基于松下PLC的伺服平台控制系统设计

基于松下PLC的伺服平台控制系统设计

基于松下PLC的伺服平台控制系统设计

  • 适用:本科,大专,自考
  • 更新时间2024年
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基于松下PLC的伺服平台控制系统设计

                       基于松下PLC的伺服平台控制系统设计

摘要:该设计利用松下触摸屏、PLC实现对二维平面机构的运动控制,设计并制作了二维伺服平台控制系统,完成伺服参数设置与调试及触摸屏界面的设。以松下fpwin_gr_spv2911c为控制器、松下触摸屏gtwin_spv295e触摸屏为人机界面实现了对伺服电机的回零、点动、增量及绝对值运动控制。实践证明:系统操作方便、可靠性高、定位精度(0.01mm)符合要求,是一款理想的二维运动控制系统。
论文内容主要包括:松下PLC、松下触摸屏、伺服平台系统硬件构成、伺服平台控制软件设计、系统运行操作等方面。详细介绍了伺服平台的结构、原理、选型、硬件连接、控制程序编辑、触摸屏界面设计、伺服参数设置等,具有较高的实用价值。
关键词:PLC;触摸屏;伺服驱动
 
第一章 绪论
1.1 伺服系统
1、 AC伺服系统 
电气伺服技术应用最广,主要原因是控制方便,灵活,容易获得驱动能源,没有公害污染,维护也比较容易。特别是随着电子技术和计算机软件技术的发展,它为电气伺服技术的发展提供了广阔的前景。
早在70年代,小惯量的伺服直流电动机已经实用化了。到了70年代末期交流伺服系统开始发展,逐步实用化,AC伺服电动机的应用越来越广,并且还有取代DC伺服系统的趋势成为电气伺服系统的主流。永磁转子的同步伺服电动机由于永磁材料不断提高,价格不断下降,控制又比异步电机简单,容易实现高性能的缘故,所以永磁同步电机的AC伺服系统应用更为广泛。
目前,在交流同步伺服驱动系统中,普通应用的交流永磁同步伺服电动机有两大类。
一类称为无刷直流电动机,它要求将方波电流直入定子绕组(BLDCM) 
另一类称为三相永磁同步电动机,它要求输入定子绕组的电源仍然是三相正弦波形。(PM·SM) 
无刷直流电动机(BLDCM),用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极,将原直流电动机的电枢变为定子。有刷直流电动机是依靠机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流电流供给电枢绕组,而无刷直流电动机(BLDCM)是将方波电流(实际上也是梯形波)直接输入定子。将有刷直流电动机的定子和转子颠倒一下,并采用永磁转子,就可以省去机械换向器和电刷,由此得名无刷直流电动机。BLDCM定子每相感应电动势为梯形波,为了产生恒定的电磁转矩,要求功率逆变器向BLDCM定子输入三相对称方波电流,而SPWM、PM、SM定子每相感应电动势为近似正弦波,需要向SPWM、PM、SM定子输入三相对称正弦波电流。
永磁同步电机的磁场来自电动机的转子上的永久磁铁,永久磁铁的特性在很大程度上决定了电机的特性,目前采用的永磁材料主要有铁淦氧,铝镍钴,钕铁硼以及SmCO5 Sm2CO17. 
在转子上安装永磁铁的方式有两种。一种是将成形永久磁铁装在转子表面,即所谓外装式;另一种是将形成永久磁铁埋入转子里面,即所谓内装式。永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种。
根据确定的转子结构所对应的每相励磁磁动势的分布不同,三相永磁同步电动机可分为两种类型:正弦波型和方波型永磁同步电机,前者每相励磁磁动势分布是正弦波状,后者每相励磁磁动势分布呈方波状,根据子路结构和永磁体形状的不同而不同。对于径向励磁结构,永磁体直接面向均匀气隙,如果采用系统永磁材料,由于稀土永磁的取向性好,可以方便的获得具有较好方波形状的气隙磁场。对于采用非均匀气隙或非均匀磁化方向长度的永磁体的径向励磁结构,气隙磁场波形可以实现正弦分布。
综上所述两类永磁AC同步伺服电动机的差异归纳如下::
控制原理相似,给定指令信号加到AC伺服系统的输入端,电动机轴上位置反馈信号与给定位置相比较,根据比较结果控制伺服的运动,直至达到所要求的位置为止。PM、SM和BLDCM二类伺服系统构成的基本思路是一致的。
两种永磁无刷电动机比较而言,方波无刷直流电动机具有控制简单、成本低、检测装置简单、系统实现起来相对容易等优点。但是方波无刷直流电动机原理上存在固有缺陷,因电枢中电流和电枢磁势移动的不连续性而存在电磁脉动,而这种脉动在高速运转时产生噪声,在中低速又是平稳的力矩驱动的主要障碍。转矩脉动又使得电机速度控制特性恶化,从而限制了由其构成的方波无刷直流电动机伺服系统在高精度、高性能要求的伺服驱动场合下的应用(尤其是在低速直接驱动场合)。因此,对于一般性能的电伺服驱动控制系统,选用方波无刷直流电动机及相应的控制方式。而PM、SM伺服系统要求定子输入三相正弦波电流,可以获得更好的平稳性,具有更优越的低速伺服性能。因而广泛用于数控机床,工业机器人等高性能高精度的伺服驱动系统中。
2、伺服系统的发展过程
伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程,电气伺服系统根据所驱动电机类型分为直流(DC)伺服系统和交流(AC)伺服系统。交流伺服系统按其采用的驱动电机类型又可分为永磁同步(SM型)电动机交流伺服系统和感应式异步(IM型)电动机交流伺服系统。
由于直流伺服电动机存在电机结构复杂,维修工作量大例如电机的电刷、换向器等则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟和交流永磁电机材料的发展和应用,电机效率的提高和制造成本的降低,交流伺服系统得到长足发展并将逐步取代直流伺服系统。
1990年以前,由于技术、成本等原因,国内伺服电机以直流无槽、直流永磁有刷电机和步进电机为主,而且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后,进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国,此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月异的进步,交流伺服电机的驱动技术也很快从模拟式过渡到全数字式。由于交流伺服电机的驱动装置采用了先进全数字式驱动控制技术,硬件结构简单,参数调整方便,产品生产的一致性可靠性增加,同时可集成复杂的电机控制算法和智能化控制功能,如增益自动调整、网络通讯功能等,大大拓展了交流伺服电机的适用领域;另外随着各行业,如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等,对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求不断提高,这些领域对交流伺服电机的需求将迅猛增长,交流伺服将逐步替代原有直流有刷伺服电机和步进电机。
正弦波交流伺服系统综合了伺服电动机、角速度和角位移传感器的最新成就,与采用新型电力电子器件、专用集成电路和专用控制算法的交流伺服驱动器相匹配,组成新型高性能机电一体化产品。使原有的直流伺服系统面临淘汰的危机,成为当今世界伺服驱动的主流及发展方向。正弦波交流伺服广泛使用于航空、航天、兵器、船舶、电子及核工业等领域,如自行火炮、卫星姿态控制、雷达驱动、机载吊舱定位系统、战车火控及火力系统、水下灭雷机器人等。
 
目录
第一章 绪论...............................................21
   1.1 伺服系统..............................................21
   1.2 伺服系统发展趋势......................................23
第二章 PLC的伺服平台控制系统硬件组成...................25
   2.1 伺服平台系统机械机构..................................25
   2.2 电气部分..............................................25
      2.2.1伺服控制系统的组成...............................25
   2.2.2 松下PLC.........................................26
   2.2.3 伺服电机.........................................29
   2.2.4 伺服驱动器.......................................33
   2.2.5 触摸屏...........................................39
  2.3 电气控制原理图........................................41  
第三章 PLC控制程序设计............................. 43
第四章 伺服驱动器参数设置............................47
第五章 触摸屏控制界面设计...........................53
第六章 系统联调操作 ................................54
  6.1 伺服通/断电控制 .................................... 54
  6.2 回参考点控制 ........................................55
   6.3点动与增量控制........................................55
   6.4绝对值定位控制........................................55
致谢...............................................56
 
 
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