基于FX3U和触摸屏的三轴伺服控制系统设计.docx

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1、自动控制Autocontrol基于FX3U和触摸屏的三轴伺服控制系统设计张航(广东石油化工学院机电工程学院，广东茂名525000)摘要，以实际广泛应用的伺服控制系统为研究对象，利用了三菱FX3U系列PLC内置的三轴伺服定位控制功能，通过连接MR-J3系列通用交流伺服驱动器和WElNVIEWMTS(X)O系列人机界面，设计出一款经济实用的三轴伺服控制系统。分析了系统硬件组成及接线过程，并进行了系统软件设计和触摸屏监控界面编辑设计。经实际测试表明：系统性能稳定，定位精度高。设计方案精简实用，在实际生产中具有广泛的应用价值。关舞词：PLCPX3U系列三轴伺服控制系统触摸屏定位驱动中图分类号：TP27

2、3文献标识码：A文章编号：1002-6886(2018)04-0027-04DesignofthreeaxisservocontrolsystembasedonFX3UandtouchscreenZHANGHangAbstract:Takingthesen,ocontrolsystemas(heresearchobject,lhroughconnectingMR-J3seriesgeneralACservodriverandWEINVIEWMT8000serieshuman-machineinterhce.aneconomicalandpracticalthreeaxisservocontro

3、lsystemwasdesigned.Thehardwarecompositionandwiringprocessofthesystemwereanalyzed,andthesystemsoftwaredesignandthetouchscreenmonitoringinterfacedesignwerecarriedout.Thetestresultshowsthattheperfbnanceofthesystemisstableandthepositioningaccuracyishigh.Thedesignschemeisconciseandpractical,ithasgreatapp

4、licationvalueinactualproduction.KeyWOrds;PLC,PX3Useries,threeaxisservocontrolsystem,touchscreen,positioningdrive47 NAMA,SHarPM,HINESJW,etal.LifecycleprognosticalgorithmdevelopmentusingBayesians(aiisticsJ.TransactionsoftheAmericanNuclearSociety,2013,109:274-277.48 VENKATV.Prognosticanddiagnosticmonit

5、oringofcomplexsystemsIbrproductIifecyelemanagement:Chal-Iengesandopportunities!J!.Computers&ChemicalEngineering,2005,29(6):1253-1263.49 VENKATV,CHANK.AneuralnetworkmethodologyforprocessfaultdiagnosisJ.AicheJourmal,2010,35(12):1993-2002.50 1.EIYGJIAF.LINJ,etal.AnIntelligentFaultDiagnosisMethodUsingUn

6、supervisedFeatureLearningTowaidsMechanicalBigDataJ.IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2016,63(5):3137-3147.51 JIAF,LEIYG,GUOL,etal.AneuralnetworkconstructedbydeeplearningtechniqueanditsapplicationtointelligentfaultdiagnosisofmachinesJ.Neurocomputing,2017.52 ZHAOGQ,ZHANGGH,GEQQ,etal.Researchadva

7、ncesinfaultdiagnosisandprognosticbasedondeeplearningCUPrognosticsandSystemHealthManagementConference.2017:1-6.53 ZHAOGQ,GEQQ,LIUXY,etal.Faultfeatureextractionanddiagnosismethodbasedondeepbeliefnet-workJ.ChineseJournalOfScientificInStrUmem,2016.54 KEERQINHU.QIG.TSAIWT,etal.Fault-DiagnosisforReciproca

8、tingCompressorsUsingBigData(C/IEEESecondInternationalConferenceonBigDataComputingServiceandApplications,2016:72-81.作者简介：周奇才(1962),男,博士研究生导师，研究方向：机电一体化、机械设备故障诊断与预测、智慧物流。沈鹤鸿(1992-),男，博士研究生，研究方向：基于深度学习的故障预诊、全生命周期管理。蚓日期：2017-04-07ModemMachineryXSrUhiJixie0引言三轴伺服控制在运动定位控制系统中具有很强的通用性和适用性，它凭着定位精度高，响应快，适应性强

9、，稳定性好等特点，在机床等大型设备和智能化、数控化中小型设备中得到广泛应用。PLC控制系统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控制装置，它取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统，它具有编程简单、通用性强、适应而广、可靠性高、抗干扰能力强以及能在恶劣的工业环境下长期工作等显著特点，已广泛应用于工业自动化控制的各个领域2。本文通过以FX3U系列PLC为系统控制核心，以触摸屏为人机交互设备，设计一款功能精简、操作简单、经济实用、性能稳定的三轴伺服控制系统。1控制系统构成控制系统的构成如图1所示。触摸屏作为系统的

10、操作界面，具有对系统的操作、设置和调试功能，实现对伺服系统运行状态进行实时监控，控制核心选用FX3U系列PLC,它有内置独立三轴定位功能，通过与伺服驱动器和伺服电机连接，组成了X、Y、Z方向三轴伺服定位控制系统3。图1系统构成原理图本控制系统的PX3U系列PLC是三菱公司开发的第三代微型可编程控制器，它内置高达64K大容量的RAM存储器，内置业界最高水平的高速处理0065s/基本指令，控制规模：16384（包括CC-L1NK1/O）点,除了浮点数、字符串处理指令以外，还具备了定坐标指令等丰富的指令，内置独立3轴100kHZ定位功能（晶体管输出型），使用基本单元（晶体管输出型）的输出端子时，3轴

11、（YOY2）可输出最大100kHZ的开路集电极脉冲串，可同时控制三轴伺服电机或步进电机，输出形式为脉冲+方向5。选用三菱MR-J3系列通用交流伺服驱动器，它配备分辨率为262144脉冲/转绝对位置编码器（支持ABS模式）的伺服电机，采用三菱HF-MP系列伺服电机，构成了绝对位置检测系统，可进行高精度控制。系统具有很高的响应性、高水平自整定功能和高级振动抑制控制功能。其控制模式有位置控制，速度控制和转矩控制，广泛用于需要高精度位置控制和平稳速度控制的场合，如机械加工设备和一般工业机械等需要高精度位置控制和平稳速度控制的应用，也可用于线性控制和张力控制的领域5。MR-J3系列伺服驱动器具有USB和

12、RS-422串行通讯功能，通过伺服设置软件MR-configurator就能进行参数设定，试运行，状态显示监控和增益调整等操作，还可进行精确的机械分析。PLC本身不具备人机交互功能，在工艺参数较多，需要人机交互时，配合使用具有触摸操作和通信功能的人机界面就是一种很好的选择。本系统采用的WElNVIEWVT8000系列人机界面，是台湾威纶科技研发的新一代高品质触控式工业用的人机界面产品，采用色彩高达65536色的TFTLCD液晶显示屏，有3个CoM接口，可轻易组网、同时连接多台PlJC及控制器等，支持一机多屏和一屏多机功能，支持以太网资料上下载及远程监控，支持历史数据、故障报警等功能，有强大的宏

13、指令功能，可进行复杂逻辑和数学运算，是完美操控远程HMI,使用Easy-BUiIder8000编辑软件，可完成复杂的人机界面设计。2三轴伺服驱动系统设计根据PX3U内置独立3轴定位功能，从YOY2输出开集电极式的脉冲串，构成控制X、Y、Z三轴的伺服定位系统，其脉冲+方向组合为：X轴（Y0Y4）;Y轴（Yl+Y5）;Z轴（Y2+Y6）6。按照三菱公司的FX3UFX3UC用户手册（定位控制篇），可根据不同控制工艺要求来选定PLC的型号和连接方式，这里采用一个典型的连接方案，PLC采用自utocmlro!FX3u-16MT基本单元、FX2N系列PLC的16点数字输出模块FX2N-16EYT和16点输

14、入扩展模块FX2X-16EX-ES/UL,他们分别与X、Y、Z三轴伺服驱动器相连接，三轴伺服驱动连接端口分配情况如表1。其中X轴脉冲输出Y0,方向信号Y4;Y轴脉冲输出Yl,方向信号Y5;Z轴脉冲输出Y2,方向信号Y6,将扩展模块3个输出口Y21Y23和3个输入口X31Y33,与伺服驱动器相应功能端口相连接，通过PLC相应控制指令就可以读取绝对位置值和定位驱动控制。图2是PLC与X轴伺服驱动器连接图，X、Y轴与驱动器的连接可参考表1实现。BB2HjC与（Mf珊咽懦甜姬3系统软件设计3.1 PLC伺服控制系统软件设计PLC输出控制脉冲和方向信号，伺服驱动器将接收到的信号处理后输出控制伺服电机，控

15、制伺服系统移动的速度和位移值，同时电机编码器将检测到的实时位置等信号发送回驱动器，形成系统的半闭环控制，实现对电机扭矩和位移的精确控制。MR-J3系列伺服驱动器参数设置包括基本设定参数、增益滤波器参数和扩展设定参数的设定。本系统为位置控制模式，只需设定基本设定参数（PAOOPA19）,如表2,主要的参数有控制模式、绝对位置检测系统、伺服电机旋转一周所需的指令脉冲数等，按照具体要求设定好各参数值。表243系列伺服驱动8S5瞅基本设触!俵参数N0.参数名称PAOl控制模式PA03绝对位置检测系统PA05伺服电机旋转一周所需的指令脉冲数PA06电子齿轮分子（指令输入脉冲倍率分子）PA07电子齿轮分母（指令输入脉冲倍率分母）Pll正转转矩限制P12反转转矩限制PA13指令脉冲输入形式选择PA14转动方向选择PA15编码器输出脉冲1PLC与伺服驱动器三轴连接端口分配情况表信号名称X轴Y轴Z轴脉冲串YOOOYOOlY002方向Y004Y005Y006清零信号Y020Y024Y030零点信号X004X005X006伺服准备好X014X015X016ABS(bito)X031X035X061ABS(bitl)X032X