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基于西门子 PLC 多轴伺服控制系统设计

2018年10月09日11:05
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       摘 要:为了满足工业现场稳定、高精度的运动控制要求,以西门子新型模块化高性能 S7-1200 系列 PLC 和松下 A5 系列伺服控制器为控制核心,采用与伺服控制器相配套的松下伺服电机,设计了 4 轴伺服运动控制系统,进行了控制系统的整体硬件设计,介绍了系统地址分配和数据传输、PLC 和伺服控制器的接线和伺服参数设置、相关 PLC 程序设计、触摸屏控制界面设计.经调试运行表明:系统运行稳定、控制精度高,适用于工业机械手伺服控制等多种伺服控制场合,具有良好的应用价值.
        关键字:运动控制;可编程逻辑控制器;伺服控制

        1、 前言
        现代工业对于控制系统的响应时间、响应速度、稳定性等性能指标的要求越来越高.根据实际项目设计需要,选择了西门子 PLC、松下伺服电机及伺服控制器等集成 4 轴伺服控制系统,将 PLC 技术、伺服控制的优势有机结合起来,使运动性能达到更好的水平.在由传动制造逐渐转向智能制造的今天,多轴伺服的应用将越来越重要,因此该系统有良好的应用价值.

        2 、伺服控制系统的结构设计
        2.1 控制方案的硬件选择
        控制系统的应用对象为四自由度的龙门式堆焊机,采用模块化 PLC+ 伺服控制器进行运动控制.该方案在系统的响应时间和控制精度、实时性、同步性能等方面不如专用控制器,但性价比高,适合定位间隔频率和同步性要求一般的场合.根据项目实际的系统要求,定位间隔时间为几十毫秒,同步要求不高,采用该方案满足系统的需要,性价比较高.

        2.2 西门子 S7-1200 多轴伺服系统的组成
        系统硬件部分选型:CPU1214C DC/DC/DC;西门子KIP1000 Basic 触摸屏;松下 MHMJ022G1V 交流伺服电机,额定输出功率 200W,额定转速 3000r/m,额定电压单相 / 三相 200V,配 20bit 增量式编码器;伺服驱动器选用松下 MB-DK2510E 全数字交流伺服驱动器.一台 1214C DC/DC/DC CPU 集成了 4 路脉冲输出接口,能够控制四个伺服控制器以达到控制四台伺服电机的目的,实现 4 个轴的精确定位,并实现多个电机的同时工作和同时停止.采用西门子 SIMATIC KIP1000 Basic 触摸屏作为上位机,实现对伺服系统运行状态的实时监控.S7-1200 在运动控制中使用了轴的概念,通过对轴的组态,包括硬件接口、位置定义、动态特性、机械特性等,与相关的指令块(符合 PLCopen 规范)组合使用,通过对轴的组态可实现绝对位置、相对位置、点动、转速控制及自动寻找参考点的功能.CPU 输出脉冲、向信号至 Servo Drive,伺服驱动器再将该信号处理后输出到伺服电机,控制电机加减速、移动到指定位置;编码器信号输入到伺服驱动器形成半闭环控制,用于计算速度与当前位置;用 PLC 内部的高速计数器测量CPU 上的脉冲输出,计算速度与位置.

        2.3 软件平台
        需要用到的相关软件平台:TIA Portal V13、PANATERMV5.0 Manual.TIA Portal 是西门子公司开发的高集成度工业组态软件,提供了直观易用的编辑器,可支持西门子系列PLC 编程.此外还为硬件配置,网络配置、诊断等提供了通用的工程组态框架.PANATERM V5.0 Manual 是松下 A5 伺服驱动器专用的伺服参数配置软件,能够实现伺服参数的快速设置,有效缩短了伺服系统的开发周期.

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