電氣控制與PLC技術(shù)（S7-1200 系列 ）項目化教程 課件 -項目13 導(dǎo)軌滑塊的運動控制

電氣控制與PLC應(yīng)用國家在線精品課程配套課件項目13導(dǎo)軌滑塊的運動控制（1）記憶分辨步進電機與伺服電機；（2）記憶、分辨并應(yīng)用軸的運動控制指令；（3）能夠使用博途軟件完成工藝對象組態(tài)；（4）應(yīng)用報文實現(xiàn)V90伺服電機與PLC之間的通信。學(xué)習(xí)目標(biāo)：運動控制是精密制造、自動化生產(chǎn)的重要組成部分。運動控制主要包括運動控制器、驅(qū)動器、執(zhí)行機構(gòu)和反饋電路等。滾動功能部件廣泛的應(yīng)用于運動控制領(lǐng)域。滾動功能部件是將傳統(tǒng)的滑動摩擦傳動形式轉(zhuǎn)換為滾動摩擦傳動,從而大大提高傳動效率和運動精度的精密關(guān)鍵部件。滾動功能部件主要包括滾動絲杠副、滾動直線導(dǎo)軌副、滾柱花鍵、滾動直線運動裝置等。任務(wù)背景導(dǎo)軌滑塊是現(xiàn)代工程中常見的滾動功能部件，被廣泛應(yīng)用于各類機械設(shè)備的傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)精確的運動定位，如圖所示?，F(xiàn)有絲桿帶動一個滑塊在軌道上左右滑行?？刂埔笕缦拢海?）通過左移點動按鈕和右移點動按鈕控制滑塊兩個方向的運行，且具有終端限位保護功能。（2）按下復(fù)位按鈕滑塊從任意位置返回原點位置。（3）按下啟動按鈕，滑塊從原點出發(fā)，向左極限方向運動30mm。任務(wù)描述信息收集：S7-1200具備完善的運動控制功能，驅(qū)動可以選擇步進電機或伺服電機?？刂圃恚篜LC輸出高速脈沖以及方向控制信號到驅(qū)動器，驅(qū)動器控制伺服電機或步進電機轉(zhuǎn)動，從而帶動絲桿轉(zhuǎn)動。絲桿轉(zhuǎn)動后帶動滑塊左右運動。步進電機：步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動機。每輸入一個脈沖信號，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。因此，步進電機又稱脈沖電機。伺服電機：伺服電機又稱執(zhí)行電機，在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，它能夠把接收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出，位置精度非常準(zhǔn)確。步進電機與伺服電機的區(qū)別：區(qū)別步進電機伺服電機啟動速度不同150-400ms幾毫秒控制精度不同取決于相數(shù)和拍數(shù)取決于編碼器的分辨率反饋方式不同開環(huán)控制，無反饋信號閉環(huán)控制，有反饋信號過載能力不同一般不具有過載能力具有較強的過載能力低頻特性不同在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)矩頻特性不同轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增加而減小轉(zhuǎn)矩恒定軸的運動控制指令：MC_Power指令用于啟用/禁用軸。當(dāng)Enable為高電平時，按照工藝對象組態(tài)方式啟用軸。當(dāng)Enable為低電平時，按照StopMode禁用軸。StopMode有三種，當(dāng)StopMode=0時，按照組態(tài)好的急停方式緊急停止；當(dāng)StopMode=1時，立即停止，輸出脈沖立刻封鎖；當(dāng)StopMode=2時，帶有加速度變化率控制的緊急停止。Axis：組態(tài)好的工藝對象名稱。當(dāng)Status=1表示啟動軸，準(zhǔn)備就緒；當(dāng)Status=0表示當(dāng)前禁止軸。MC_Reset指令用于確認(rèn)故障，重新啟動工藝對象。Axis；組態(tài)好的工藝對象名稱；Execute：上升沿執(zhí)行指令；當(dāng)Done=True表示錯誤已經(jīng)確認(rèn)；當(dāng)Error=True表示出錯。MC_Home指令回原點指令,Execute：上升沿執(zhí)行指令；Mode：回原點的模式。當(dāng)Mode=0時，絕對式直接回原點，將新的軸位置設(shè)置為參數(shù)“Position”的值；當(dāng)Mode=1時，相對式直接回原點，新的軸位置等于當(dāng)前軸位置+參數(shù)“Position”位置的值；當(dāng)Mode=2時，被動回原點，將根據(jù)軸組態(tài)進行回原點?；卦c后，將新的軸位置設(shè)置為參數(shù)“Position”的值；當(dāng)Mode=3時，主動回原點，按照軸組態(tài)進行回原點操作。回原點后，將新的軸位置設(shè)置為參數(shù)“Position”的值。注意：在使用MC_Home指令時，必須要先啟動軸。MC_Halt指令暫停軸指令，可停止所有運動并以組態(tài)的減速度停止軸。

未定義停止位置。注意：在使用MC_Halt指令時，必須要先啟動軸。MC_MoveAbsolute指令為絕對位移指令，用于啟動軸到絕對位置。注意：在使用MC_MoveAbsolute指令時，必須要先啟動軸，且使軸回原點。Axis；組態(tài)好的工藝對象名稱；Execute：上升沿執(zhí)行指令；Position：絕對目標(biāo)位置；Velocity：軸的速度。MC_MoveRelative指令為相對位移指令。相對位移指令不需要建立參考點，只需要設(shè)置運動距離、方向速度。Execute：上升沿執(zhí)行指令。絕對位移指令與相對位移指令不同，不需要對照原點。只需要設(shè)定當(dāng)前位置與目標(biāo)位置之間的距離以及移動方向。MC_MoveVelocity指令根據(jù)指定的速度連續(xù)移動軸。Velocity：指定軸運動的速度；當(dāng)Current=TRUE時，激活保持當(dāng)前速度功能，不考慮Velocity和Direction的值；當(dāng)Current=FALSE時，禁用保持當(dāng)前速度功能，使用Velocity和Direction的值。MC_MoveJog指令點動指令，在點動模式下以指定的速度連續(xù)移動軸。注意：在使用MC_MoveJog指令時，必須要先啟動軸。當(dāng)JogForward=TRUE，則軸都將按參數(shù)“Velocity”中所指定的速度，正向移動。當(dāng)JogBackward=TRUE，則軸都將按參數(shù)“Velocity”中指定的速度，反向移動。采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制以Kinco公司的三相步進電機3S57Q-04097為例，查閱手冊可以知道，該步進電機的整步方式步距角為1.2°，半步方式步距角為0.6°，輸出相電流為5.8A。整步方式無細(xì)分的情況下300個脈沖使步進電機轉(zhuǎn)動一圈。即使是半步方式無細(xì)分情況下600個脈沖使步進電機轉(zhuǎn)動一圈。這個位置控制的精度仍然不是很高，為了達到更好的精度，就需要借助步進電機的驅(qū)動器。采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制3S57Q-04097步進電機驅(qū)動器可以選擇Kinco3M458三相步進電機驅(qū)動器采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制步進電機驅(qū)動器的側(cè)面有一個八位DIP功能設(shè)定開關(guān)開關(guān)序號ON功能OFF功能DIP1~3細(xì)分設(shè)置用細(xì)分設(shè)置用DIP4自動半流功能禁止自動半流功能有效DIP5~8電流設(shè)置用電流設(shè)置用采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制步進電機驅(qū)動器的側(cè)面有一個八位DIP功能設(shè)定開關(guān)DIP1DIP2DIP3細(xì)分（步/轉(zhuǎn)）ONONON400ONONOFF500ONOFFON600ONOFFOFF1000OFFONON2000OFFONOFF4000OFFOFFON5000OFFOFFOFF10000采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制步進電機驅(qū)動器的側(cè)面有一個八位DIP功能設(shè)定開關(guān)DIP5DIP6DIP7DIP8輸出相電流(A)OFFOFFOFFOFF3OFFOFFOFFON4OFFOFFONON4.6OFFONONON5.2ONONONON5.8采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制查閱步進電機手冊中步進電機驅(qū)動器DIP功能設(shè)定方式，設(shè)置撥碼：（1）配置電機為5.8A。（2）自動半流功能設(shè)置為有效（垂直性負(fù)載可設(shè)置成自動半流功能禁止）。（3）本項目以2000個脈沖一轉(zhuǎn)為例。程序設(shè)置以及DIP功能設(shè)定應(yīng)保持一致。（4）此處絲桿的螺距是10mm。DIP1DIP2DIP3DIP5DIP6DIP7DIP8

采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制查閱步進電機手冊中步進電機驅(qū)動器DIP功能設(shè)定方式，設(shè)置撥碼：（1）配置電機為5.8A。（2）自動半流功能設(shè)置為有效（垂直性負(fù)載可設(shè)置成自動半流功能禁止）。（3）本項目以2000個脈沖一轉(zhuǎn)為例。程序設(shè)置以及DIP功能設(shè)定應(yīng)保持一致。（4）此處絲桿的螺距是10mm。DIP1DIP2DIP3DIP5DIP6DIP7DIP8OFFONONONONONON采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制由于絲桿是螺距是10mm，且DIP設(shè)置成2000個脈沖/轉(zhuǎn)。因此滑塊運動30mm，需要控制步進電機轉(zhuǎn)動三周。即PLC需要發(fā)出6000個脈沖。根據(jù)控制要求，需要選擇晶體管輸出（DC/DC/DC類型）的PLC。輸入輸出名稱地址功能名稱地址功能SB1I0.0左點動脈沖Q0.0高速脈沖輸出SB2I0.1右點動方向Q0.1輸出方向SQ1I0.2左限位

SQ2I0.3右限位

SQ3I0.4原點

SB3I0.5復(fù)位（回原點）

SB4I0.6啟動按鈕

SB5I0.7緊急停車

SB6I1.0故障復(fù)位

采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制組態(tài)設(shè)置選擇“設(shè)備組態(tài)”→“屬性”→“脈沖發(fā)生器（PTO/PWM）”，啟用該脈沖發(fā)生器。修改項目信息名稱為“步進電機”，脈沖選項信息類型：PTO（脈沖A和方向B）；硬件輸出：Q0.0為脈沖輸出，Q0.1為方向輸出采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制組態(tài)設(shè)置在項目樹下選擇“工藝對象”→“新增對象”，運動控制選擇“TO_PositioningAxis（定位軸）”采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制對軸進行組態(tài)采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制對軸進行組態(tài)采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制對軸進行組態(tài)擴展參數(shù)“機械”中電機每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)需要與前面步進驅(qū)動器撥碼設(shè)置保持一致，即驅(qū)動器接收2000個脈沖電機轉(zhuǎn)動一圈，絲桿螺距為10mm。采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制對軸進行組態(tài)軟件/硬件限位開關(guān)是用來保證軸能夠在工作臺的有效范圍內(nèi)運行，當(dāng)軸由于故障超過限位開關(guān)，不管軸碰到了是軟限位還是硬限位，軸停止運行并報錯。采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制對軸進行組態(tài)“速度限值的單位”選擇“轉(zhuǎn)/分鐘”，最大速度設(shè)置成60.0轉(zhuǎn)/分鐘。啟動/停止速度設(shè)置成0.6轉(zhuǎn)/分鐘。加速時間以及減速時間都設(shè)置成0.2s采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制對軸進行組態(tài)設(shè)置原點開關(guān)，修改逼近速度和回原點速度，勾選“允許硬件限位開關(guān)自動反轉(zhuǎn)”。采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制對軸進行組態(tài)選擇“調(diào)試”，可以使用軸控制面板測試所組態(tài)的參數(shù)是否正確。注意：在使用調(diào)試功能之前，要禁止MC_Power指令。采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制PLC程序變量表采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制PLC程序采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制PLC程序采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制PLC程序采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制PLC程序采用步進電機實現(xiàn)滑臺的運動控制PLC程序采用伺服電機實現(xiàn)滑臺的運動控制SIMOTICSS-1FL6伺服電機SIMOTICSS-1FL6伺服電機可分為SIMOTICSS-1FL6低慣量伺服電機與SIMOTICSS-1FL6高慣量伺服電機功能低慣量高慣量軸高20、30、40和50mm45、65和90mm額定扭矩0.16Nm-6.37Nm1.27Nm-33.4Nm額定轉(zhuǎn)速3000r/min2000r/min、3000r/min最大轉(zhuǎn)速5000r/min4000r/min集成的編碼器增量式編碼器2500S/R絕對值編碼器21位單圈絕對值編碼器20位單圈+12位多圈增量式編碼器2500S/R絕對值編碼器20位單圈+12位多圈其他優(yōu)點（1）高動態(tài)性能（2）高轉(zhuǎn)速（3）結(jié)構(gòu)小巧緊湊，可以滿足安裝空間狹小的應(yīng)用場合（1）運行平穩(wěn)（2）強勁的轉(zhuǎn)矩輸出（3）設(shè)計堅固耐用，可用于惡劣環(huán)境SINAMICSV90伺服驅(qū)動器SINAMICSV90伺服驅(qū)動器是西門子推出的一款小型、高效便捷的伺服系統(tǒng)。與SIMOTICSS-1FL6伺服電機完美結(jié)合，組成最佳的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)位置控制、速度控制和扭矩控制。V90伺服驅(qū)動器可分為脈沖序列版本（PTI）和PROFINET版本（PN）兩種脈沖序列版本(PTI)PROFINET版本（PN）

報文SINAMICSV90PN速度模式下支持標(biāo)準(zhǔn)報文1、標(biāo)準(zhǔn)報文2、標(biāo)準(zhǔn)報文3、標(biāo)準(zhǔn)報文5、西門子報文102、西門子報文105。注意：因為5號報文與105號報文具有動態(tài)伺服控制（DSC）功能，因此僅在SINAMICSV90PN與S7-1500/1500T連接時才能使用。1號報文和2號報文用于速度控制，報文3和報文5不僅可以用于速度控制，也可以組態(tài)定位軸實現(xiàn)位置控制。因為S7-1200支持RT通信，不支持IRT，所以S7-1200PLC用不了5號報文和105報文。如果要組態(tài)工藝對象，S7-1200PLC也用不了102號報文。所以S7-1200PLC帶V90PN要實現(xiàn)位置控制時，應(yīng)該選用3號報文。S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制1.硬件組態(tài)創(chuàng)建項目，添加CPU1215CDC/DC/DC。S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制1.硬件組態(tài)選擇項目樹下的“設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)”，打開“硬件目錄”→“其他現(xiàn)場設(shè)備”→“PROFINETIO”→“Drives”→“SIEMENSAG”→“SINAMICS”→“SINAMICSV90PNV1.0”。S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制1.硬件組態(tài)將PLC與SINAMICSV90組網(wǎng)，并查看PLC的IP地址是192.168.0.1，SINAMICSV90的IP地址是192.168.0.2S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制1.硬件組態(tài)通過在線診斷功能為V90分配IP地址，將SINAMICSV90的IP地址分配為192.168.0.2。S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制1.硬件組態(tài)建立PLC與SINAMICSV90的通信。S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制1.硬件組態(tài)打開V90伺服的調(diào)試V-ASSISTANT軟件，連接方式選擇“Ethernet”。根據(jù)實際選型情況，選擇對應(yīng)的電機，S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制1.硬件組態(tài)為V90PN設(shè)置PROFINE，當(dāng)前報文選擇標(biāo)準(zhǔn)報文3。設(shè)置完成后，保存參數(shù)到ROM。保存參數(shù)后，重新啟動驅(qū)動器。S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制2.組態(tài)工藝對象定義PLC變量表S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制2.組態(tài)工藝對象在項目樹下選擇“工藝對象”→“新增對象”→“TO_PositioningAxis（定位軸）S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制2.組態(tài)工藝對象在“常規(guī)”設(shè)置中驅(qū)動器選擇“PROFIDRIVE”，測量單位選擇“mm”S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制2.組態(tài)工藝對象“驅(qū)動器”選擇“PROFINETIO-System（100）”→“SINAMICS-V90-PN”→“驅(qū)動_1”S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制2.組態(tài)工藝對象編碼器連接選擇“PROFINET/PROFIBUS上的編碼器”，編碼器選擇“編碼器1”S7-1200PLC控制V90PN伺服實現(xiàn)滑臺控制2.組態(tài)工藝對象“擴展參數(shù)”選擇“機械”，設(shè)置編碼器安裝類型，將電機每轉(zhuǎn)的負(fù)載位移按照