基于plc自动送料控制系统的设计

基于plc自动送料控制系统的设计内容摘要：

持全部的三菱 FX系列的 PLC，并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，并且具有仿真调试功能，从而大大缩短了调试程序的时间。 本课题设计的目的和意义 自动送料系统是当今常见的工业生产设备，因伺服电机有如下各种特点：是控制系统中的执行单元，是一种利用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的执行电机。 其中伺服电机最大的应用是在数控机床的制造中，因为伺服电机不需要 A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号 转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。 随着伺服电动机技术的发展，伺服电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。 由于计算机技术的发展，使得伺服电动机获得了广泛的应用和普及，除了在数控机床上的应用、计算机外围设备、钟表、数字控制系统、程序控制系统以及许多航天工业装置中得到应用。 伴随着不同的数字化技术的发展以及伺服电机本身技术的提高，伺服电机将会在更多的领域得到应用。 故自动送料系统伺服控制有很广泛应用价值。 随着微处理器、伺服电机可在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速， 快速起停、正反 转控制及制动等，这是伺服电动机最突出的优点。 伺服电机的性能在很大程度上取决于伺服驱动器，而伺服电机控制系统由伺服电机控制器、驱动器、系统软件等几部分组成，控制系统的每一部分对伺服电机的运行性能息息相关。 目前比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制伺服电机。 但采用单片机控制 , 不仅要设计复杂的控制程序和 I /O 接口电路 , 实现比较麻烦 , 而且对工业现场的恶劣环境适应性差 , 可靠性不高。 基于 PLC 控制的伺服电机具有设计简单、 实现方便、 定位精度高、 参数设置灵活等优点， 在工业过程 控制中使用可靠性高，监控方便。 当下已成为当代工业自动化的主要支柱之一。 因此用 PLC 来控制伺服电动机也是实际的控制系统中应用非常广泛，非常有实际价值。 5 第二章 系统控制方案的确定 自动送料系统伺服控制的概述 自动送料系统是常见的工业生产现场，其可使生产过程的供料、传送等程序实现自动化生产更可以和装配、包装等程序结合以提高生产效率。 在自动送料系统的伺服控制中主要研究的对象是对于系统的马达即伺服电机的控制。 伺服电机是一种将数字式电脉冲信号转换成（角位移或线位移）的机电元件，它的机械位移与输入的数字脉冲 有严格的对应关系，即一个脉冲信号可使伺服电机前进一步。 最早的伺服电机问世于 19 世纪 30 年代，早期的伺服电机由于性能较差，没有得到很好的利用。 随着电子技术、精密机械加工，特别是数字计算机的高速发展和数字控制系统的需要，使伺服电机获得了飞速的发展。 目前，伺服电机已经在数控机床、计算机外围设备、轧钢机自动控制、钟表工业等方面获得广泛的应用。 由于伺服电机构成的开环数控机床伺服机构。 这种开环控制方式，结构简单，系统调试方便，工作可靠，成本较低。 伺服电机的主要优点： 直接实现数字控制。 数字脉冲信号经环形分配器和 功率放大后可直接控制伺服电机，无需任何中间转换，这也使优于交直流电动机的地方。 控制性能好。 通过改变脉冲频率可在较宽的范围内实现均匀的调速，并能快速而方便地起动、反转和制动。 无接触式。 没有电刷和换向器也式伺服电机的一个关键性的优点。 抗干扰能力强。 在不仅带你机的负载能力范围内，步距角不受电压、负载以及周围温度变化等各种干扰的影响，保持运行的精度。 误差不长期积累。 伺服电机每运行一步所转过的角度与理论步距角之间总有一定的误差，在一转之内从某一步到任何一步将会一定的积累误差，但每转一圈的积累误 差将为零。 具有自锁能力（反应式）和保持转矩（永磁式）。 6 采用 PLC 的自动送料系统伺服控制的优点 从控制方式上看：继电器控制硬件接线逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能是很困难的；而 PLC 软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。 从工作方式上看：电器控制并行工作，而 PLC 串行工作，不受制约。 从控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而 PLC 通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。 从定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能 ； PLC 时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。 从可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差； PLC 无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。 系统设计的基本步骤 自动送料系统伺服控制设计与调试的主要步骤，如下图所示： 在动送料系统伺服控制的设计过程中主要要考虑以下几点： 深入了解和分析自动送料系统伺服控制的工艺条件和控制要求。 确定 I/O 设备。 根据自动送料系统伺服控制的功能要求，确定系统所需的用户输入 、输出设备。 常用的输入设备有按钮、选择开关等，常用的输出设备有指示灯等。 根据 I/O 点数选择合适的 PLC 类型。 分配 I/O 点，分配 PLC 的输入输出点，编制出输入输出分配表或者输入输出端子的接线图。 设计自动送料系统伺服控制的梯形图程序，根据工作要求设计出周密完整的梯形图程序，这是整个伺服电机控制系统设计的核心工作。 将程序输入 PLC 进行软件测试，查找错误，使系统程序更加完善。 本系统控制的整体调试，在 PLC 软硬件设计和现场施工完成后，就可以进行整个系统的联机调试，调试种发现的问题要逐一排除，直至调试成功。 7 系统结构的设计 根据控制要求 确定硬件配 置 确定课题 研究课题内容 确定方案 查找资料 设计电气原理图图 根据控制要求 编写程序 错误 调试程序 记录运行结果并分析 总结 图 21 系统设计的基本步骤 8 系统控制方案 系统组成及任务 本系统使用了 PLC、传感器、位置控制、伺服控制及气动等技术，分成自动供料和自动送料两个子系统。 自动送料子系统由机械手、伺服电动机、功率驱动器、定位传感器和传动轮等组成，它可以将抓取供料系统提供的零件以伺服方式自动送到所需要的固定位置。 管式料仓上放置 10 个零件，并且装有缺料和供料不足检测传感器。 机械手通过供料系统反馈的信 号抓去物料，然后伺服电机驱动机械手精确定位于所需位置。 供料系统和抓取机械手分别如图 22 和图 23 所示。 图 22 供料系统 图 23 抓取机械手 9 伺服电动机的转速决定于其输入信号的脉冲频率 , 并与频率同步 , 改变脉冲信号的频率 , 即可控制其转速。 利用 FX1N 的 位置控制指令 FNC158(DRVA)生成指定脉冲数目的方波 ( 占空比为 50%) 脉冲序列。 脉冲数、脉冲宽度或周期装入相应的控制寄存器。 改变脉冲数量，就可改变伺服电动机旋转的角位移；改变脉冲周期，就可改变控制频率，以改变伺服电动机的速度。 脉冲 信号由 Y0 的输出脉冲， 方向信号由 Y2 输出。 自动送料系统伺服马达的工作原理 自动送料系统马达即伺服电动机，其工作原理相是接受控制器或者计算机发出的脉冲信号而动作，即给一个脉冲信号，伺服电动机就转动一个角度或前进一步。 伺服电动机其角位移与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率可以调节电动机的转速。 本设计将 采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。 伺服系统位置控制模式的特点： 伺服驱动器输出到伺服电机的三相电压波形基本是正弦 波（高次谐波被绕组电感滤除），而不是象步进电机那样是三相脉冲序列，即使从位置控制器输入的是脉冲信号。 伺服系统 用作定位控制时，位置指令输入到位置控制器，速度控制器输入端前面的电子开关切换到位置控制器输出端，同样，电流控制器输入端前面的电子开关切换到速度控制器输出端。 因此， 位置控制模式 下的伺服系统是一个三闭环控制系统，两个内环分别是电流环和速度环。 由自动控制理论可知，这样的系统结构提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。 在足够高的开环增益下，系统的稳态误差接近为零。 控制伺服电动机最重要的就是要产生符合 要求的控制脉冲。 三菱FX1N40MT 型 PLC 本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率能够满足伺服电动机的要求。 但是伺服电动机要求把具有足够功率和一定频率的脉冲电压（电流）按着选定的顺序加给控制绕组，而计算机和 PLC 等控制器只能发出很微弱的脉冲信号，达不到能够直接驱动伺服电动机的功率，所以，必 10 须是 PLC 通过驱动器来控制伺服电动机。 其原理图如图 24 所示：。