1、精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業 學號 蘇州市職業大學畢業設計題目題目 基于 D425 的兩軸控制系統設計與調試 學生姓名： 吳波 專業班級： 12 電氣自動化技術 1 班 學院 (部)： 電子信息工程學院 校內指導教師： 鄧建平（副教授） 校外指導教師：熊元平（生產部經理） 完成日期： 2015 年 5 月 精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業摘摘 要要運動控制，簡而言之,運動控制是機械傳動裝置由計算機控制的，但也可以說是機械運動部件的速度和位置控制，完成相應的操作根據規定軌跡和運動參數。計算機技術和微電子技術的發展，促進機電一體化技術的進步。因此,運動控制技術也發展迅速,新

2、產品和新技術，各種運動控制的出現在一條連續的線，產品結構和生產結構的變化 。本文主要是運用西門子 D425 模塊、simotion D 系統控制伺服電機的速度，相對運動的速度與速度比，實現對伺服電機的高精度控制，傳感器能夠準確的反饋電機的運行狀態。關鍵詞：兩軸控制 伺服驅動 D425精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業AbstractAbstractServo control. In short, motion control is a mechanical drive device controlled by the computer, but also can be said to

3、control the speed and position of moving mechanical parts, to complete the corresponding operation according to the provisions of the trajectory and motion parameters. Therefore, the motion control technology is also developing rapidly, new products and new technology, the emergence of a variety of

4、motion control in a continuous line.This article mainly is to use Siemens D425 module, system simotion D control servo motor to complete a predetermined orbit. Keywords: two axis control servo drive D425精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業目目 錄錄 精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業1 1 概述概述1.11.1 伺服控制系統應用現狀伺服控制系統應用現狀1 1 .1.1.1.1 運

5、動控制技術的發展現狀運動控制技術的發展現狀運動控制系統是機械運動的驅動裝置，電機為控制對象，控制器為核心，與執行器，電力電子裝置的電力改造，電氣傳動控制系統的引導下自動控制理論。這種系統來控制電機的轉矩，速度和角度，將電能轉換成機械能，進行機械運動要求的運動。在電氣時代，汽車已在現代化的生產和生活中起著非常重要的作用。不僅在交通運輸，醫療保健，商業和辦公，并在家電和消費電子產品，各種電機的廣泛應用。從直流到交流電機控制系統，開環閉環，從模擬到數字，是基于網絡的發展過程中 PC 機和運動控制的伺服控制系統，每個進程的發展在很大程度上，促進了運動控制系統的發展。近年來，伺服驅動控制的產品開始走向了

6、機械類的舞臺上，所以機械了的產品的數量和質量成為了我們最關心的問題。因此，近年來許多廠商開始使用通用伺服驅動控制系統，使得通用伺服驅動控制產品在之前許多冷門的產業中逐漸的發展起來了。1.1.21.1.2 典型運動控制技術應用現狀典型運動控制技術應用現狀隨著機電一體化技術的發展, 運動控制技術越來越受到重視。各種運動控制的新技術、 新產品層出不窮。下面列舉幾種有代表性的運動控制技術。1. 全閉環交流伺服驅動技術 在某些要求的定位精度和機電一體化產品的動態響應，范圍廣泛的數字交流伺服系統中的應用。采樣后的光電編碼器的電機驅動軸端的位置伺服系統，提供位置和速度的驅動器和電機之間的閉環控制系統。位置控

7、制區分好和良好精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業的可靠性之間。最近,日本一家公司推出了全新的、以實現全閉環數字伺服系統的高精度。由于直接驅動，避免了啟動電機，變頻調速，并與彈性變形、摩擦磨損和間隙滯后的中間傳動環節，大大提高了傳動剛度。2. 直線電機驅動技術最近，直線電機在機床進給伺服系統中的應用，已經成為世界關注的機床工具行業。在機床進給系統中，驅動方式是所謂的零傳動！。這是因為零傳動方式，達到原來的旋轉電機驅動方式不能滿足良好的性能和特點：第一，快速響應。高精度。直線驅動系統由于機械機構如螺絲被取消，以減少進入補時階段跟蹤誤差由于傳動系統滯后引起的傳動誤差，從而大大提高機床的定位精

8、度。三傳動剛度大。由于直接驅動，避免了啟動電機，變頻調速，并與彈性變形、摩擦磨損和間隙滯后的中間傳動環節，大大提高了傳動剛度。第四，速度和減速過程短。五，行程長度不受限制。通過串聯線性電機導軌上，可延長行程長度。六是安靜的。運動如取消機械摩擦螺桿零件，并引導和滾動導軌可以使用或磁浮軌道，運行時的噪音大大降低。七效率高。這樣的系統被廣泛應用在磁懸浮列車，高精密機床和其他設備。3 可編程計算機控制器技術 繼電器控制系統的優點結構簡單、價格低廉、抗干擾能力強，至今還在許多簡單的機械設備中使用。但繼電器控制系統也有缺點如靈活性差；另外，機械性觸點的工作頻率低，易損壞，隨著電氣控制系統的發展可編程計算機

9、控制器出現了。可編程計算機控制器是應用掃描周期與實際周期間隔從外部控制房，滿足實時控制的要求。傳統的單任務主要掃描時鐘,使用 PLC 監控程序要處理或邏輯操作指令與程序本身和外部狀態刷新 I/O 通道采集和處理，直接搜索，LED控制速度在實際意義上是依賴于應用程序的大小，結果當然是與 I/O 通道在高速實時控制的要求。它使用一個時間共享機制的構建 multitask ITS 應用軟件平臺的運動，這樣應用程序的運行周期的長度有什么做的程序，但確定的是由操作系統的周期。它想，因此，應用掃描周期與實際周期間隔從外部控制房，滿足實時控制的要求。基于 PCC 操作系統，多任務的應用模塊，應用軟件開發項目

10、帶大的便利。因為它可以很容易根據不同的功能要求的部件的控制項目，精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業如運動控制，數據采集，告警，PI D 算術來調整，控制程序和通信控制模塊的模塊是由分別獨立運行，論文和一些相關數據和論文保鮮后降壓模塊之間的獨立機構和調試，你可以下載到 CPU 的 PCC，在多任務操作系統在調度管理運行在并行，實現控制要求的項目。PCC 的強大優勢在工業控制和可編程控制器，embodies工業控制計算機和分布式工業控制系統（DCS）融合科技發展的趨勢，雖然這仍然是相對年輕的一年新的科技，但其發展潛力不能小視1.21.2 西門子西門子 D4XXD4XX 系列運動控制模塊系列

11、運動控制模塊 西門子 D425 運動控制模塊 ，西門子 D435 運動控制模塊，西門子 D445 運動控制模塊： SIMOTION D425SIMOTION D435SIMOTION D445-1最大軸數163264插補循環時鐘2.0 ms1.0 ms0.5 msDRIVE-CliQ 接口數446 其中的顯示和診斷用于顯示運行狀態和錯誤的 LED 。含有 3 測量接口，并且有維護開關和模式選擇開關，內置 I/O8 點數字量輸入，通訊接口為2 x PRO-FIBUS DP 和 2 x USB,附加接口（非數據傳輸）24V 電子電源端子，數據備份可存儲至少 5 天。1.31.3 SimotionS

12、imotion 運動控制系統運動控制系統在許多機械制造領域中都有一個原則，尤其是依靠運動控制的機器，其運動越復雜，對速度及精度的要求也越高。之前這些運動任務是有機系原件以及若干電子裝置來完成。但是如果我們想使功能有稍微的變化都意味著我們要更換元件 新的結構 配置 參數設置及編程。全面的自動化系統可以取代這些獨立與元件，它可以針對不同任務提供相應的解決方案。如圖 1.1 所示系統性的電子元件代替傳統的機械元件。精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業圖圖 1.11.1 元件圖元件圖1.41.4 本課題的意義本課題的意義通過采用西門子先進運動控制系統的實驗設備，實現了伺服電機的基本運動功能，具體

13、有以下幾點：1定位精度高定位系統通過西門子集成的控制模塊，能夠對伺服電機進行高精度的控制，實現精準的定位。2操作簡單3實時監控伺服電機自帶的傳感器能夠準確的反饋電機的運行狀態以及位置。1.51.5 論文內容及主要工作論文內容及主要工作西門子 D425 運動控制系統的組態及設計本課題以西門子的先進運動控制系統設備為平臺，并通過伺服驅動控制器進一步控制伺服電機，利用西門子的軟件，對系統的硬件及軟件進行組態，并且將觸摸屏添加到系統中，最終實現利用觸摸屏來控制伺服電機。西門子 D425 運動控制系統實現基本運動功能基于之前的系統組態，在軟件中進行編程，控制伺服電機的速度、相對運動的速度與位置、絕對運動

14、的速度與位置以及同步運動的速度與速度比，實現了基運動功能。精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業2 2 硬件系統設計硬件系統設計2.12.1 方案設計方案設計本課題以西門子的先進運動控制系統設備為平臺，并通過伺服驅動控制器進一步控制伺服電機，利用西門子 D425，對系統的硬件及軟件進行組態，并且將觸摸屏添加到系統中，最終要能夠實現控制伺服電機的速度和相對速度，實現對伺服電機的高精度控制，傳感器要能夠準確的反饋伺服電機的運行狀態，觸摸屏要能夠體現整個運動控制系統的數據變化，并且能夠準確的控制電機。. 圖 2.1 方案設計精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業.2.2.2.2 運動控制系統

15、選型運動控制系統選型2.212.21 西門子西門子 D4D4 系列選型系列選型作為運動控制系統的代表，西門子將邏輯控制 運動控制（定位、同步等）以及工藝控制（壓力、溫度控制等）集成在同一個系統中。西門子提供了三種硬件平臺：用于控制器的 SIMOTION C 平臺，用于驅動器的 SIMOTION D 平臺，用于 PC 的 SIMOTION P 平臺圖 2.2 D4XX 實物圖基于驅動的 SIMOTION 方案，至少有下列四件組件組成：SIMOTION D 控制模塊SINAMICS S120 組件（電源模塊，功率模塊等）DRIVE-CLIQ 通訊電纜SIMOTION SCOUT 調試軟件根據以上原

16、則本課題選用 D425 控制模塊精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業圖 2.3 D425 接口2.22.2 2 2 伺服電機選型伺服電機選型在自動控制系統中，伺服電機為執行元件，它的作用是接收信號到一定速度的電機或角位移。伺服電動機可分為直流和交流，容量一般在 0.1 100 W的伺服電機控制系統的要求是：具有較大的速度范圍，響應速度快，線性調節特性和機械特性，沒有旋轉線現象。根據上述原則，本課題選擇了西門子 1FK7 系列 1 電機，1 電機 1FK7 系列是高度緊湊的永磁同步電機。根據不同的應用，可以選擇相應的編碼器。可以滿足用戶對機器的要求精益求精。1FK7 系列電機 1 只自然空

17、氣冷卻，無需外部冷卻系統，通過電機表面熱。1 1FK7 電機具有較強的過載能力。它具有以下優點：高功率密度。用途廣泛，型號齊全，極低的轉動慣量，高動態響應。圖 2.4 交流伺服電機工作原理圖精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業電氣電路圖 如下圖所示圖 2.5 端子排圖 2.6 伺服電機精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業圖 2.7S120 模塊精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業3 3 軟件系統設計軟件系統設計3.13.1 方案設計方案設計 圖 3.1 軟件流程圖設計3.23.2組態建立組態建立1 通訊接口，如圖 3.2精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業 圖 3.2

18、訊接口3 如圖所示，對調試 PC 機的 IP 地址進行設定。4 配置 PG/PC 的 IP 地址（應于上圖設定一致與 simotion 在同一網段）并分配通訊節點如圖 3.3 3.4 圖 3.3 置 IP 地址精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業圖 3.4 置 IP 地址設置通訊接口選擇“optionPG/PC interface”命令，設置 PGPC 接口與上面一致，如圖 3.5圖 3.5 訊接口設置編譯并下載 simotionD 組態在與集成的 Sinamics 聯機前必須要下載組態，出現提示，選擇“NO”后關閉硬件組態對話框。精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業3.3Simo

19、tion3.3Simotion D D 軸配置軸配置在 Name 欄中輸入軸的名稱選擇軸的控制方式（位置方式、速度方式、同步操作方式） 。（1）選擇軸的類型（直線軸或旋轉軸） 圖 3.6 的類型選擇（2）選擇軸的驅動單元和數據傳送的報文格式點擊“Data transfer from the drive ”按鈕將驅動器參數傳送：（3）編碼器信息圖 3.7 碼器信息完成軸的配置精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業使用 “Control panel”調試軸參數設置如圖 3.8 所示 電機可運行圖 3.8 調試軸參數設置Simotion D 運動控制程序程序分配如下：（1） “MoveAxis”

20、程序控制單元的建立雙擊“Insert LAD/FBD unit”插入“MoveAxis”程序控制單元（2）在“MoveAxis”程序控制單元中建立變量 雙擊“MoveAxis”程序控制單元，出現一個變量表，在此建立新變量 （3）雙擊“Insert LAD/FBD program” ，生成一個新的“LAD”程序（4）在“poweraxis”程序中插入“軸使能命令圖 3.9 的“LAD”程序精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(5)建立“HomeAxis”軸的回零點控制程序，在這個程序中插入軸的回零點控制功能塊“_mc_home”如圖 3.10圖 3.10 零點控制(6)建立“move”軸的

21、絕對定位及相對定位控制程序，在這個程序中插入軸的絕對定位功能塊“_MC_moveAbsolute”和相對定位功能塊“MC MoveRelative”“blueabsoluteexec”是“True” ， “Axis Blue”軸以“Velocity”中設置的速度，以絕對定位方式運行至“blueposition”設定的位置 “blucrelativeExecute” 是“True” ， “Axis_Blue”軸以“Velocity 中”設定的速度，以相對定位方式運行“relativedistance”設置的距離。將 D425 中程序下載后將系統模式改為“RUN” ，即可運行3.43.4 編程編程

22、1.程序分配如下“MMC_1”：控制軸 1（Axis_1） （絕對編碼器）回到 0 度，軸 2（Axis_2）增量方式運行一個 0.5 度的增量定位，將坐標置 0，方便演示裝置的齒輪對齊。“MMC_2”：電子齒輪功能演示。精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業“MMC_3”：故障處理程序。“MMC_BK”：主控程序，啟動齒輪對齊功能和電子齒輪功能。（1）MCCQue_1 程序控制單元建立雙擊“Insert MCC unit”插入“MCCQue_1”程序控制單元（2）MMC_1”控制程序建立雙擊“Insert MCC chart” ，生成一個新的“MCC”程序：“MMC_1”如圖 3-8 圖

23、 3.11 MC_1”控制程序建立（3）雙擊新插入的命令圖標，選擇“Axis_1”,然后同樣的方式插入“Axis_2”使能命令。如圖 3-9 圖 3.12“Axis_2”使能命令編譯“MCC_1”檢查是否正確 3.12精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業 圖 3.13 編譯檢查“MCC_2”程序編寫參照“MCC_1”圖 3.14MCC_2”程序編寫2 參數設置精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業圖 3.15 數設置圖 3.16 數設置3.編寫主控程序使用“變量監控表”來調試和控制程序運行，定義兩個全局變量“Start_Gearing” ，和“Axis_2_adjust” 。精選優質

24、文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業圖 3.17 變量監控表編寫“MMC_BK” 。 圖 3.18 配制程序把程序分配到程序系統中執行編譯所有程序精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業 圖 3.19 程序編譯 圖 3.20 程序編譯同上，把“MMC_2”給“MotionTask2” ， 把“MMC_3”給“TechnologicalFaultTask”和“PerihperalFaultTask” ， 把“MMC_BK”給“BackGroundTask” 。選擇“Close”按鈕存儲執行系統設置注意：Simotion 使用實時操作系統的該念。執行系統中“BackgroundTask”任務唄操作

25、系統周期調用，作用相當于 STEP7 中的“OB1”,“BackgroundTask”任務中等待的指令是不可以使用的，否則會造成系統死機。“TechnologicalFaultTask”任務是當系統出現報警是被調用，“PerihperalFaultTask”是外部“I/O”出錯時被調用，如果這兩個任務精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業沒有程序系統會停機，所以把“MMC_3”分配給這兩個任務。“Motiontask”啟動一個運動任務，列“定位” ， “Motiontask”和“BackgroundTask”不同， “Motiontask”被調用后只會執行一次，該任務可以使用等待指令在執行

26、中無限期等待，但執行后不會自動再次執行。精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業3.53.5 測試程序運行測試程序運行 圖 3.20 程序運行使用“變量監控表”控制程序運行，使用“Ope rating”控制面板，將運行狀態 STOP 改為 RUN。將“axis_2_adjust”置為“1” ，由于程序自動復位該變量，導致看不到看不到該變量為“1” ，每置一次“1”軸 2 將向前運動 0.5 度，直到軸1、2 的齒輪相對到齒合位置。同上，置位變量“Start_Gearing”為“1”可以啟動電子齒輪運動。精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業結論結論基于西門子 D425 的設計，采用了西門

27、子 D425 運動控制模塊，結合西門子最新一代的伺服驅動控制器，對伺服電機進行定位功能的控制，實現了基本的伺服電機的運動功能，同時用西門子 TP177B 型號的觸摸屏代替軟件控制伺服電機的速度、位置，是系統更加的人性化，易于操作，系統運行穩定。本課題還有以下幾個方面可以完善：1伺服電機的運動曲線將伺服電機的實時運動曲線添加到觸摸屏上，可以更加直觀的看到電機的運行位置，方便改變電機的速度，提高控制效果2伺服電機的位置同步在本課題中，伺服電機的同步運動只是簡單的做了速度上的同步，可以進一步研究控制電機的位置同步3伺服電機的獨立控制相對運動或者絕對運動中，伺服電機只有一個可以控制，可以改變觸摸屏的編

28、程，實現對每一個伺服電機都能進行相對運動和絕對運動的控制。精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業致謝致謝 很感謝我的指導老師鄧建平，他是一位性格溫和，和藹可親的老師，總是耐心的指導我，為我點播迷津，在我的畢業設計做做過程中，付出了很多的辛勞。本課題從選材上到題目的確定，然后是搜集資料都是在鄧老師的幫助下完成的，因為我這個設計工作量很大，前期需要花很多的時間去完成，做畢業設計之前對 D425 是不怎么了解的，然后鄧老師耐心的給我們講解，從最基礎的開始，然后還給了我們許多的資料跟視頻，前期的工作好壞直接關系到做實驗時的好壞，所以前期我一直在很努力的看資料，就怕到時候跟不上節奏。 ，不過在鄧老師的幫助下，我還是把一些概念性的東西弄懂了，這樣才好著手后面的設計。最后在鄧老師的幫助下終于完成了我的畢業設計，感激之情溢于言表。 還有我的任課老師，他們也