基于D425的两轴控制系统设计与调试.doc

1、 学号 127301132 苏州市职业大学 毕业设计 题目 基于 D425 的两轴控制系统设计与调试 学生姓名： 吴波 专业 班级 ： 12 电气自动化技术 1 班 学院 (部 )： 电子信息 工程学院 校内 指导教师： 邓建平 （副教授） 校外 指导教师： 熊元平（生产部经理） 完成 日期： 2015 年 5 月 摘 要 运动控制， 简而言之 ,运动控制是机械传动装置由计算机控制的 ， 但也可以说是机械运动部件的速度和位置控制 ， 完成相应的操作根据规定轨迹和运动参数。计算机技术和微电子技术的发展 ， 促进机电一体化技术的进步。因此 ,运动控制技术也发展迅速 ,新产品和新技术 ， 各种运动控

2、制的出现在一条连续的线 ，产品结构和生产结构的变化 。 本文主要是运用西门子 D425 模块、 simotion D 系统控制伺服电机的速度，相对运动的速度与速度比，实现对伺服电机的高精度控制，传感器能够准确的反馈电机的运行状态。 关键词 ： 两轴控制 伺服 驱动 D425 苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计 1 Abstract Servo control. In short, motion control is a mechanical drive device controlled by the computer, but also can be said to control th

3、e 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 motion con

4、trol 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 目 录 1 概述 .1 1.1 伺服控制系统应用现状 . 1 1.1.1 运动控制技术的发展现状 . 1 1.1.2 典型运动控制技术应用现状 . 2 1.2 西门子 D4XX系列运动控制模块 . 3 1.3

5、SIMOTION 运动控制系统 . 4 1.4 本课题的实验意义 . 4 1.5 论文内容及主要工作 . 5 2 硬件系统设计 .6 2.1 方案设计 . 6 2.2 运动控制系统选型 . 7 2.2.1 西门子 D4 系列选型 . 7 2.2.2 伺服电机选型 . 8 3 软件系统设计 . 12 3.1 方案设计 . 12 3.2 组态建立 . 12 3.3SIMOTION D轴配置 . 14 3.4 编程 . 16 3.5 测试程序运行 . 22 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计 1 1 概述 1.1 伺服控制系统应用现状 1 .1

6、.1 运动控制技术的发展现状 运动控制系统是机械运动的驱动装置，电机为控制对象，控制器为核心，与执行器，电力电子装置的电力改造，电气传动控制系统的引导下自动控制理论。这种系统来控制电机的转矩，速度和角度，将电能转换成机械能，进行机械运动要求的运动。 在电气时代，汽车已在现代化的生产和生 活中起着非常重要的作用。不仅在交通运输，医疗保健，商业和办公，并在家电和消费电子产品，各种电机的广泛应用。从直流到交流电机控制系统，开环闭环，从模拟到数字，是基于网络的发展过程中 PC 机和运动控制的伺服控制系统，每个进程的发展在很大程度上，促进了运动控制系统的发展。 近年来，伺服驱动控制的产品开始走向了机械类

7、的舞台上，所以机械了的产品的数量和质量成为了我们最关心的问题。因此，近年来许多厂商开始使用通用伺服驱动控制系统，使得通用伺服驱动控制产品在之前许多冷门的产业中逐渐的发展起来了。 1.1.2 典型运动控制技 术应用现状 随着机电一体化技术的发展 , 运动控制技术越来越受到重视。各种运动控制的新技术、 新产品层出不穷。下面列举几种有代表性的运动控制技术。 1. 全闭环交流伺服驱动技术 在某些要求的定位精度和机电一体化产品的动态响应，范围广泛的数字交流伺服系统中的应用。采样后的光电编码器的电机驱动轴端的位置伺服系统，提供位置和速度的驱动器和电机之间的闭环控制系统。位置控制区分好和良好的可靠苏州市职业

8、大学电子信息工程学院毕业设计 2 性之间。最近 ,日本一家公司推出了全新的、以实现全闭环数字伺服系统的高精度。 由于直接驱动，避免了启动电机，变频调速，并与弹性变形、 摩擦磨损和间隙滞后的中间传动环节，大大提高了传动刚度。 2. 直线电机驱动技术 最近，直线电机在机床进给伺服系统中的应用，已经成为世界关注的机床工具行业。在机床进给系统中，驱动方式是所谓的零传动！。这是因为零传动方式，达到原来的旋转电机驱动方式不能满足良好的性能和特点：第一，快速响应。高精度。直线驱动系统由于机械机构如螺丝被取消，以减少进入补时阶段跟踪误差由于传动系统滞后引起的传动误差，从而大大提高机床的定位精度。三传动刚度大。

9、由于直接驱动，避免了启动电机，变频调速，并与弹性变形、摩擦磨损和间隙滞后的中间传 动环节，大大提高了传动刚度。第四，速度和减速过程短。五，行程长度不受限制。通过串联线性电机导轨上，可延长行程长度。六是安静的。运动如取消机械摩擦螺杆零件，并引导和滚动导轨可以使用或磁浮轨道，运行时的噪音大大降低。七效率高。这样的系统被广泛应用在磁悬浮列车，高精密机床和其他设备。 3 可编程计算机控制器技术 继电器控制系统的优点结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，至今还在许多简单的机械设备中使用。但继电器控制系统也有缺点如灵活性差；另外，机械性触点的工作频率低，易损坏，随着电气控制系统的发展 可编程计算机控制器出 现

10、了。可编程计算机控制器是应用扫描周期与实际周期间隔从外部控制房，满足实时控制的要求。传统的单任务主要扫描时钟 ,使用 PLC 监控程序要处理或逻辑操作指令与程序本身和外部状态刷新 I/O 通道采集和处理，直接搜索， LED 控制速度在实际意义上是依赖于应用程序的大小，结果当然是与 I/O 通道在高速实时控制的要求。它使用一个时间共享机制的构建 multitask ITS 应用软件平台的运动，这样应用程序的运行周期的长度有什么做的程序，但确定的是由操作系统的周期。它想，因此，应用扫描周期与实际周期间隔从外部控制房，满足实时控制的 要求。基于 PCC 操作系统，多任务的应用模块，应用软件开发项目带

11、大的便利。因为它可以很容易根据不同的功能要求的部件的控制项目，如运动控制，数据采集，告苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计 3 警， PI D 算术来调整，控制程序和通信控制模块的模块是由分别独立运行，论文和一些相关数据和论文保鲜后降压模块之间的独立机构和调试，你可以下载到CPU 的 PCC，在多任务操作系统在调度管理运行在并行，实现控制要求的项目。PCC 的强大优势在工业控制和可编程控制器， embodies工业控制计算机和分布式工业控制系统（ DCS）融合科技发展的趋势，虽然这仍然是相对年轻的一 年新的科技，但其发展潜力不能小视 1.2 西门子 D4XX 系列 运动控制模块 西门子 D4

12、25 运动控制模块 ，西门子 D435 运动控制模块，西门子 D445 运动控制模 块 ： SIMOTION D425 SIMOTION D435 SIMOTION D445-1 最大轴数 16 32 64 插补循环时钟 2.0 ms 1.0 ms 0.5 ms DRIVE-CliQ 接口数 4 4 6 其中的 显示和诊断 用于显示运行状态和错误的 LED 。含有 3 测量接口 ， 并且有 维护开关和模式选择开关 ， 内置 I/O8 点数 字量输入 ， 通讯 接口为 2 x PRO- FIBUS DP 和 2 x USB,附加接口（非数据传输） 24V 电子电源端子 ， 数据备份可存储至少 5

13、 天。 1.3 Simotion 运动控制系统 在许多机械制造领域中都有一个原则，尤其是依靠运动控制的机器，其运动越复杂，对速度及精度的要求也越高。 之前这些运动任务是有机系原件以及若干电子装置来完成。但是如果我们想使功能有稍微的变化都意味着我们要更换元件 新的结构 配置 参数设置及编程。全面的自动化系统可以取代这些独立与元件，它可以针对不同任务提供相应的解决方案。如图 1.1 所示系统性的电子元件代替传统的机械元件 。 苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计 4 图 1.1 元件图 1.4 本课题的意义 通过采用西门子先进运动控制系统的实验设备，实现了伺服电机的基本运动功能，具体有以下几点：

14、 定位精度高 定位系统通过西门子集成的控制模块，能够对伺服电机进行高精度的控制，实现精准的定位。 操作简单 实时监控 伺服电机自带的传感器能够准确的反馈电机的运行状态以及位置。 1.5 论文内容及主要工作 西门子 D425 运动控制系统的组态及设计 本课题以西门子的先进运动控制系统设备为平台，并通过伺服驱动控制器进一步控制伺服电机，利用西门 子的软件，对系统的硬件及软件进行组态，并且将触摸屏添加到系统中，最终实现利用触摸屏来控制伺服电机。 西门子 D425 运动控制系统实现基本运动功能 基于之前的系统组态，在软件中进行编程，控制伺服电机的速度、相对运动的速度与位置、绝对运动的速度与位置以及同步

15、运动的速度与速度比，实现了基运动功能。 苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计 5 2 硬件系统设计 2.1 方案设计 本课题以西门子的先进运动控制系统设备为平台，并通过伺服驱动控制器进一步控制伺服电机，利用西门子 D425，对系统的硬件及软件进行组态，并且将触摸屏添加到系统中，最终 要能够 实现控制伺服电机 的速度和相对速度，实现对伺服电机的高精度控制，传感器要能够准确的反馈伺服电机的运行状态，触摸屏要能够体现整个运动控制系统的数据变化，并且能够准确的控制电机 。 . 图 2.1 方案设计 苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计 6 .2.2 运动控制系统选型 2.21西门子 D4 系列选型 作为运动控制系统的 代表，西门子将逻辑控制 运动控制（定位、同步等）以及工艺控制（压力、温度控制等）集成在同一个系统中。西门子提供了三种硬件平台：用于控制器的 SIMOTION C 平台，用于驱动器的 SIMOTION D 平台，用于PC 的 SIMOTION P 平台 图 2.2 D4XX 实物图 基于驱动的 SIMOTION 方案，至少有下列四件组件组成： SIMOTION D 控制模块 SINAMICS S120 组件（电源模块，功率模块等） DRIVE-CLIQ 通讯电缆 SIMOTION SCOUT 调试软件 根据以上原则本课题选用 D425 控制模块