运动控制系统设计课件

PLC –结构
• PLC 分为一体式和模块式两种结构。但它们的组成 是相同的，都有CPU、I/O、内存、电源等。
• 无论哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结 构，其I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。
• 一般一体式在微小型PLC 中采用，其CPU 板、I/O 板、电源板等集成在一个模块中，目的是降低成本， 满足用户经济实用的要求，它通过扩展电缆连接扩 展模块。
PLC四种任务
➢执行用户程序：系统顺序执行用户程序的指令序列， 从第一条主程序指令开始，逐一执行用户程序的指 令序列，直到执行完主程序结束指令为止。
➢通讯任务：与编程软件、上位组态软件、触摸屏等 通讯时，响应下达的通讯命令。
➢内务处理：处理各种系统内务，如刷新面板指示灯， 更新软件计时器和计数器值、刷新特殊中间继电器 和特殊数据寄存器。
运动控制系统
运动控制wk.baidu.com统中 的控制器
分类
• PLC
• PC+运动控制器 开放式结构 ➢固高 PMAC TRIO
• 专用控制器
PLC –定义
• PLC 是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、 计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新 型工业控制装置，目的是用来取代继电器执行逻辑、记 时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。
PLC –定义
• 国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC 的规定：可编程控制 器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应 用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮 执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作 的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类 型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备都应 按易与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原 则设计。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠 性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
• 第2环是速度环，通过检测的电机编码器的信号来进 行负反馈PID调节，它的环内PID输出直接就是电流 环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电 流环，换句话说任何模式都必须使用电流环，电流 环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实 际也在进行电流（转矩）的控制以达到对速度和位 置的相应控制。
• 第3环是位置环，它是最外环，可以在驱动器和电机 编码器间构建也可以在外部控制器和电机编码器或 最终负载间构建，要根据实际情况来定。由于位置 控制环内部输出就是速度环的设定，位置控制模式 下系统进行了所有3个环的运算，此时的系统运算量 最大，动态响应速度也最慢。
伺服电机选型问题
• 在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的 型号和大小进行选择和确认。
伺服电机的三环控制
• 伺服电机一般为三个环控制，所谓三环就是3个闭 环负反馈PID调节系统。最内的PID环就是电流环， 此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检 测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流 的设定进行PID调节，从而达到输出电流尽量接近 等于设定电流，电流环就是控制电机转矩的，所以 在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。
伺服电机的惯性匹配问题
• 在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！具体 表现为：
• （1）选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足 下列情况：
• 1.电机最大转速＞系统所需之最高移动转速。 • 2.电机的转子惯量与负载惯量相匹配。
3.连续负载工作扭矩≦电机额定扭矩 4.马达最大输出扭矩＞系统所需最大扭矩（加速 时扭力） • （2）选型计算： • 1. 惯量匹配计算（JL/JM） • 2. 回转速度计算（负载端转速，马达端转速）负 载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）
• 中大型PLC 对性能、容量、网络、I/O 能力、可靠 性等要求很高，一般采用模块式，电源、CPU、 I/O 都单独成模块，插在底板或机架上，构成一个 整体系统。
PLC –结构
PLC应用
• PLC 国内市场目前主要有三大流派，占中国市场份 额90％以上：
美国：ROCKWELL、GE；欧洲：西门子、施耐 德；日本：三菱、OMRON。
➢I/O 刷新：包括输出刷新阶段和输入刷新阶段。输 出刷新阶段是根据Y 元件的值（ON/OFF），接通 或断开对应的硬件输出端口。输入刷新阶段是将硬 件输入端口的接通或断开状态，转换为对应的X 元 件值（ON/OFF）。
• “PC+运动控制器”结构有何优点？
• 4倍频输入增量式编码器信号，其中编码器3000线， 转速3000r/min，那么控制器编码器信号接口输入信 号频率至少为多少？
• PLC？PCC？PAC?
• GT-400-SV四轴伺服运动控制器特点及控制轴运动 控制方式。
• 转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入 或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩 的大小。
• 位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉 冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数 来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式 直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对 速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定 位装置。
• 在大中型PLC 市场，西门子占据优势，其次是施耐 德、ROCKWELL、GE，日系品牌竞争力较弱；
• 在微小型PLC 市场，三菱、OMRON、西门子占据 了绝大多数份额，其品牌份额较少。
工作原理
• PLC 是按循环扫描方式运行的。在PLC 出厂时，只有 系统软件，用户必须根据工艺要求编写自己的用户 程序，才能实现控制。当PLC 处于运行状态时，系 统顺序、循环地执行。
• 速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以 进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID 控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的 位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运 算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号， 此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信 号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这 样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增 加整个系统的定位精度。