課程單元教學(xué)設(shè)計(jì)首頁(yè)課程課題：項(xiàng)目3任務(wù)2授課教師學(xué)時(shí)數(shù)12授課班級(jí)授課日期教學(xué)地點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)(1)掌握伺服位置控制模式。(2)掌握電子齒輪。(3)會(huì)進(jìn)行伺服位置控制系統(tǒng)電氣接線、參數(shù)設(shè)置。(4)會(huì)進(jìn)行伺服位置控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試運(yùn)行。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)(1)掌握伺服位置控制模式。(2)掌握電子齒輪。(3)會(huì)進(jìn)行伺服位置控制系統(tǒng)電氣接線、參數(shù)設(shè)置。(4)會(huì)進(jìn)行伺服位置控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試運(yùn)行。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、伺服驅(qū)動(dòng)器：MR-JE-10A、伺服電機(jī)：HG-KN13J-S100，HG-KN13BJ-S1005、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控制伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)取料和放料。任務(wù)具體要求為：有一單軸系統(tǒng)由交流伺服驅(qū)動(dòng)器及交流伺服電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，工作示意圖如圖所示。絲杠的螺距是5mm，脈沖當(dāng)量是1μm,開(kāi)始取料位置距離原點(diǎn)為100mm，結(jié)束放料位置距離原點(diǎn)位置500mm。設(shè)備上電后根據(jù)需要通過(guò)觸摸屏操作，有手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。手動(dòng)控制時(shí)，按下正向或反向點(diǎn)動(dòng)按鈕，伺服電機(jī)能夠正向或反向點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行,可以手動(dòng)回原點(diǎn)以及軸錯(cuò)復(fù)位操作。自動(dòng)控制時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，伺服控制系統(tǒng)首先回原點(diǎn)，然后在開(kāi)始取料位置和放料位置之間執(zhí)行定位控制運(yùn)行，反復(fù)循環(huán)。按下停止按鈕，伺服電機(jī)停止運(yùn)行。【任務(wù)分析】本任務(wù)主要是在前面所學(xué)有關(guān)伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器知識(shí)的基礎(chǔ)上，利用PLC來(lái)完成系統(tǒng)運(yùn)行控制，這個(gè)任務(wù)主要是讓我們學(xué)習(xí)伺服驅(qū)動(dòng)器在位置控制方式下如何進(jìn)行設(shè)置和電子齒輪閉的有關(guān)計(jì)算，通過(guò)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】伺服驅(qū)動(dòng)器提供位置、速度、轉(zhuǎn)矩三種基本控制模式，可使用單一控制模式，也可選擇使用混合模式來(lái)進(jìn)行控制。速度控制和轉(zhuǎn)矩控制-般用模擬量來(lái)控制，也可以用端子配合參數(shù)來(lái)控制。位置控制是通過(guò)脈沖來(lái)控制的。如果對(duì)電動(dòng)機(jī)的速度、位置都沒(méi)有要求，只要求輸出一個(gè)恒轉(zhuǎn)矩，應(yīng)使用轉(zhuǎn)矩控制模式。如果對(duì)位置和速度有一定的精度要求，而對(duì)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩不是很關(guān)心，使用轉(zhuǎn)矩控制模式不太方便，使用速度或位置控制模式比較好。如果上位控制器有比較好的閉環(huán)控制功能，使用速度控制模式效果會(huì)好一點(diǎn)。如果本身要求不是很高，或者基本沒(méi)有實(shí)時(shí)性的要求，應(yīng)使用位置控制模式。就伺服驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)速度來(lái)看，轉(zhuǎn)矩控制模式運(yùn)算量最小，伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最快；位置控制模式運(yùn)算量最大，伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)最慢。一.位置控制位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服系統(tǒng)可以通過(guò)通信方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。由于位置控制模式可以對(duì)速度和位置都有很嚴(yán)格的控制，所以一般應(yīng)用于精密定位裝置，應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等。1.位置控制模式標(biāo)準(zhǔn)接線三菱MR-JE-10A伺服驅(qū)動(dòng)器在使用漏型輸入輸出接口時(shí)，與FX5UPLC在位置控制模式下的標(biāo)準(zhǔn)接線參考圖如圖所示。2.位置控制模式伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置對(duì)于位置控制模式，主要變更基本設(shè)置參數(shù)([Pr.PA__])就能夠使用。3.位置控制模式電子齒輪（1）編碼器分辨率編碼器分辨率即為伺服電動(dòng)機(jī)的編碼器的分辨率，也就是伺服馬達(dá)旋轉(zhuǎn)一圈，編碼器所能產(chǎn)生的反饋脈沖數(shù)。編碼器分辨率是一個(gè)固定的常數(shù)，伺服電動(dòng)機(jī)選好后，編碼器分辨率也就固定了。（2）絲杠螺距絲杠即為螺紋式的螺桿，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠旋轉(zhuǎn)后，可帶動(dòng)滑塊作前進(jìn)或后退的動(dòng)作。如圖所示。（3）脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量即為上位機(jī)（PLC）發(fā)出一個(gè)脈沖，實(shí)際工作臺(tái)所能移動(dòng)的距離。因此脈沖當(dāng)量也就是伺服系統(tǒng)的精度。比如說(shuō)脈沖當(dāng)量規(guī)定為1μm，則表示上位機(jī)（PLC）發(fā)出一個(gè)脈沖，實(shí)際工作臺(tái)可以移動(dòng)1μm。因?yàn)镻LC最少只能發(fā)一個(gè)脈沖，因此伺服系統(tǒng)的精度就是脈沖當(dāng)量的精度，也就是1μm。例1.以圖示為例，伺服電機(jī)上編碼器分辨率為131072，絲杠螺距是10mm，脈沖當(dāng)量為10μm，計(jì)算電子齒輪是多少？解：脈沖當(dāng)量為10μm，表示PLC發(fā)一個(gè)脈沖工作臺(tái)可以移動(dòng)10μm，那么要讓工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)螺距（10mm），則PLC需要發(fā)出1000個(gè)脈沖，相當(dāng)于PLC發(fā)出1000個(gè)脈沖，工作臺(tái)可以移動(dòng)一個(gè)螺距。那工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)螺距，絲杠需要轉(zhuǎn)一圈，伺服電動(dòng)機(jī)也是需要轉(zhuǎn)一圈，伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈，編碼器能產(chǎn)生131072個(gè)脈沖。根據(jù)：PLC發(fā)的脈沖數(shù)×電子齒輪=編碼器反饋的脈沖數(shù)1000×電子齒輪=131072電子齒輪=131072/1000二.混合控制模式除了單一控制模式以外，伺服驅(qū)動(dòng)器也提供混合模式可供選用。三菱MR-JE-10A伺服驅(qū)動(dòng)器混合控制模式有位置速度控制模式、速度/轉(zhuǎn)矩控制模式、轉(zhuǎn)矩位置控制模式。需說(shuō)明的是，所謂混合控制模式是指在兩種控制模式間切換，有服電動(dòng)機(jī)同一時(shí)刻只能工作在一種控制模式下。1.位置/速度控制切換模式要使用位置/速度控制切換模式，將[Pr.PA01]設(shè)置為“___1”。2.速度/轉(zhuǎn)矩控制切換模式要使用速度/轉(zhuǎn)矩控制切換模式時(shí)，將[Pr.PA01]設(shè)置為“___3”。3.轉(zhuǎn)矩/位置控制切換模式要使用轉(zhuǎn)矩/位置控制切換模式時(shí)，將[Pr.PA01]設(shè)置為“___5”。【任務(wù)實(shí)施】1.根據(jù)控制要求畫(huà)出控制系統(tǒng)原理圖并完成硬件連接2.觸摸屏設(shè)計(jì)由于任務(wù)中要求有手動(dòng)和自動(dòng)兩種操作方式，由于每種操作的界面都比較簡(jiǎn)單，所以我們可以將這兩種操作方式放在一個(gè)界面就可以，相關(guān)軟元件的關(guān)聯(lián)為軸錯(cuò)誤復(fù)位按鈕M200、軸正向、反向JOG按鈕M201、M203，回原點(diǎn)按鈕M210，啟動(dòng)按鈕M220，停止按鈕M230，運(yùn)行速度設(shè)定D300。3.PLC程序設(shè)計(jì)4.設(shè)備上電，伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，觸摸屏和PLC程序下載。系統(tǒng)整體調(diào)試。【任務(wù)總結(jié)】位置控制模式一般是通過(guò)外部輸入的脈沖的頻率來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小，通過(guò)脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)確定轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也有些伺服可以通過(guò)通訊方式直接對(duì)速度和位移進(jìn)行賦值。在本項(xiàng)目任務(wù)中我們雖然是通過(guò)“脈沖+方向”形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但在程序中并有出現(xiàn)以往在FX2N中的輸出一個(gè)方向和一個(gè)脈沖的程序語(yǔ)句，這是因?yàn)樵贔X5U的編程軟件GXworks3中我們已經(jīng)進(jìn)行了高速輸入輸出的設(shè)置了方向和脈沖對(duì)應(yīng)的輸出端子，因此我們只要在程序中制定哪一個(gè)軸輸出就可以了。另外伺服的運(yùn)行模式出了位置控制模式以外還有速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式這兩種模式1.速度控制通過(guò)模擬量的輸入或脈沖頻率都可以進(jìn)行速度的控制。速度控制模式被應(yīng)用于精密控速的場(chǎng)合，例如CNC加工機(jī)。一般伺服驅(qū)動(dòng)器的速度有兩種輸入模式:模擬指令輸入及指令寄存器輸入。模擬指令輸入由外部的模擬電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速（這與變頻器采用模擬量輸入來(lái)調(diào)速控制相似）。指令寄存器輸入有兩種應(yīng)用方式:第一種為使用者在操作前，先將不同速度指令值設(shè)置于三個(gè)指令寄存器，再由I/O端子中的DI信號(hào)進(jìn)行切換（這與變頻器的多段速控制有相似的地方）;第二種為利用通信方式來(lái)改變指令寄存器的內(nèi)容值，選擇的方式由IO端子中的DI信號(hào)決定。2.轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制模式被應(yīng)用于需要做扭力控制或張力的場(chǎng)合，主要應(yīng)用在對(duì)材質(zhì)的受力有嚴(yán)格要求的纏繞和放卷的裝置中。例如，繞線裝置或拉光纖設(shè)備，轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要根據(jù)纏繞半徑的變化隨時(shí)更改以確保材質(zhì)的受力不會(huì)隨著纏繞半徑的變化而改