基于三菱PLC、MR-J2伺服驱动及定位设计

0目录摘要 3Abstract3第一章 绪论 .41.1 选题背景 41.2 发展状况 51.3 研究内容 .5第二章 双轴运动控制系统的任务设计与实施 .62.1 通过“双轴运动控制系统系统”实现特定图形的绘制 .62.2 任务完成的方案及流程 .102.2.1 组装硬件平台 .102.2.2 设备参数设定 .102.2.3 程序的编写 .102.2.4 程序写入与调试 102.3 A3 纸实图 （见附录 1） .10第三章 设备介绍与接线 113.1 双轴运动控制系统的硬件总体框架与实物图 .113.2 双轴运动控制系统主电路图 .133.3 PLC 与 20GM 接线图 .143.4 伺服放大器与 20GM 定位模块接线图 .17第四章 双轴运动控制系统参数设定 284.1 伺服放大器的参数设定 .284.1.1 伺服放大器设定参数的方法 .284.1.2 伺服放大器的相关参数的设定 .294.2 FX2n-20Gm 定位模块参数设定 .324.2.1FX2n-20Gm 定位模块的定位参数的设定 .334.2.2 FX2n-20Gm 定位模块的其他参数的设定 364.3HMI 触摸屏参数设置 37第五章 软件及编程 405.1 FX2n-20GM 编程（FXVPS 软件） 405.1.1 FX2n-20GM 编程定位指令 405.1.2FX2n-20GM 编程软件相关指令的用法 .545.1.3FX2n-20GM 范例程序 .615.2 PLC 设置与编程 625.2.1PLC 编程软件与电脑的通讯 .625.2.2 PLC 程序（范例） 655.3 触摸屏设置与编程 .665.3.1 软件的设置与使用 .665.3.2 触摸屏程序（范例） .691附录一：PLC I/O 点 及 触摸屏辅助继电器 分配表 .70附录二：20GM 定位模块程序 71附录三：触摸屏程序 .80附录四：PLC 程序 .82附录五：A3 纸作品实图 94参考文献： .95鸣谢： .952摘要近年来越来越多的小型企业将采用经济、实用的 PLC 运动控制产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争力。PLC 得到快速发展，例如在轨道交通、化工、电力、油田、机床等各行各业都有着广泛的应用。三菱以其丰富的产品型号和较高的性价比而得到消费者的青睐，其学习起来较好入门，编程软件界面和程序操作设计也较符合人们的操作习惯和思维逻辑。本文将介绍基于三菱 PLC、MR-J2 伺服驱动及定位单元 FX2N-20GM 的定位控制系统，旨在通过学习，了解试验台各个部分的硬件知识、通信连接以及软件参数设置和编程，掌握由人机界面（触摸屏）、三菱 FX2N PLC、FX2N-20GM 、伺服电机驱动器以及驱动电机组成的控制系统实现对伺服电机的运动控制。关键词：人机界面；三菱 PLC；FX2N-20GM 定位模块; 伺服系统；运动控制；AbstractIn recent years, more and more small businesses will use economic and practical PLC motion control products to control the production process, in order to improve the economic efficiency of enterprises and competitiveness.PLC to get fast development, for example in the orbit transportation, chemical industry, electric power, oil field, machine tools are widely used in all walks of life.Mitsubishi, with its rich products type and high cost performance and get the favour of consumer, its good introductory training, programming software interface and program design is also more accord with peoples habits of thought and logic operation.This article will introduce based on mitsubishi PLC positioning unit, MR - J2 servo drive and FX2N - 20 gm positioning control system, aims to study, the hardware of each part of the test bench knowledge, communication links and parameter Settings and software programming, master by the man-machine interface (touch screen), mitsubishi FX2N PLC FX2N - 20 gm, servo motor drive and control of the movement control of the servo motor control system.Keywords: human-computer interface;Mitsubishi PLC;FX2N - 20 gm positioning module;Servo system;Motion control;3第一章 绪论1.1 选题背景当今社会高精度电气系统和高性能自动控制系统越来越普及。可编程逻辑控制器的使用可以再很大程度上使许多普通电气控制系统难以解决的问题变得相对的简单一些，并增加自动控制系统的稳定性。PLC 结合了微型计算机技术与传统继电器技术的优点，它既克服了传统继电器技术不可靠、能耗高的缺点，又兼顾了成本要素，成本远小于工业控制计算机，大大地降低了工业控制的成本。近年来我国工业的自动化程度有了明显提高，特别是在运动控制领域。随着市场竞争的加剧及自动化水平的不断提高，越来越多的小型企业也将采用经济、实用的 PLC 运动控制产品对生产过程进行控制，以提高企业的经济效益和竞争力。可见，运动控制产品有很大的应用空间。三菱以其产品型号丰富、性价比较高，学习起来较好入门，编程软件界面和程序操作设计也较符合人们的操作习惯和思维逻辑而得到消费者的青睐。在我国，中小企业众多，三菱为这些中小企业提供的不仅仅是合适的价格，更有运算速度快及扩展模块功能丰富的特点。可以用于多个基本组件间连接，具有出色地模拟控制和定位控制等功能。41.2 发展状况国内外现状：我国工业的自动化水平较前些年已经有了显著提高，很多中小企业出于生产效率和成本的考虑，开始应用自动化程度较高的生产线，PLC 以其较高的可靠性及其合适的价格成为现代工业生产线上的不二选择。但是我们应该看到我们国家在 PLC 方面的不足之处，我们国家在 PLC 的研发方面处于明显的落后地位，而且外国人开发的 PLC 工具有些不符合中国人的逻辑思维，这导致了 PLC 的普及受阻，影响到了我们工业现代化的进程。鉴于此国情，我国应该重视科技的研发、创新，打造属于我们自己的品牌。每个大学生也应该积极地为推动国家的工业化进程做出自己的贡献。我国很多中大企业已经使用了先进的 PLC 控制系统对生产线进行指定控制，但依然有很多小型企业处于落后状态，这不仅取决于 PLC 生产线本身的成本，还取决于这些小企业有没有能力购买其技术支持。目前的现状是，PLC 生产线的维护大多数只能依靠 PLC 的生产商，这样就给小企业引进现代化的生产线带来了诸多瓶颈。随着竞争的日益加剧，生产效率的提高无疑是至关重要的，引入先进的现代化生产线是当务之急，这就需要大量的智力支撑。因此，对小型 PLC 自动控制系统的研究课题是有着广泛的实际意义的。中国 PLC 市场主要厂商为西门子、三菱、欧姆龙、松下、施耐德、Rockwell 等国际大公司，欧美公司在大中型 PLC 领域占有绝对优势，可编程控制器技术在发达国家已经进入快速发展的阶段，由于有强劲市场需求的工业自动化控制技术发展迅速、应用广泛，近年来随着运动控制技术的不断进步和完善，可编程控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品已经被越来越多的产业领域接受并且它已经达到一个引人瞩目的市场规模。日本公司在小型 PLC 领域占据十分重要的位置，韩国和台湾的公司在小型 PLC 领域也有一定市场份额，中国大陆 PLC 厂商的份额几乎可以忽略。出于对这种现状的考虑，国家已经出台工业现代化、农业机械化等相关政策，为发展 PLC 业务提供了难得的历史机遇。因此，作为一名理工科大学生熟练掌握 PLC 控制系统的原理，并具有一定的 PLC 控制程序的编程能力，是一项极具潜力的技能。我国当前经济高速发展，已经一跃成为世界大二大经济体，市场对新设备、新技术的需求越来越大。另外，由于市场竞争的压力，要求运动控制设备向开放式方向发展，在这样的形势下我国可以抓住这一机遇，加大技术投资，培养科技人才，研制出具有自主知识产权的、高可靠性的可编程控制器产品。我想，这样才是真正的提高我国制造生产的自动化程度。1.3 研究内容目前，市面上有关三菱 PLC 运动控制模块的资料少之又少，给我们的学习带来了很多麻烦。通过学习，我已经初步掌握了了一些简单的运动控制方面的知识，并将其总结为此文，希望此文能给大家带来方便。研究内容主要包括以下几个方面：人机界面（触摸屏）对 PLC 的控制及对定位模块的设置、监控FX2N PLC 与定位模块的通讯定位模块（FX2N-20GM）与伺服驱动器的连接使用利用整个控制系统实现一些运动控制5第二章 双轴运动控制系统的任务设计与实施2.1 通过 “双轴运动控制系统系统”实现特定图形的绘制2.1.1 工作台的工作范围脉冲（0,0）脉冲（320000,0）脉冲（0,320000） 脉冲（320000,320000）单位是脉冲 电子齿轮比是 P3/P4=8912/625 丝杆螺距为 10mm通过设置电子齿轮参数后， 发送 10000个脉冲，电机旋转 1 周，工作台移动10mm 。即移动工作台自 A 点到 B 点需发送32*10000=320000 个脉冲。32CMA B62.1.2 确定所要插补的图形72.1.2 图形插补的实施1. 在 CAD 软件建立与工作台相对应的坐标系 2. 插补图形的制作83. 插补图形坐标的提取在 CAD 绘图软件利用多段线绘图指令将插补图形所有的点依次连接起来，再激活指令“list”即可得到所有点的坐标值（注意连接的先后顺序）。下图为“上”字坐标的提取：激活“list”指令可得各点坐标值如下图：依照上述方法可以得到插补图形的坐标共 300 余个，由于数量繁多，此处不做一一列举，利用这些坐标，就可以进行下一步 VPS 软件的编程工作。后文会作详尽介绍。多段线92.2 任务完成的方案及流程2.2.1 组装硬件平台设备清单：1.三菱触摸屏 GT1150-QBBD-C（1 台）2.三菱 PLC FX2n-32MR（1 台）3.三菱 FX2n-20GM 定位模块（1 台）4.三菱伺服放大器 MR-J2S-70A （2 台）5.三菱伺服电机（2 台）6.24V 电源7.工作平台（1 块）8. TBI 滚珠丝杆轨道（2 条）9.气缸（1 个）10.笔 （1 只）11.电线 若干12.开关，继电器若干。13.其它辅助设备。2.2.2 设备参数设定设备参数设定主要设置两个设备的参数，一个是 20GM 定位模块的参数，另一个是设置伺服放大器的参数。20GM 参数主要是设置它的定位参数，包括单位体系，系统单位，最大最小速度，加减速时间，手动点动时间，机械零点，脉冲输出格式，停止模式等参数。伺服放大器的参数主要设置它的运行模式，脉冲指令选择，电子齿轮，输入信号选择等参数。2.2.3 程序的编写程序编写主要从 3 方面来进行编写，主程序是用 20GM 的编程软件进行运动控制的编写，辅助程序是用 PLC 程序针对工作云台的在运动时的辅助输出，比如控制笔的上下，红灯绿灯的亮灭等。触摸屏程序主要是使得控制更加直观，方便，可视化操作。2.2.4 程序写入与调试2.3 A3 纸实图 （见附录五）10第三章 设备介绍与接线3.1 双轴运动控制系统的硬件总体框架与实物图触摸屏：提供可视化操作。20GM 定位模块：控制两伺服放大器。伺服放大器：把接收的信号转化成脉冲发送給伺服电机。伺服电机：接收到脉冲后传动，从而使得移动云台运动。PLC：控制气缸的上下，从而使得铅笔进行上下移动。11实物图 PLC20GM 定位模块伺服放大器伺服电机（X 轴）伺服电机（Y 轴）工作台画笔指示灯触摸屏操作面板123.2 双轴运动控制系统主电路图133.3 PLC 与 20GM 接线图14局部放大图推杆 红灯 绿灯15163.4 伺服放大器与 20GM 定位模块接线图端口介绍见后文 3.4.1、3.4.2 章节17183.4.1 伺服放大器端口介绍19202122233.4.2 FX2n-20GM 定位模块端口介绍24接线口介绍：1：储存板连接器 CON12：连接接 PLC 的 I/O 口 CON23：连接 X 轴伺服放大器 CON34：连接 Y 轴伺服放大器 CON45：PLC 与 20GM