伺服实训指导书.doc

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实训项目一：步进控制系统
一、实训目的：
练习步进驱动器、步进电机的应用，学会应用PLC去控制步进电机转动。
二、实训任务：
利用PLC作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。
控制要求：利用PLC控制步进电动机顺时针转2周，停5秒，逆时针转1周，停2秒，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。
三、相关知识：
了解步进电机的原理。
了解步进驱动器的原理。
四、实训设备：
kinco（2M530）步进驱动器2套，步进电机2台，FX2N-60MT PLC1个，万用表、DC24V电源。PLC编程软件，计算机。螺丝刀，导线。
五、实训过程：
1、 画出PLC、步进驱动器、步进电机之间的接线图，并安图接线。

图1-1 步进控制系统的接线原理图

图1-2 控制信号输入电路
注意：如果控制信号电源电压为24V，那么要串联2KΩ的限流电阻。
2、 设置步进电机的细分数。在本实训中我们设置4细分。

图1-3 DIP开关分布图
在驱动器的顶部有一个红色的八位DIP功能设定开关，可用来设定驱动器的工作方式和工作参数，使用前请务必注意。
表1-1 DIP开关的功能
开关序号
ON功能
OFF功能
特别说明
DIP1~DIP4
细分设置用
细分设置用

DIP5
静态电流半流
静态电流全流

DIP6~DIP8
输出电流设置用
输出电流设置用

细分设定表如下：
表1-2 细分设置表

DIP为ON
DIP为OFF
DIP2
DIP3
DIP4
细分
细分
ON
ON
ON
N/A
2
OFF
ON
ON
4
4
ON
OFF
ON
8
5
OFF
OFF
ON
16
10
ON
ON
OFF
32
25
OFF
ON
OFF
64
50
ON
OFF
OFF
128
100
OFF
OFF
OFF
256
200
3、设置驱动器的输出电流。
输出相电流如表所示。因为驱动器可以输出多种电流等级，我们必须设置步进电机的额定电流大约等于步进电机的额定电流。在本次实训中设置驱动器的输出的电流为2A。
表1-3 驱动器输出电流设置表
DIP6
DIP7
DIP8
输出电流
ON
ON
ON
1.2A
ON
ON
OFF
1.5A
ON
OFF
ON
1.8A
ON
OFF
OFF
2.0A
OFF
ON
ON
2.5A
OFF
ON
OFF
2.8A
OFF
OFF
ON
3.0A
OFF
OFF
OFF
3.5A
4、写出PLC控制步进电机的控制程序。
控制要求：按下启动时，电机顺时针转2周，停5秒，然后逆时针转1周，停5秒，循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。写出控制程序并进行调试。
程序调试，观察步进电机是否按所设定的角度运行。
六、注意事项：
1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但控制程序可以更改。
2、由于没有成套设备，要现场接线，所以每组进行时要注意用电安全。
七、评分标准。
序号
评分标准
配分
得分
扣分说明
1
能正确按图连接系统的电路。如有接线错误，每处扣5分。扣完为止。
20

2
能按要求正确设置步进驱动器细分数。正确设置驱动器的输出电流。每错一处扣10分。
20

3
能正确编写PLC的控制程序，且传送到PLC中进行调试。如不能正确运行，进行相应扣分。完全不能运行扣20分。
20

4
整个系统能调试正常运行，步进电机能正常运转。
20

5
能够修改步进电机的运行速度和运转的角度。不能修改每处扣10分。
20

最后得分

八、思考题：
1、如电机在运行的过程中，如产生误差，因如何消除？
2、按下停止按钮时，要求运行完一周才停止，应如何修改控制程序？
3、运行完一周，中间没有停止时间，马上就反转，循环运行，看控制精度是否发生变化？
3、除了PLC可以作为控制步进电机的上位机，还有那些设备可以作为上位机进行控制？举例说明。

实训项目二 伺服系统的速度控制模式运行
一、实训目的：
伺服控制系统的功能很广，有速度控制模式，转矩控制模式，位置控制模式以及这三种模式的组合模式，本项目练习速度控制模式，通过实训理解速度控制模式下的伺服电机的运行特点。
二、实训任务。
在速度控制模式下，能完成7段调速以及电位器调速。
三、相关知识。
1、理解伺服电机和伺服驱动器的控制原理。
2、理解伺服驱动器的参数设置要求，和每调参数对系统运行情况的影响。
3、速度控制模式的使用场合。以及速度控制模式的特点。
四、实训设备。
由伺服驱动器MR-J2S-10A、伺服电机HC-MFS13B、DC24V电源、接触器、中间继电器、按钮等组成的实训板。万用表、螺丝刀等。
五、实训步骤。
1、画出控制系统的原理图并接线。
（1）系统控制主电路（如图2-1）。
(2)系统控制回路(如图2-2).
2.设置参数.
首先将设置参数 NO.19=000E,然后再设置下表2-1中的参数，设置完毕后，把系统断电，重新启动，则参数有效。
表2-1 速度控制模式要设置的参数
参数
名 称
出厂值
设定值
说 明
NO.0
控制模式选择
0000
0002
设置成速度控制模式
NO.2
自动调整
0105
0105
设置为自动调整
NO.8
内部速度1
100
1000
1000r/min
NO.9
内部速度2
500
800
800r/min
NO.10
内部速度3
1000
1500
1500r/min
NO.11
加速时间常数
0
1000
1000ms
NO.12
减速时间常数
0
1000
1000ms
NO.25
模拟量速度指令最大速度
0
4000
模拟量输入为10V时对应速度是4000r/min
NO.41
用于设定SON、LSP、LSN的自动置ON
0000
0111
SON、LSP、LSN内部自动置ON.
NO.43
输入信号选择2
0111
0AA1
在速度模式、转矩模式下把CN1B-5改成SP3
NO.72
内部速度4
200
2000
速度是2000r/min
NO.73
内部速度5
300
3000
速度是3000r/min
NO.74
内部速度6
500
2500
速度是2500r/min
NO.75
内部速度7
800
1800
速度是1800r/min

图2-1 系统控制主电路

图2-2 速度控制模式下控制回路
3、开始运行。
通过控制SP1、SP2、SP3、或者电位器VC的电压调整电机运行的速度如表2-2所示。ST1、ST2控制电机运行的方向及启动和停止。运行方向如表2-3所示。
表2-2 电机运行速度表

表2-3 电机运行方向

六、注意事项：
1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但运行速度可以改变。
2、由于没有成套设备，要现场接线，因此可能线比较乱，所以每组进行时要注意用电安全。
3、在运行过程中，如听到电机有异常声音，要极时停机检查原因。对于一些备用参数不允许设置。
七、评分标准
序号
评分标准
配分
得分
扣分说明
1
能正确按图连接系统的电路。如有接线错误，每处扣5分。扣完为止。
20

2
能按要求正确设置伺服驱动器的参数。每错一处扣4分。扣完为止。
20

3
能正确操作伺服电机正反转运行，能利用外部开关、电位器进行7段调速和连续调速。并能监控电机运行的速度是否和设置的速度一置。如不能正确运行，进行相应扣分。完全不能运行扣20分。
20

4
整个系统能调试正常运行，伺服电机能正常运转。并能监控电机运行时的各种参数。
20

5
能够分析伺服电机在速度运行模式下速度和转矩的关系。
20

最后得分

八、思考题。
有一控制现场，当接收到一个启动信号时，要求电机以尽量高的速度旋转，但只能转一周，而且都停在一个固定位置上。电机停止时，又会自动接收到启动信号，如此重复运行。大概1分钟要求启停150次左右。设计这一控制系统并调试。观察电机运行的最高速度能达到多少。

实训项目三 伺服系统的转矩控制模式运行
一、实训目的：
伺服控制系统的功能很广，有速度控制模式，转矩控制模式，位置控制模式以及这三种模式的组合模式，本项目练习转矩控制模式，通过实训理解转矩控制模式下的伺服电机的运行特点。
二、实训任务。
在转矩控制模式下，能完成7段调速以及电位器调速。
三、相关知识。
1、理解伺服电机和伺服驱动器的控制原理。
2、理解伺服驱动器的参数设置要求，和每调参数对系统运行情况的影响。
3、转矩控制模式的使用场合。以及转矩控制模式的特点。
四、实训设备。
由伺服驱动器MR-J2S-10A、伺服电机HC-MFS13B、DC24V电源、接触器、中间继电器、按钮等组成的实训板。万用表、螺丝刀等。
五、实训步骤。
1、画出控制系统的原理图并接线。
（1）系统控制主电路（如图3-1）。
(2)系统控制回路(如图3-2).
2.设置参数.
首先将设置参数 NO.19=000E,然后再设置下表3-1中的参数，设置完毕后，把系统断电，重新启动，则参数有效。
表3-1 速度控制模式要设置的参数
参数
名 称
出厂值
设定值
说 明
NO.0
控制模式选择
0000
0004
设置成转矩控制模式
NO.2
自动调整
0105
0105
设置为自动调整
NO.8
内部速度限制1
100
1000
1000r/min
NO.9
内部速度限制2
500
800
800r/min
NO.10
内部速度限制3
1000
1500
1500r/min
NO.11
加速时间常数
0
1000
1000ms
NO.12
减速时间常数
0
1000
1000ms
NO.25
模拟量速度限制最大速度
0
4000
模拟量输入为10V时所限制的最高速度4000r/min
NO.41
用于设定SON、LSP、LSN的自动置ON
0000
0111
SON、LSP、LSN内部自动置ON.
NO.43
输入信号选择2
0111
0AA1
在速度模式、转矩模式下把CN1B-5改成SP3
NO.72
内部速度限制4
200
2000
速度是2000r/min
NO.73
内部速度限制5
300
3000
速度是3000r/min
NO.74
内部速度限制6
500
2500
速度是2500r/min
NO.75
内部速度限制7
800
1800
速度是1800r/min

图3-1 系统控制主电路

图3-2 转矩控制模式下控制回路
3、开始运行。
通过控制SP1、SP2、SP3、调整电机运行的最高速度如表3-2所示。RS1、RS2控制电机运行的方向及启动和停止。运行方向如表3-3所示。
表3-2 电机运行速度表

表3-3 电机运行方向控制表

六、注意事项：
1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但运行速度可以改变。
2、由于没有成套设备，要现场接线，因此可能线比较乱，所以每组进行时要注意用电安全。
3、在运行过程中，如听到电机有异常声音，要极时停机检查原因。对于一些备用参数不允许设置。
七、评分标准
序号
评分标准
配分
得分
扣分说明
1
能正确按图连接系统的电路。如有接线错误，每处扣5分。扣完为止。
20

2
能按要求正确设置伺服驱动器的参数。每错一处扣4分。扣完为止。
20

3
能正确操作伺服电机正反转运行，能利用外部开关、电位器进行7段调速和连续调速。并能监控电机运行的速度是否和设置的速度一置。如不能正确运行，进行相应扣分。完全不能运行扣20分。
20

4
整个系统能调试正常运行，伺服电机能正常运转。并能监控电机运行时的各种参数。
20

5
能够分析伺服电机在转矩运行模式下速度和转矩的关系。
20

最后得分

七、思考题。
有一收卷系统，如卷纸，要求在收卷时纸张所受到的张力保持不变，当收卷到A点时（如图3-3），电机停止。设计这一控制系统。

图3-3 收卷系统工作示意图

实训项目四 伺服系统的位置控制模式
一、实训目的。
伺服系统是现在定位控制中使用非常广泛的一个系统，和步进系统比较具有控制精度高，转速快，带负载能力强等特点，当然价钱也比步进系统要贵的多。伺服系统在定位控制中应包含三个方面的设备，一是伺服电机，二是伺服驱动器，三是控制的上位机，控制的上位机可以是PLC，单片机，还可以是专用的定位控制单元或模块，如FX2N-1PG、FX2N-10GM、FX2N-20GM等。在我们这个实习中，采用PLC作为控制器，重点是学习伺服驱动器的用法，如系统的接线、参数设置、程序调试等。
二、实训任务。
以PLC作为上位机进行控制。控制要求如图4-1所示，按下启动按钮，电机旋转，拖动工作台从A点开始向右行驶30mm，停2秒，然后向左行驶返回A点，再停2秒，如此循环运行，按下停止按钮，工作台行驶一周后返回A点。画出控制原理图，设置运行参数，写出控制程序并进行调试。要求工作台移动的速度要达到10mm/s。丝杆的螺距为5mm。

图4-1 控制工作台示意图
三、相关知识。
1、了解伺服驱动器和伺服电机的工作原理。
2、了解伺服驱动器在位置控制模式中参数的设置和影响控制精度的因素。
3、了解伺服驱动器“电子齿轮”的概念和计算方法。

四、实训设备。
由伺服驱动器MR-J2S-10A、伺服电机HC-MFS13B、DC24V电源、接触器、中间继电器、按钮等组成的实训板。FX2N-64MT的PLC 万用表、螺丝刀等。
五、实训步骤。
1、画出控制系统的原理图并接线。
（1）系统控制主电路（如图4-2）。

图4－2 系统控制主电路
(2)系统控制回路(如图4-3).

图4-3 系统控制回路
2.设置参数.
首先将设置参数 NO.19=000E,然后再设置下表4-1中的参数，设置完毕后，把系统断电，重新启动，则参数有效。
表4-1 位置控制模式要设置的参数
参数
名 称
出厂值
设定值
说 明
NO.0
控制模式选择
0000
0000
设置成转矩控制模式
NO.2
自动调整
0105
0105
设置为自动调整
NO.3
电子齿轮分之
1
16384
设置成上位机发出5000个脉冲电机转一周。
NO.4
电子齿轮分母
1
625
NO.21
功能选择3
0000
0001
用于选择脉冲串输入信号波形（设定脉冲加方向控制）
3、写出控制程序。
根据控制要求，工作台从A点移到B点，电机转6周，因此PLC要发出30000个脉冲，工作台移动的速度要达到10mm/s，则产生脉冲的频率为10000Hz。X0为启动信号，X1为停止信号，脉冲从Y0输出，Y1为控制方向。因此控制梯形图如下。

4、启动运行。观测电机的运行情况，每次转动时是否转6周，停止位置是否和启动位置重叠。
六、注意事项：
1、由于实训设备不够，要分组进行，所以第一组接好线后，后面的不要重新接线，只是检查线是否接对，但运行速度、转动的周数可以改变。
2、由于没有成套设备，要现场接线，因此可能线比较乱，所以每组进行时要注意用电安全。
3、在运行过程中，如听到电机有异常声音，要极时停机检查原因。对于一些备用参数不允许设置。
4、为了检查电机运行是否准确，在电机的轴上贴上划线线的标签，从而判断电机电机是否准确定位。
七、思考题。
1、在电机往返运行中，取消中间的停止时间，看是否会影响控制的精度，如产生较大的误差，应如何消除？
2、如何用一个PLC控制两个或多个伺服电机同步运行，也即当主电机速度改变时，其它电机也跟着同步运行。设计控制方案并调试运行。