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1、三江学院毕业设计（论文）开题报告题目 基于西门子PLC的伺服系统控制的X轴、Y轴运动学生姓名、学号 刘学锋 12010071080 专 业电气工程及其自动化指导教师姓名路 明职 称讲 师一、课题设计背景伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标或给定值任意变化的自动控制系统，是控制理论、电力电子技术、电机技术、微电子技术、检测技术等学科相互发展融合的产物，是自动化学科及工业生产领域重要的分支。在机械制造行业、冶金工业，交通运输以及军事上都得到了广泛的应用。 伺服系统强调对控制命令的快速跟踪和响应，所以伺服控制系统可以认为是随动控制系统，既可以是转速的随动控制，也可以是位置的
2、随动控制。在广义的角度上看，电动机的调速系统也可以认为是伺服控制的一种，只不过在调速系统中，强调的被调量是电动机的转速，更加有效的实现功率变换。而伺服系统则强调忠实跟踪给定信号，即按控制器发出的控制命令而动作，并产生足够的力或力矩，使被驱动的机械获得期望的运动速度和位姿。 XY运动平台控制系统作为运动控制系统领域里的一个简单实用的系统，目前已经广泛应用于机械制造、交通运输业等领域，例如，数控机床、单臂机械手。由此可见运动控制在国民经济中具有举足轻重的地位。运动控制系统现在在中国的现状主要在以下几方面1）半控型器件逐步被淘汰,慢慢的由全控型替代;2）变换技术由相位转换成为了脉宽控制,3）计算机数
3、字控制逐渐成为运动控制的主要控制手段和方法，4）交流运动控制系统应用范围更加广泛,有着取代直流的趋势，5）在运动控制系统的性能分析与设计中愈来愈需要计算机仿真和辅助设计。 二、课题设计目的和意义课题设计目的: SINAMICS V60和V80伺服驱动器是为经济型车床及铣床提供的一种驱动产品。这也正符合现代人的需求，既经济又耐用。而且现在人们对于控制系统的要求越来越高，我觉得我们应该熟悉、学习它。对伺服系统的进一步学习，使自己能够灵活的应用它。对于控制理论也会进一步的了解。对PLC、电路、控制理论将会更加熟悉。使我们将书本上的知识转换到实际中去,学以致用。 2. 课题设计意义:本课题研究的重要意
4、义在现在科技的大力发展，现代社会对各种控制方式的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的提高这些参数，就需要受制于现在的各类控制方式。对于现在的控制方式，我们有必要进行更高的精确要求。对伺服系统的深入研究，对于我国制造业，国防工业，空间技术的发展，缩小与世界先进国家的差距，能源节约都有着重要的意义。三、文献综述1. 伺服系统介绍SINAMICS V60和V80伺服驱动器是为经济型车床及铣床提供的一种驱动产品。该伺服驱动器总是与其对应的同等功率的伺服电机一起配套使用。伺服驱动器通过脉冲输入接口来接受从上位控制器发来的脉冲序列，进行速度和位置控制，通过数字量接口信号来完成驱动器
5、运行的控制和实时状态的输出。由脉冲数量控制位置，由脉冲频率控制速度。SINAMICS V80功率有0.1、0.2、0.4、0.75KW四档，进线电压为单相交流220V；SINAMICS V60功率有0.8、1.2、1.4、2.0KW四档，进线电压为三相交流220V。SINAMICS V80伺服驱动系统包括伺服驱动器和伺服电机两部分，伺服驱动器总是与其对应的同等功率的伺服电机一起配套使用。SINAMICS V80伺服驱动器通过脉冲输入接口来接受从上位控制器发来的脉冲序列，进行速度和位置的控制，通过数字量接口信号来完成驱动器运行的控制和实时状态的输出。 图1-1 SINAMICS V80伺服驱动器
6、及电机2. 西门子PLC介绍 S7-200系列是一种可编程序逻辑控制器(Micro PLC)。它能够控制各种设备以满足自动化控制需求。 S7-200的用户程序中包括了位逻辑、计数器、定时器、复杂数学运算以及与其它智能模块通讯等指令内容，从而使它能够监视输入状态，改变输出状态以达到控制目的。紧凑的结构、灵活的配置和强大的指令集使S7-200成为各种控制应用的理想解决方案。 同时S7-200系列小型PLC (Micro PLC)可应用于各种自动化系统。紧凑的结构、低廉的成本以及功能强大的指令集使得S7-200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案 本次课程设计中所用到的是PLC226 脉冲产生
7、模块 ，S7-200可以在Q0.0 和Q0.1上输出线性脉冲串（PTO）。实现占空比为1：2的高速脉冲串的输出，脉冲数和周期可以由用户定义。脉冲的周期范围为50s到65 535ms，脉冲计数范围为14 294 967 295，为32位无符号数。 在S7-200程序中，可以通过PLS指令产生，但使用不便。一般在STEP7-Micro/WIN中使用指令向导配置PTO。 STEP7-Micro/WIN提供了位置控制向导，可以帮助用户方便地完成PTO、PWM或位控模块的组态。 图1-2 西门子PLC226 图1-3 西门子PLC226 内部电路图3. X、Y滑台介绍 滑台的有效行程是20MM，总长度是
8、35MM，为两个滑台拼接成X、Y轴滑台四、课题研究内容和实现方案分析1. 课题研究内容：本课题是设计一个基于西门子PLC的伺服控制的 X、Y轴运动，要求系统以西门子PLC226作为主控制器，以西门子伺服V80作为控制器，实现对X、Y轴运动的控制与监测。要求：1.能实时对伺服系统的基本控制；2.能够自行设计出一系列控制方案。3.具有低成本、电路简单、所实现的X、Y轴运动能够一目了然等特点。2. 系统实现框图：基于西门子PLC的伺服控制的 X、Y轴运动的总体设计方框图如图1-4所示 图1-4 V80和S7-200系统图系统主要由西门子PLC发出目标位置信号和方向信号，然后经过伺服驱动器进行处理和加
9、工，驱使伺服电机运动，最终实现X、Y轴的运动。3. 硬件设计 1.1 本次使用的是西门子V80小型伺服系统，SINAMICS V80功率有0.1、0.2、0.4、0.75KW四档，进线电压为单相交流220V；SINAMICS V60功率有0.8、1.2、1.4、2.0KW四档，进线电压为三相交流220V。本次使用的为功率0.4KW档，进线电压为单相交流220V； 1.2 X、Y轴滑台采用的是滚珠丝杆十字滑台； 1.3 信号指令由西门子PLC226来实现传输。S7-200根据要求发出高速脉冲和电机转动的方向信号，经过驱动器控制伺服电机旋转；电机旋转编码器的输出信号通过驱动器形成A 相和B 相正交
10、信号，经信号转换以后作为S7-200 高速计数器的信号源，形成以S7-200 为处理器的闭环控制系统。伺服电机、伺服驱动器和S7-200PLC 之间采用屏蔽电缆连接。4. 软件设计 S7-200可以在Q0.0 和Q0.1上输出线性脉冲串（PTO）。实现占空比为1：2的高速脉冲串的输出，脉冲数和周期可以由用户定义。脉冲的周期范围为50s到65 535ms，脉冲计数范围为14 294 967 295，为32位无符号数。 在S7-200程序中，可以通过PLS指令产生，但使用不便。一般在STEP7-Micro/WIN中使用指令向导配置PTO。 STEP7-Micro/WIN提供了位置控制向导，可以帮助
11、用户方便地完成PTO、PWM或位控模块的组态。 从S7-200发出的信号即为SLGN/PUS（方向/脉冲）信号，SIGN/PUS（方向/脉冲）信号是单脉冲的，脉冲信号发出脉冲决定电机转动角度，方向信号就是电平信号。比如，想正转加高电平，想反转加低电平，在电机朝一个方向转动时,此信号保持原有电平不变。五、拟解决的重点和难点问题 1.器件选择：西门子PLC226（主控器）、西门子V80伺服系统、十字滑台； 2.硬件设计和软件设计：系统整体硬件包括，各类信号产生电路，电机供电电路，信号反馈回路电路，I/O信号电路等；软件设计包括，主控程序，调整程序，位置逻辑程序，反馈程序。 3.如何提高系统控制的精
12、确性，需要不断更正伺服系统的各项参数以及滑台的固有参数，才能使之达到设计要求。六、课题研究计划及进程安排 1. 2014.2.25 2014.3.05：接收课题任务，收集和查阅与课题相关的文档和资料； 2. 2014.3.06 2014.3.27：阅读并分析相关文档和资料，提出设计方案，画出系统框图，分析和说明各模块功能写出开题报告，完成外文翻译； 3. 2014.3.28 2014.5.25：在前期研究的基础上，利用所掌握的文献及技术资料，开始整个系统的框架设计与模块设计。对设计的各个模块首先进行局部调试及验证；完成控制流程分析，画出软件控制框图，编制程序，调试和改进程序；在各子模块测试和调
13、整完成后，再对整体电路系统进行联合调试仿真，以达到设计要求。 4. 2014.5.25 2014.5.31：对所有工作进行总结并撰写学位论文，修改论文，打印相关文档，做好答辩准备。七、写作提纲 中文摘要 英文摘要 目录 第一章绪论：阐术伺服系统设计的背景、意义、现状、方案选择以及系统实现框图，各功能模块功能和作用介绍。 第二章器件选择和应用软件介绍：西门子PLC与伺服V80系统结构和特点；。 第三章硬件电路设计：硬件设计及实现。 第四章软件编程设计：软件设计及实现。 第五章系统仿真和调试，结论分析和总结。 结束语 致谢 参考文献 附录八、毕业设计参考资料 学生签名： 年 月 日指导教师批阅意见（指导教师应对课题研究的思路、方法、对策、措施和预期成效等做出评价，并提出具体的改进意见）查阅了伺服电机的原理与应用资料，并确定了毕业设计的工作思路，可以进行毕业设计硬件自作。 指导教师签名： 年 月 日注：理工类学生偏重于对课题相关知识的理解和实施方案的框架结构，文管类学生偏重于对文献资料的理解与综述。表格栏高不够可自行增加。
