毕业设计论文基于PLC的xy轴交流伺服运动控制装置.doc
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毕业设计(论文)
基于PLC的xy轴交流伺服运动控制装置
THEXYAXISACSERVOMOTIONCONTROLDEVICEBASEDONTHEPLC
学生姓名
学院名称
机电工程学院
专业名称
机械设计制造及其自动化
指导教师
年
月
日
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日期:
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导师签名:
日期:
年 月 日日期:
年 月 日
摘要
传统的运动控制系统由于其封闭式的结构、控制软件的兼容性差、容错性和可靠性差、缺少网络功能等缺陷,已不能满足现代运动控制的要求。
现代运动控制技术是计算机技术、传感技术、电力电子技术和机械工程技术等的继承和综合应用,用于机械传动的自动化和智能化的创建,对机械传动的运动位置、运动轨迹和各种运动参数进行实时的控制和管理。
本设计的主要工作是对机电一体化教学设备的控制系统的设计,该设计以对加工中心的设计方法及步骤为主线展开设计,包括控制系统总体设计,系统软件、硬件的选择,系统的调试等内容。
设计硬件如下:
信息处理和控制由PLC系统完成;驱动元件为国内自行设计、自主开发、自有工厂制造的全数字式MR-J3-10A交流伺服驱动器;执行机构是HF-KP13交流伺服电机;机械本体为一个两维的X-Y工作平台,是工业应用中最典型的控制对象之一;反馈检测元件为编码器。
关键词交流伺服;运动控制;PLC系统;检测元件;编码器
Abstract
Becauseofitsclosed-endstructure,poorcompatibility,faulttoleranceandreliabilityofcontrolsoftware,traditionalmotioncontrolsystemhasmanydeficienciestomeetthe
requirementsofmodernmotioncontrol.Modernmotioncontroltechnologyistheinheritanceandintegratedapplicationofcomputertechnology,sensortechnology,power
electronictechnologyandmechanicalengineeringtechnology,beusedforautomatedmechanicaltransmissionandintelligentcreation,themovementofthemechanicaltransmission,trajectoryandmotionparametersinreal-timecontrolandmanagement.
Themainworkofthisdesignistheintegrationofteachingequipment,mechanicalandelectricalcontrolsystemdesign,experimentalequipmentastheteachingareasareverticalmachiningcenter,sothedesignofthemachiningcenter'sdesignandthestepstodesignthemainline,includingthecontrolsystemdesign,systemsoftware,hardwareselection,systemdebuggingandsoon.Hardwaredesignisasfollows:
drivecomponentsforthedomesticself-designed,developed,manufactureditsownfull-digitalMR-J3-10AACservodrive;executingagencyistheHF-KP13ACservomotor;mechanicalbodyforatwo-dimensionalXYworkplatform,isthemosttypicalindustrialapplicationofthecontrolobject;feedbackdetectiondevicesfortheencoder.
KeywordsACservomotioncontrodetectiondeviceencoder
目录
摘要 I
Abstract II
1.1课题研究的目的和意义 3
1.2机电一体化系统概述 3
1.3课题背景 4
1.4课题内容 5
1.4.1设计条件 5
1.4.2设计内容 5
1.4.3设计要求 6
2系统设计 7
2.1基于PLC的X-Y轴交流伺服运动控制装置总体结构 7
2.2伺服系统的选择 7
2.3控制系统的选择 8
2.4系统运动方式的确定 8
3工作台的设计 9
3.1工作台设计及计算 9
3.1.1总体方案 9
3.1.2横向进给系统的设计计算 9
3.1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力 9
3.1.4确定进给传动链的传动比i和传动级数 9
3.1.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算 9
3.2结构设计 10
3.2.1滚珠丝杠螺母副的设计 10
3.2.2滚珠丝杠支承的选择 11
3.2.3轴承的选择 11
3.2.4连接方式 11
4控制系统硬件结构设计 12
4.1控制系统组成结构及分类 12
4.1.1控制系统组成结构 12
4.1.2控制系统的分类 12
4.2控制系统的选型 14
4.2.1可控制编程器(PLC) 14
4.2.2定位模块 16
4.2.3触摸屏 18
4.3伺服电动机设计 18
4.3.1交流伺服电机的分类和特点 18
4.3.2交流伺服电机的控制方式 19
4.3.3X-Y轴伺服电机的选型 20
4.4伺服驱动器 22
4.4.1伺服驱动器的结构 23
4.4.2伺服驱动器与伺服电机的连接 23
4.5控制系统参数设置 23
4.6系统电气电路的设计与实现 25
4.7机电一体化系统检测元件选择 27
4.7.1数控机床测量系统的分类与特点 27
4.7.2常用的测量元件 27
4.7.3码盘、光栅尺的选择 28
4.7.4编码器测速原理及保证回零精度的工作原理 28
5系统程序设计 30
5.1.PLC与定位模块的通信 30
5.1.1指定程序号 30
5.1.2PLC对定位模块FX2N-20GM工作参数的写入 30
5.1.3PLC对定位模块FX2N-20GM操作指令的读取 32
5.2PLC对伺服驱动器ABS(绝对)数据的读取 32
5.3定位模块中插补程序的编写及调用 32
5.4系统的报警与复位 35
5.5触摸屏画面的设计 35
结论 37
致谢 38
参考文献 39
附录 40
附录1 40
附录2 43
1绪论
1.1课题研究的目的和意义
本设计的主要工作是对机电一体化教学设备的控制系统的设计。
机电一体化技术是一项在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术,是将机械、电子等技术有机结合综合运用的新兴技术。
该技术主要涉及精密机械、自动控制、检测传感、信息处理、伺服传动、计算机等相关领域。
机电一体化技术的日新月异使高等学校和职业学校在教学实践上面临着新的挑战。
传统的机电一体化教学理论教学内容很多,而学生实验很少甚至没有,即使有也是针对于使用和操作机电设备,学生缺少在实践动手中联系理论知识的机会。
比如讲到伺服控制中的三环:
位置环、速度环、电流环的理论知识,老师讲了很多,但学生却缺少相应实验自己去操作从感性上认识加深这些理论知识,这样就使得毕业生走上社会以后面临重重困难,难以适应工作岗位的具体要求。
通用运动控制技术已逐步发展成为一种高度集成化的技术,不但包含通用的多轴速度、位置控制技术,而且与应用系统的工艺条件和技术要求紧密相关。
事实上,应用系统的技术要求,特别是一个行业的工艺技术要求也促进了运动控制器的功能的发展。
通用运动控制器的许多功能都是同工艺技术要求密切相关的,通用运动控制器的应用不但简化了机械结构甚至简化了生产工艺。
通用运动控制器的主要功能在多个行业得到广泛的应用。
伺服机械传动装置是伺服系统的一个组成环节,已广泛应用于各种精密机床和精密仪器工作台的自动定位、数控机床拖板移动、机械手与机器人的运动等。
其作用是传递转矩和转速并使伺服电动机和负载之间的转矩与转速得到合理的匹配。
通过这个课题的研究我们可以很好的将所学与实际相联系,更好的理解所学到得知识。
1.2机电一体化系统概述
机电一体化技术涉及到传感器技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术等关键技术。
典型的机电一体化系统包含以下几个部分:
图1-1机电一体化系统组成
1)信息处理与控制系统:
信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息,并对其进行相应的处理/运算和决策,实现要求的控制功能。
本课题研究的机电一体化实验台中,信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。
硬件包括输入输出设备、显示器、可编程控制器(PLC、单片机)和数控装置等。
本机电一体化实验台要求信息处理速度高,A/D和D/A转换及分时处理时的输入输出可靠,抗干扰能力强。
2)驱动元件系统:
按照系统的要求,为机电一体化产品提供能量和动力功能,去驱动执行机构工作,以完成预定的主功能。
本机电一体化实验台采用的是富士公司的伺服电动机作为动力驱动元件。
3)执行机构系统:
在控制信息的作用下完成要求的动作,实现机电一体化实验设备的主功能。
执行部件为运动部件,本机电一体化设备采用的是机械机构,即电动机带动滚珠丝杠作X、Y方向的位移,以完成设备的主功能。
执行机构是实现产品目的功能的直接执行者,其性能好坏直接决定着整个产品的性能,因而是机电一体化实验设备中重
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