《運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)及應(yīng)用》電子教案 項(xiàng)目2-任務(wù)2 基于 PLC 的鉆孔加工控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

課程單元教學(xué)設(shè)計(jì)首頁(yè)課程課題：項(xiàng)目2任務(wù)2授課教師學(xué)時(shí)數(shù)6授課班級(jí)授課日期教學(xué)地點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)（1）掌握定位控制的表格運(yùn)行、中斷運(yùn)行等有關(guān)指令。（2）掌握兩軸控制的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。（3）能根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的步進(jìn)系統(tǒng)。（4）能完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器以及控制器（PLC）的電氣連接。（5）會(huì)編寫控制步進(jìn)系統(tǒng)的PLC程序。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)（1）掌握定位控制的表格運(yùn)行、中斷運(yùn)行等有關(guān)指令。（2）掌握兩軸控制的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。（3）能完成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器以及控制器（PLC）的電氣連接。（4）會(huì)編寫控制步進(jìn)系統(tǒng)的PLC程序。教學(xué)方法教學(xué)手段PPT、邊講邊練教學(xué)準(zhǔn)備1、PLC本體:FX5U-32MT2、人機(jī)界面：GS21073、運(yùn)動(dòng)模組：運(yùn)動(dòng)模組XY軸有效運(yùn)動(dòng)行程400mm，z軸有效行程200mm4、步科3S57Q-04079型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步科3M458步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器5、電腦及相應(yīng)軟件參考資料教學(xué)反思?課程單元教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施方案?jìng)渥ⅰ救蝿?wù)目標(biāo)】本任務(wù)主要是利用PLC控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工設(shè)備加工過程的控制。任務(wù)具體要求為：系統(tǒng)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)（3工位均勻分布在圓周）和一個(gè)絲桿導(dǎo)軌鉆孔機(jī)構(gòu)（可上下移動(dòng)）組成，絲桿導(dǎo)程為5mm。工作過程為：系統(tǒng)上電后先通過按鈕控制設(shè)備回原點(diǎn)（導(dǎo)軌鉆頭和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)都要回原點(diǎn)）；裝夾好被加工工件，按下啟動(dòng)按鈕，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到一工位（原點(diǎn)位置重合即回原點(diǎn)時(shí)已經(jīng)是在第一工位）停止，鉆頭開始從原點(diǎn)位置快速移動(dòng)到加工開始位置，然后以加工速度進(jìn)行鉆孔加工，加工完成后回到加工開始位置；工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)到二工位，鉆頭再次下降加工，加工完成后回到加工開始位置；…以此循環(huán)加工完成3個(gè)工位的所有零件，，并一直循環(huán)下去。整個(gè)系統(tǒng)可以通過觸摸屏進(jìn)行操作,根據(jù)加工零件的尺寸和材質(zhì)設(shè)定加工開始點(diǎn)位置、鉆孔加工的深度、快速移動(dòng)速度、加工速度等。設(shè)備在正常按下停止按鈕時(shí)需完成本工位的加工任務(wù)后回到加工開始點(diǎn)后停止；在緊急情況下可以實(shí)現(xiàn)硬件按鈕急停，急停之后只能重新對(duì)PLC上電且回原點(diǎn)之后才可以繼續(xù)加工?！救蝿?wù)分析】本任務(wù)主要是在前面所學(xué)有關(guān)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用PLC來(lái)完成控制步進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行，這個(gè)任務(wù)主要是讓我們學(xué)習(xí)中斷、表格等多種指令在定位系統(tǒng)中的使用，通過教師的講授，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)查閱有關(guān)資料來(lái)完成本任務(wù)。【知識(shí)準(zhǔn)備】一.定位控制FX5U-32MTPLC本體CPU模塊具有高速的I/O輸出端子，可以實(shí)現(xiàn)4個(gè)軸的定位控制，如果添加一些運(yùn)動(dòng)控制模塊或高速脈沖輸入輸出模塊的最大可以達(dá)到控制12個(gè)軸。FX5UPLC定位通過各定位指令進(jìn)行脈沖輸出，并基于定位參數(shù)（速度、動(dòng)作標(biāo)志位等）進(jìn)行動(dòng)作。主要有原點(diǎn)回歸控制和定位控制兩大主要功能。在前面的項(xiàng)目任務(wù)中我們主要講解了機(jī)械原點(diǎn)回歸指令DSZR/DDSZR、脈沖輸出指令PLSY/DPLSY、相對(duì)定位指令DRVI/DDRVI、絕對(duì)定位指令DRVA/DDRVA、可變速度運(yùn)行指令PLSV/DPLSV，在這個(gè)任務(wù)中我們主要說說如何利用表格指令來(lái)實(shí)現(xiàn)多軸運(yùn)行。1.中斷1速定位指令DVIT/DDVIT中斷信號(hào)要在GXworks3軟件中進(jìn)行設(shè)置，如圖所示。示例：如圖所示程序中，若X0為中斷信號(hào)，程序執(zhí)行過程為，當(dāng)X17=ON時(shí)，軸1以5000的速度進(jìn)行定位運(yùn)行，如在運(yùn)行過程中，當(dāng)?shù)綑z測(cè)到中斷信號(hào)X0=ON,則軸1在中斷信號(hào)后面以5000的速度還要運(yùn)行的脈沖數(shù)為10000才停止。特別注意在程序中并沒有出現(xiàn)X0是因?yàn)樵谇懊娴膮?shù)設(shè)置中已經(jīng)設(shè)置了了X0為中斷輸入信號(hào)1并且已經(jīng)啟用。2.表格的使用方法與步驟（1）表格運(yùn)行控制方式 1:1速定位(相對(duì)地址指定)； 2:1速定位(絕對(duì)地址指定)； 3:中斷1速定位； 4:可變速度運(yùn)行； 5:附帶表格轉(zhuǎn)移的可變速度運(yùn)行； 6:中斷停止(相對(duì)地址指定)； 7:中斷停止(絕對(duì)地址指定)； 10:附帶條件跳轉(zhuǎn)； 20:插補(bǔ)運(yùn)行(相對(duì)地址指定)； 22:插補(bǔ)運(yùn)行(絕對(duì)地址指定)；（2）表格的使用主要步驟①使用GXWorks3，從“高速I/O”中設(shè)定定位參數(shù)。②使用GXWorks3，從“高速I/O”中設(shè)定表格數(shù)據(jù)。3.單獨(dú)表格運(yùn)行TBL示例：如圖為執(zhí)行控制方式[6:中斷停止(相對(duì)地址指定)]的整個(gè)程序建立和執(zhí)行過程。圖1所示為定位參數(shù)設(shè)置。圖2所示為軸1定位數(shù)據(jù)設(shè)置。多個(gè)表格運(yùn)行指令DRVTBL示例：圖所示為執(zhí)行軸1中從表格No2開始依次按控制方式[5:附帶表格轉(zhuǎn)移的可變速度運(yùn)行]、[3:中斷1速定位]執(zhí)行連續(xù)運(yùn)行(中斷2速定位)的整個(gè)程序建立和執(zhí)行過程。圖1所示為定位參數(shù)設(shè)置。圖2所示為軸1定位數(shù)據(jù)設(shè)置，一共有3個(gè)表格，采用了三種不同的控制方式。圖3所示為執(zhí)行的程序。5.多個(gè)軸的表格運(yùn)行指令DRVMUL示例：如圖所示為同時(shí)執(zhí)行軸1、軸2、軸4各動(dòng)作的程序示例。圖1所示為3個(gè)軸的定位參數(shù)設(shè)置。圖2所示為軸1定位數(shù)據(jù)。圖3所示為軸2定位數(shù)據(jù)。圖4所示為軸4定位數(shù)據(jù)。圖5所示為控制程序?！救蝿?wù)實(shí)施】1.根據(jù)控制要求畫出控制系統(tǒng)原理圖并完成硬件連接本系統(tǒng)主要由FX5U-32MT、步科3S57Q-04079型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步科3M458步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、三菱GS2107觸摸屏、按鈕、位置傳感器（行程開關(guān)）等組成。根據(jù)I/O分配表，整個(gè)系統(tǒng)原理圖圖所示。在圖中SQ1、SQ2為旋轉(zhuǎn)臺(tái)的兩個(gè)安全傳感器，當(dāng)這兩個(gè)安全傳感器為接通時(shí)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器才能正常工作；SQ3、SQ4為導(dǎo)軌的上、下極限位置傳感器，當(dāng)這兩個(gè)安全傳感器為接通時(shí)，導(dǎo)軌的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器才能正常工作；這四個(gè)傳感器相當(dāng)于一個(gè)硬件安全保護(hù)措施。根據(jù)工藝規(guī)范要求連接好硬件設(shè)備。注意驅(qū)動(dòng)模塊如果接24V電源時(shí)在PLS+和DIR+端要接入一個(gè)2KΩ1/4W的電阻；如果是接5V電源時(shí)則不需要接這個(gè)電阻。2.觸摸屏設(shè)計(jì)D100存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的是加工開始點(diǎn)與原點(diǎn)之間的距離單位為cm，D102存儲(chǔ)單元里面存放鉆孔加工深度數(shù)據(jù)單位為cm；D104存儲(chǔ)單元里面存儲(chǔ)的是回原點(diǎn)速度；D106存儲(chǔ)單元里面存儲(chǔ)的是快進(jìn)速度；D108存儲(chǔ)單元里面存儲(chǔ)的是鉆孔加工速度。M301、M302、M303、M310分別關(guān)聯(lián)回原點(diǎn)、啟動(dòng)、停止、及回歸正常顯示及格功能。3.PLC程序設(shè)計(jì)（1）脈沖計(jì)數(shù)。（2）使用GXWorks3，從“高速I/O”中設(shè)定定位參數(shù)?；緟?shù)設(shè)置、原點(diǎn)回歸參數(shù)設(shè)置（3）使用GX