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405实验台实验指导书
实验1可编程控制器控制油缸运动
1.PLC工作原理
PLC即可编程控制器(ProgrammableLogicController),如图2.2,它实际上是一种工业控制微机,其组成如图2.3:
K0~K11点动开关输入端公共端子COM
光栅输入端口电源指示灯
~220V输入
保险盒FU
电源开关
输出端电压AC220V计算机接口
输出端
COM0COM1COM2COM3COM4
如图2.2可编程控制器主机板DB-3
图2.3可编程控制器组成
PLC的工作很像一个继电器系统,PLC的工作方式为周期扫描各端口,再逐条执行,从而实现周期自动控制。
其每个周期包括输入采样、程序执行、输出采样三个阶段。
作为三大工业控制器之一的PLC(可编程控制器),以其小型化、高可靠性、和低价格、完善的功能等优点,已在工业控制领域占据主导地位。
此模块外部设备可包括计算机、各种电器设备、传感器、电机等。
PLC主机控制箱的型号为LG的Master-K120S。
2、实验目的
1、熟悉PLC的控制指令,熟悉PLC的性能、编程技巧。
能够理解一定程度的PLC程序(梯形图)。
2、熟悉常用液压元件的性能和使用方法,油缸的速度控制、位置控制的基本方式,通过实验把电器控制和液压传动结合起来。
3、提高自身对现代化生产的认识,通过对实验电路和油路的装配、连接、调试、检测,加强其动手能力。
3、实验原理
系统控制原理图如图3.3所示。
电磁换向阀1YA、2YA分别由PLC控制面板K0、K1按钮控制
图3.3控制原理图
4、实验设备
1、机电液综合实验平台;
2、可编程控制器主机板(PLC模块);
3、液压供油系统(油箱、油泵4ml/s、电机380V/50Hz、电磁换向阀、溢流阀);
5、油管(2条);
6、油缸(40/25*200mm);
7、数据传输线;
8、工程控制计算机;
9、KGL-WC编程软件;
10、安全导线若干;
5、预设实验运行要求
设置两个点动开关,分别控制油杆的出缸和入缸,实现点动控制。
6、实验步骤
1、学习PLC编程软件的应用及可变程序控制器的使用方法。
2、根据液压系统原理图将实物连接起来(将油箱的两个油管与油缸相接)。
3、用KGL-WC编程软件编制PLC控制程序。
4、用数据传输线联机计算机与可编程控制器,将程序传入控制器中(在KGL-WC编程软件中编好程序,如图3.4)。
5、根据所编程序,将电磁换向阀1YA、2YA分别与可变程序控制器面板上的P44、P45相连接(1YA的一端与PLC面板的P44相连,另一端与继电器面板上FR的一端相连,FR的另一端与电源板~220V负极相接,~220V正极与PLC面板的COM4相连;2YA的一端与PLC面板的P45相连,另一端与继电器面板上FR的一端相连,FR的另一端与电源板~220V负极相接,~220V正极与PLC面板的COM3相连)。
6、将可变程序控制器板接上220V交流电源。
7、开始操控实验。
8、实验完毕,断掉电源输入,整理实验器材。
KGL-WC编程软件编制的PLC控制程序见下:
图3.4PLC程序
编程语句:
LANDP0000
ANDNOTP0045
OUTP0044
LANDP0001
ANDNOTP0044
OUTP0045
END
7、实验结果及分析
运动分析:
传输完毕,按下K0按钮,P44通,1YA得电,油杆开始出油缸运动,放开开关油杆停止运动。
按下K1,2YA得电,油杆开始反向运动,放开开关油杆停止运动。
系统连接实物图如图3.5:
图3.5系统连接图
按K0,P0000接通→线圈P0044得电→1YA得电,油杆伸出→不按时油杆就不动
按K1,P0001接通→线圈P0045得电→21YA得电,油杆缩回→不按时油杆就不动
实验二变频器控制异步电机实验
2.2.4变频器
交流电机变频控制实验板如图2.5,由变频器,空气开关,~380V电源输出、输入端。
变频器是给异步电动机提供频率及电压可变的电源装置,可以对电机实现恒转矩或恒功率调速控制。
这里所说的是由晶阀管和大功率晶体管等电力器件构成的静止变频器。
这类变频器具有质量轻、体积小、维护方便、惯性小和效率高等优点。
变频器按装置的形式可分为两大类:
第一类是把固定频率、固定电压的交流电源变换为电压和频率都的交流电源,称为交-交变频器或直接变频器。
第二类是把固定电压和固定频率的交流电源先整流成幅值可变的直流电源,然后再将此直流电源变换成频率可调的交流电源,称为交--直--交变频器或间接变频器。
变频器变频调速的变频方式有:
交(流)——交(流)变频、交(流)——直(流)——交(流)电压变频、交——直——交电流变频、脉宽调制变频几种。
本实验用到的是韩国LG产电株式会社生产的IG5SV004IG5-1型变频器,为间接变频器,它有装置元件少、元件利用率高、调频范围宽、功率因数高、适用于各种拖动装置的优良特性。
本实验所用到的是组合式机电液综合实验台中的变频器/无刷电机驱动电源模块,它已经将各个端口引出,可供安全方便的接线。
其具体排列如下:
U
输出R
只选其一S
T
G
FX~380V输入
RX空气开关
BX
RST
JOG
P1电源指示灯器
P2
P3
图2.5交流电机变频控制实验板DB-5
变频器实现对异步电机的控制
实验三CNC控制实现十字滑台往复运动
1.步进电机概念
步进电机是一种电脉冲信号转换成机械角位移的机电执行元件。
当有脉冲信号输入时,步进惦记就一步一步的转动,每个输入脉冲对应电机的一个固定转角,故称为步进电机。
步进电机属于同步电机,多数情况用做伺服电机,且控制简单,
工作可靠,能够得到较高的精度。
它是唯一能够以开环结构用
于数控机床的伺服电动机。
2.步进电机的分类图2.7步进电机
步进电机按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相等;按其工作原理可分为反应式、永磁式合混合式三大类。
3.步进电机的基本特点
(1)步进电机受点脉冲信号的控制。
每输入以各脉冲信号,就变换以磁绕组的通电状态,电机就相应的转动以步,因此电机的总回转角合输入脉冲个数严格成正比关系,电机的转速则正比于脉冲的输入频率。
改变步进电机的定子绕组的通电顺序,可以获得所需要的转向。
改变输入脉冲频率,则可以得到所需要的转速(但是不能够超出极限频率)。
(2)当步进电机脉冲输入停止时,只要维持绕组的激励电流不变,电机保持在原固定位置上,因此可以获得较高的定位精度,不需要安装机械制动装置从而达到精确制动。
(3)误差不长期积累,转角精度高。
由于每转过360°后,转子的累积误差为零,转角精度较高。
(4)反映时间快。
缺点:
效率低、没有过载能力。
4.电机参数关系
步距角的大小和通电方式、转子齿数、定子励磁绕组的相数的关系:
(本实验α=1.8°)
α=360°/mZK(2.1)
m——步进电机的相数;
Z——转子齿数;
K——通电方式系数。
相邻两次通电,相的数目相同K=1;相的数目不同K=2。
2.2.6CNC可编程步进电机控制器
1.概述
CNC可编程步进电机控制器可与步进电机驱动
器、步进电机组成一个完善的步进电机控制系统,
能控制多台步进电机多段分时运行。
本控制器采用
计算机式的编程语言,拥有输入、输出、计数、循
环、条件转移、无条件转移、中断等多种指令。
具
有编程灵活、适应范围广等特点,可广泛应用于各
种控制的自动化领域。
图2.8CNC可编程步进电机控制器
2.技术指标
1、可控制3台步进电机(分时工作)
2、可编100段程序指令(不同的工作状态)
3、5条升降速曲线选择
4、最高输出频率:
10KPPS(脉冲/秒)
5、可接受外接信号控制
6、可控制外部其它部件工作
7、数码显示,可显示当前的运行状态、循环次数、脉冲数等
8、采用超高速单片机控制,采用共阳接法,可直接驱动我厂生产的SH系列步进电机驱动器
3.控制器的显示及操作键
1)面板说明
8位数码显示:
作设定、循环作计数、运行状态、电机工作之用。
指示灯显示输入、输出、方向、脉冲等各种工作。
操作键多为复合键,在不同的状态下表示不同的功能。
2)接线说明
见控制器后盖接线图:
图2.9控制器后盖接线图
(1)OPTO、DIR、CP为步进电机驱动器控制线,此三端分别连至驱动器的OPTO、DIR、CP端:
其中:
OPTO----所有电机公共阳端
接所有驱动器OPTO端
DIR0-----0号电机方向电平信号
接0号电机驱动器DIR端
CP0-------0号电机脉冲信号
接0号电机驱动器CP端
DIR1-----1号电机方向电平信号
接1号电机驱动器DIR端
CP1-------1号电机脉冲信号
接1号电机驱动器CP端
DIR2-----2号电机方向电平信号
接2号电机驱动器DIR端
CP2-------2号电机脉冲信号
接2号电机驱动器CP端
(2)启动启动程序自动运行,可接霍尔、光电、接近开关等信号端。
(下降沿有效)相当于面板上启动 键。
(3)停止暂停正自动运行的程序,可接霍尔、光电、接近开关等信号端。
(下降沿有效)相当于面板上的停止键,再次启动后,程序继续运行。
(4)输入1、2、3、4、5通用开关量输入端(见开关量输入电路图)。
(5)+12V、GND输入输出开关量外部电源,本电源为DC12V/0.2A,由本控制器提供。
(6)输出1、输出2和输出3通用开关量输出端(见开关量输出电路图);输出J、K为一组继电器常开触点。
(7)0-220V控制器电源输入端。
(8)A操作和B操作
A操作、B操作分别为A操作、B操作外部中断源(强制中断),一旦接收中断信号,控制器将停止当前运行的程序 ,跳转至A操作、B操作指定的程序运行(下降沿有效)。
4.具体说明
这是本控制器的一大特点:
对于步进电机,我们一般进行定量的定位、定速控制。
如控制电机以一定的速度运行一定的位移量,这种方式很容易解决,只需要把速度量和位移量编程即可。
但还有相当多的控制是不能事先定位的,例如控制步进电机从起始点开始朝一方向运行,直到碰到一行程开关后停止,然后再反方向回到起始点。
再例如要求步进电机在二个行程开关之间往复运行n次,等等。
在这些控制中,我们事先并不知道步进电机位移量的具体值,又应当如何编程呢?
本控制器利用"中断操作"很好的解决了这一问题,本控制器设置了二个独立的"中断操作",我们称之为"A操作"和"B操作"。
以"A操作"为例,工作流程为:
当程序正在运行时(电机作一种形式运行),如果"A操作"端有信号输入,电机作停止,程序跳转到"A操作入口地址"所指定的程序处运行程序(电机作另一种形式运行),A操作入口地址在参数设定里设置。
图2.10开关量输入电路
图2.11开关量输出电路
5.操作说明
控制器总是工作在四种状态之一:
自动状态、手动状态、程序编辑状态、系统参数设定状态。
上电或按复位键后控制器处于自动待运行状态,这时可以按启动键启动程序自动运行。
复位后按手动键切换到手动状态。
复位后按编辑键进入程序编辑状态。
复位后按住编辑键3秒以上(显示Acc时)进入系统参数设定状态。
程序编辑、系统参数设定、手动完成后按退出键返回自动待运行状态;在程序编辑、系统参数设定、手动状态下按停止键均返回自动待运行状态。
系统参数设定、程序编辑:
1)指令:
参数输入模式
本控制器采用选择编辑式指令、参数输入模式。
即控制器自身有各种指令、数字,通 Λ、Ⅴ、<、 >和 回车、 取消六键来选择、修改编辑程序(非编写式)。
2)系统参数设定方式
在待运行状态下,按住编参键3秒以上,直到出现ACC进入系统参数设定状态后才能松开。
系统参数设定完成后,按退出键返回到自动待运行状态(参数将被自动保存)。
参数分两行显示,第一行显示参数的名称,第二行显示参数数据。
参数修改方法:
进入参数设定状态后,首先显示第一行,且参数名称闪动显示;如按Λ、Ⅴ键,将会显示上一个或下一个参数名称。
如按回车键,确认此参数名称并将进入(下一行)此参数数据的编辑修改状态,这时数据的最后一位闪动显示,可用Λ、Ⅴ键来修改数据。
按动<、>键,将移至数据的左位或右位进行修改,如此类推。
数据修改后,按回车确认,按取消放弃修改。
具体参数如下:
ACC:
初始化速度设定二台电机可用不同升降曲线,升降曲线设定(0—4)根据需要设定,负载大时选慢速,0时加速最快;
Hadd:
手动位移增量设定(1—59999㎜),即在手动状态下,按一下Λ、Ⅴ键正转、反转一次性走完的步数;
HSPEEd:
手动速度设定(0—9999pps)
dZCL0:
电机0的电子齿轮,即0号电机1个脉冲装置走过的位移量,范围(0.0001~5.0000毫米)
dZCL1:
电机1的电子齿轮,即1号电机1个脉冲装置走过的位移量,范围(0.0001~5.0000毫米)dZCL2:
电机2的电子齿轮,即2号电机1个脉冲装置走过的位移量,范围(0.0001~5.0000毫米)
电机在0.9度/脉冲、无变速装置下,电子齿轮设定为1时为脉冲单位,
电子齿轮设定为0.9时为角度单位
nA:
前两位表示A操作有效开始端,4,5位表示A操作有效结束端,7,8两位表示当A操作输入端有信号时,程序跳转到该设定的程序端,范围(00~99)
nb:
前两位表示B操作有效开始端,4,5位表示B操作有效结束端,7,8两位表示当B操作输入端有信号时,程序跳转到该设定的程序端,范围(00~99)
3)程序设定
在待运行状态下,按一下编程键后,进入程序设定状态。
本控制器的程序区最多可以编辑100段程序,程序中的每一段有一个段号,段号为自动编号,从00开始按顺序排列,您可以在程序中插入或删除某段,但段号会自动重新分配。
4)程序输入
先清空程序区,第00行指令为END,然后按插入键,第00行指令变为PAUSE,且闪烁,按Λ、Ⅴ键指令名称被改变,找到所需的指令,按回车键进入指令的数据区(对于无参数指令,回车后即完成本条程序的录入),按上下左右箭头修改,改好后按回车键,此行程序录入完毕。
可以看到下一行变成了END指令,再按键,用相同的办法录入程序,直到所有程序录入完毕。
新程序的录入过程也就是在最后一条程序(END)上不断插入新程序的过程。
程序删除:
在显示段号时段号在闪烁,按删除键将删除该段,如按删除键3秒以上直到出现“00END”将清空所有程序段,程序的最后一段固定为"END"。
程序插入:
在显示段号时段号在闪烁,按插入键将插入一段新程序,原来XX段及以后的程序均向后移一段。
5)程序浏览
在程序编辑状态的行号闪动状态下,按上下箭头键,可以浏览每一行程序的指令名称。
程序格式详见指令表。
总之,参数的设定通过Λ、Ⅴ、<、>、回车、取消六个按键来完成:
Λ、Ⅴ可改变程序指令和数据,<、>可移动数据左右位置,回车、可确认选择的指令和数据,取消可取消前一步操作或退回到待运行状态。
6.运行
1)手动运行方式
在自动状态下按自动/手动键将进入手动状态,前位数码管将显示为“HX”,H表示为手动状态,X表示电机号,按<或>,电机将按不同的方向手动运行。
按Λ或Ⅴ,电机将按不同的方向运行设定的手动位移增量。
手动运行的位移增量由参数设定状态下的HADD值决定,手动速度由HSPEEd决定。
2)自动运行方式:
控制器上电或按复位键后,自动待运行状态,按启动键或接受外部启动信号,控制器将从第00段程序开始运行,直至运行到最后一段程序END,控制器返回自动待运行状态。
在程序自动运行状态下按停止键,运行完该段后,程序暂停运行,再按启动键程序将继续运行。
在运行状态下,有三种不同的显示方式:
(在停止或暂停状态下通过按同一个键步数计数Λ进行切换)
1)计数显示方式:
控制器显示当前的计数值;
2)步数显示方式:
控制器显示当前运行的步数;
3)程序显示方式:
控制器显示当前所处的程序段。
注:
运行时不能切换
7.外形尺寸及安装尺寸
本控制器采用嵌入式仪表外壳,体积小重量轻(500g),前面板为96mm×96mm的方形,长度为122mm,具体尺寸见下图:
图2.12嵌入式仪表外壳尺寸图
表2.8CNC指令表:
序号
指令名称
指令显示形式
说明
0
选择电机号及方向指令
HH_DIR
XX
前一位设定为当前运行的电机号码,可以设定0电机、1电机、2电机
后一位设定当前运行电机的方向,0为反向,1为正向
1
暂停指令
HH_PAUSE
无参数
程序暂停,等待面板启动按键或端子启动信号
2
位移指令
HH_G-LEN
XXXX.X
执行此指令时;控制器将按最新SPEED指令所赋值的速度、本指令所指定的位移量、参数设定中所设定的升降速曲线等,控制电机运行;如果此指令前无SPEED语句,则以起跳频率作为默认值;参数范围:
0~5999.9单位:
毫米,大于等于6000.0为无限长;
3
速度赋值指令
HH_SPEED
XXXX
此程序以下的所有运行都将以此指令所设定的速度运行,直到下一个速度赋值指令出现为止;
参数范围:
1~9999单位:
脉冲数/秒(pps);
4
延时指令
HH_DELAY
XXXXX
延时时间;参数范围:
0.1~5999.9单位:
秒;
5
无条件跳转指令
HH__JUMP
XX
无条件跳转指令,参数XX表示要跳转的程序行号;
6
循环指令
HH__LOOP
XXXXXXX
从当前行到指定行执行循环;前两位为行号(要求小于当前行),后五位为循环次数(0定义为无限次)。
行号超过当前行号时,系统运行将出错。
7
运行到某一位置
HH__GOTO
00000
备用
8
输出指令
HH___OUT
XXXXX
参数的前三位从左到右依次对应于接线端的输出1~输出3;同时对应前面板的三个输出指示灯1~3。
0-----对应输出端子为高电平,负载不导通,面板指示灯灭;1-----对应输出端子为低电平,负载导通,面板指示灯亮;参数第四位为继电器输出状态,对应于接线端输出J、输出K(继电器为常开)0-------表示继电器释放;1-------表示继电器吸合;参数的最后一位,专门为控制器内部的蜂鸣器所设计:
0-----执行此指令时,蜂鸣器不响1-----执行此指令时,蜂鸣器响一长声
9
测位跳转
HH_J-BIT
XXXX
前两位为行号,指明所跳转的位置,第五位为输入1、2、3、4、5、A、B的其中之一;第八位为跳转条件(0或1);当所测定的输入口为所设定的状态时,跳转到指定行号,否则,顺序执行。
10
计数跳转
HH_J-CNT
XXXXXXX
本指令为计数器指令,前两位为行号,指明程序所跳转的位置;后五位为设定值。
当计数器计数到或大于设定数值时,则跳转到指定行号,否则顺序执行。
11
变量位移
HH_GO-AB
±X
备用
12
计数器加1
HH_CNT-1
无参数
本指令为计数器指令,控制器内部有一计数器单元,容量为999999,计数器的值可实时的在计数显示状态下显示;本指令对计数器进行加1操作
13
计数器清零
HH_CNT-0
无参数
本指令为计数器指令;本指令把计数器清零。
除了本指令外,还可以通过计数器清零按清零键随时可以把计数器清零(在停止状态下)
14
坐标清零
HH_CLr无参数
本指令把当前坐标位置数值清零。
15
两电机同时运行指令
HH_2dJr
两电机同时运行指令。
详见例六
16
结束指令
HH___END
无参数
程序结束行,程序运行到此指令时,表示本控制器自动运行结束,控制器返回自动待运行状态。
该指令不可编辑,且总是位于程序的最后一行。
一、实验目的
1、通过实验掌握步进电机的各个参数及其意义。
2、熟悉控制步进电机的控制及其工作原理。
3、熟悉CNC步进电机控制器的简单基本控制指令,并能够读懂一些基本的CNC程序,从而熟悉并掌握CNC的基本编程技巧。
4、本实验对数控机床、磨床等的基本工作原理的演示,通过本实验提高学生对生产过程的认识。
5、通过本实验提高学生对自动化控制的熟悉。
了解,同时锻炼学生的动手和实践能力。
二、实验设备
1、十字滑台(带步进电机α=1.8°)
2、CNC可编程步进电机控制器
3、多功能电源板
三、预设实验运行要求
滑台在横向以1KHz速度移动50mm后返回原位置,接着在纵向以1KHz速度移动2000mm后仍返回原位置。
四、实验仪器简介:
1、步进电机概述:
步进电机是一种电脉冲信号转换成机械角位移的机电执行元件。
当有脉冲信号输入时,步进电机就一步一步的转动,每个输入脉冲对应电机的一个固定转角,故称为步进电机。
步进电机属于同步电机,多数情况用做伺服电机,且控制简单,工作可靠,能够得到较高的精度。
它是唯一能够以开环结构用于数控机床的伺服电动机。
步进电机按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相等;按其工作原理可分为反应式、永磁式和混合式三大类。
步进电机的基本特点:
步进电机受点脉冲信号的控制。
每输入以各脉冲信号,就变换以磁绕组的通电状态,电机就相应的转动以步,因此电机的总回转角合输入脉冲个数严格成正比关系,电机的转速则正比于脉冲的输入频率。
改变步进电机的定子绕组的通电顺序,可以获得所需要的转向。
改变输入脉冲频率,则可以得到所需要的转速(但是不能够超出极限频率)。
当步进电机脉冲输入停止时,只要维持绕组的激励电流不变,电机保持在原固定位置上,因此可以获得较高的定位精度,不需要安装机械制动装置从而达到精确制动。
误差不长期积累,转角精度高。
由于每转过360°后,转子的累积误差为零,转角精度较高。
反映时间快。
缺点:
效率低、没有过载能力。
步距角的大小和通电方式、转子齿数、定子励磁绕组的相数的关系:
(本实验α=1.8°)
α=360°/mZK
m——步进电机的相数;
Z——转子齿数;
K——通电方式系数。
相邻两次通电,相的数目相同K=1;相邻两次通电,相的数目不同K=2。
2、滑台的概述(如图3.18所示)
导轨
丝杆
步进电机
图3.18十字滑台
由图可知,
此滑台由步进电机、滑块、滚动丝杆、等组成。
其中丝杆的参数:
螺距=5mm
安全有效行程:
L=200mm
使用滑台时应注意:
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 405 实验 指导书