机床十字滑台欧姆龙CP1H plc控制系统设计

陕西国防工业职业技术学院SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY 毕业设计论文题目机床十字滑台控制系统设计专业供用电技术班级供电3101姓名孙争龙学号 27310115指导教师沈博二○一二年十二月二十五日毕业设计任务书专业: 供用电技术班级: 供电3101 学生签名: 孙争龙一、设计题目机床十字滑台控制系统设计二、设计内容要求和技术参数1．构建控制系统模型。

2．确定主要控制、执行元件及其型号。

3．绘制电气控制原理图及接线图。

4．设计PLC程序。

5．配置执行元件控制器参数。

6．系统状态、精度分析。

三、设计应完成的技术资料1．系统模型示意图2．PLC控制程序3．控制器参数调试清单4．电气控制原理图5．系统说明书6．毕业设计说明书四、设计考核的主要知识与技能1．培养学生的团队意识，严格、认真、一丝不苟的科学精神，勇于探索的创新精神2．考核学生系统构建能力3．考核学生PLC程序设计能力及伺服、步进电机及其控制器的应用能力4．考核学生对电力拖动控制领域的了解五、设计的主要内容本项目是机加行业典型的定位控制系统，以PLC为主控元件,完成对伺服电机或步进电机的实时控制。

设计主要完成PLC控制程序，控制器参数设置及PLC与控制器的连接方式，最终形成系统及其说明书，并完成毕业设计论文。

六、设计时间:年月日至年月日七、指导教师签名: 沈博毕业设计进度表和平时考核学生签名:孙争龙班级:供电3101平时成绩:指导教师签名:2006年11月6日指导教师评语和评分意见学生姓名:评语:评分:指导教师签名:年月日设计、答辩考核以及毕业设计总成绩学生班级: 供电3101 学号27310115 姓名孙争龙1.设计评语:指导教师签字年月日2.答辩评语:3.毕业设计总成绩:根据学生平时表现、指导教师评语意见，经答辩小组考核，综合评定该生毕业设计成绩为。

答辩小组:组长签名组员签名年月日题目: 机床十字滑台控制系统设计专业:供用电技术班级:供电3101作者:孙争龙指导教师:沈博摘要本篇文章主要进行欧姆龙的CP1H可编程序控制器的十字滑台控制系统的设计。

通过对各种控制方法的对比进行选择了用可编程序控制器来控制步进电机，以达到十字滑台的工作效果。

主要内容有十字滑台控制系统介绍、十字滑台控制系统硬件选择、梯形图与I/O分配。

由于对于plc使用的不熟练，以至于思路复杂或者考虑不够周到的地方，还请读者见谅！关键字：plc 步进电机驱动器步进电机十字滑台 XY轴目录第1章十字滑台控制系统介绍 (1)1.1系统构成 (1)1.2位置传感器 (1)1.3电机与驱动装置 (4)第2章十字滑台控制系统硬件选择 (6)2.1可编程逻辑控制器 (6)2.2步进电机驱动器选择 (12)2.3步进电机型号 (17)第3章梯形图与I/O分配 (19)3.1梯形图 (19)3.2I/O分配 (23)3.3十字滑台操作方法 (24)第4章总结 (25)致谢 (26)参考文献 (27)第1章十字滑台控制系统介绍十字滑台是许多数控加工设备和电子加工设备。

如：数控车床的纵横进刀装置数控铣床和数控钻床的XY 工作台，激光加工设备工作台，表面贴装设备等。

一系统构成十字滑台控制系统主要由plc运动控制器，伺服（步进）电机及相关软件等组成。

控制计算机可以是普通的PlC机。

运动控制器是安装在计算机总线扩充槽内的电机运动控制卡。

如图2 所示为十字滑台机械本体。

它由两个直线运动单元组成，每个直线运动单元主要包括：工作台面，滚珠丝杆，导轨，轴承座，基座等部分。

通过两个直线运动单元的组合运动，可以使工作台面产生两个自由度XY 轴方向的平面运动图2 十字滑台二位置传感器系统中常用的位置传感器包括旋转编码器和电位器等。

1 旋转编码器旋转编码器是一种角位移传感器。

它分为光电式、接触式和电磁感应式三种。

从输出量上可分为增量编码器和绝对编码器两种。

其中光电式编码器是闭环控制系统中最常用的位置传感器。

图3 为光电式增量编码器示意图。

它由光源、聚光镜、光电码盘、光栏板、光敏元件、和信号处理电路组成。

当码盘随工作轴一起转动时，光源通过聚光镜透过光电码盘和光栏板形成忽明忽暗的光信号，光敏元件把光信号转换成电信号，然后通过信号处理电路的整形、放大、分频、计数、译码后输出。

为了测量出转向，使光栏板的两个狭缝比码盘两个图3 光电式增量编码器狭缝距离小1/4 节距，这样两个光敏元件的输出信号就相差n/2 相位。

将输出信号送入鉴相电路即可判断码盘的旋转方向。

光电式增量编码器的测量精度取决于它所能分辨的最小角度，分辨角，分辨率。

而这与码盘圆周内所分狭缝的条数有关。

由于光电式脉冲编码盘每转过一个分辨角就发出一个脉冲信号，因此，根据脉冲数目可得出工作轴的回转角度。

由传动比换算出直线位移距离，根据脉冲频率可得工作轴的转速，根据光栏板上两条狭缝中信号相位的先后，可判断出工作轴的旋转方向。

绝对编码器通过与位数相对应的发光二极管和光敏二极管对输出的二进制码来检测旋转角度，与增量编码器原理相同，用于测量直线位移的传感器是光栅尺。

由于光电编码器输出的检测信号是数字信号，因此可以直接进入计算机进行处理，不需要放大和转换等过程。

使用非常方便，应用越来越广泛。

2 电位器电位器分为直线型、测量位移和旋转型。

旋转型电位器的基本原理是在环状电阻两端加上电压，通过电刷的滑动，可以直接得到与电刷所在角度，位置相对应的电压、电位器的输出电压与阻值无关,所以由于温度变化而导致的阻值变化对输出电压没有影响。

电位器输出的检测信号是模拟信号，为了从中提取有用的信息，一般要经过两个处理过程。

首先是进行放大运算和变换等前置处理，然后通过A/D 转换将模拟信号转换成数字信号，输入控制器，完成数字控制。

3 运动控制器运动控制器作为机电一体化系统的核心控制系统已经历了20 多年的发展，正在逐步取代传统封闭型的控制系统，被广大机电一体化系统设计工程师所采用。

与此同时与执行装置所配套的伺服驱动系统也在不断地发展。

许多系统已经具备了各种运动控制功能，对于给定的控制对象，必须根据控制目标选用适当的执行与驱动装置，然后根据执行与驱动装置的功能特征选用合适的运动控制器以最大限度地利用控制与驱动装置的功能，降低系统成本。

目前被工业界广泛采用的交流伺服系统，电机驱动通常具有力矩控制，速度控制和位置控制等闭环控制功能，而常用的运动控制器除了具有轨迹规划功能外，也具有位置控制和速度控制等闭环控制功能。

如果采用伺服系统的位置闭环控制，配套选用的控制器则只需具有轨迹规划功能，这样的运动控制器通常价格比较低廉，而且稳定性和可靠性也会比较好。

如图 4 所示。

如果选用步进电机和驱动系统，该类型控制器也同样适用。

这种类型的运动控制器通常叫做位置脉冲型运动控制器。

图4 闭环控制系统方案一如果我们想利用伺服驱动的速度闭环来完成系统的位置闭环控制，则需要选用具有位置闭环控制功能的运动控制器。

如图5 所示，这种控制方式通常比第一种控制方式具有更高的精度，但系统的调整比第一种控制方式复杂和困难。

在这种控制方式下，运动控制器接受位置反馈信号，进行位置闭环控制，向伺服驱动器输出模拟电压控制信号，伺服驱动装置接受速度控制信号，完成速度闭环控制。

目前，这种类型的运动控制器也已非常普遍。

图5 闭环控制系统方案二通常这种驱动装置结构简单，成本低。

如果伺服驱动装置只具有力矩闭环控制功能，则需选用具有速度闭环和位置闭环控制功能的运动控制器来完成系统的高精度位置和轨迹控制。

这种类型的运动控制器结构比较复杂，成本也会比较高，但对于需要多轴运动控制的系统来说，如果采用具有多轴控制能力的运动控制器，总的系统成本可能会比其它两种方式还要低廉一些。

因为多个驱动成本的降低幅度会超过一块运动控制器成本的增加幅度。

不过，除了一些能够配套提供控制器和相应驱动器的生产厂家外，这种控制方式比较少被采用。

图6 闭环控制系统方案三三电机与驱动装置根据驱动和控制精度的要求，十字滑台控制系统的执行装置可以分别选用交流伺服电机，直流伺服电机，和步进电机。

交流伺服电机具有起动转矩大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制、效率高的优点。

但维护困难、使用寿命短、速度受到限制。

直流伺服电机的转速控制采用电压控制方式。

因为控制电压与电机转速成正比、高加速度、无电刷维护、环境要求低等优点、但驱动电路复杂、价格高。

交流伺服电机的控制分为电压控制和频率控制两种方式。

步进电机不需要传感器、不需要反馈，用于实现开环控制。

步进电机可以直接用数字信号进行控制，与plc的接口比较容易。

没有电刷、维护方便、寿命长、启动、停止、正转、反转容易控制。

步进电机的缺点是能量转换效率低，易失步，输入脉冲而电机不转动等。

对步进电机的控制包括单相励磁、双相励磁及单、双相励磁控制。

其中，单相励磁精度高，但易失步；双相励磁输出转矩大，转子过冲小为步进电机的常用控制方式。

但效率低。

单、双相励磁控制方式分辨率高、运转平稳。

三相异步电机控制简单，但没有精确度，可靠性太差，所以不予考虑。

结论：综上所述，本次设计采用步进电机控制系统。

第2章十字滑台控制系统硬件选择1 可编程逻辑控制器编辑本段基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：一、电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去二、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。

它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

三、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

四、输入输出接口电路1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。