图书分类号：密 级：毕业设计(论文)基于PLC的xy轴交流伺服运动控制装置THE XY AXIS AC SERVO MOTION CONTROL DEVICE BASED ON THE PLC学生姓名学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造及其自动化指导教师年月日 徐州工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日II摘要传统的运动控制系统由于其封闭式的结构、控制软件的兼容性差、容错性和可靠性差、缺少网络功能等缺陷，已不能满足现代运动控制的要求。现代运动控制技术是计算机技术、传感技术、电力电子技术和机械工程技术等的继承和综合应用，用于机械传动的自动化和智能化的创建，对机械传动的运动位置、运动轨迹和各种运动参数进行实时的控制和管理。本设计的主要工作是对机电一体化教学设备的控制系统的设计，该设计以对加工中心的设计方法及步骤为主线展开设计，包括控制系统总体设计，系统软件、硬件的选择，系统的调试等内容。设计硬件如下：信息处理和控制由PLC系统完成；驱动元件为国内自行设计、自主开发、自有工厂制造的全数字式MR-J3-10A交流伺服驱动器；执行机构是HF-KP13交流伺服电机；机械本体为一个两维的X-Y工作平台，是工业应用中最典型的控制对象之一；反馈检测元件为编码器。关键词 交流伺服；运动控制；PLC系统；检测元件；编码器AbstractBecause of its closed-end structure, poor compatibility, fault tolerance and reliability of control software, traditional motion control system has many deficiencies to meet the requirements of modern motion control. Modern motion control technology is the inheritance and integrated application of computer technology, sensor technology, power electronic technology and mechanical engineering technology, be used for automated mechanical transmission and intelligent creation, the movement of the mechanical transmission, trajectory and motion parameters in real-time control and management.The main work of this design is the integration of teaching equipment, mechanical and electrical control system design, experimental equipment as the teaching areas are vertical machining center, so the design of the machining centers design and the steps to design the main line, including the control system design, system software, hardware selection, system debugging and so on. Hardware design is as follows: drive components for the domestic self-designed, developed, manufactured its own full-digital MR-J3-10A AC servo drive; executing agency is the HF-KP13 AC servo motor; mechanical body for a two-dimensional XY work platform, is the most typical industrial application of the control object; feedback detection devices for the encoder.Keywords AC servo motion contro detection device encoder目 录摘要IAbstractII1.1 课题研究的目的和意义31.2 机电一体化系统概述31.3 课题背景41.4 课题内容51.4.1 设计条件51.4.2设计内容51.4.3 设计要求62 系统设计72.1 基于PLC的X-Y轴交流伺服运动控制装置总体结构72.2 伺服系统的选择72.3 控制系统的选择82.4 系统运动方式的确定83 工作台的设计93.1工作台设计及计算93.1.1 总体方案931.2横向进给系统的设计计算93.1.3计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力93.1.4确定进给传动链的传动比i和传动级数93.1.5滚珠丝杠的动载荷计算与直径估算93.2 结构设计103.2.1 滚珠丝杠螺母副的设计103.2.2滚珠丝杠支承的选择113.2.3轴承的选择113.2.4 连接方式114 控制系统硬件结构设计124.1 控制系统组成结构及分类124.1.1 控制系统组成结构124.1.2 控制系统的分类124.2 控制系统的选型144.2.1 可控制编程器（PLC）144.2.2 定位模块164.2.3触摸屏184.3伺服电动机设计184.3.1 交流伺服电机的分类和特点184.3.2 交流伺服电机的控制方式194.3.3 X-Y轴伺服电机的选型204.4 伺服驱动器224.4.1 伺服驱动器的结构234.4.2 伺服驱动器与伺服电机的连接234.5 控制系统参数设置234.6 系统电气电路的设计与实现254.7机电一体化系统检测元件选择274.7.1 数控机床测量系统的分类与特点274.7.2 常用的测量元件274.7.3 码盘、光栅尺的选择284.7.4 编码器测速原理及保证回零精度的工作原理285系统程序设计305.1.PLC与定位模块的通信305.1.1 指定程序号305.1.2 PLC对定位模块FX2N-20GM工作参数的写入305.1.3 PLC对定位模块FX2N-20GM操作指令的读取325.2 PLC对伺服驱动器ABS（绝对）数据的读取325.3 定位模块中插补程序的编写及调用325.4 系统的报警与复位355.5 触摸屏画面的设计35结论37致谢38参考文献39附录40附录140附录2431 绪论1.1 课题研究的目的和意义本设计的主要工作是对机电一体化教学设备的控制系统的设计。机电一体化技术是一项在机械的主功能、动力功能、信息与控制功能上引进了电子技术，是将机械、电子等技术有机结合综合运用的新兴技术。该技术主要涉及精密机械、自动控制、检测传感、信息处理、伺服传动、计算机等相关领域。机电一体化技术的日新月异使高等学校和职业学校在教学实践上面临着新的挑战。传统的机电一体化教学理论教学内容很多，而学生实验很少甚至没有，即使有也是针对于使用和操作机电设备，学生缺少在实践动手中联系理论知识的机会。比如讲到伺服控制中的三环：位置环、速度环、电流环的理论知识，老师讲了很多，但学生却缺少相应实验自己去操作从感性上认识加深这些理论知识，这样就使得毕业生走上社会以后面临重重困难，难以适应工作岗位的具体要求。通用运动控制技术已逐步发展成为一种高度集成化的技术，不但包含通用的多轴速度、位置控制技术，而且与应用系统的工艺条件和技术要求紧密相关。事实上，应用系统的技术要求，特别是一个行业的工艺技术要求也促进了运动控制器的功能的发展。通用运动控制器的许多功能都是同工艺技术要求密切相关的，通用运动控制器的应用不但简化了机械结构甚至简化了生产工艺。通用运动控制器的主要功能在多个行业得到广泛的应用。伺服机械传动装置是伺服系统的一个组成环节，已广泛应用于各种精密机床和精密仪器工作台的自动定位、数控机床拖板移动、机械手与机器人的运动等。其作用是传递转矩和转速并使伺服电动机和负载之间的转矩与转速得到合理的匹配。通过这个课题的研究我们可以很好的将所学与实际相联系，更好的理解所学到得知识。1.2 机电一体化系统概述机电一体化技术涉及到传感器技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术等关键技术。典型的机电一体化系统包含以下几个部分：图1-1 机电一体化系统组成1）信息处理与控制系统：信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，并对其进行相应的处理/运算和决策，实现要求的控制功能。本课题研究的机电一体化实验台中，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成。硬件包括输入输出设备、显示器、可编程控制器（PLC、单片机）和数控装置等。本机电一体化实验台要求信息处理速度高，A/D和D/A转换及分时处理时的输入输出可靠，抗干扰能力强。2）驱动元件系统：按照系统的要求，为机电一体化产品提供能量和动力功能，去驱动执行机构工作，以完成预定的主功能。本机电一体化实验台采用的是富士公司的伺服电动机作为动力驱动元件。3）执行机构系统：在控制信息的作用下完成要求的动作，实现机电一体化实验设备的主功能。执行部件为运动部件，本机电一体化设备采用的是机械机构，即电动机带动滚珠丝杠作X、Y方向的位移，以完成设备的主功能。执行机构是实现产品目的功能的直接执行者，其性能好