不强u 系统不开放，可集成性差，专业性不强u 可靠性不易保证u 可维护性不高由于现场级设备信息不全，现场级设备的在线故障诊断，报警，记录功能不全。另一方面也很难完成现场设备的远程参数设定，修改等参数化功能，影响了系统的可维护性。随着通信技术的发展，结构简单，成本低廉，和远程传输的串行通信方式在工业控制领域得到了广泛的应用。具有串行通信接口的设备如果采用了统一的通信协议，便可以通过一对一双绞线来实现现场信
12、号的传输。基于现场总线的控制系统使用一根通信电缆，将所有的具有统一的通信协议通信接口的现场设备连接，这样的话，在设备层传递的不再是I/O信号，而是基于现场总线的数字化通信，由数字化通信网络构成现场级与车间级自动化监控与信息集成系统。其具有以下优点：u 增强现场级信息集成的能力u 开放式，互操作性，互换性，可集成性u 系统可靠性提高，可维护性好u 降低了系统与工程成本PROFIBUS由PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS和PROFIBUS-PA三个部分构成。其中，PROFIBUS-DP用来分散外设与控制设备间的高速数据传输，适和用于加工自动化领域；PROFIBUS-FMS适用于纺织
13、，楼宇自动化,PLC和抵押开关等，适合用于一般自动化；PROFIBUS-PA是过程自动化设计的总线类型，使用的是扩展的PROFIBUS-DP协议，还描述了现场设备行为的PA行规，适合用于过程自动化。2.4设计容与工作安排本课题以西门子的先进运动控制系统设备为平台，通过上位机软件对PLC进行编程，并通过伺服驱动控制器进一步控制伺服电机，利用西门子的软件，对系统的硬件与软件进行组态，并且将触摸屏添加到系统中，最终实现利用触摸屏来控制伺服电机。基于之前的系统组态，在软件中进行编程，控制伺服电机的速度、相对运动的速度与位置、绝对运动的速度与位置以与同步运动的速度与速度比，实现了基本的定位功能。本课题的
14、重点是对西门子先进运动控制系统的软硬件的熟悉，因此前期所花费的时间比较多，在熟悉了软硬件之后，接下来是对控制对象确定控制方案，在控制方案的选取上，进行了多个方案的比较，最终确定对电机进行相对运动、绝对运动以与同步运动的控制。在程序编写的时候，软件方面遇到了一些难题，由于对西门子的编程软件不是非常的熟悉，编程也花了许多时间，在指导老师的帮助下，解决了编程时遇到的问题与困难，最后实现了课题的研究容。3.设备选型SINAMICS S120是西门子新一代的驱动控制系统，它是集V/F、矢量和伺服控制于一体的驱动系统，多轴资源共享的理念和模块化的设计使得它能实现高效而又复杂的运动控制，其性能远远超过同类系
15、统。控制系统的组成如图所示。图3.1 SINAMICS S120驱动控制系统组成图图3.2 SINAMICS S120驱动控制系统实际图3.1 PLC 选型PLC选型一般根据以下几个方面：u 合理的结构形式，PLC主要有的是整体式与模块式这两种结构形式。模块式PLC性能好但价格贵，相比整体式PLC性能虽然有所降低但价格实惠，适和用于普通运用，所以这次设计选用整体式PLC。u 相应功能的要求，小型的PLC的有逻辑运算、计数、定时等功能对于常规控制要求完全可以满足，对于一些简单的模拟量运用，只需添加A/D、D/A模块即可，所以选用小型的PLC。u 响应速度要求，PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同PLC的响应速度一般都能满足它应用围的需求。这次设计只是普通运用，所以选用常规PLC。u I/O点
