項目一：【項目拓展】某浸出車間自控系統，要求上料刮板機根據料倉的料位自動控制刮板機運行速度。刮板機采用變頻器拖動，變頻器頻率由PLC給定或外部電位器給定。正常情況下由PLC實現控制，在plc故障或料倉料位計出現故障時，及時切換至電位器控制。這樣可以在自動控系統出現故障時，可實現料位的半自動控制，避免對生產的影響；同時電位調節使用方便，不需更改變頻器參數即可完成調節，方便操作人員。請大家們結合前面的多段速和通訊控制控制，完成這個拓展項目任務。相關說明：E700系列變頻器有電壓和電流模擬量輸入端子（可參見圖1-2-7中10,2,4這些編號端子），改變這些端子的電壓或電流輸入值可以改變電動機的轉速，模擬量是一種連續變化的量，利用模擬量控制功能可以使電動機的轉速連續變化（無級變速）。2、E700系列變頻器的這些模擬量輸入端子既可以連接外部的電位器，也可以與PLC的模擬量輸出端子連接，這樣就可以利用外部電位器也可以利用PLC的輸出的模擬量來控制變頻器調節電動機的轉速。3、變頻器模擬量給定(輸入)一般為：0—10V（0-5V）或4—20mA信號。當選擇電位器給定時需考慮究竟是電壓還是電流信號情況進行相應參數（主要是Pr73和Pr267）的修改。（1）電壓0—10V電源是10V，那么如果選擇10K阻值的電位器，工作電流就是1mA，一般情況下，只要模擬信號小于1mA，其抗擾能力就可以了。所以電位器的阻值只要小于或者等于10K，就應該可以。當然，電流太大也不好，造成無端的功率損耗。因此一般在選取電位器的阻值時，應使其在1－3mA以內，就可以。這樣電源已知，電流范圍已知，用歐姆定律計算即可。一般為4.7KΩ—10KΩ。

（2）電流4—20mA外部電源依然是10v，當模擬輸入為4—20mA信號時，則需要在電路中串聯一個阻值為500Ω的電阻。在10V電源下，20mA對應500Ω的阻值。同理，電位器的阻值則就為：2KΩ阻值。項目二：【項目拓展】1.信號變換問題三菱PLC的晶體管輸出多為NPN型，步進驅動器有共陰和共陽兩種接法。在本項目的兩個任務中控制的步進驅動器采用的都是共陽接法,所謂共陽接法就是將步進驅動器的DIR+、PLS+與電源正極相連。如果以后在實際中使用的PLC是PNP型輸出（如西門子PLC），則不能直接將輸出信號與驅動器連接，可以采用以下方法解決：①將PLC的輸出信號經過三極管SS8050后變成反相后變成步進驅動器可以接收的信號。器可以接收的信號。②采用快速光耦,PLC的輸出信號經過光耦后變成步進驅動器可以接收的信號。需要指出的是，對于要求不高的系統可以采用上述解決方案。推薦采用光耦，因為如果步進驅動器是5V輸入，PLC是24V輸出，采用光耦就不需要再串接分壓限流電阻。因為PLC輸出的脈沖信號經過處理后，其品質明顯變差，容易丟失脈沖。因此,在選:購PLC和驅動器時,要仔細考慮好PLC的輸出和驅動器的輸入是否一致,最好選擇一致。2.電平匹配問題如果使用西門子晶體管輸出的PLC來控制5V的步進驅動器，由于西門子PLC輸出信號是+24V，步進驅動器的控制信號是5V，顯然電平不匹配。PLC不能與步進驅動器直接相連接。這時可以采用以下方法解決方案:①在PLC和驅動器之間串聯一只2kQ的電阻（1kQ也可以)，起分壓作用,使輸入信號近似為5V。有的資料指出此電阻是為了將輸入電流控制在10mA左右,也就是起限流作用。在這里電阻的限流或分壓作用的含義在本質上是相同的。②在PLC輸出的端子上接直流+5V電壓也是可行的，但產生的問題是本組其他輸出信號都為+5V。在設計時要綜合考慮利弊,從而進行取舍。項目三：【項目拓展】伺服的運行模式除了位置控制模式以外，還有速度控制模式和轉矩控制模式。1.速度控制模式通過模擬量的輸入或脈沖頻率都可以進行速度控制。在有上位控制裝置的外環PID控制系統中，在速度控制模式時也可以進行定位，但必須把電動機的位置信號或直接負載的位置信號反饋給上位控制裝置以用于計算。速度控制模式也支持直接連接負載外環檢測位置信號，此時的電動機軸端的編碼器只檢測電動機轉速，位置信號就由直接連接的最終負載端的檢測裝置來提供，其優點在于可以減少中間傳動過程中的誤差，增加了整個系統的定位精度。速度控制模式應用于精密控速的場合，例如CNC加工機。一般伺服驅動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控制電動機的轉速（與變頻器采用模擬量輸入來調速控制相似）。指令寄存器輸入有兩種應用方式：第一種為使用者在操作前，先將不同速度指令值設置于三個指令寄存器，再由I/O端子中的DI信號進行切換（與變頻器的多段速控制相似）；第二種為利用通信方式來改變指令寄存器的內容值，選擇的方式由IO端子中的DI信號決定。為了克服指令寄存器切換產生的不連續，有些伺服驅動器提供完整S形曲線規劃，在閉合回路系統中，采用增益及累加整合型（PI）控制器，同時可選擇兩種操縱模式（手動、自動）。1）速度控制模式標準接線三菱MR—JE—10A伺服驅動器在使用漏型輸入/輸出接口時，速度控制模式下的接線圖參考教材圖3—2—10所示。2）實例某機電設備，其控制系統主要由PLC、伺服驅動器和伺服電動機組成。按下啟動按鈕，伺服電動機按圖3-1所示速度曲線循環運行。按下停止按鈕，電動機馬上停止。當出現故障報警信號時，系統停止運行，報警燈閃爍。速度要求如表3—1所示。在這個實例中是一個典型伺服電動機速度控制的運行模式。大家可以根據這個控制要求，采用速度控制模式完成該控制系統。圖3-1伺服電機運行速度曲線表3-2速度要求速度10速度21200速度31000速度41600速度5500速度6-10002.轉矩控制模式轉矩控制模式被應用于需要做扭力控制或張力的場合，主要應用在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中。例如，繞線裝置或拉光纖設備，轉矩的設定要根據纏繞半徑的變化隨時更改以確保材質的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。有兩種輸入模式:模擬指令輸入及指令寄存器輸入。模擬指令輸入可經由外界的電壓來操縱電動機的轉矩。指令寄存器輸入由內部寄存器參數的數據作為轉矩指令。轉矩控制模式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址賦值來設定電動機軸對外的輸出轉矩的大小?？梢酝ㄟ^隨時地改變模擬量的設定值來改變設定轉矩的大小，也可通過通信方式改變對應地址的數值來實現。1）轉矩控制模式標準接線三菱MR-JE-10A伺服驅動器在使用漏型輸入輸出接口時，在轉矩控制模式下的標準接線圖參考教材圖3—2—12所示。2）實例卷繞的好壞將是決定產品質量的關鍵，卷得太緊，容易使材料變形、拉斷，卷得太松又容易使材料不緊湊，不利于搬運和運輸，因而為了達到使卷繞緊湊，保證產品的質量，都要求在卷繞過程中，在材料上建立一定的張力，并保持張力為恒定值。有一電纜收卷系統，要求在收卷時所受到的張力保持不變，當收卷到1000米時，電動機停止。切刀工作，把電纜切斷。工作示意圖如圖3-2所示。大家可以根據這個控制要求，采用轉矩控制模式完成該控制系統中收卷控制功能。圖3-2電纜收卷系統示意圖項目四：【項目拓展】隨著工業技術的發展，工業機器人應用越來越廣泛，PLC也不再是簡單的可編程邏輯控制器，各個品牌廠家都推出了自己的運動控制型PLC，來實現一些運動控制功能，與此同時，運動控制卡及運動控制器也在如火如荼地發展。對一個電氣工程師來說，如果我們的項目涉及到一些運動相關的控制，我們必然會面臨做如何選擇運動控制系統的問題。一、方案1、采用PLC進行控制，目前市場上的大部分PLC都是支持運動控制的，大部分PLC可以擴展到32軸，根據驅動器類型可以采用脈沖控制、總線控制或模擬量控制。2、采用運動控制卡控制，運動控制卡是專門進行運動控制的一種控制器，可以進行多達256軸的控制，運動控制卡需要PC編程。3、采用運動控制器控制，運動控制器與運動控制卡不同之處在于，可以脫離PC電腦的束縛，編寫完程序下載到控制器里，即可直接對驅動器進行控制。二、選擇那么，我們究竟應該如何進行選擇呢？首先我們來看一下這幾種運動控制的的區別與聯系。首先，要明確一點，無論是PLC，還是運動控制器、運動控制卡，它們的本質都是一種控制器，主要負責自動化系統中運動軸的控制，同時也支持輸入輸出信號的控制。1、PLC的專長在于邏輯IO控制，實現一些復雜的邏輯控制都很容易。對于運動控制，一般低端的PLC主要是通過高速輸出點來進行脈沖控制，中高端PLC一般會通過總線的方式來進行控制，常用的總線包括Profinet、EtherCAT、CC-Link等。PLC具有工作可靠，編程簡單等優點，但其運動控制功能相對簡單。PLC的應用過程中主要通過PLC+HMI，這就導致可視化界面受到了一定的限制，因此現在基于PLC的上位機應用也越來越廣泛。2、運動控制卡通過PCI插槽將控制卡插在PC的主機上，也可以通過以太網連接到PC主機上；利用高級編程語言C++、C#、VB、VB.NET、labview等編程語言進行開發；編程中使用運動控制卡廠商提供的控制卡API接口函數，來實現對控制卡資源的使用；運動控制卡也分為脈沖型和總線型，一般總線型要比脈沖型稍貴一些。運動控制卡可以利用PC強大的功能，比如CAD功能、機器視覺功能、軟件高級編程等；利用芯片的功能實現高精度的運動控制（多軸直線、圓弧插補等，運動跟隨，PWM控制等）。運動控制卡通常安裝在PC機上，通過編寫控制程序實現對運動設備的控制，具有高速、高精度、高可靠性等優點，可廣泛應用于各種數控機床、自動化裝配線等高精度運動設備。3、運動控制器和運動控制卡的算法幾乎一樣，它們之間的主要區別在于運動控制卡需要依賴于PC編程，而運動控制器可以直接寫程序并下載，這樣就可以脫機運行。運動控制器是一種集成了運動控制芯片、驅動器、電機控制電路、I/O接口等功能的設備。它通常具有更高的運動控制性能和更多的接口，可實現更加復雜的運動控制應用，例如多軸運動、高速精密定位控制等。4、隨著機器視覺的廣泛應用，運動控制與機器視覺得到了良好的結合，相比之下，視覺項目采用運動控制卡能夠節約很大的硬件成本?？偠灾琍LC相對來說更偏向于邏輯控制，而弱化于運動控制，而運動控制卡、運動控制器更偏向于運動控制，而弱化于邏輯控制，同時，運動控制卡和運動控制器對開發人員的門檻也要相對高一些，因此大家可以根據自己的實際情況，選擇合適的解決方案。常見控制器認識為了讓大家更直觀認識PLC、運動控制卡和運動控制器，下面列舉一些素材及簡要說明。1、西門子PLC（如圖4-1）圖4-1西門子1214CPLC2、三（如圖4-1）圖4-2三菱FX5PLC3、GT系列運動控制卡GT系列運動控制卡是一款基于PCI總線的插卡式運動控制器，可用于控制步進電機和伺服系統。它支持點位控制和連續軌跡控制，可以輸出脈沖或模擬量指令。圖4-3GT系列多軸運動控制卡4、GVN系列高性能網絡運動控制卡GVN系列插卡式運動控制器是一款高性能網絡型運動控制產品，適用于半導體、激光加工等有高速、高精需求的行業或有多軸運動控制需求的自動化設備和自動化流水線。GV