PLC控制伺服電機變頻調(diào)速開題報告

1、開題報告一、個人信息學(xué)號：姓名：畢業(yè)院校：性別：男學(xué)院：自動化專業(yè)名稱：自動化民族：漢政治面貌：出生日期：二、題目信息題目編號：題目：PLC控制伺服電機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)教師：題目類型：理論研究類題目來源：國家級項目面向?qū)I(yè)：自動化研究方問:三、主要學(xué)習(xí)工作經(jīng)歷:四、選題依據(jù)選題背景與意義：通過PLC控制伺服電機能夠獲得精準的定位，同時也有的通過步進電機來獲取定 位，步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)， 是一種控制用的特種電機， 利用其沒有累積誤差的特點，廣泛應(yīng)用開環(huán)控制。但是，想必伺服電機的閉環(huán)控制， 控制精度不夠。伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過程， 電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所

2、驅(qū)動電機類型 分為直流（D。伺服系統(tǒng)和交流（AC伺服系統(tǒng)，交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動電 機類型分為永磁同步（SM型）電動機交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動機交 流伺服系統(tǒng)。由于直流伺服電動機存在機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修工作量大包括電刷、換 向器等則成為直流伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術(shù)、大功率電力電子技 術(shù)的成熟和電機永磁材料的發(fā)展和成本降低，交流伺服系統(tǒng)得到長足發(fā)展并將逐步 取代直流伺服系統(tǒng)。隨著電機理論、永磁材料、電力電子技術(shù)、控制理論和計算機技術(shù)的驚人發(fā)展。 交流伺服系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，自20世紀20年代末以來，取得了舉世矚目的進展，已具備有寬調(diào)速范圍，高穩(wěn)速精度、快動態(tài)響應(yīng)及四象

3、限運行等良好的技術(shù)性能， 其動、靜態(tài)特性已完全可以與直流伺服系統(tǒng)相媲美。多年來，“交流取代直流伺服”這一愿望正逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，并不斷有新的研究成果和新產(chǎn)品出現(xiàn)。近十年來，國內(nèi)外日益完善的永磁交流伺服系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，性能指標不斷提高， 應(yīng)用范圍不斷大?？v觀日前國內(nèi)市場現(xiàn)狀，國外知名品牌的永磁交流伺服系統(tǒng)占據(jù) 了國內(nèi)絕大多數(shù)中高端應(yīng)用領(lǐng)域，而國內(nèi)成熟產(chǎn)品主要應(yīng)用在中低端設(shè)備領(lǐng)域中， 如簡易數(shù)控機床、服裝加工機械、包裝機械等等、究其原因是國外知名品牌的產(chǎn)品 具有較明顯的技術(shù)優(yōu)勢?？傊?，伺服系統(tǒng)正朝著交流化、全數(shù)字化、采用新型電力 電子半導(dǎo)體器件、高度密集化、智能化、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。選題的意義：

4、(1)采用PLC的伺服控制是運動控制的一種方式，特別是在精確 定位控制中大量應(yīng)用。本課題結(jié)合實際應(yīng)用，對 PLC及伺服系統(tǒng)進行深入學(xué)習(xí)。(2)通過本題進一步對 PLC觸摸屏以及伺服系統(tǒng)接口設(shè)計的學(xué)習(xí)，加強理論 知識在實踐中的應(yīng)用。文獻綜述：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，伺服技術(shù)不斷成熟，它被更多的應(yīng)用到智能 控制、自動控制領(lǐng)域，成為現(xiàn)代裝備、自動化設(shè)備等不可缺少的一項重要技術(shù)。相 比較一般變頻調(diào)速電機而言，伺服電機不但能夠?qū)崿F(xiàn)精準的速度控制，而且能夠?qū)?現(xiàn)精準的角度（位置）控制，具有較強的動態(tài)特點。而 PLC以其技術(shù)成熟、性能穩(wěn) 定等優(yōu)勢，應(yīng)用于伺服電機控制系統(tǒng)中，能夠提高其整體性能。PLC是

5、指一種可編程的控制器，通過執(zhí)行內(nèi)部預(yù)存的程序?qū)崿F(xiàn)用戶指令的邏 輯運算及順序控制，并通過數(shù)字或者模擬等形式實現(xiàn)機械動作。PLC主要由電源、中央處理單元及通訊模塊等方面構(gòu)成。其中 CPU作為PLC的核心，起著神經(jīng)中樞 的重要作用。當PLC運行過程中，首先以掃描的方式接收設(shè)備的狀態(tài)及數(shù)據(jù)，并從 程序存儲器中讀取、分析用戶指令，然后執(zhí)行邏輯或者運算，發(fā)揮相應(yīng)的控制功能。 PLC使用操作較為簡單、應(yīng)用范圍較廣，且具有較強的抗干擾能力，將其應(yīng)用于伺 服電機控制中，能夠顯著增強系統(tǒng)整體性能?？删幊坛绦蚩刂破魅缃褚褟V泛運用于電器控制中。 可編程程序控制器除了可以 按事先編好的程序進行不同的邏輯控制，還具有自動

6、診斷、隨意編程、體積小、通用 性好、可靠性高等特點。所以，可編程程序控制器正在逐步取代繼電器-接觸器控制 系統(tǒng)。對于一般簡單的機電一體化控制系統(tǒng)，常常采用廉價的步進電機，其控制精度 已經(jīng)足夠；對于要求控制精度高，并且速度、負載變化大的場合，則應(yīng)該采用交流伺服 電機，又因其使用方便，所以常常取代了直流伺服電機.交流伺服電機必須與驅(qū)動器 配套使用才能夠正常工作，伺服驅(qū)動器為伺服電動機提供動力及相應(yīng)的控制信號 ，并 且根據(jù)電動機尾部的光柵傳感器檢測到的電機速度或位置信號，實時調(diào)整電機動作，使其與設(shè)計人員既定的使用要求相匹配。伺服電機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為機械角位移或者角速度的元件。在控制過程中，

7、通過執(zhí)行元件，僅需要輸入脈沖順序等信號，即可以調(diào)整設(shè)備旋轉(zhuǎn)的方向、 速度、位移等，這也成為它與其他電機存在差別的主要原因。交流伺服電動機的驅(qū)動器常見的3種控制模式有 ：位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩 控制.位置控制是通過上位機提供給伺服驅(qū)動器的脈沖控制信號來控制伺服電機動作的，而速度控制和轉(zhuǎn)矩控制則是通過上位機提供的模擬量控制信號去控制伺服電 機的。交流伺服電機額定電壓為常用的市電 220 V,功率在交流伺服電機中屬于小功 率型，體積較??；驅(qū)動器則是與交流伺服電機同一生產(chǎn)廠家的、 功率相匹配的驅(qū)動器. 這里驅(qū)動器的控制模式選用位置控制，為一種常見的、易用的、成本較低的驅(qū)動器控 制模式，一都能夠滿足實

8、際機電一體化系統(tǒng)的控制需要.選用的設(shè)備既能達到讓學(xué)生學(xué)會典型交流伺服系統(tǒng)的目的，而且使用方便、價格適中。速度控制的目的就是要讓伺服電機根據(jù)控制要求最快速的進行動作響應(yīng)。速度控制是一個反饋控制系統(tǒng)，組成速度控制回路，即速度環(huán)。Srv- on 口，接PLC輸出繼電器控制，控制伺服驅(qū)動器啟動、停止。 Zerospd 口是伺服驅(qū)動器本身的啟動、停止控制端。 Spr/trqr 口，接PLC模擬量輸出，對伺 服電機的速度進行控制。以完成速度控制要求。PLC在伺服電機控制中的應(yīng)用，能夠提高定位控制系統(tǒng)性能、且降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜 性。技術(shù)不斷發(fā)展，PLC在伺服電機中的應(yīng)用將成為必然趨勢。因此相關(guān)人員還應(yīng) 加強對技術(shù)

9、的研究力度，不斷提高電機控制能力，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)全過程的控制， 從而促進相關(guān)領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展。主要參考文獻：1韓探青.PLC控制的變頻調(diào)速定位伺服系統(tǒng)J. 自動化應(yīng) 用,2010,(11):50-52+55.2盧建飛，張文輝，陳榮昌.基于S7-200PLC的伺服電機調(diào)速系統(tǒng)控制方法J.自 動化應(yīng)用,2014,(10):36-38.3苗濤，曹云東.利用PLC模擬量控制伺服電機轉(zhuǎn)速J.科技信息(科學(xué)教研),2008,(07):82+104.4陳英俊，黃崇林.交流伺服電機的PLC控制綜合性實驗開發(fā)與設(shè)計J.實驗技 術(shù)與管理,2017,(02):147-150.5陶可瑞，朱連慶.PLC控制伺服電機應(yīng)用設(shè)

10、計J. 中國高新技術(shù)企 業(yè),2009,(13):13-14.6王家樂.PLC控制伺服電機的應(yīng)用設(shè)計探討J.山東工業(yè)技術(shù)，2016,(03):163.口閆娓，陳忠提，趙安.PLC觸摸屏直接控制伺服電機程序設(shè)計J.機床電器,2009,(04):37-38+41.8黃聲華，吳芳.永磁交流伺服系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展概況A.華中科技大學(xué).20069吳晨曦.蔣蝶.基于plc-伺服驅(qū)動的位置控制系統(tǒng)設(shè)計B.湖南工程學(xué)院機械 系.200810舒志兵.交流伺服運動控制系統(tǒng)(第二版)M.清華大學(xué)出版社，2006.11舒志兵.現(xiàn)代伺服運動控制系統(tǒng)(第一版)M .黑龍江人民出版社，2004.12譚弗娃，金如麟.永磁同步電動機

11、系統(tǒng)的應(yīng)用和研究J .交流永磁同步伺服系 統(tǒng)，2005, ( 3).13寇寶泉，程樹康.交流伺服電機及其控制M .北京：機械工業(yè)出版社，2008.14司鵬輝.步進電機和交流伺服電機性能綜合比較J.電子測試，2015(13) :85 G 86,47 .15孫興偉，侯廣政，王可，等.交流伺服電機速度控制模式實現(xiàn)方法的研究J. 機床與液壓，2012(15) :54 G55, 5 916鐘肇新，范建東.可編程控制器原理及應(yīng)用M .廣州：華南理工大學(xué)出版社,2006:152 G 157 .17張燕賓.變頻調(diào)速應(yīng)用實踐M.北京：機械工業(yè)出版社，200518劉 江.常用低壓電器與可編程程序控制器M.西安：西

12、安電子科技大學(xué)出版 社，2005五、研究目標與內(nèi)容研究目標：通過PLC控制交流伺服電機，達到系統(tǒng)可變頻調(diào)速的目標研究內(nèi)容：1.電機由V20變頻器來控制，變頻器由分布式輸入輸出模塊進行控制2.通過PROFINE以太網(wǎng)由主站PLC對變頻器進行遠程控制，并可通過工業(yè)在上位 機PC實現(xiàn)遠程控制六、創(chuàng)新之處直流伺服電動機存在機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修工作量大包括電刷、換向器等則成為 直流伺服驅(qū)動技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)的成熟和電 機永磁材料的發(fā)展和成本降低，交流伺服系統(tǒng)得到長足發(fā)展并將逐步取代直流伺服 系統(tǒng)。已具備有寬調(diào)速范圍，高穩(wěn)速精度、快動態(tài)響應(yīng)及四象限運行等良好的技術(shù) 性能。七、

13、研究思路一、系統(tǒng)總體設(shè)計方案綜合考慮，確定本設(shè)計的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：電源部分、 控制核心部分，執(zhí)行部分。1 .電源部分：AC 220V提供動力控制能源。DC 24V開關(guān)電源，為PLC供電，提供 伺服控制信號電源。2 .控制核心部分：該部分是由PLC負責發(fā)出控制信號，伺服驅(qū)動器對伺服電機進行 閉環(huán)控制，對其各種信息做出快速、準確的反應(yīng)，處理隨時變化的信號。3 .執(zhí)行部分：該部分由執(zhí)行電機拖動所需機械設(shè)備進行工作，電機工作情況由自身編碼器反饋給驅(qū)動器進行閉環(huán)控制，機械部分可由傳感器反饋給 PLC進行閉環(huán)控制。二、系統(tǒng)所需部件選用（一）伺服電動機1 .伺服電動機的基本要求：伺服電動機的

14、主要任務(wù)是能量轉(zhuǎn)換，因此，對它的要求 與一般動力用電機要求類似，希望能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、容易維護、堅固耐用、 體積小、重量輕、價格低等。伺服電動機又稱為執(zhí)行電動機， 在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，它將輸入的電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速 度輸出，輸入的電壓信號又稱為控制信號或電壓信號，改變控制電壓可以變更伺服 電動機的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。2 .伺服電動機的選擇：本設(shè)計要求快速、 準確地實現(xiàn)控制目標，決定采用力川系 列交流伺服系統(tǒng)。本系統(tǒng)具備響應(yīng)快、 精度高、；具有共振抑制和控制功能；具有 全閉環(huán)控制功能；控制方式多樣、 保護措施齊全。（二）PLC選用此次設(shè)計采用西門子系列 PLC該系列PLC精確、體積小，并由數(shù)字量和模擬量， 可準確地實現(xiàn)控制目標八、研究計劃及預(yù)期成果2017.1.7 -2017.3.8論文